13.1　磁场　磁感线 学案（含解析）

13.1　磁场　磁感线
1. 通过实验，认识磁场．
2. 理解磁感线的概念，知道磁感线的特点．
3. 理解安培定则，会应用安培定则判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向．
1. 我们知道磁体周围存在磁场，电流周围存在磁场吗？1812年，丹麦物理学家奥斯特就有了电磁之间是统一的想法，并做了大量实验．当时人们见到的力都沿着物体连线的方向，即都是所谓“纵向力”．受这个观念的局限，奥斯特总是把磁针放在导线的延长线上，小磁针不发生转动．
1820年4月，在一次讲课中，奥斯特偶然地把导线沿南北方向放置在一个带玻璃罩的指南针的上方，通电时磁针转动了，终于发现了电流的磁效应，如图所示．力是改变物体运动状态的原因，你认为小磁针两极受到的力沿什么方向？
2. 观察下列演示实验，完成相关问题．
(1) 如图所示，把一段直导线悬挂在蹄形磁铁的两极间，通以电流，观察实验现象，画出磁体对电流作用后导线的运动方向．
(2) 把两段导线通以如图甲、乙所示的电流，画出电流与电流相互作用后导线的大致形状．
甲　　　 　 乙
(3) 根据实验，在图中空白方框内填入恰当的内容．
3. 将电场与磁场进行比较，完成下表．
电场 磁场
场源
基本性质 对放入其中的　　　　有电场力的作用 对放入其中的　　　　　　　　有磁场力的作用
相同点 磁场和电场都是　　　　存在的特殊物质，都具有能量
电场可以用电场线形象地描述，磁场可以用什么来描述呢？1852年，法拉第引进了磁感线的概念，从而为经典电磁学理论的建立奠定了基础．
1. 磁感线描述磁场
(1) 方向：小磁针有两个磁极，它在磁场中静止后就会显示出这一点的磁场对小磁针N极和S极作用力的方向．物理学中把小磁针静止时　　　　（选填“N”或“S”）极所指的方向规定为该点磁场的方向，也是该点磁感线的切线方向．
(2) 大小：磁感线的　　　　表示磁场的强弱．
2. 观看模拟磁感线的实验，在图甲、乙中画出条形磁铁和马蹄形磁铁周围的磁感线．
甲　　　　　　　　　 乙
3. 关于磁感线的描述，下列说法中正确的是(　　)
A. 磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的
B. 磁感线的疏密程度表示磁场的大小，但两条磁感线的空隙处一定不存在磁场
C. 每条磁感线都是闭合曲线，磁场中任意两条磁感线均不相交
D. 磁感线总是从磁体的N极指向S极
4. 阅读教材P112的“STSE：指南针与郑和下西洋”，观察地球的磁感线分布情况．下列关于地磁场的描述中正确的是(　　)
A. 指南针总是指向地理上的南北极，是因为受到地磁场的作用
B. 赤道上空的磁感线由北指南
C. 地磁场的南北极和地理上的南北极重合
D. 地球南、北极的磁感线和海平面平行
1. 阅读教材“安培定则”部分，思考下列问题：
(1) 用安培定则（右手螺旋定则）判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场时，拇指和四指各指的是哪个物理量的方向？完成下表．
拇指 四指
直线电流
环形电流（通电螺线管）
　　(2) 分析几种常见磁场的磁感线分布特点：
①直线电流的磁感线分布特点：以导线上各点为圆心的同心圆，圆所在平面与导线　　　　，磁感线越向外　　　　．
②环形电流的磁感线分布特点：　　　　部比　　　　部强，磁感线越向外越疏．
③通电螺线管的磁感线分布特点：内部比外部强，内部磁感线方向由　　　　极指向　　　　极，外部由　　　　极指向　　　　极．磁场的分布情况和　　　　相似．
(3) 如图所示，a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右侧，当这些小磁针静止时，小磁针N极的指向是(　　)
A. a、b、c均向左
B. a、b、c均向右
C. a向左，b向右，c向右
D. a向右，b向左，c向右
2. 图形的转换：表中的直线电流、环形电流和通电螺线管产生的磁场画的是立体图，请画出对应的横截面和纵截面图．
安培定则 立体图 横截面图 纵截面图
直线电流 （从上往下看）
环形电流 （从右往左看）
通电螺线管 （从左往右看）
3. 阅读教材“科学漫步：安培分子电流假说”，了解安培分子电流假说．
小华同学在探究磁极间的相互作用时，不小心将条形磁体掉在了地上，当小华把条形磁体拾起来再次进行实验时，发现该条形磁体失去了磁性．则下列说法正确的是(　　)
A. 由安培分子电流假说可知，条形磁体中的分子电流消失了
B. 由安培分子电流假说可知，条形磁体中的分子电流的取向变得一致了
C. 由安培分子电流假说可知，条形磁体中的分子电流的取向变得杂乱无章了
D. 由安培分子电流假说可知，条形磁体中的分子电流强度减弱了
1. 关于磁场，下列说法正确的是(　　)
A. 其基本性质是对处于其中的磁体或电流有力的作用
B. 磁场是看不见、摸不着、实际不存在的，是人们假想出来的一种物质
C. 磁场与电场在本质上是相同的
D. 磁场的存在与否决定于人的思想，想其有则有，想其无则无
2. 如图所示，一根条形磁铁，左端为S极，右端为N极．下列图像表示从S极到N极磁性强弱变化情况，其中正确的是(　　)
　
A　　　　　　　 　B　　　　　　　　C　　　　　　　　　D
3. 地球是一个大磁体，它的磁场分布情况与一个条形磁铁的磁场分布情况相似，下列说法正确的是(　　)
A. 地磁场的方向是沿地球上经线方向的
B. 地磁场的方向是与地面平行的
C. 地磁场的方向是从北向南方向的
D. 在地磁南极上空，地磁场的方向是竖直向下的
4. 下列关于电场线和磁感线的说法中，正确的是(　　)
A. 电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线
B. 磁场中两条磁感线一定不相交，但在复杂电场中的电场线是可以相交的
C. 电场线是一条不闭合曲线，而磁感线是一条闭合曲线
D. 电场线越密的地方，同一试探电荷所受的电场力越大；磁感线分布较密的地方，同一试探电荷所受的磁场力也越大
5. 如图所示为电流产生磁场的分布图，其中正确的是(　　)
A. ①③　　 B. ②③　　 C. ①④　　　 D. ②④
6. 如图所示，小磁针B放在通电导线的下方，当接通电源后，小磁针A按如图所示方向运动，则(　　)
A. 小磁针B的N极向纸外转
B. 小磁针B的N极向纸里转
C. 小磁针B不转动
D. 因电流未标出，所以无法判断小磁针B如何转动
7. 如图所示，圆环上带有大量的负电荷，当圆环沿顺时针方向转动时，a、b、c三枚小磁针都要发生转动，以下说法正确的是(　　)
A. a、b、c的N极都向纸里转
B. b的N极向纸里转，而a、c的N极向纸外转
C. b、c的N极向纸里转，而a的N极向纸外转
D. b的N极向纸外转，而a、c的N极向纸里转
8. 为了解释地球的磁性，19世纪，安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的．在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是(　　)
A B C D
9. 如图所示，甲、乙是长直导线的磁场，丙、丁是环形电流的磁场，戊、己是通电螺线管的磁场．试在各图中补画出电流的方向或磁感线的方向．
甲 乙　 丙
丁 戊 己
10. (1) 通电直导线附近的小磁针如图所示，在图中标出导线中的电流方向．
(2) 如图所示，当导线环中沿逆时针方向通过电流时，写出小磁针最后静止时N极的指向．
【活动方案】
活动一：
1. 垂直于导线的方向(横向力).
2. (1) (2) (3) 磁场
3.
电场 磁场
电荷 磁体、电流、运动电荷
电荷 磁体、通电导线
客观
活动二：
1. (1) N　(2) 疏密
2.
3. C　磁感线是为了形象地描述磁场而假想的一簇有方向的闭合曲线，实际上并不存在，细铁屑可以显示出其形状，但那并不是磁感线，A错误；磁感线的疏密程度反映磁场的强弱，磁感线是假想的、人为画出的曲线，两条磁感线的空隙处也存在磁场，B错误；两条磁感线相交就说明在两线相交处有两个切线方向，即有两个磁感应强度方向，这是不可能的，磁场中某点的磁感应强度是唯一确定的，磁感应强度的方向也只有一个，因此两条磁感线不能相交，C正确；在磁体外部磁感线从N极到S极，内部从S极到N极，所以D错误．
4. A　由于地球本身是一个大磁体，地磁的北极处在地理南极附近，地磁的南极处在地理北极附近，指南针由于受到地磁场的作用而指向地理的南北极，故A正确；地球周围的地磁场的磁感线是从地理南极出发到地理北极，故赤道上空的磁感线由南向北，故B错误；地磁两极与地理两极并不完全重合，有一个夹角，这个夹角叫磁偏角，宋代学者沈括发现了磁偏角，故C错误；两极处的磁感线与水平面近似垂直，故D错误．
活动三：
1. (1)
拇指 四指
I B
B(或轴线) I
(2) ①垂直　越疏　②内　外　③S　N　N　S
条形磁铁
(3) C　小磁针静止时N极的指向与该点磁感线的方向相同，如果a、b、c三处磁感线的方向确定，那么三枚小磁针静止时N极的指向也就确定．所以，只要画出通电螺线管的磁感线(如图所示)，即可知a磁针的N极指向左边，b磁针的N极指向右边，c磁针的N极指向右边．
2.
横截面图 纵截面图
直线电流 (从上往下看)
环形 电流 (从右往左看)
直线电流
通电螺线管 (从左往右看)
3. C　由安培分子电流假说可知，原来有磁性的物体，经过高温、剧烈震动等作用后分子电流的取向重新变得杂乱无章，分子电流仍然存在且强度也没有发生变化，但分子电流产生的磁场相互抵消，这样物体就会失去磁性，C正确．
【检测反馈】
1. A　磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流有力的作用，A正确；磁场虽然看不见、摸不着，但是它是客观存在的，电场是电荷产生的，B、C、D错误．
2. C　条形磁铁两极磁性最强，中间磁性最弱，故磁性强弱变化曲线如图C所示．C正确．
3. D　4. C
5. C　由安培定则可以判断出直线电流产生的磁场方向，①正确，②错误．③和④为环形电流，注意让弯曲的四指指向电流的方向，可判断出③错误，④正确．故C正确．
6. A　由小磁针A的N极运动方向知，螺线管的左侧为S极，右侧为N极，B的上方导线中电流方向为自右向左，由右手螺旋定则判断小磁针B处的磁场方向向外，小磁针N极受力方向与该处磁场方向一致．故A正确．
7. D　由于圆环带负电荷，故当圆环沿顺时针方向转动时，等效电流的方向为逆时针，由安培定则可判断环内磁场方向垂直纸面向外，环外磁场方向垂直纸面向里，磁场中某点的磁场方向即是放在该点的小磁针静止时N极的指向，所以小磁针b的N极向纸外转，a、c的N极向纸里转，故D正确．
8. B
9.
　
甲 乙 丙
丁 戊 己
10. (1)
(2) 垂直纸面向外．