13.1 磁场　磁感线--高中物理必修三素养提升学案

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高中物理必修三素养提升学案
第13章 电磁感应与电磁波初步
第1节　磁场　磁感线
【学习目标】
1.知道磁场的基本特性是对处在它里面的磁体或电流有磁场力的作用。
2.知道磁极和磁极之间、磁极和电流之间、电流和电流之间都是通过磁场发生相互作用的。
3.知道什么是磁感线。
4.知道条形磁铁、蹄形磁铁、直线电流、环形电流和通电螺线管的磁感线分布情况。
5.会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向。
【科学素养要求】
1. 物理观念
(1)知道磁场的基本性质，知道磁感线。
(2)知道磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之间都是通过磁场相互作用的。
2. 科学思维
(1)知道几种常见磁场中磁感线的空间分布情况，体会如何使用形象化的手段描述物理现象。
(2)会用安培定则判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向。
3. 科学探究
(1)通过实验探究通电导线周围磁感线的方向与电流方向的关系。
(2)了解安培分子电流假说。
4. 科学态度与责任
(1)体会奥斯特发现的重要意义，体会探索自然奥秘的艰难与克服困难带来的成就感。
(2)认识磁场的应用对生产、生活和科技发展的作用，培养学生的科学精神。
【自主预习】
一、电和磁的联系
1.奥斯特实验
将导线沿　　　　方向放置在小磁针的上方,通电时小磁针发生了转动。
2.奥斯特实验发现了电流的　　　　,即电流可以产生磁场,首次揭示了电与磁的联系。
二、磁场
1.定义:磁体与磁体之间,磁体与　　　　之间,以及通电导体与通电导体之间的相互作用,都是通过　　　　发生的。
2.基本性质:对放入其中的磁体或　　　　有力的作用。
三、磁感线
1.定义:在磁场中画出一些有方向的曲线,在这些曲线上,每一点的　　　　都与该点的磁场方向一致。
2.特点:磁感线的疏密程度表示　　　　,磁场强的地方磁感线密,磁场弱的地方磁感线疏。
四、安培定则
1.直线电流的磁场:　　　　握住导线,让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致,弯曲的四指所指的方向就是　　　　环绕的方向,如图甲所示。
2.通电螺线管的磁场:右手握住螺线管,让弯曲的四指所指的方向跟　　　　　　方向一致,拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向,或拇指指向螺线管的　　　　极,如图乙所示。
3.环形电流的磁场:让　　　　手弯曲的四指与　　　　　　的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向,如图丙所示。
五、安培分子电流假说
1.分子电流假说:安培认为,在原子、分子等物质微粒的内部,存在着一种　　　　,即分子电流。分子电流使每个物质微粒都成为　　　　,它的两侧相当于两个　　　　。
2.分子电流假说意义:能够解释　　　　及　　　　现象,解释磁现象的电本质。
【答案】
一、1.南北　2.磁效应
二、1.通电导体　磁场　2.电流
三、1.切线方向　2.磁场强度
四、1.右手　磁感线　2.电流　N　3.右　电流
五、1.环形电流　微小的磁体　磁极　2.磁化　退磁
【课堂探究】
【情境设问】生活中处处用到电,同学们能否感受到凡是用到电的地方,几乎都有磁现象伴随 你知道电和磁有怎样的联系吗
一、电和磁的联系
【情境设问】奥斯特实验:通电导线如何放 小磁针如何放置
结论1:奥斯特实验说明电流可以产生磁场,首次揭示了电与磁的联系。
二、磁场
【情境设问】1.当导线中有电流通过时,观察到什么现象
【答案】1.静止的导线运动起来,同向电流互相吸引,反向电流互相排斥。
2.通电导线产生了磁场
2.为什么会出现这样的现象
结论2:磁体与磁体之间,磁体与通电导体之间,以及通电导体与通电导体之间都是通过磁场发生作用的。
磁体磁场磁体
磁体磁场电流
电流磁场电流
三、磁感线
【情境设问】磁场看不见摸不着但又客观存在,我们如何来形象地描述磁场呢
为了形象的描述磁场,我们引入了磁感线,仿照电场线的特点,结合图片,总结出磁感线的特点。
结论3:磁感线的特点
(1)磁感线是闭合曲线,在外部由N极指向S极,内部由S极指向N极。
(2)磁感线的疏密表示磁场的弱强。
(3)磁感线的切向方向表示磁场的方向。
(4)磁感线不相交不相切。
【情境设问】学习了磁感线磁场的方向我们可以怎么描述呢
(1)小磁针北极的受力方向
(2)小磁针静止时北极的指向
(3)磁感线的切线方向
四、安培定则
【情境设问】磁体产生的磁场我们已经通过磁感线有了形象的认识,通电导线产生的磁场又是什么样子的呢
1.通电直导线产生的磁场
判断方法:用右手握住导线,让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。
2.通电螺线管产生的磁场
判断方法:让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致,伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向。
3.环形电流产生的磁场
判断方法(利用安培定则的第二种形式):让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是环形电流轴线上磁场的方向。
[思考与讨论]
与天然磁体的磁场相比较,电流磁场的强弱更容易控制,因而在实际中有很多重要的应用,比如:电磁起重机、电动机、发电机,同学们还能举出什么例子来啊
【答案】
电磁继电器　磁悬浮列车　电磁弹射装置
【知识点探究】
知识点一　电和磁的联系
1．磁极：自然界中的磁体总是存在两个磁极。
2．磁极间的作用：同名磁极或同种电荷相互排斥，异名磁极或异种电荷相互吸引。
3．电流的磁效应
(1)奥斯特实验：通电导线使小磁针偏转。
(2)实验结论：电流可以产生磁场——发现了电流的磁效应。
【温馨提示】实验时，通电直导线要沿南北方向水平放置，磁针要与导线平行且放在导线的正下方或正上方，以保证电流的磁场与地磁场方向不同而使小磁针发生偏转，若导线沿东西方向放置，小磁针可能不偏转。
知识点二　磁场　磁感线
1．磁场
(1)来源：磁体周围和电流周围都存在磁场，一切磁相互作用都是通过磁场来实现的。
(2)方向：人们规定，在磁场中某一点小磁针N极所受磁力的方向，就是该点磁场的方向。
(3)磁场是客观存在的：磁场与电场类似，都是不依赖于我们的感觉而客观存在的物质。
2．磁感线
(1)磁场的方向规定：小磁针静止时N极所指的方向。
(2)磁感线：用来形象地描述磁场的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致。
(3)磁感线的疏密表示磁场的强弱。
【温馨提示】 (1)磁感线是为了形象地描述磁场而假想出来的一簇有方向的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线。
(2)没有磁感线的地方，并不表示就没有磁场的存在；通过磁场中的任一点总能而且只能画出一条磁感线。
知识点三　安培定则
1．直线电流的磁场：右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向，如图甲所示。
2．环形电流的磁场：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁场的方向，如图乙所示。
3．通电螺线管的磁场：让右手弯曲的四指与螺线管电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是螺线管轴线上磁场的方向，或拇指指向螺线管的N极，如图丙所示。
【特别提醒】“×”表示磁场(或电流)方向垂直进入纸面，“·”表示磁场(或电流)方向垂直离开纸面。
知识点四　安培分子电流假说
1．分子电流假说：安培认为，在物质的内部，存在着一种环形电流，即分子电流。分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。
2．分子电流假说意义：能够解释磁化以及退磁现象，解释磁现象的电本质。
【温馨提示】安培分子电流假说揭示了磁性的起源，它使我们认识到磁体的磁场和电流的磁场一样，都是由运动的电荷产生的。
【典例分析】
【例题1】(多选)关于磁铁、电流间的相互作用,下列说法正确的是(　　)
A.甲图中,电流不产生磁场,电流对小磁针力的作用是通过小磁针的磁场发生的
B.乙图中,磁体对通电导线的力是通过磁体的磁场发生的
C.丙图中电流间的相互作用是通过电流的磁场发生的
D.丙图中电流间的相互作用是通过电荷的电场发生的
【答案】:BC
【解析】:(1)磁体和电流的周围都存在磁场。
(2)磁场对放入其中的磁体或电流有力的作用。
:甲图中,电流对小磁针力的作用是通过电流的磁场发生的;乙图中,磁体对通电导线力的作用是通过磁体的磁场发生的;丙图中,电流对另一个电流力的作用是通过该电流的磁场发生的。综上所述,选项B、C正确。
[变式训练1]下列关于磁场的说法,正确的是(　　)
A.磁场和电场一样,是客观存在的特殊物质
B.磁场是为了解释磁极间相互作用而人为规定的
C.磁体与磁体之间是直接发生作用的
D.磁场只能由磁体产生,电流不能产生磁场
【答案】A　
【解析】:磁场和电场都是客观存在的特殊物质,不是人为规定的,A正确,B错误;磁体与磁体之间是通过磁场发生相互作用的,C错误;电流也能产生磁场,D错误。
【例题2】如图所示,表示蹄形磁铁周围的磁感线,磁场中有a、b两点,下列说法正确的是(　　)
A.a、b两处的磁感应强度的大小不等,Ba>Bb
B.a、b两处的磁感应强度的大小不等,BaC.蹄形磁铁的磁感线起始于蹄形磁铁的N极,终止于蹄形磁铁的S极
D.a处没有磁感线,所以磁感应强度为零
【答案】B
【解析】:(1)在没画磁感线的地方,并不表示没有磁场存在。
(2)若多个磁体或电流的磁场在空间某区域叠加,磁感线描述的是叠加后的合磁场的磁感线分布情况,不能认为该区域有多条磁感线相交。
由题图可知b处的磁感线较密,a处的磁感线较疏,所以Ba[变式训练2]磁场中某区域的磁感线如图所示,则(　　)
A.a、b两处的磁感应强度的大小不相等,a点磁场比b电磁电场强度
B.a、b两处的磁感应强度的大小不相等,a点磁场比b电磁电场强度
C.a、b两处磁场方向一定相同
D.a处没有磁感线,所以磁感应强度为零
【答案】B　
【解析】:由图可知,b处的磁感线较密,a处的磁感线较疏,所以Ba【例题3】(多选)如图所示,螺线管中通有电流,如果在图中的a、b、c三个位置上各放一个小磁针,其中a在螺线管内部,则(　　)
A.放在a处的小磁针的N极向左
B.放在b处的小磁针的N极向右
C.放在c处的小磁针的S极向右
D.放在a处的小磁针的N极向右
【答案】BD
【解析】 (1)小磁针N极指向就是该点的磁场方向即磁感线的切向方向。
(2)小磁针与磁体的相互作用,同极相斥异极相吸,只适用于外部,在通电螺线管的内部不适用。
【解析】:由安培定则,通电螺线管的磁场右端为N极,左端为S极,在a点磁场方向向右,则小磁针在a点时,N极向右,A项错误,D项正确;在b点磁场方向向右,则小磁针在b点时,N极向右,B项正确;在c点,磁场方向向右,则小磁针在c点时,N极向右,S极向左,C项错误。
【课堂练习】
1.如图是铁棒甲与铁棒乙内部各分子电流取向的示意图,甲棒内部各分子电流取向是杂乱无章的,乙棒内部各分子电流取向大致相同,则下列说法正确的是(　　)
A.两棒均显磁性
B.两棒均不显磁性
C.甲棒不显磁性,乙棒显磁性
D.甲棒显磁性,乙棒不显磁性
【答案】C
【解析】各分子电流取向大致相同的显示磁性，所以甲棒不显磁性,乙棒显磁性，C正确。
2.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(　　)
【答案】B
【解析】地理北极附近为地磁场的南极，由安培定则可知,正确表示安培假设中环形电流方向的是图B。
3.关于磁感线和电场线,下列说法正确的是(　　)
A.磁感线是闭合曲线,而电场线不是闭合曲线
B.磁感线和电场线都是一些互相平行的曲线
C.磁感线起始于N极,终止于S极;电场线起始于正电荷,终止于负电荷
D.磁感线和电场线都只能分别表示磁场和电场的方向
【答案】A
【解析】磁感线是闭合曲线,而电场线不是闭合曲线，A正确。
4. .当导线中分别通以图示方向的电流,小磁针静止时北极指向读者的是(　　)
【答案】C
【解析】由安培定则，可判断出小磁针静止时北极指向读者的是图C。
5.(多选)如图所示是云层之间闪电的模拟图,图中A、B是位于南、北方向带有电荷的两块阴雨云,在放电的过程中,两云的尖端之间形成了一个放电通道,发现位于通道正上方的小磁针N极转向纸里,S极转向纸外,则关于A、B的带电情况,下列说法正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.带同种电荷
B.带异种电荷
C.B带正电
D.A带正电
【答案】BD
【解析】根据题述位于通道正上方的小磁针N极转向纸里,S极转向纸外，可知放电电流的方向向左，所以两块阴雨云带异种电荷，A带正电，B带负电，BD正确AC错误。
6.如图所示,通电螺线管周围能自由转动的小磁针a、b、c、d已静止,N指向正确的是(　　)
A.小磁针a
B.小磁针b
C.小磁针c
D.小磁针d
【答案】C
【解析】根据螺线管磁场分布，可知N指向正确的是小磁针c，C正确。
　7.弹簧测力计下挂一条形磁铁,其N极一端位于一通电螺线管的正上方,如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.若a接电源正极,b接负极,弹簧测力计示数不变
B.若a接电源正极,b接负极,弹簧测力计示数增大
　　C.若b接电源正极,a接负极,弹簧测力计示数减小
D.若b接电源正极,a接负极,弹簧测力计示数增大
【答案】D
【解析】若a接电源正极,b接负极，由安培定则，判断出螺线管上端为N，同性磁铁相斥，所以弹簧测力计示数减小，AB错误；若b接电源正极,a接负极，由安培定则，判断出螺线管上端为S，异性磁铁相吸，,弹簧测力计示数增大，C错误D正确。
8.下列各选项中是直线电流、环形电流磁场的磁感线分布图,其中电流方向与磁感线方向的关系正确的是(　　)
【答案】A
【解析】根据安培定则，可判断出电流方向与磁感线方向的关系正确的是A。
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