(共71张PPT)
1.磁场 磁感线
核 心 素 养 学 习 目 标
物理观念 (1)知道磁场的基本性质,知道磁感线.
(2)知道磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间都是通过磁场相互作用的.
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.
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.
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.
探究点一 磁场 磁感线
1.电和磁的联系
电生磁实验
(1)奥斯特实验:把导线放置在一个指南针的上方,通电时磁针____了.
(2)意义:发现了电流的______,首次揭示了______的联系.
转动
磁效应
电与磁
2.磁场和磁感线
(1)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的相互作用,是通过_____发生的.
磁场
(2)磁感线
①磁感线及其作用
在磁场中画出一些曲线,使曲线上每一点的____方向都跟这点____的方向一致,这样的曲线就叫作磁感线.利用磁感线可以形象地描述磁场.
可类比电场线 实际上不存在②实验模拟
在条形磁体上方放置一块玻璃板,在玻璃板上均匀地撒一层细铁屑,可以模拟出磁感线的形状,原因是细铁屑在磁场里____成了“小磁针”.轻敲玻璃板,细铁屑就会有_____地排列起来.
切线
磁场
磁化
规则
3.安培定则
安培定则:用右手握住导线,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.(也叫右手螺旋定则)
【情境思考】
如图甲、乙、丙三种情况,它们是通电导体与磁体、通电导体与通电导体间相互作用的情境.
(1)图甲中的小磁针为什么会发生偏转?
(2)图乙中的通电导线为什么会运动?
(3)图丙中通电导线之间的相互作用是怎样发生的?
提示:(1)(2)小磁针发生偏转、通电导线运动、通电导线之间吸引或者排斥一定都是受到了力的作用.
(3)磁体对磁体有力的作用、通电导体对磁体有力的作用、磁体对通电导体也有力的作用、通电导体对通电导体也有力的作用,这些作用都是通过磁场发生的.
【思维提升】
1.磁场
(1)磁场的客观性: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.存在于磁体、通电导线、运动电荷、变化电场、地球的周围.
(2)磁场的基本性质:对放入其中的磁体、通电导体、运动的电荷有力的作用,而且磁体与磁体、磁体与通电导体、通电导体与通电导体间的相互作用都是通过磁场发生的.
2.磁感线的特点
(1)磁感线是假想的曲线;
(2)磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线,磁体外部由N极到S极,内部由S极到N极;
(3)磁感线不相交、不相切;
(4)磁感线的疏密表示磁场的强弱;
(5)磁感线上每一点的切线方向即为该点的磁场的方向.
3.地球的磁场
(1)地球是一个巨大的磁体.
(2)地球周围空间存在的磁场叫地磁场.
(3)地磁场的两大特点
①地磁场的N极在地球南极附近,S极在地球北极附近.
②地磁场的方向在南半球斜向上,在北半球斜向下,与地表面并不平行.
例1 为了形象地描述磁场,人们引入了磁感线,关于磁场和磁感线的描述,下列说法错误的是( )
A.磁体与磁体之间,磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的
B.任意两条磁感线都不可能相交,也不可能相切
C.磁感线与电场线不同,磁感线一定是闭合曲线,而电场线不一定闭合
D.磁场和磁感线是真实存在的,可以通过用细铁屑来模拟
答案:D
解析:磁体与磁体之间,磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的,故A正确;磁场中某点的磁场方向是唯一的,且磁场方向沿磁感线切线的方向,所以任意两条磁感线都不可能相交,也不可能相切,故B正确;磁感线与电场线不同,磁感线一定是闭合曲线,而电场线不一定闭合,故C正确;磁场是真实存在的,磁感线是为了形象描述磁场而假想的线,不是真实存在的,故D错误.
练1 (多选)中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角:“以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也.”进一步研究表明,地球周围地磁场分布示意图如图,结合上述材料,下列说法正确的是( )
A.地理南、北极与地磁场的南、北极不重合
B.地球内部也存在磁场,地磁南极在地理南极附近
C.地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行
D.地球表面的磁场的竖直分量在南半球垂直于地面向上,在北半球垂直于地面向下
答案:AD
解析:地理南、北极与地磁场的南、北极不重合,故A正确;地球内部也存在磁场,地磁南极在地理北极附近,故B错误;只有赤道上空磁场的方向才与地面平行,故C错误;地球表面的磁场的竖直分量在南半球垂直于地面向上,在北半球垂直于地面向下,故D正确.
练2 (多选)奥斯特利用如图所示实验装置研究电流的磁效应.一个可自由转动的小磁针放在白金丝导线正下方,导线两端与一伏打电池相连.接通电源瞬间,小磁针发生了明显偏转.奥斯特采用控制变量法,继续研究了导线直径、导线材料、电池电动势以及小磁针位置等因素对小磁针偏转情况的影响.他能得到的实验结果有( )
A.减小白金丝直径,小磁针仍能偏转
B.用铜导线替换白金丝,小磁针仍能偏转
C.减小电源电动势,小磁针一定不能偏转
D.小磁针的偏转情况与其放置位置无关
答案:AB
解析:减小导线直径,仍存在电流,其产生的磁场仍能使小磁针偏转,选项A正确;白金导线换成铜导线,仍存在电流,产生的磁场仍能使小磁针偏转,选项B正确;减小伏打电池电动势,只要导线中有电流,小磁针还是会发生偏转,选项C错误;通电导线产生的磁场与地磁场叠加后,其空间磁场方向与位置有关,当小磁针在不同位置时其偏转情况不同,选项D错误.
探究点二 安培定则及应用
1.直线电流的磁场
安培定则:如图所示,用_____握住导线,让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致,____________所指的方向就是磁感线环绕的方向.
右手
弯曲的四指
2.环形电流的磁场
安培定则:如图所示,让右手__________与环形电流的方向一致,_____________的方向就是环形导线轴线上磁场的方向.
弯曲的四指
伸直的拇指所指
3.通电螺线管的磁场
安培定则:如图所示,右手握住螺线管,让弯曲的四指与_________一致,伸直的拇指所指的方向就是_____________磁场的方向或者说拇指所指的方向是它的_____的方向.
螺线管电流方向
螺线管轴线上
北极
例2 用安培定则分析下列现象,正确的是( )
A.图甲中小磁针静止时位置如图,则通电直导线的电流方向从下往上
B.图乙中金属圆环通以逆时针电流时,小磁针静止时N极垂直纸面向内
C.图丙中小磁针静止时的位置如图所示,则电源左侧为正极
D.图丁中在解释地磁场时,安培假设绕地轴的环形电流如图所示
答案:D
解析:图甲中小磁针静止时位置如图,磁场为顺时针方向,根据安培定则可知,通电直导线的电流方向从上往下,故A错误;图乙中金属圆环通以逆时针电流时,根据安培定则可知,磁场垂直纸面向外,小磁针静止时N极垂直纸面向外,故B错误;图丙中小磁针静止时的位置如图所示,右侧为S极,根据安培定则可知,则电源左侧为负极,故C错误;地理北极附近是地磁南极,根据安培定则可知,安培假设绕地轴的环形电流与图示相同,故D正确.
例3 (多选)如图,电磁打点计时器是利用电磁原理打点计时的一种仪器.它的工作原理为线圈中通入交流电时,线圈中的钢制弹簧片被周期性的磁化,并受到永久磁铁作用使弹簧片带动振针周期性的上下振动.当某时刻线圈中通入图示电流时,下列说法正确的是( )
A.线圈右端为N极
B.线圈右端为S极
C.弹簧片被磁化后受到向上的作用力
D.弹簧片被磁化后受到向下的作用力
答案:AD
解析:由右手螺旋定则可知线圈右端为N极,弹簧片被磁化后右端为N极,故A正确,B错误;由磁场对磁极的作用可知,弹簧片右端受向下的磁场力,故C错误,D正确.
练3 如图所示,直导线AB、螺线管E、电磁铁D三者相距较远,其磁场互不影响,当开关S闭合后,则小磁针北极N(灰色一端)指示磁场方向正确的是( )
A.a B.b C.c D.d
答案:C
解析:根据安培定则可判断出电流的磁场方向,再根据小磁针静止时N极所指的方向为磁场的方向可知C正确.
练4 如图所示,两根平行通电长直导线固定,左边导线中通有垂直纸面向外、大小为I1的恒定电流,两导线连线(水平)的中点处,一可自由转动的小磁针静止时N极指向平行于纸面向下.忽略地磁场的影响.关于右边导线中的电流I2,下列判断正确的是( )
A.I2<I1,方向垂直纸面向外
B.I2>I1,方向垂直纸面向外
C.I2<I1,方向垂直纸面向里
D.I2>I1,方向垂直纸面向里
答案:B
解析:小磁针静止时N极指向平行于纸面向下,说明该处的磁场方向向下,因I1在该处产生的磁场方向向上,则I2在该处产生的磁场方向向下,且大于I1在该处产生的磁场,由安培定则可知I2方向垂直纸面向外,且I2>I1.
1.下列关于磁感线的说法中正确的是( )
A.磁感线可以形象地描述磁场的强弱与方向
B.磁感线总是从磁铁的N极发出,到S极终止
C.磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列的曲线,没有细铁屑的地方就没有磁感线
D.沿磁感线的方向磁场逐渐减弱
答案:A
解析:磁场是一种看不见的特殊物质,人们为了形象地描述磁场而引入了磁感线这一假想的曲线,它可以表示磁场的强弱与方向,选项A正确;在磁铁外部,磁感线从磁铁的N极发出,从磁铁的S极进入,在磁铁内部磁感线由S极回到N极,构成闭合曲线,选项B错误;磁感线是人们假想的曲线,与有无铁屑无关,选项C错误;磁场的强弱由磁感线的疏密程度表示,而与磁感线的方向无关,选项D错误.
2.电流的磁效应揭示了电与磁的关系.下面四幅图中描述磁场方向与电流方向之间的关系,其中磁感线分布正确的是( )
答案:A
解析:根据安培定则可知,电流方向向上,导线右侧磁场方向垂直纸面向里,左侧则是垂直纸面向外,故A正确;根据安培定则可知,螺线管内部磁场方向由左向右,故左端是S极,右端是N极,故B错误;根据安培定则可知,环形导线内部磁场方向从右向左,故C错误;根据安培定则可知,电流方向向下,从上往下看,磁场方向应该是顺时针方向,故D错误.
3.安培观察到通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场很相似,提出了“分子电流”假说.他认为,在物质内部存在着一种环形电流——分子电流(分子电流实际上是由原子内部电子绕核运动形成的,如图所示),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.下列将分子电流(箭头表示电子运动方向)等效为小磁体的选项图中正确的是( )
答案:B
解析:绕核运动的电子带负电,则环形电流方向与其运动方向相反,根据安培定则可知其左侧为N极,B正确.
4.为解释地球的磁性,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.在如图中,正确表示安培假设中环形电流方向的是( )
答案:B
解析:地磁的南极在地理北极的附近,故在用安培定则判定环形电流的方向时右手的拇指必需指向南方;而根据安培定则,拇指与四指垂直,而四指弯曲的方向就是电流流动的方向,故电流的方向应该向西,故B正确,A、C、D错误.
5.受奥斯特发现电流磁效应实验的启发,某兴趣小组用铁钉与漆包线绕制成电磁铁,电磁铁正上方的小磁针稳定后如图所示,下列说法正确的是( )
A.导线B端接电源正极
B.铁钉内磁场方向向右
C.电磁铁右端为电磁铁的N极
D.小磁针所在位置的磁场方向水平向左
答案:A
解析:根据小磁针稳定时N极所指的方向可知电磁铁右端为S极,左端为N极,根据右手螺旋定则可知电流从B到A,所以B端接电源正极,铁钉内部磁感线从S极指向N极,即内磁场方向向左,故A正确,B、C错误;小磁针静止时N极所指的方向为该点的磁场方向,所以小磁针所在位置的磁场方向水平向右,故D错误.故选A.
1.如图所示,把一条导线平行地放在磁针的上方附近,当导线中有电流通过时,磁针会发生偏转.发现这个实验现象的物理学家是( )
答案:C
解析:牛顿是经典力学的奠基人,爱因斯坦创立了狭义和广义相对论,居里夫人在天然放射性的研究领域有杰出的贡献,奥斯特首先发现了电流的磁效应,正确答案为C.
2.(多选)下列有关磁场的说法中,正确的是( )
A.磁体周围的空间存在看不见、摸不着的磁场
B.磁极间的相互作用是通过磁场发生的
C.磁场是有方向的,在磁场中的不同位置,其磁场方向一般不同
D.在磁场中的某点,小磁针南极所受磁场力的方向与该点的磁场方向相同
答案:ABC
解析:磁场虽然看不见、摸不着,但它是一种客观存在的特殊物质,它的基本性质是对放入其中的磁体、通电导线或运动电荷产生力的作用;磁极间的相互作用就是通过磁场发生的;磁场具有方向性,在磁场中的某点,小磁针静止时,北极所受磁场力的方向与该点的磁场方向一致,南极所受磁场力的方向与该点的磁场方向相反(磁场方向的另一种描述方法),故A、B、C正确,D错误.
3.物理实验都需要有一定的控制条件.奥斯特做电流磁效应实验时,应排除地磁场对实验的影响.关于奥斯特的实验,下列说法中正确的是( )
A.该实验必须在地球赤道上进行
B.通电直导线应该竖直放置
C.通电直导线应该水平东西方向放置
D.通电直导线应该水平南北方向放置
答案:D
解析:小磁针静止时指向南北,说明地磁场的方向为南北方向,当导线南北方向放置时,能产生东西方向的磁场,把小磁针放置在该处时,可有明显的偏转,故选项D正确.
4.关于磁感线,下列说法正确的是( )
A.磁感线是磁场中实际存在的曲线
B.磁感线可以表示磁场的方向和强弱
C.沿磁感线的方向磁感应强度一定减弱
D.两条磁感线的空隙处一定不存在磁场
答案:B
解析:磁感线是为了描述磁场而引入的,它并不实际存在,故A错误;磁感线可以表示磁场的方向和强弱,磁感线的疏密可以表示磁场的强弱,磁感线上任一点的切线方向,都跟该点磁场的方向相同,故B正确;沿磁感线的方向磁感应强度不一定减弱,如匀强磁场,故C错误;磁感线是为描述磁场而假想的,其疏密程度反映磁场的强弱,其空隙处并不是不存在磁场,故D错误.
5.指南针是我国古代四大发明之一,东汉学者王充在《论衡》一书中描述的“司南”是人们公认的最早的磁性定向工具,关于指南针能指示南北方向是由于( )
A.指南针的两个磁极相互吸引
B.指南针的两个磁极相互排斥
C.指南针能吸引铁、铝、镍等物质
D.地磁场对指南针的作用
答案:D
解析:用指南针指示方向,是由于地球本身是一个大磁体,地球的磁场对磁体产生力的作用,地球的南极是地磁的N极,地球的北极是地磁的S极,同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,故指南针指示南北方向,因此选项D正确,A、B、C错误.
6.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极向纸外转,而a、c的N极向纸里转
C.b、c的N极都向纸里转,而a的N极向纸外转
D.b的N极向纸里转,而a、c的N极向纸外转
答案:B
解析: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内,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b的N极向纸外转,a、c的N极向纸里转.
7.如图所示,地球是一个磁体,相当于一个大条形磁铁,为了解释地球的磁性,安培在19世纪用分子电流假说进行了说明,认为地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的,
下列说法正确的是( )
A.用一个能自由转动的小磁针观察地磁场的方向,看到它的磁极一般指向地理的正南北方向
B.地球磁体的N极位于地理的南极,地球磁体的S极与地理的北极重合
C.在地球的内部磁感线由地磁的S极指向地磁的N极
D.从地理北极向地理南极看,环形电流的方向沿逆时针方向
答案:C
解析:地磁场的南北极并不与地理的南北极重合,存在一定的偏角,所以用一个能自由转动的小磁针观察地磁场的方向,看到它的磁极一般指向地理的南北方向附近,不是正南北方向,故A错误;地球磁体的N极位于地理的南极附近,地球磁体的S极在地理的北极附近,并不重合,故B错误;在地球的内部磁感线由地磁的S极指向地磁的N极,故C正确;根据安培定则可知,从地理北极向地理南极看,环形电流的方向沿顺时针方向,故D错误.
8.下列关于图中的相关判断和描述正确的是( )
A.甲图中地球赤道表面磁场方向指向南方
B.乙图中表示的电场是由等量异种电荷产生的,电场线方向从正电荷到负电荷,再从负电荷回到正电荷形成闭合回路
C.丙图中条形磁铁的磁感线从N极出发,到S极终止
D.丁图中如果忽略地磁场,那么环形导线通电后,其轴心位置小磁针的N极向纸外旋转
答案:D
解析:根据地磁场的分布特点可知,地理南极附近是地磁N极,故甲图中地球赤道表面磁场方向指向北方,故A错误;乙图中表示的电场是由等量异种电荷产生的,电场线方向从正电荷到负电荷,但电场线不会形成闭合的回路,故B错误;丙图中条形磁铁的磁感线在磁铁外部从N极出发,到S极,从磁铁内部由S极回到N极,故C错误;丁图中如果忽略地磁场,那么环形导线通电后,根据安培定则可知,其轴心磁场方向向外,则其轴心位置小磁针的N极向纸外旋转,故D正确.
9.如图所示的装置中,当接通电源后,小磁针A的指向如图所示,则( )
A.电源左侧为正极
B.小磁针B的N极向纸里转
C.小磁针B会不断的转动
D.小磁针B不转动
答案:A
解析:由图可知通电螺线管的左边为S极,根据安培定则可知电路中有顺时针方向的电流,所以电源的左端为正极,故A正确;根据安培定则判断出磁感线方向,即可知小磁针B的N极向外转动,故B、C、D错误.
10.宇宙中“破坏力”最强的天体“磁星”,危险强度不亚于黑洞,其磁感应强度相当于地球磁场的1 000万亿倍,
下列有关磁星的磁场说法正确的是( )
A.“磁星”表面磁场太过强大,故在磁星表面会出现以实物形式存在的磁感线
B.“磁星”表面的磁场如此强大,故而磁感线非常密集,导致磁感线可能相交
C.磁场只存在于“磁星”外部,而“磁星”内部不存在磁场
D.“磁星”表面各点的磁场方向可以用磁感线在该点的切线方向表示
答案:D
解析:磁感线实际上不存在,故A错误;磁感线不会相交也不会相切,故B错误;磁感线为闭合曲线,故而在“磁星”内部仍然存在磁场,故C错误;“磁星”表面各点的磁场方向可以用磁感线在该点的切线方向表示,故D正确.
11.如图所示,对其中包含的物理知识说法正确的是( )
A.图甲,导体棒A端因感应带负电,B端因感应带正电
B.图乙,A、B两点与中心电荷的距离相等,故A、B两点的电场强度相同
C.图丙,停在高压线上的小鸟没电死,是因为小鸟的安全电压很高
D.图丁,能自由转动的小磁针如图静止,则通电导线中电流方向向下
答案:D
解析:图甲,根据静电感应原理可知,导体棒A端因感应带负电,由于导体棒A端接地,所以B端不带电,故A错误;图乙,A、B两点与中心电荷的距离相等,故A、B两点的电场强度大小相等,方向不同,故B错误;图丙,停在高压线上的小鸟没电死,是因为小鸟双脚落在同一条导线上,两脚间的距离很小,电压很低,几乎没有电流流过小鸟的身体,故C错误;图丁,能自由转动的小磁针如图静止,根据安培定则可知,通电导线中电流方向向下,故D正确.
12.(多选)如图所示,某同学在实验室模拟奥斯特的电流磁效应实验时,发现小磁针在水平方向上不发生偏转,
可能的原因是( )
A.通电直导线中电流方向自西向东,小磁针放在通电直导线附近等高的水平位置
B.通电直导线中电流方向自东向西,小磁针放在通电直导线附近正上方
C.通电直导线中电流方向自南向北,小磁针放在通电直导线附近正下方
D.通电直导线中电流方向自北向南,小磁针放在通电直导线附近正上方
答案:AB
解析:通电直导线中电流方向自西向东,根据安培定则,放在通电直导线附近等高的水平位置的小磁针所在位置,通电直导线产生的磁场竖直向上或竖直向下,所以小磁针不发生偏转,故A正确;通电直导线中电流方向自东向西,根据安培定则,放在通电直导线附近正上方的小磁针所在位置,通电直导线产生的磁场水平向北,小磁针N极受力方向向北,所以小磁针不发生偏转,故B正确;
通电直导线中电流方向自南向北,根据安培定则,放在通电直导线附近正下方的小磁针所在位置,通电直导线产生的磁场水平向西,小磁针N极受力方向向西,所以小磁针N极向西偏转,故C错误;通电直导线中电流方向自北向南,根据安培定则,放在通电直导线附近正上方的小磁针所在位置,通电直导线产生的磁场水平向西,小磁针N极受力方向向西,所以小磁针N极向西偏转,故D错误.
13.(多选)如图甲所示,市面上有一种有趣的磁悬浮玩具,接通电源后,磁性玩偶会稳定地漂浮起来.其内部构造如图乙所示,其中滑动变阻器的阻值可改变,则下列说法正确的是( )
A.b端应接电源正极
B.软铁内的磁感线方向朝向上方
C.a端应接电源正极
D.滑动变阻器的滑片P向上滑动,玩偶的高度会下降
答案:AB
解析:根据题意可知,通电线圈的上方为N极,由安培定则可知,电流由线圈下端流入,上端流出,则b端应接电源正极,故A正确,C错误;软铁内部磁场由S→N,则软铁内的磁感线方向朝向上方,故B正确;若滑动变阻器的滑片向上滑动,可变电阻的电阻值调小,则线圈中的电流增大,玩偶的高度会上升,故D错误.
14.弹簧测力计下端挂一条形磁铁,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,弹簧测力计示数减小
C.若b接电源正极,a接负极,弹簧测力计示数不变
D.若b接电源正极,a接负极,弹簧测力计示数减小
答案:B
解析:当螺线管将a接电源正极,b接负极时,线圈中产生磁场,由右手螺旋定则判断得知,螺线管内部磁场方向向上,对磁铁产生向上的斥力,所以弹簧秤示数减小,故A错误,B正确;当螺线管将a接电源负极,b接正极时,线圈中产生磁场,由右手螺旋定则判断得知,螺线管内部磁场方向向下,对磁铁产生向下的引力,所以弹簧秤示数增大,故C、D错误.1.磁场 磁感线
探究点一 磁场 磁感线
1.电和磁的联系
电生磁实验
(1)奥斯特实验:把导线放置在一个指南针的上方,通电时磁针________了.
(2)意义:发现了电流的________,首次揭示了________的联系.
2.磁场和磁感线
(1)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的相互作用,是通过________发生的.
(2)磁感线
①磁感线及其作用
在磁场中画出一些曲线,使曲线上每一点的________方向都跟这点________的方向一致,这样的曲线就叫作磁感线.利用磁感线可以形象地描述磁场.
可类比电场线 实际上不存在②实验模拟
在条形磁体上方放置一块玻璃板,在玻璃板上均匀地撒一层细铁屑,可以模拟出磁感线的形状,原因是细铁屑在磁场里________成了“小磁针”.轻敲玻璃板,细铁屑就会有________地排列起来.
3.安培定则
安培定则:用右手握住导线,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.(也叫右手螺旋定则)
【情境思考】
如图甲、乙、丙三种情况,它们是通电导体与磁体、通电导体与通电导体间相互作用的情境.
(1)图甲中的小磁针为什么会发生偏转?
(2)图乙中的通电导线为什么会运动?
(3)图丙中通电导线之间的相互作用是怎样发生的?
【思维提升】
1.磁场
(1)磁场的客观性: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.存在于磁体、通电导线、运动电荷、变化电场、地球的周围.
(2)磁场的基本性质:对放入其中的磁体、通电导体、运动的电荷有力的作用,而且磁体与磁体、磁体与通电导体、通电导体与通电导体间的相互作用都是通过磁场发生的.
2.磁感线的特点
(1)磁感线是假想的曲线;
(2)磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线,磁体外部由N极到S极,内部由S极到N极;
(3)磁感线不相交、不相切;
(4)磁感线的疏密表示磁场的强弱;
(5)磁感线上每一点的切线方向即为该点的磁场的方向.
3.地球的磁场
(1)地球是一个巨大的磁体.
(2)地球周围空间存在的磁场叫地磁场.
(3)地磁场的两大特点
①地磁场的N极在地球南极附近,S极在地球北极附近.
②地磁场的方向在南半球斜向上,在北半球斜向下,与地表面并不平行.
例1 为了形象地描述磁场,人们引入了磁感线,关于磁场和磁感线的描述,下列说法错误的是( )
A.磁体与磁体之间,磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的
B.任意两条磁感线都不可能相交,也不可能相切
C.磁感线与电场线不同,磁感线一定是闭合曲线,而电场线不一定闭合
D.磁场和磁感线是真实存在的,可以通过用细铁屑来模拟
[解题心得]
练1 (多选)中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角:“以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也.”进一步研究表明,地球周围地磁场分布示意图如图,结合上述材料,下列说法正确的是( )
A.地理南、北极与地磁场的南、北极不重合
B.地球内部也存在磁场,地磁南极在地理南极附近
C.地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行
D.地球表面的磁场的竖直分量在南半球垂直于地面向上,在北半球垂直于地面向下
练2 (多选)奥斯特利用如图所示实验装置研究电流的磁效应.一个可自由转动的小磁针放在白金丝导线正下方,导线两端与一伏打电池相连.接通电源瞬间,小磁针发生了明显偏转.奥斯特采用控制变量法,继续研究了导线直径、导线材料、电池电动势以及小磁针位置等因素对小磁针偏转情况的影响.他能得到的实验结果有( )
A.减小白金丝直径,小磁针仍能偏转
B.用铜导线替换白金丝,小磁针仍能偏转
C.减小电源电动势,小磁针一定不能偏转
D.小磁针的偏转情况与其放置位置无关
探究点二 安培定则及应用
1.直线电流的磁场
安培定则:如图所示,用________握住导线,让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致,____________所指的方向就是磁感线环绕的方向.
2.环形电流的磁场
安培定则:如图所示,让右手____________与环形电流的方向一致,________________的方向就是环形导线轴线上磁场的方向.
3.通电螺线管的磁场
安培定则:如图所示,右手握住螺线管,让弯曲的四指与________________一致,伸直的拇指所指的方向就是________________磁场的方向或者说拇指所指的方向是它的________的方向.
例2 用安培定则分析下列现象,正确的是( )
A.图甲中小磁针静止时位置如图,则通电直导线的电流方向从下往上
B.图乙中金属圆环通以逆时针电流时,小磁针静止时N极垂直纸面向内
C.图丙中小磁针静止时的位置如图所示,则电源左侧为正极
D.图丁中在解释地磁场时,安培假设绕地轴的环形电流如图所示
[解题心得]
例3 (多选)如图,电磁打点计时器是利用电磁原理打点计时的一种仪器.它的工作原理为线圈中通入交流电时,线圈中的钢制弹簧片被周期性的磁化,并受到永久磁铁作用使弹簧片带动振针周期性的上下振动.当某时刻线圈中通入图示电流时,下列说法正确的是( )
A.线圈右端为N极
B.线圈右端为S极
C.弹簧片被磁化后受到向上的作用力
D.弹簧片被磁化后受到向下的作用力
[解题心得]
练3 如图所示,直导线AB、螺线管E、电磁铁D三者相距较远,其磁场互不影响,当开关S闭合后,则小磁针北极N(灰色一端)指示磁场方向正确的是( )
A.a B.b C.c D.d
练4 如图所示,两根平行通电长直导线固定,左边导线中通有垂直纸面向外、大小为I1的恒定电流,两导线连线(水平)的中点处,一可自由转动的小磁针静止时N极指向平行于纸面向下.忽略地磁场的影响.关于右边导线中的电流I2,下列判断正确的是( )
A.I2<I1,方向垂直纸面向外
B.I2>I1,方向垂直纸面向外
C.I2<I1,方向垂直纸面向里
D.I2>I1,方向垂直纸面向里
1.下列关于磁感线的说法中正确的是( )
A.磁感线可以形象地描述磁场的强弱与方向
B.磁感线总是从磁铁的N极发出,到S极终止
C.磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列的曲线,没有细铁屑的地方就没有磁感线
D.沿磁感线的方向磁场逐渐减弱
2.电流的磁效应揭示了电与磁的关系.下面四幅图中描述磁场方向与电流方向之间的关系,其中磁感线分布正确的是( )
3.安培观察到通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场很相似,提出了“分子电流”假说.他认为,在物质内部存在着一种环形电流——分子电流(分子电流实际上是由原子内部电子绕核运动形成的,如图所示),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.下列将分子电流(箭头表示电子运动方向)等效为小磁体的选项图中正确的是( )
4.为解释地球的磁性,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.在如图中,正确表示安培假设中环形电流方向的是( )
5.受奥斯特发现电流磁效应实验的启发,某兴趣小组用铁钉与漆包线绕制成电磁铁,电磁铁正上方的小磁针稳定后如图所示,下列说法正确的是( )
A.导线B端接电源正极
B.铁钉内磁场方向向右
C.电磁铁右端为电磁铁的N极
D.小磁针所在位置的磁场方向水平向左
1.磁场 磁感线
导学 掌握必备知识 强化关键能力
探究点一
1.(1)转动 (2)磁效应 电与磁
2.(1)磁场 (2)①切线 磁场 ②磁化 规则
情境思考
提示:(1)(2)小磁针发生偏转、通电导线运动、通电导线之间吸引或者排斥一定都是受到了力的作用.
(3)磁体对磁体有力的作用、通电导体对磁体有力的作用、磁体对通电导体也有力的作用、通电导体对通电导体也有力的作用,这些作用都是通过磁场发生的.
[例1] 解析:磁体与磁体之间,磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的,故A正确;磁场中某点的磁场方向是唯一的,且磁场方向沿磁感线切线的方向,所以任意两条磁感线都不可能相交,也不可能相切,故B正确;磁感线与电场线不同,磁感线一定是闭合曲线,而电场线不一定闭合,故C正确;磁场是真实存在的,磁感线是为了形象描述磁场而假想的线,不是真实存在的,故D错误.
答案:D
练1 解析:地理南、北极与地磁场的南、北极不重合,故A正确;地球内部也存在磁场,地磁南极在地理北极附近,故B错误;只有赤道上空磁场的方向才与地面平行,故C错误;地球表面的磁场的竖直分量在南半球垂直于地面向上,在北半球垂直于地面向下,故D正确.
答案:AD
练2 解析:减小导线直径,仍存在电流,其产生的磁场仍能使小磁针偏转,选项A正确;白金导线换成铜导线,仍存在电流,产生的磁场仍能使小磁针偏转,选项B正确;减小伏打电池电动势,只要导线中有电流,小磁针还是会发生偏转,选项C错误;通电导线产生的磁场与地磁场叠加后,其空间磁场方向与位置有关,当小磁针在不同位置时其偏转情况不同,选项D错误.
答案:AB
探究点二
1.右手 弯曲的四指
2.弯曲的四指 伸直的拇指所指
3.螺线管电流方向 螺线管轴线上 北极
[例2] 解析:图甲中小磁针静止时位置如图,磁场为顺时针方向,根据安培定则可知,通电直导线的电流方向从上往下,故A错误;图乙中金属圆环通以逆时针电流时,根据安培定则可知,磁场垂直纸面向外,小磁针静止时N极垂直纸面向外,故B错误;图丙中小磁针静止时的位置如图所示,右侧为S极,根据安培定则可知,则电源左侧为负极,故C错误;地理北极附近是地磁南极,根据安培定则可知,安培假设绕地轴的环形电流与图示相同,故D正确.
答案:D
[例3] 解析:由右手螺旋定则可知线圈右端为N极,弹簧片被磁化后右端为N极,故A正确,B错误;由磁场对磁极的作用可知,弹簧片右端受向下的磁场力,故C错误,D正确.
答案:AD
练3 解析:根据安培定则可判断出电流的磁场方向,再根据小磁针静止时N极所指的方向为磁场的方向可知C正确.
答案:C
练4 解析:小磁针静止时N极指向平行于纸面向下,说明该处的磁场方向向下,因I1在该处产生的磁场方向向上,则I2在该处产生的磁场方向向下,且大于I1在该处产生的磁场,由安培定则可知I2方向垂直纸面向外,且I2>I1.
答案:B
导练 落实创新应用 提升学科素养
1.解析:磁场是一种看不见的特殊物质,人们为了形象地描述磁场而引入了磁感线这一假想的曲线,它可以表示磁场的强弱与方向,选项A正确;在磁铁外部,磁感线从磁铁的N极发出,从磁铁的S极进入,在磁铁内部磁感线由S极回到N极,构成闭合曲线,选项B错误;磁感线是人们假想的曲线,与有无铁屑无关,选项C错误;磁场的强弱由磁感线的疏密程度表示,而与磁感线的方向无关,选项D错误.
答案:A
2.解析:根据安培定则可知,电流方向向上,导线右侧磁场方向垂直纸面向里,左侧则是垂直纸面向外,故A正确;根据安培定则可知,螺线管内部磁场方向由左向右,故左端是S极,右端是N极,故B错误;根据安培定则可知,环形导线内部磁场方向从右向左,故C错误;根据安培定则可知,电流方向向下,从上往下看,磁场方向应该是顺时针方向,故D错误.
答案:A
3.解析:绕核运动的电子带负电,则环形电流方向与其运动方向相反,根据安培定则可知其左侧为N极,B正确.
答案:B
4.解析:地磁的南极在地理北极的附近,故在用安培定则判定环形电流的方向时右手的拇指必需指向南方;而根据安培定则,拇指与四指垂直,而四指弯曲的方向就是电流流动的方向,故电流的方向应该向西,故B正确,A、C、D错误.
答案:B
5.解析:根据小磁针稳定时N极所指的方向可知电磁铁右端为S极,左端为N极,根据右手螺旋定则可知电流从B到A,所以B端接电源正极,铁钉内部磁感线从S极指向N极,即内磁场方向向左,故A正确,B、C错误;小磁针静止时N极所指的方向为该点的磁场方向,所以小磁针所在位置的磁场方向水平向右,故D错误.故选A.
答案:A
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