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知识点 1 磁场
1 磁场 磁感线
知识 清单破
1.概念:磁体和电流在自己周围空间会产生磁场,一切磁相互作用都是通过磁场实现的。
2.方向:人们规定,小磁针N极的受力方向就是该处磁场的方向。
3.基本性质:对处在磁场中的磁极或电流有力的作用。
1.意义:用磁感线来形象地描述磁场的方向和强弱。
2.规律:
(1)曲线上每一点的切线方向为该点的磁场方向。
(2)曲线的疏密表示磁场的强弱,曲线疏的地方磁场弱,曲线密的地方磁场强。
(3)磁感线是闭合曲线,不相交、不相切、也不中断。
3.常见永磁体的磁场
知识点 2 磁感线
1.直线电流的安培定则
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,则弯曲的四指所
指的方向就是磁感线环绕的方向,如图所示。
知识点 3 安培定则
2.环形电流的安培定则
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,如图所示。
3.通电螺线管的磁场
通电螺线管可以看作由许多匝环形电流串联而成,因此,通电螺线管的磁场是这些环形
电流磁场的叠加,所以可以利用环形电流的安培定则判断通电螺线管的磁场。
1.两通电导线之间的相互作用是通过电场发生的吗
2.磁感线总是由磁体的N极指向S极,这种说法正确吗
3.通电直导线周围磁场的磁感线是一圈圈间距相等的同心圆吗
4.两个磁场叠加的区域,磁感线可能相交吗
知识辨析
一语破的
1.不是。两通电导线之间的相互作用是通过磁场发生的。
2.不正确。在磁体外部,磁感线由磁体的N极指向S极,在磁体内部,磁感线由磁体的S极指向N
极。
3.不是。这些同心圆都在跟导线垂直的平面上,离通电直导线越远,磁感线越稀疏,即同心圆
间距不相等。
4.不可能。假如两条磁感线相交,则在交点处有两个切线方向,该处磁场有两个方向,这是不
可能的,因此磁感线一定不相交。
关键能力 定点破
定点 1 三种常见电流的磁场
图示 立体图 截面图 直线电流 从上向下看
从前向后看
特点:以导线上任意点为圆心垂直于导线的多组同心圆,越向外越稀疏,
磁场越弱 环形电流 从右向左看
从前向后看
特点:内部磁场比环外强,磁感线越向外越稀疏 通电 螺线管 从左向右看
从前向后看
特点:内部磁场可视为匀强磁场且比外部强,方向由S极指向N极,外部磁
场类似于条形磁铁的磁场,方向由N极指向S极 说明 (1)图中的“×”号表示磁场方向垂直于纸面向里,“·”表示磁场方向垂直于纸面向
外。
(2)安培定则是判定电流周围的磁场的方法,在使用安培定则时,不但要掌握四指和大拇指的
用法,还要注意磁场立体空间的分布,熟悉常见磁场的磁感线的立体图和截面图的画法及转
换。
典例 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【1】,当这些小
磁针静止时,小磁针N极的指向【2】分别是 ( )
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
C
信息提取
思路点拨 先由安培定则确定磁感线的分布,再确定小磁针的指向。
解析 小磁针静止时N极的指向与该点磁感线方向相同,如果a、b、c三处磁感线方向确定,
那么三枚小磁针静止时N极的指向也就
确定。通电螺线管的磁场与条形磁体的磁场类似,画出通电螺线管的磁感线,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,C正确。
定点 2 磁感线与电场线的比较
磁感线 电场线
类 同 点 意义 为了形象地描述磁场的方向和强弱而假想的线 为了形象地描述电场的方向和强弱而假想的线
方向 线上各点的切线方向
就是该点的磁场方向 线上各点的切线方向
就是该点的电场方向
疏密 表示磁场强弱 表示电场强弱
特点 在空间不相交、不相
切、不中断 除电荷处外,在空间不相交、不相切、不中断
不同点
闭合曲线 始于正电荷,止于负电荷或无穷远处;或
始于无穷远处,止于负电荷。不闭合的曲
线第三章 电磁场与电磁波初步
1 磁场 磁感线
基础过关练
题组一 对磁场的理解
1.(多选题)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.磁场是人为构想出来的
C.磁体与磁体之间是通过磁场发生作用的
D.安培首先发现了电流的磁效应
题组二 对磁感线的理解
2.下列关于磁感线的说法,正确的是( )
A.磁感线是真实存在的
B.实验中观察到的铁屑的分布就是磁感线
C.磁感线是一种物理模型,并不真实存在
D.磁感线自N极起,终止于S极
3.如图所示为磁场中的两条磁感线,A、B、C为磁场中的三个点,其中A、C在同一条直线磁感线上,下列关于A、B、C三点所在处磁场的强弱的说法正确的是( )
A.A处的磁场比B处的强
B.A处的磁场比B处的弱
C.A、B、C三点处的磁场方向相同
D.无法比较A、B处的磁场强弱
题组三 安培定则
4.(经典题)在直导线AB中通一自A向B方向的电流,则电流接通后,悬挂在直导线正上方的小磁针( )
A.N极向纸内、S极向纸外旋转
B.N极向纸外、S极向纸内旋转
C.在纸面内顺时针旋转90°
D.在纸面内逆时针旋转90°
5.下列各图中通电导体产生的磁场方向正确的是( )
6.(2024山东济宁嘉祥一中期中)为了判断一个未知正负极的蓄电池的极性,某同学将该蓄电池通过电阻跟螺线管连接起来,发现小磁针的N极立即向螺线管偏转,如图所示。用M、N和P、Q分别表示蓄电池和螺线管的两极,下列判断正确的是( )
A.蓄电池M端为正极
B.蓄电池N端为正极
C.螺线管P端为S极
D.螺线管内部磁场方向由P指向Q能力提升练
题组一 安培定则的应用
1.有a、b、c、d四个小磁针,分别放置在通电螺线管的附近和内部,如图所示。其中指向正确的小磁针是( )
A.a B.b C.c D.d
2.绝缘圆环上均匀分布着正电荷,圆环平面与竖直平面重合,在垂直于圆环所在平面且过圆心的轴上P点放置一小磁针。现使圆环绕轴沿图示方向匀速转动,则小磁针N极指向正确的是( )
A B
C D
3.冬季,小明为了给小鸡仔提供温暖的生活环境,制作了恒温箱系统,原理如图。控制电路由电磁继电器、滑动变阻器R1、热敏电阻R2(安装在恒温箱内,阻值随温度升高而显著减小)、低压电源等组成。加热电路由电源、电热丝R3和R4等组成。调好R1阻值,闭合开关S1、S2,箱内温度升高到设定值后即在小范围内波动,且降温阶段降温比较平缓。
(1)温度升高时,电磁铁磁性 (选填“增强”或“减弱”);
(2)R3阻值 (选填“大于”或“小于”)R4阻值;
(3)将R1的阻值稍微调小一些,恒温箱的设定温度将 (选填“升高”或“降低”)。
题组二 磁场中动力学规律的应用
4.(经典题)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,测力计示数不变
B.若a接电源正极,b接负极,测力计示数增大
C.若b接电源正极,a接负极,测力计示数减小
D.若b接电源正极,a接负极,测力计示数增大
5.如图甲所示是一个磁悬浮地球仪,原理如图乙所示。上方的地球仪内有一个永磁体,底座内有一个线圈,线圈通上直流电,地球仪就可以悬浮起来。下列说法正确的是( )
A.将地球仪上下位置翻转,仍能继续保持悬浮
B.图中线圈的a端必须连接直流电源的正极
C.若增加线圈的匝数,稳定后地球仪受到的磁力增大
D.若增大线圈中的电流,稳定后地球仪受到的磁力不变
答案与分层梯度式解析
第三章 电磁场与电磁波初步
1 磁场 磁感线
基础过关练
1.AC 2.C 3.A 4.B 5.C 6.B
1.AC 磁场是客观存在的一种物质,A正确,B错误;磁体与磁体之间是通过彼此激发的磁场发生相互作用的,C正确;奥斯特首先发现了电流的磁效应,选项D错误。
2.C 磁感线是为了描述磁场分布而引入的,不是真实存在的,故A错误;实验中观察到的铁屑的分布只是反映磁场的分布,不是磁感线,磁感线是为了便于研究人们假想出来的,是一种物理模型,不是真实存在的,B错误,C正确;在磁体的内部,磁感线从磁体的S极到N极;磁体的外部则是从磁体的N极到S极,是闭合曲线,故D错误。
3.A 磁感线疏的地方磁场弱,密的地方磁场强,,故由题图可知A处的磁场比B处的强,故A正确,B、D错误;磁场的方向为磁感线的切线方向,A、C所在处的磁场方向相同、B点的磁场方向未知,故C错误。
归纳总结
形象描绘磁场的工具——磁感线
(1)磁感线的疏密表示磁场的强弱,密集的地方磁场强,稀疏的地方磁场弱,故磁感线不相切。
(2)磁感线为闭合曲线,磁感线在磁体外部从N极指向S极,在磁体内部从S极指向N极。
(3)磁感线上任意一点的切线方向表示该点的磁场方向,在匀强磁场中,某点磁场方向是唯一的、确定的,所以磁感线不能相交。
4.B
根据安培定则判断小磁针附近的磁场方向为垂直于纸面向外,再根据小磁针静止时N极指向磁场方向,可知悬挂在直导线正上方的小磁针N极向纸外、S极向纸内旋转,B正确。
5.C 根据安培定则可知,A选项图中通电直导线产生的磁场应与图中方向相反(逆时针),A错误;根据安培定则可知,B选项图中通电直导线产生的磁场右侧向里,左侧向外,B错误;根据安培定则可知,C选项图中通电线圈产生的磁场方向正确,C正确;根据安培定则可知,D选项图中通电线圈产生的磁场方向应该向右,D错误。
6.B 小磁针的N极向螺线管偏转说明小磁针所在位置的磁场方向向左,即螺线管P端为N极,Q端为S极,C错误;在螺线管的内部,磁场方向由S极指向N极,所以螺线管内部磁场方向由Q指向P,D错误;根据安培定则可知,在蓄电池外部电流从N流向M,蓄电池N端为正极,A错误,B正确。
能力提升练
1.D 2.C 4.D 5.D
1.D 由图可知,电流从右侧流入螺线管,据安培定则可得,螺线管左侧为N极,右侧为S极;螺线管外部的磁感线由N极指向S极,螺线管内部的磁感线由S极指向N极,因此小磁针a、c、d处磁场水平向左,小磁针a、c指向不对,小磁针d指向正确;小磁针b处磁场水平向右,小磁针b指向不对。故选D。
2.C 从右向左看,绝缘圆环匀速转动时形成的环形电流沿逆时针方向,由安培定则可知圆环轴线上的磁场水平向右,小磁针N极指向该处的磁场方向,N极指向右方,选C。
3.答案 (1)增强 (2)小于 (3)降低
解析 (1)温度升高时,热敏电阻R2减小,控制电路上的电流变大,所以电磁铁的磁性增强。
(2)分析电路可知,闭合开关S2,电源与R3连接,恒温箱内温度开始升高,随着温度升高,热敏电阻R2阻值减小,控制电路内电流变大,电磁铁的磁性增强,电磁开关被吸下,此时电源与R4连接,恒温箱进入降温阶段。由Q=I2Rt可知,若要实现恒温箱内温度小范围内波动,需要满足R3小于R4。
(3)若将R1的阻值稍微调小一些,则控制电路中的电流变大,电磁铁的磁性会变强,电磁控制开关被吸合时,对应恒温箱的温度降低,即恒温箱的设定温度降低。
4.D 若a接电源正极,b接负极,由安培定则可知螺线管的上端相当于条形磁铁的N极,故磁铁受到螺线管对它向上的斥力作用,弹簧测力计示数减小,A、B错误;若b接电源正极,a接负极,由安培定则可知螺线管的上端相当于条形磁铁的S极,磁铁受到螺线管对它向下的引力作用,弹簧测力计示数变大,故C错误,D正确。
5.D
图形剖析
地球仪根据同名磁极相互排斥的原理制成,将地球仪上下翻转,则磁体磁极颠倒,和线圈间的作用力从斥力变为吸引力,不能继续保持悬浮,故A错误;线圈a端接正极时,根据安培定则可知螺线管上面是S极,和永磁体下端磁极相反,会相互吸引,地球仪不会悬浮,故B错误;增加线圈匝数或增大线圈中的电流,磁场都会增强,稳定后地球仪悬浮的位置更高,但稳定后地球仪受到的磁力仍与重力大小相等,故C错误,D正确。
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