5.2 用磁感线描述磁场 学案 (3)

第1讲　磁场　用磁感线描述磁场
[目标定位]　1.了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响.2.理解磁场的概念，知道磁极之间、磁极与电流之间、电流与电流之间都是通过磁场相互作用的.3.了解地磁场分布、变化以及对人类生活的影响.4.知道磁感线的概念，会用安培定则判断电流周围的磁场方向，并能记住几种常见磁场的磁感线分布特点．
一、我国古代的磁应用
1．古人发现，不管形状如何，任何磁体都有两个磁极．
2．指南针的出现改变了夜晚依靠北极星辨别方向、白昼通过太阳定位的历史．
二、磁场
磁场是一种看不见、摸不着、存在于电流或磁体周围的物质，它传递着磁相互作用．磁场的存在，使磁体之间不接触便可以发生相互作用．
三、地球的磁场
1．地磁场：我们生活的地球本身就是一个大磁体，它的N极位于地理南极附近，S极位于地理北极附近．
2．磁偏角：用一个能自由转动的小磁针观察地磁场方向时，可以看到它的磁极一般并不指向地理的正南北方向，小磁针的指向与正南北方向之间的夹角叫做磁偏角．
四、用磁感线描述磁体的磁场
1．磁感线：在磁场中画出的一些有方向的假想曲线，在磁感线上，任意一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同，都代表磁场中该点小磁针北极受力的方向．
2．磁感线的特点：磁感线是闭合曲线，磁感线分布越密的地方，磁场越强；磁感线分布越疏的地方，磁场越弱．
五、用磁感线描述电流的磁场
1．直线电流的磁场
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．这个规律也叫右手螺旋定则．
2．环形电流的磁场
环形电流的磁场可用另一种形式的安培定则表示：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中心轴线上磁感线的方向．
3．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与电流方向一致，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N极(如图1所示).
图1
一、磁场
1．磁场：磁体的周围和电流的周围存在磁场．磁场和常见的由分子、原子组成的物质不同，不是以微粒形式存在，但却是一种客观存在的物质．
2．基本性质：对放入其中的磁体或电流有力的作用．
3．磁场的产生：(1)磁体周围有磁场；(2)电流周围有磁场．
例1　下列关于磁场的说法中，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．磁极与磁极间是直接发生作用的
D．磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生
答案　A
二、正确解读地磁场
1．地球是一个大磁体，存在的磁场叫地磁场．如图2所示，地球磁体的N极(北极)位于地理南极附近，地球磁体的S极(南极)位于地理北极附近．
图2
2．虽然地磁两极与地理两极并不重合，但它们的位置相对来说差别不是很大．因此，一般我们认为：
(1)在赤道正上方，距离地球表面高度相等的点，磁场的强弱相同，且方向水平向北．
(2)在南半球，地磁场方向指向北上方；在北半球，地磁场方向指向北下方．
例2　如图3所示，假设将一个小磁针放在地球的北极点上，那么小磁针的N极将(　　)
图3
A．指北
B．指南
C．竖直向上　
D．竖直向下
答案　D
解析　地磁场的分布规律与条形磁铁类似，在地理北极附近，地磁场竖直向下，此处小磁针的N极应竖直向下，D对．
三、对磁感线的深化理解
1．常见永磁体的磁场(如图4所示)
图4
2．磁感线与电场线的比较
比较项目
磁感线
静电场的电场线
相同点
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
始于正电荷或无穷远处，止于负电荷或无穷远处．不闭合的曲线
例3　关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是(　　)
A．磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止的
B．磁感线可以形象地描述各磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致
C．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的
D．两个磁场的叠加区域，磁感线可能相交
答案　B
解析　磁铁内部磁感线从S极到N极，A不正确；磁感线上每一点切线方向表示磁场方向，磁感线的疏密表示磁场的强弱，小磁针静止时北极受力方向和北极静止时指向均为磁场方向，B正确．磁感线是为了形象地描述磁场而假设的一组有方向的闭合的曲线，实际上并不存在，C不正确；叠加区域合磁场的方向也具有唯一性，故磁感线不可能相交，D错误．
借题发挥　磁场、电场是一种客观存在的特殊物质，磁感线、电场线虽是假想的曲线，但可形象地描述磁场、电场的强弱和方向．应注意两者的区别与关系．
四、电流周围的磁场分布
三种常见的电流的磁场
安培定则
立体图
横截面图
纵截面图
直线电流
以导线上任意点为圆心的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱
环形电流
内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏
通电螺线管
内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，由N极指向S极
例4　如图5所示，分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针静止时N极的指向或磁感线方向．请画出对应的磁感线(标上方向)或电流方向．
图5
答案　用安培定则来判断，分别如下图中各图所示．
解析　如果已知电流的方向，可用右手螺旋定则判断磁感线的方向．如果已知小磁针静止时N极指向，那么小磁针N极所指方向就是磁感线方向．
对磁场的理解
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．磁场是客观存在的一种特殊物质形态
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
答案　AC
解析　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，B、D错误．C正确．故选A、C.
2．地球是一个大磁体：①在地面上放置一个小磁针，小磁针的南极指向地磁场的南极；②地磁场的北极在地理南极附近；③赤道附近地磁场的方向和地面平行；④北半球地磁场方向相对地面是斜向上的；⑤地球上任何地方的地磁场方向都是和地面平行的．以上关于地磁场的描述正确的是(　　)
A．①②④
B．②③④
C．①⑤
D．②③
答案　D
解析　地面上小磁针静止时，小磁针的南极应指向地磁场的北极，①错；地磁场的南极在地理北极附近，地磁场的北极在地理南极附近，②对；只有在赤道附近地磁场的方向和地面才平行，③对，⑤错，地磁场方向在北半球斜向下方，南半球斜向上方，④错．故正确答案为D.
对磁感线的理解
3．下图表示磁场的磁感线，依图分析磁场中a点的磁场比b点的磁场强的是(　　)
答案　AC
解析　磁感线的疏密可表示磁场的强弱．
安培定则的理解和应用
4．如图6所示为磁场作用力演示仪中的赫姆霍兹线圈，当在线圈中心处挂上一个小磁针，且与线圈在同一平面内，则当赫姆霍兹线圈中通过如图所示方向的电流时(　　)
图6
A．小磁针N极向里转
B．小磁针N极向外转
C．小磁针在纸面内向左摆动
D．小磁针在纸面内向右摆动
答案　A
解析　由安培定则可判断小磁针所在处电流的磁场向里，而小磁针N极的受力方向与磁场方向相同，故小磁针N极向里转，S极向外转，故选A.
题组一　磁现象和磁场
1．铁棒A能吸引小磁针，铁棒B能排斥小磁针，若将铁棒A靠近铁棒B时，下述说法中正确的是(　　)
A．A、B一定相互吸引
B．A、B一定相互排斥
C．A、B间可能无磁场力作用
D．A、B可能相互吸引，也可能相互排斥
答案　D
2．如图1所示，一根条形磁铁，左端为S极，右端为N极．下列表示从S极到N极磁性强弱变化情况的图象中正确的是(　　)
图1
答案　C
解析　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C所示．
3．下列关于磁场的说法中正确的是(　　)
A．磁体周围的磁场看不见、摸不着，所以磁场不是客观存在的
B．将小磁针放在磁体附近，小磁针会发生偏转是因为受到磁场力的作用
C．把磁体放在真空中，磁场就消失了
D．当磁体周围撒上铁屑时才能形成磁场，不撤铁屑磁场就消失
答案　B
题组二　与磁场有关的相互作用
4．把铁棒甲的一端靠近铁棒乙的中部，发现两者吸引，而把乙的一端靠近甲的中部时，两者互不吸引，则(　　)
A．甲有磁性，乙无磁性B．甲无磁性，乙有磁性
C．甲、乙都有磁性D．甲、乙都无磁性
答案　A
解析　磁体具有磁性，能够吸引铁磁性一类的物质，磁体各个部分的磁性强弱不同，条形磁体两端的磁性最强，叫做磁极，中间的磁性最弱，几乎没有．当铁棒甲的一端靠近铁棒乙的中部，两者互相吸引，说明甲是磁体，具有磁性；把铁棒乙的一端靠近铁棒甲的中部，两者不能相互吸引，说明乙不是磁体，没有磁性．
5．如图2所示，甲、乙、丙、丁四幅图中，四个相同的磁体都处于静止状态，且弹簧处于伸长状态，则(　　)
图2
A．对地面压力最大的是丙
B．对地面压力最大的是甲
C．对地面压力最大的是甲、丙、丁
D．对地面压力最大的是丙、丁
答案　D
6．如图3所示是“超导磁悬浮”现象，悬浮在空中的是一块重力为G的永久磁铁，下方是超导体，则下列说法正确的是(　　)
图3
A．悬浮磁体受到的悬浮力大于重力G
B．悬浮磁体受到的悬浮力等于重力G
C．悬浮磁体对超导体的力小于重力G
D．悬浮磁体对超导体的力等于重力G
答案　BD
题组三　有关地球的磁场
7．磁性是物质的一种普遍属性，大到宇宙星体，小到电子、质子等微观粒子，几乎都会有磁性，地球就是一个巨大的磁体．在一些生物体内也会含有微量磁性物质，鸽子就是利用这种体内外磁性的相互作用来辨别方向的．若在鸽子身上绑一块永久磁铁，且其产生的磁场比附近的地磁场强的多，则在长距离飞行中(　　)
A．鸽子仍能如平时一样辨别方向
B．鸽子会比平时更容易的辨别方向
C．鸽子会迷失方向
D．不能确定鸽子是否会迷失方向
答案　C
题组四　磁感线及安培定则的应用
8．如图4所示为某磁场的一条磁感线，其上有A、B两点，则(　　)
图4
A．A点的磁场一定强
B．B点的磁场一定强
C．因为磁感线是直线，A、B两点的磁场一样强
D．条件不足，无法判断
答案　D
解析　由磁场中一根磁感线无法判断磁场强弱．
9．如图5所示为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是(　　)
图5
A．①③
B．②③
C．①④
D．②④
答案　C
解析　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④正确、③错误．故正确选项为C.
10．如图6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(　　)
图6
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
答案　C
解析　小磁针静止时N极的指向与该点处磁感线方向相同，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极在左边，b磁针的N极在右边，c磁针的N极在右边．