5.2用磁感线描述磁场 — 鲁科版高中物理选修3-1学案

5.2用磁感线描述磁场
学案
学习目标：
1.理解什么叫磁感线.
2.理解几种常见的磁场(条形磁铁、蹄形磁铁、直线电流、环形电流、通电螺线管)及磁感线分布的情况.
3.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.
基础知识：
一、用磁感线描述磁体的磁场
如果在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致，这样的曲线就叫做磁感线．在磁体两极附近，磁场较强，磁感线较密．
二、用磁感线描述电流的磁场
1．直线电流的磁场方向：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：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感线的方向．
3．通电螺线管的磁场：从外部看，通电螺线管的磁场相当于一个条形磁铁的磁场，所以用安培定则时，拇指所指的是它的北极的方向．
重难点理解：
正确理解磁感线
①磁感线是为了形象地描绘磁场而画出的一簇假想曲线，虽然可以用实验模拟，但实际上并不存在．
②磁感线上任何一点的切线方向，就是该点的磁场方向，都跟放在该点的小磁针N极所受的磁场力的方向一致．
③磁感线是闭合曲线，磁铁的磁感线是从N极出发，经过外部空间，再回到S极，又由S极经磁铁内部回到N极，形成闭合曲线．
④磁感线不能相交．
⑤磁感线的疏密程度可以表示磁场的强弱．某处磁感线越密，表示该处磁场越强；反之，磁感线越疏，该处磁场越弱．
(2)电场线与磁感线的相似点：①实际并不存在；②线的疏密都表示场的强弱，线上某点的切线方向都表示场的方向；③不相交．
电场线与磁感线的不同点：电场线不闭合，起始于正电荷，终止于负电荷；磁感线为闭合曲线．
二、理解安培定则
假设有一个半径很大的圆环，通电以后分析其周围的磁场分布，如果在大圆环上截取很小的一段导线分析，它就可以近似地看成直线电流，用右手握住这段导线，拇指指向电流的方向，则判断出的磁感线的环绕方向与环形电流的判断结果是一致的．可以这样认为：环形电流周围的磁场正是一小段一小段“直线电流”的磁场叠加的结果．对于通电螺线管也可以看成由许多环形电流组成的，而通电螺线管的磁场正是多个环形电流的磁场叠加的结果．
典例1．关于磁感线与电场线,下列说法正确的是(　　)
A.电场线起止于电荷,磁感线起止于磁极
B.电场线一定不闭合,磁感线一定是闭合的
C.磁感线是小磁针在磁场力作用下的运动轨迹
D.沿磁感线方向磁场逐渐减弱
解析:磁感线没有起点也没有终点,是闭合的曲线;静电场中的电场线不是闭合的曲线,始于正电荷(或无穷远),止于无穷远(或负电荷).答案
B　
典例2．如图所示，图a、图b是直线电流的磁场，图c、图d是环形电流的磁场，图e、图f是通电螺线管电流的磁场．试在各图中补画出电流方向或磁感线的方向．
解析　根据安培定则，可以确定图a中电流方向垂直纸面向里，b中电流的方向自下而上，c中电流方向是逆时针方向，d中磁感线的方向向上，e中磁感线的方向向左，f中磁感线的方向向右．
巩固练习：
1.关于磁感线,下列说法中正确的是(　　)
A.两条磁感线的空隙处一定不存在磁场
B.磁感线总是从N极到S极
C.磁感线上任意一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致
D.两个磁场叠加的区域,磁感线可能相交
2.关于匀强磁场,下列说法中正确的是(　　)
A.在某一磁场中,只要有若干处磁感应强度相同,则这个区域里的磁场就是匀强磁场
B.只要磁感线是直线,该处的磁场一定是匀强磁场
C.匀强磁场中的磁感线,必定是相互平行且间距相等的直线
D.距离很近的两个异名磁极之间及通电螺线管内部靠近中间部分的磁场,都可视为匀强磁场
3.下面每张图中,最里边的小圆表示一根通电直导线的截面,标出了导线中电流的方向,周围的同心圆表示通电直导线磁场的磁感线.其中能比较正确地反映磁场情况的是(　　)
4.如图所示,带正电的金属环绕轴OO'以角速度ω匀速旋转,在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是(　　)
A.N极竖直向上
B.N极竖直向下
C.N极沿轴线向右
D.N极沿轴线向左
5.在如图所示的电路中,当开关S断开时,螺线管中小磁针N极的指向如图所示,则当开关S闭合后,小磁针静止时,N极的指向为(　　)
A.垂直纸面向里
B.垂直纸面向外
C.水平向右
D.水平向左
参考答案：
1.C　解析:磁感线是为了形象地描绘磁场而假想的一组有方向的曲线,曲线上任一点的切线方向表示该点的磁场方向,曲线疏密表示磁场的强弱,所以C项正确,A项不正确.在磁铁外部磁感线从N极到S极,内部从S极到N极,磁感线在任何情况下都不相交,所以B、D两项不正确.
2.CD　解析:匀强磁场中磁感应强度大小及方向处处相同,其磁感线是等距平行线,故C、D两项正确.
3.C　解析:直线电流周围的磁场在离电流越远处越弱.用磁感线形象地表示时,随距离增大磁感线应画得稀疏.
4.C　解析:沿OO'方向看金属环旋转相当于顺时针方向的环形电流,由安培定则得金属环中心轴线上的磁感线方向水平向右,小磁针稳定后,N极指向磁感线方向,故C项正确.
5.D　解析:开关S闭合后,螺线管中电流方向从右侧到左侧,据右手螺旋定则可以确定螺线管内部磁场方向水平向左,故小磁针静止时N极指向左方,D项正确.