第三章 1 磁现象　磁场 导学案 Word版含答案

第三章　磁　　场
1.磁现象　磁场
关键能力·合作学习
知识点一　磁场
1.磁场的性质:
(1)客观存在性:与电场一样,也是一种物质,是一种看不见而又客观存在的特殊物质。存在于磁体、通电导线、运动电荷、变化电场、地球的周围。
(2)方向性:人类规定,磁场中任一点小磁针北极(N极)的受力方向(或小磁针静止时N极的指向)为该处的磁场方向。
(3)基本性质:对放入其中的磁极、电流、运动的电荷有力的作用,而且磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流间的相互作用都是通过磁场发生的。
2.奥斯特的实验:
(1)实验装置如图所示。
(2)实验现象:当给导线通电时,与导线平行放置的小磁针发生转动。
(3)注意事项:为了排除地磁场的影响,使实验现象明显,导线应沿南北方向水平放置在小磁针的正上方。
(4)实验结论:电流具有磁效应,即电流可以产生磁场。
(5)实验意义:电流磁效应的发现,首次揭示了电与磁之间的联系,揭开了人类对电磁现象研究的新纪元。
有人说,磁场和电场一样,在电场中同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引,但只有一个电荷带电时也会吸引不带电的轻小物体。在磁场中同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,只有一个物体有磁性时也可吸引不带磁性的物体。这种说法对吗?
提示:不完全正确,因为在磁场中,带磁性的物体可以吸引不带磁性的铁磁性物体,而不是不带磁性的任何物体。
【典例】关于磁场的说法,正确的是 (　　)
A.在地磁场的作用下小磁针静止时指南的磁极叫北极,指北的磁极叫南极
B.磁铁与磁铁之间的相互作用是通过磁场发生的,通电导体与通电导体之间的相互作用是通过电场发生的
C.磁场和电场一样,是客观存在的特殊物质
D.磁铁周围只有在磁极与磁极、磁极和电流发生作用时才有磁场
【解题探究】
(1)磁场的方向怎么确定?
提示:小磁针N极的受力方向即为磁场的方向。
(2)哪些物体周围存在磁场?
提示:磁场存在于磁体、电流的周围。
【解析】选C。某处磁感应强度的方向就是该处小磁针北极受力的方向,也可以是小磁针N极静止时的方向,故A错误;磁铁与磁铁之间的相互作用,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B错误;磁场和电场一样,是客观存在的特殊物质,故C正确;磁铁周围都有磁场存在,不管发生作用与否,磁场都客观存在,故D错误。
1.(多选)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
【解析】选A、C。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。
2.(多选)在地球赤道上空有一小磁针处于水平静止状态,突然发现小磁针N极向东偏转,由此可知 (　　)
A.可能是小磁针正东方向有一条形磁铁的N极靠近小磁针
B.可能是小磁针正西方向有一条形磁铁的S极靠近小磁针
C.可能是小磁针正东方向有一条形磁铁的S极靠近小磁针
D.可能是小磁针正西方向有一条形磁铁的N极靠近小磁针
【解析】选C、D。根据同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引的原理,本题中可能是小磁针正东方向有一条形磁铁的S极靠近小磁针,或小磁针正西方向有一条形磁铁的N极靠近小磁针。
【加固训练】
奥斯特实验说明了 (　　)
A.磁场的存在
B.磁场的方向性
C.电流可以产生磁场
D.磁体间有相互作用
【解析】选C。奥斯特实验说明电流可以产生磁场,首次揭示了电与磁之间的联系,C正确。
知识点二　磁感线的特点
1.磁感线意义:描述磁场强弱和方向。
2.磁感线五个特点:
(1)磁感线是假想的,不是真实存在的线。
(2)磁感线上每一点的切线方向即为该点的磁场方向。
(3)磁感线是闭合曲线。
(4)磁感线的疏密程度表示磁场的强弱。
(5)磁感线不能相交或相切。
3.条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线分布情况:
4.磁感线与电场线的比较:
比较项目 磁感线 电场线
相同点 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 始于正电荷或无穷远处,止于负电荷或无穷远处。不闭合的曲线
5.匀强磁场:
(1)定义:磁感应强度的大小、方向处处相同的磁场。
(2)磁感线:是一组相互平行、方向相同、疏密均匀的直线。
(3)实例:
地磁场的北极就是地理南极,地磁场的南极就是地理北极。这种说法对吗?
提示:不对,地磁场的北极在地理南极附近,地磁场的南极在地理北极附近,点并不重合,有个地磁偏角。
【典例】(2020·成都高二检测)下列关于电场线和磁感线的说法中,正确的是
(　　)
A.任意两条磁感线不相交,两条电场线也不相交
B.电场线和磁感线都是闭合曲线
C.电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线
D.电场线越密的地方,同一试探电荷所受的电场力越大;磁感线分布较密的地方, 同一试探电荷所受的磁场力也越大
【解析】选A。任意两条磁感线一定不相交,电场线也不相交,否则交点处有两个方向,违反唯一性的特点,选项A正确;电场线是不闭合曲线,而磁感线是闭合的曲线,选项B错误;电场线和磁感线都是假想的曲线,并不存在,选项C错误;电场线越密的地方,电场强度越大,由公式F=qE知同一试探电荷所受的电场力越大;磁感线分布越密的地方,磁感应强度越大,同一试探电荷所受的磁场力不一定越大,还与电荷的运动方向与磁感应强度方向的夹角有关,选项D错误。故选A。
1.如图所示,在磁场中有A、B、C三点,关于这三点,以下说法正确的是 (　　)
A.A点磁场最强
B.A、B两点的磁场方向相同
C.C点没有磁场
D.A、B两点的磁场强弱相同
【解析】选A。 磁感线的疏密程度可反映磁场的强弱,磁感线越密的地方磁场越强,所以A点磁场最强,选项A正确,D错误; 磁场方向沿着磁感线的切线方向,A、B两点磁感线切线方向不同,磁场方向不同,选项B错误;C点磁感线未画出,但磁场存在,选项C错误。故选A。
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
【解析】选B。由题图可知b处的磁感线较密,a处的磁感线较疏,所以Ba【加固训练】
1.下列叙述中,正确的是 (　　)
A.磁场对静止电荷和运动电荷都有力的作用
B.磁感线从磁体的N极出发到磁体的S极终止
C.磁感线上某点的切线方向与小磁针在该点N极的受力方向相同
D.以上说法均不正确
【解析】选C。磁场对静止电荷没有力的作用,故A错误;磁感线在磁体外部由N极指向S极;内部由S极指向N极,故B错误;磁感线上某点的切线方向与小磁针在该点N极的受力方向相同,故C正确,D错误。
2.下列关于磁场和磁感线的描述中正确的是 (　　)
A.磁感线可以形象地描述各点磁场的方向
B.磁感线是磁场中客观存在的线
C.磁感线总是由磁铁的N极指向S极
D.实验中观察到的铁屑的分布就是磁感线
【解析】选A。磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向,但它不是客观存在的线,可用细铁屑模拟。在磁铁外部磁感线由N极到S极,但内部是由S极到N极。故只有A正确。
知识点三　安培定则的应用
1.三种电流的磁场:
安培定则 立体图 横截面图 纵截面图




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




内部磁场比环外强,磁感线越向外越稀疏




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极出发回到S极
2.磁场方向的四种判断方法:
(1)根据磁感线分布情况判断。若已知磁感线的分布情况,磁感线上某点的切线方向即为该点的磁场方向。
(2)根据小磁针静止时N极的指向判断。小磁针静止时N极的指向即为该点的磁场方向。若小磁针正在运动或其指向还受其他力的影响,则不能根据小磁针的指向进行判断。
(3)根据安培定则判断电流的磁场方向,若磁场是由电流产生的,则可以根据安培定则进行判断。
(4)根据磁体的磁极判断,磁体外部的磁场方向由N极指向S极,磁体内部的磁场方向由S极指向N极,据此可以判断出磁场的大致方向。
通电螺线管相当于条形磁铁,而通电圆环又是单匝的通电螺线管,它是不是也可以看成条形磁铁?
提示:通电螺线管相当于条形磁铁,而通电圆环一般看成小磁针。
【典例】如图所示,当开关接通时,通电螺线管相当于一条形磁,磁针将转动,可知 (　　)
A.
B.磁针N极将转向左边
C.磁针N极将转向右边
D.磁针N极将转向纸外
【审题关键】
序号 信息提取
① 用安培定则判定磁场的方向
② N极指向磁场的方向
【解析】选B。在螺线管中电流的方向是从右端流入,左端流出,结合螺线管的绕向,根据右手螺旋定则,可以确定螺线管的左端为N极,右端为S极,则小磁针N极将转向左边;故A、C、D错误,B正确。故选B。
1.(2020·乐山高二检测)下列各图中,已标出电流及电流磁场的方向,其中正确的是 (　　)
【解析】选D。直线电流的方向竖直向上,根据安培定则知,直线电流右边的磁场方向垂直纸面向里,左边磁场方向垂直纸面向外,A错误;线框的电流方向向上,根据安培定则知,从上往下看,磁场的方向为逆时针方向,B错误;根据安培定则,螺线管内部的磁场方向向右,C错误;由于电流的方向为逆时针方向(从上向下),根据安培定则知,磁场方向应该是向上,D正确。故选D。
2.(2020·德阳高二期中)如图所示,小磁针放置在螺线管轴线的左侧。当螺线管通以恒定电流时,不计其他磁场的影响,小磁针静止时N极的指向是 (　　)
A.向左　　　B.向右
C.向上　　 D.向下
【解析】选A。根据安培定则可以判断通电螺线管左侧为N极,右侧为S极,因此左侧小磁针静止时N极指向左侧,B、C、D错误,A正确。故选A。
【加固训练】
1.(多选)下列四图为电流产生磁场的分布图,正确的分布图是 (　　)
【解析】选A、D。由安培定则可以判断出直线电流产生的磁场方向,A正确、B错误。C和D为环形电流,注意让弯曲的四指指向电流的方向,可判断出D正确、C错误。
2.如图所示,闭合开关后,A点磁场方向向左的是 (　　)
【解析】选C。由右手螺旋定则可知,左侧螺线管下端为N极,右侧螺线管下端也为N极,故由磁感线的特点,可知,A点的磁感线向下方,故A错误;由右手螺旋定则可知,左侧螺线管上端为N极,右侧螺线管上端也为N极,故由磁感线的特点,可知:A点的磁感线向上方,故B错误;由右手螺旋定则可知,左侧螺线管下端为N极,上端为S极,右侧螺线管上端为N极,故由磁感线的特点,可知,A点的磁感线向左,故C正确;由右手螺旋定则可知,左侧螺线管上端为N极,右侧螺线管下端为N极,上端为S极,故由磁感线的特点,可知,A点的磁感线向右,故D错误。
【拓展例题】考查内容:安培定则的应用
【典例】(多选)在三维直角坐标系中,电子从O点沿y轴正方向运动,如图所示,则下列说法正确的是 (　　)
A.利用安培定则判定电子运动产生的磁场方向时,大拇指应沿电子的运动方向
B.利用安培定则判定电子运动产生的磁场方向时,大拇指应沿电子运动的反方向
C.由电子运动产生的磁场在图示a处沿+x方向
D.由电子运动产生的磁场在图示a处沿-x方向
【解析】选B、D。由安培定则知,伸直的拇指所指的方向与电流的方向一致,与电子运动的方向相反,A错,B对;弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向,在a点的切线方向沿-x方向,所以C错,D对。
课堂检测·素养达标
1.指南针是我国古代的四大发明之一,司南是春秋战国时期发明的一种指南针,如图所示,它由青铜盘和磁勺组成,磁勺放置在青铜盘的中心,可以自由转动,由于受地磁场作用,司南的磁勺尾静止时指向南方,下列说法中正确的是 (　　)
A.磁勺能够指示方向,是利用了地磁场对磁勺的作用
B.磁勺的指向不会受到附近磁铁的干扰
C.磁勺的指向不会受到附近铁块的干扰
D.磁勺的N极位于司南的磁勺尾部
【解析】选A。司南能够指示南北,是由于地球具有磁场,地磁场是南北指向,A正确。司南的指向会受到附近磁铁的干扰;铁块容易被磁化,铁块磁化后也会影响附近的磁场分布,所以磁勺的指向会受到附近铁块的干扰,B、C错误。由于司南的磁勺尾静止时指向南方,所以磁勺的S极位于司南的磁勺尾部,D错误。
2.(多选)指南针是我国古代四大发明之一。关于指南针,下列说法正确的是 (　　)
A.指南针可以只具有一个磁极
B.指南针能够指向南北,说明地球具有磁场
C.指南针的指向会受到附近铁块的干扰
D.在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线,导线通电时指南针不偏转
【解题指南】解答本题时应从以下三点进行分析:
(1)磁极总是成对出现,目前为止还没有发现磁单极子。
(2)磁极间相互作用是通过磁场产生的。
(3)铁块被磁化后会产生磁场,通电导线周围也会产生磁场。
【解析】选B、C。磁极总是成对出现,指南针同时具有两个磁极,A项错误;指南针能够指向南北,说明地球具有磁场,B项正确;指南针附近铁块被磁化,产生的磁场会对指南针的指向产生干扰,C项正确;在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线,导线通电时指南针偏转,D项错误。
3.磁性水雷是用一个可绕轴转动的小磁针来控制起爆电路的,军舰被地磁场磁化后就变成了一个浮动的磁体,当军舰接近磁性水雷时,就会引起水雷的爆炸,其依据是 (　　)
A.磁体的吸铁性
B.磁极间的相互作用规律
C.电荷间的相互作用规律
D.磁场对电流的作用原理
【解析】选B。同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引。当军舰接近磁性水雷时,磁体间的相互作用引起小磁针的转动,小磁针与铁制引芯相吸引,接通电路,引起爆炸。
【加固训练】
(多选)关于宇宙中天体的磁场,下列说法正确的是 (　　)
A.宇宙中的许多天体都有与地球相似的磁场
B.宇宙中的所有天体都有与地球相似的磁场
C.指南针在任何天体上都能像在地球上一样正常工作
D.指南针只有在磁场类似于地球磁场的天体上才能正常工作
【解析】选A、D。宇宙中的许多天体都有磁场,且磁场与地磁场类似,指南针能正常工作;有些天体不像地球那样有一个全球性的磁场,因此指南针不能在这些天体上工作,故A、D正确。
4.(2020·雅安高二检测)三根平行的长直导体棒分别过正三角形ABC的三个顶点,并与该三角形所在平面垂直,各导体棒中均通有大小相等的电流,方向如图所示。则三角形的中心O处的合磁场方向为 (　　)
A.平行于AB,由A指向B
B.平行于BC,由B指向C
C.平行于CA,由C指向A
D.由O指向C
【解析】选A。根据右手螺旋定则,电流A在O产生的磁场平行于BC,且由C指向B,B电流在O产生的磁场平行于AC,且由A指向C,电流C在O产生的磁场平行于AB,且由A指向B,由于三导线电流大小相同,到O点的距离相同,根据平行四边形定则,则合场强的方向平行于AB,由A指向B。故选A。