13.1 磁场 磁感线 讲义—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册word版含答案

第十三章电磁感应与电磁波初步
第1节磁场
磁感线
【素养目标】
1、知道磁场的基本特性是对处在它里面的磁极或电流有磁场力的作用.，知道磁极和磁极之间、磁极和电流之间、电流和电流之间都是通过磁场发生相互作用的。
2、会用磁感线描述磁场
3、知道通电直导线和通电线圈周围磁场的方向[来源
【必备知识】
知识点一、电和磁的联系
1.磁现象
(1)磁性：磁体吸引铁质物体的性质．
(2)磁极：磁体上磁性最强的区域．
①北极：自由转动的磁体，静止时指北的磁极，又叫N极．
②南极：自由转动的磁体，静止时指南的磁极，又叫S极．
2．奥斯特实验
(1)发现：1820年，丹麦物理学家奥斯特在一次讲课中，把导线沿南北方向放置在一个带玻璃罩的指南针上方，通电时磁针转动了．
(2)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．
(3)实验时，通电直导线要南北方向水平放置，磁针要与导线平行地放在导线的正下方或正上方，以保证电流的磁场与地磁场方向不同而使小磁针发生转动．
(4)实验解释：由于地磁场使磁针指向南北方向，直导线通电后小磁针改变指向说明通电直导线周围产生了磁场
知识点二、磁场
(1)定义：磁体与磁体之间，磁体与通电导线之间，以及通电导线与通电导线之间的相互作用，是通过磁场发生的，磁场是磁体或电流周围一种看不见、摸不着的特殊物质。
(2)基本性质：对处于磁场中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用。
(3)物质性：磁场虽然看不见、摸不着，不是由分子、原子组成的，但却是客观存在的，场和实物是物质存在的两种形式，通过跟别的物体发生相互作用时表现出自己的特性。
知识点三、磁感线
(1)定义：用来形象描述磁场的强弱及方向的曲线．
①磁感线的疏密表示磁场的强弱．
②磁感线上某点的切线方向表示该点磁感应强度的方向．
(2)磁感线与电场线的比较
两种线
磁感线
电场线
相似点
引入目的
形象描述场而引人的遐想线,实际不存
疏密
场的强弱
切线方向
场的方向
相交
不能相交(电场中无电荷空间不相交)
不同点
闭合曲线
不闭合，起始于正电荷，终止于负电荷
知识点四、安培定则（右手螺旋定则）
(1)直线电流周围的磁场：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，如图甲所示．
(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，如图乙所示．
(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跟电流方向一致，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，如图丙所示．
【课堂检测】
1.如图所示，三根长为L的直线电流在空间构成以A为顶点的等腰直角三角形，其中A、B电流的方向垂直纸面向里，C电流方向垂直纸面向外，其中B、C电流大小为I，在A处产生的磁感应强度的大小均为B0
，
导线A通过的电流大小为2I，则导线A受到的安培力是（??
）
A.?2B0IL，竖直向上??????B.?2B0IL，水平向右
??????C.?2
B0IL，竖直向上??????D.?2
B0IL，水平向右
【答案】
C
【解析】B、C电流在A处产生的磁感应强度的大小均为
，根据力的平行四边形定则，结合几何关系，则有A处的磁感应强度为
再由左手定则可知，安培力方向竖直向上，大小为
故答案为：C。
2.如图是一个磁悬浮玩具的原理图，其原理是利用电磁铁产生磁性，从而让具有磁性的玩偶稳定地飘浮起来。若电源的电压恒定，线圈电阻不计，则下列叙述正确的是（?
）
A.?电路中的a端点须连接直流电源的负极????????????B.?若增加可变电阻的阻值，可增加玩偶飘浮的高度
C.?若增加线圈匝数，可增加玩偶飘浮的高度???????D.?若电路中的电源改为交流电源，玩具仍能稳定飘浮
【答案】
C
【解析】A．要让玩偶稳定漂浮起来，通电后软铁被磁化，上端为N极，根据根据磁体内部的磁场方向，通电后，通电螺线管内部磁场方向竖直向上，根据右手定则，a端连接直流电源的正极，A不符合题意；
B．若增加可变电阻的阻值，电路中电流减小，通电螺线管产生的磁场磁感应强度减小，玩偶高度下降，B不符合题意；
C．若增加线圈匝数，通电螺线管产生的磁场磁感应强度增大，玩偶高度上升，C符合题意；
D．若电路中的电源改为交流电源，因为电流方向和大小在周期性的变化，通电螺线管产生的磁场的方向和磁感应强度的大小也在周期性的变化，玩偶不可能稳定漂浮，D不符合题意。
故答案为：C。
【素养作业】
1.关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是（??
）
A.?磁感线可以用来表示磁场的强弱和方向??????????????????????B.?磁场的磁感线可能相交
C.?磁感线从永久磁铁的N极发出指向S极并在S极终止?????D.?磁感线就是磁场中碎铁屑排列成的曲线
【答案】
A
【解析】A．磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线上的切线方向表示磁场的方向，A符合题意；
B．磁感线上任意一点的切线方向表示该点的磁场的方向，磁感线如果相交，交点处有两个磁场方向，与事实不符，所以磁感线不可以相交，B不符合题意；
C．磁感线是闭合曲线，磁体外部磁感线是从N极到S极，而内部是从S极到N极，C不符合题意；
D．磁感线不是实际存在的，磁场中碎铁屑排列成的曲线是根据小铁屑受磁场力的方向来大致模拟磁感线的形状的，并不是真实的磁感线，D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】“磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线不会相交，磁钢显示闭合曲线，磁感线是为了描述磁场的一个假想模型不是真实存在的”应熟记。
2.关于电场线和磁感线，下列说法中正确的是（??
）
A.?电场线总是起始于负电荷，终止于正电荷
B.?磁感线总是起始于N极，终止于S极
C.?正电荷在电场中受到的电场力方向，与电场线上该点的切线方向相同
D.?正电荷在磁场中受到的磁场力方向，与磁感线上该点的切线方向相同
【答案】
C
【解析】A．电场线总是起始于正电荷或无穷远处，终止于负电荷或无穷远处。A不符合题意；
B．在条形磁铁外部，磁感线从N极出发，回到S极。B不符合题意；
C．正电荷在电场中受到的电场力方向，与电场线上该点的切线方向相同，C符合题意；
D．运动的正电荷在磁场中受到的磁场力方向，与磁感线上该点的切线方向垂直。D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】熟悉电场和磁场的基本概念，了解电场线和磁场线代表的物理意义。
3.把一根条形磁铁从中间切断，我们将得到（??
）
A.?一段只有N极，另一段只有S极的两块磁铁??????????B.?两段均无磁性的铁块
C.?两段均有N极和S极的磁铁???????????????????????????????????D.?两段磁极无法确定的磁极
【答案】
C
【解析】磁铁分成两段后，其中的每一段仍然具有磁性，仍是一个磁体．磁体就具有两个异名磁极。
故答案为：C.
【分析】当磁铁被分成两段时，每一刻仍是完整的磁铁，具有两个异名极性。
4.有一导线南北方向放置，在其下方放一个小磁针．小磁针稳定后，给导线通上如图所示电流，发现小磁针的S
极垂直纸面向外偏转。关于此现象下列说法正确的是（
??）
A.?没有通电时，小磁针的S极指向地磁场的南极
B.?通电后小磁针S
极仍诣向地磁场的南极
C.?通电导线在小磁针所在处产生的磁场方向垂直纸面向外
D.?通电后小磁针S极发生偏转说明通电导线周围存在磁场
【答案】
D
【解析】A．没有通电时，小磁针的S极指向地磁场的N极，即地理的南极，A不符合题意；
BC．通电后根据安培定则可知，导线在小磁针处产生的磁场方向垂直纸面向里，所以小磁针N极将偏向纸里，S极将偏向纸外，BC不符合题意；
D．通电后小磁针S极发生偏转说明通电导线周围存在磁场，即电流的磁效应，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】通电后，安培定则，电流磁场方向垂直纸面向里，小磁针N极将偏向纸里。
5.如图所示，是一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B，线圈A跟电源连接，线圈B的两端接在一起，构成一个闭合电路。在断开开关S的时候，弹簧K并不能立即将衔铁D拉起而使触头C立即离开，而是过一段时间后触头C才能离开，因此得名延时继电器。关于延时继电器（???
）
A.?闭合S后，铁芯上端为S极
B.?断开S的瞬间，铁芯上端为N极
C.?断开S的瞬间，B线圈中无电流
D.?若线圈B不闭合，断开S的瞬间仍有延时效应
【答案】
B
【解析】A．闭合S后，线圈A中产生电流，电流周围产生磁场，根据安培定则可知，铁芯上端为N极，A不符合题意；
BC．断开S的瞬间，穿过B的磁通量要减小，根据楞次定律可知，线圈B中会产生感应电流，产生的感应电流方向与开关断开时线圈A的电流方向相同，故铁芯上端为N极，B符合题意，C不符合题意；
D．若线圈B不闭合，线圈B中不会产生感应电流，没有延时效应，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】结合通电螺线管的电流方向，利用右手螺旋定则求解通电螺线管的N极和S极。
6.如图所示，与通电直导线垂直的平面上放有两枚小磁针。忽略地磁场影响，两小磁针静止时，磁针的指向符合实际的是（??
）
A.?????????????B.?????????????C.?????????????D.?
【答案】
D
【解析】直导线中电流方向向上，根据安培定则可知，直导线周围的磁场方向为俯视逆时针方向，而小磁针的N极指磁场方向，可知图D中小磁场的指向正确。
故答案为：D。
【分析】利用右手螺旋定则判断出通电导线周围地方的磁场的方向，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
7.如图所示为某磁场的磁感线分布图，图中M、P的磁场的强弱及方向的关系是（???
）?
A.?方向相同，强弱不同???????????????????????????????????????????B.?方向可能相同，强弱可能相同
C.?强弱不同，方向也不同???????????????????????????????????????D.?强弱相同，方向相同
【答案】
C
【解析】磁感线的切线方向即为磁场的方向，由图可知M与P点的磁场的方向不同；磁感线的疏密代表磁场的强弱，磁感线越密的地方场强越强，BM＞BP
．
C符合题意，ABD不符合题意；
故答案为：C。
【分析】利用电场线的分布可以判别场强的方向和大小。
8.直线电流周围的磁场，其磁感线分布和方向用下图中的哪个图来表示最合适
（???
）
A.???????B.??????????C.???????D.?
【答案】
D
【解析】磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，距电流越近的地方，磁场越强，磁感线分布越密，A、B不符合题意；通电直导线周围磁场的磁场线是以导线每一点为圆心的一组同心圆，又由右手螺旋定则判断出来，电流向外，磁感线沿逆时针方向，电流向里，磁感线沿顺时针方向，D符合题意，B不符合题意。
故答案为：D
【分析】利用右手螺旋定则可以进行判别。