新教材高中物理人教版学案13-1磁场磁感线

第十三章电磁感应与电磁波初步1磁场磁感线课前自主预习1．电和磁的联系(1)磁极间的相互作用：自然界中的磁体总存在着两个磁极，磁极间的相互作用规律是同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引．(2)电流的磁效应：电流与磁体间相互作用的现象称为电流的磁效应，电流的磁效应是丹麦物理学家奥斯特发现的．在做电流磁效应的实验时，通电直导线为什么要沿南北方向放置？提示：地球本身就是一个大磁体，而地球的磁场方向大致是由地理的南极指向地理的北极．为了避免地磁场的影响，在做实验时，通电直导线必须沿南北方向放置．2．磁场(1)正像电荷之间的相互作用是通过电场发生的，磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间，以及通电导体与通电导体之间的相互作用是通过磁场发生的．(2)磁体周围和通电导体周围存在着磁场．在超市里，顾客可以自己在货架上挑选商品，十分方便，但如果有人想拿了东西不付钱而偷偷溜走，那么出口处的报警器马上会报警，你知道这是什么原因引起报警器发声的吗？提示：那是因为超市中的每一件商品上都有一小片带磁性的标签，当经过出口时，那里的磁性探测器便检测出来并发出警报，只有当你付款后，售货员用一种特别的“消磁”装置将标签上的磁性消除，探测器才会让你把商品带出超市．3．磁感线(1)定义：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磁场的方向一致，这样的曲线叫做磁感线．(2)磁感线的疏密程度：描述磁场的强弱．(3)磁感线的方向：磁体外部从N极指向S极，内部从S极指向N极，是闭合曲线．磁感线是磁场中真实存在的曲线吗？提示：不是．磁感线是一种物理模型，利用磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向．4．几种电流的磁场(安培定则的应用)(1)直线电流的磁场：右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向．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：右手握住螺线管，让弯曲的四指跟电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管轴线上磁感线的方向或拇指指向螺线管的磁场的北极．(4)安培分子电流假说什么是分子电流：在原子、分子等物质微粒的内部存在着一种环形电流——分子电流．没有磁性的铁棒在受到外界磁场的作用时，两端对外界显示出较强的磁作用，形成了磁极．这是怎么回事呢？提示：当没有磁性的铁棒受到外界磁场的作用时，铁棒中各分子电流的取向变得大致相同，使铁棒被磁化，两端对外界显示比较强的磁性，形成磁极．课堂讲练互动考点一对磁场的理解1．磁场的产生磁场与电场一样，都是场物质，磁场是磁体、电流和运动电荷周围存在的一种特殊物质．磁体之间、磁体与电流之间以及电流与电流之间的作用都是通过这种特殊的物质而发生的．2．对磁场性质的理解基本性质对放入其中的磁体或电流产生磁力作用客观性质磁场虽然不是由分子、原子组成，但是它和常见的桌子、房屋、水和空气一样，是一种客观存在的物质特殊性质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，而是以一种场的形式存在形象性(比喻)磁体之间、磁体与电流间、电流与电流间通过磁场发生作用，如同物体受到地球的引力，通过重力场相互作用一样(1)磁场与电场都具有物质性，两者有很多相似之处，学习时可加以类比理解、识记．(2)磁体在磁场中一定受力，而电流在磁场中不一定受力，电荷在电场中一定受力，而电荷在磁场中不一定受力．【例1】实验表明：磁体能吸引一元硬币，对这种现象解释正确的是()A．硬币一定是铁做的，因为磁体能吸引铁B．硬币一定是铝做的，因为磁体能吸引铝C．磁体的磁性越强，能吸引的物质种类越多D．硬币中含有磁性材料，磁化后能被吸引【审题指导】解答本题时应把握以下两点：(1)磁体只能吸引几种有限的金属材料．(2)磁体能吸引的物质种类与磁性强弱无关．【解析】磁体能吸引铁、钴、镍等物质，并不是仅吸引铁，故A错．磁体不能吸引铜、铝等物质，故B错．磁体能吸引物质的种类与磁性强弱无关，故C错．一元硬币为钢芯镀镍，钢和镍都是磁性材料，磁化后能被吸引，故D对．【答案】D总结提能磁体能吸引铁、钴、镍等磁性材料物质，不能吸引铜、铝等非磁性材料物质．(多选)为了判断一根铁锯条是否具有磁性，某同学用它靠近一个能自由转动的小磁针，下列给出的几种可能产生的现象和相应的结论，其中正确的是(AC)A．若小磁针的一端被推开，则锯条一定具有磁性B．若小磁针的一端被吸引过来，则锯条一定具有磁性C．若小磁针的一端被吸引过来，不能确定锯条是否具有磁性D．若小磁针的一端被推开，不能确定锯条是否具有磁性解析：若发现小磁针被推开，只有一种可能，锯条具有磁性，而且小磁针靠近的是同名磁极；若发生吸引现象，则锯条可能具有磁性也可能没有磁性，故A、C选项正确．考点二对地磁场的理解1．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)地理南极正上方磁场方向竖直向上，地理北极正上方磁场方向竖直向下．(2)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．(3)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．2．影响：由于磁场对运动电荷有力的作用，故射向地球的带电粒子，其运动方向会发生变化，不能直接到达地球，因此地磁场对地球生命有保护作用．地球上不同的地点地磁场的方向不同，水平分量由南指向北，竖直分量在南半球竖直向上，在北半球竖直向下，因此当涉及到地磁场的问题时，要注意明确在地球上的位置．【例2】(多选)关于地磁场，下列叙述正确的是()A．地球的地磁两极与地理两极重合B．我们用指南针确定方向，指南的一极是指南针的南极C．地磁的北极与地理南极重合D．地磁的北极在地理南极附近【审题指导】地磁场与条形磁铁产生的磁场相似，地磁场的南极和北极与地理的南、北极相反，并且存在一个地磁偏角．【解析】地球是一个大磁体，地磁北极(N极)在地理南极附近，地磁南极(S极)在地理北极附近，并不重合．指南针指南的一端应该是指南针的南极(S极)．选项B、D正确．【答案】BD总结提能理解地磁场的两极与地理两极之间的区别与联系，明确地磁场的分布是解决此类问题的关键．地球是一个大磁体，关于地磁场有以下几种说法：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．以上描述正确的是(D)A．①②④ B．②③④C．①⑤ D．②③解析：在地面上放一个小磁针，小磁针的南极指向地磁场的北极．地球的地磁两极与地理两极不重合且相反分布，北半球地磁场方向指向北斜向下，南半球地磁场方向指向北斜向上，只有赤道附近的地磁场方向是水平向北的，综上可得，选D.考点三几种常见的磁场的分布特点及安培定则1．常见永磁体的磁场(如图)2．三种常见的电流磁场的特点及画法比较(1)直线电流的磁场安培定则：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1所示，直线电流的磁场可有几种不同的画法，如图2所示．图1图21图中的“×”号表示磁场方向垂直进入纸面.“·”表示磁场方向垂直离开纸面.2直线电流的磁场强弱与距导线的远近有关，距导线越远处，磁场越弱.(2)环形电流的磁场：两侧分别是N极和S极，离圆环越远，磁场越弱，画法如图所示．(3)通电螺线管的磁场：两端分别是N极和S极，管内磁感线方向由S极指向N极，管外磁感线由N极指向S极，画法如图所示．1磁场是分布在立体空间的，要熟练掌握常见磁场的磁感线的立体图和纵、横截面图的画法，以备解题时需要.这是本节的重点和难点内容.2在画磁感线时，应注意磁感线的疏密.3．常见磁场分布四点注意：(1)环形电流的磁场，如2中(2)立体图所示，两侧是N极和S极，离圆环中心越远，磁场越弱．(2)通电螺线管的磁场分布：外部跟条形磁铁外部的磁场分布情况相同，两端分别为N极和S极，管内磁场方向由S极指向N极．(3)环形电流的磁场，在宏观上，可看做单匝螺线管的磁场，在微观上，可看成无数段很短的直线电流的磁场的叠加．(4)不管是磁体的磁场还是电流的磁场，其分布都是在立体空间的，要熟练掌握其立体图，纵、横截面图的画法及转换．【例3】如图所示，放在通电螺线管内部中间处的小磁针静止时N极指向右，试判定电源的正、负极．【审题指导】先根据小磁针N极所指的方向判断出磁场的方向，再利用安培定则判断出电流的方向，最终确定出电源的正、负极．【解析】小磁针N极的指向即为该处的磁场方向，所以螺线管内部磁感线方向由a→b.根据安培定则可判断出电流由电源的c端流出，d端流入，故c端为正极，d端为负极．【答案】c端为正极，d端为负极总结提能熟练掌握安培定则，会判断电流方向与磁场方向的关系，就能正确解答此类问题．(多选)如图所示是云层之间闪电的模拟图，图中A、B是位于北、南方向带有电荷的两块阴雨云，在放电的过程中在两云的尖端之间形成了一个放电通道，发现位于通道正上方的小磁针N极转向纸里，S极转向纸外，则关于A、B的带电情况说法中正确的是(BD)A．带同种电荷 B．带异种电荷C．B带正电 D．A带正电解析：云层间放电必须发生在异种电荷之间，故B对；在云层间放电时，形成的强电场和高温将空气电离成正离子和负离子，并在强电场的作用下做定向移动，形成电流，相当于通电直导线形成磁场．由题意知，从南往北看，磁场是逆时针的，根据安培定则可以判断电流是从A流向B的，故可知A带正电，B带负电．所以D选项正确．课堂达标演练1．下列关于电场线和磁感线的说法中，正确的是(C)A．电场线与磁感线都是电场或磁场中实际存在的线B．磁场中两条磁感线一定不相交，但在复杂电场中的电场线是可以相交的C．电场线是一条不闭合曲线，而磁感线是一条闭合曲线D．电场线越密的地方，同一试探电荷所受的电场力越大；磁感线分布越密的地方，同一通电导线所受的磁场力也越大解析：电场线与磁感线分别是为了形象描述电场、磁场而引入的假想线，实际不存在，A错．两种场线的切线方向均表示相应的场方向，两种场线都不会相交，B错．电场线起始于正电荷或无穷远，终止于无穷远或负电荷，而磁感线在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极，组成闭合曲线，C对．电场线越密，表示该处电场越强，同一试探电荷在此处受电场力越大；磁感线越密，表示该处磁场越强，但通电导线受到的磁场力大小还与通电导线方向和导线中的电流方向和大小有关，故电流受到的磁场力不一定大，D错．2．中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也．”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图．结合上述材料，下列说法不正确的是(C)A．地理南、北极与地磁场的南、北极不重合B．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近C．地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行D．地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用解析：由题意可知，地理南、北极与地磁场的南、北极不重合，存在磁偏角，A正确．磁感线是闭合的，再由图可推知地球内部存在磁场，地磁南极在地理北极附近，故B正确．只有赤道上方的磁场与地面平行，故C错误．射向地球赤道的带电宇宙射线粒子的运动方向与地磁场方向不平行，故地磁场对其有力的作用，这是磁场的基本性质，故D正确．选C.3．(多选)当导线中分别通以图示方向的电流时，小磁针静止时N极垂直纸面向里的是(AB)解析：对于A、B，已知通电直导线中电流的方向，根据安培定则，可知小磁针所处的位置磁场方向垂直纸面向里，所以小磁针静止时N极垂直纸面向里，A、B正确；环形导线的电流方向如题图所示，根据安培定则，可知小磁针所处的位置磁场方向垂直纸面向外，所以小磁针静止时N极垂直纸面向外，C错误；根据安培定则，结合电流的方向，可知通电螺线管内部的磁场方向由右向左，则小磁针静止时N极指向左，D错误．4．目前许多国家都在研制磁悬浮列车，我国拥有全部自主知识产权的第一条磁悬浮列车试验线已建成通车(如图)．一种磁悬浮列车的车厢和铁轨上分别安放着磁体，车厢用的磁体大多是通过强大电流的电磁铁，现有下列说法：①磁悬浮列车利用了磁极间的相互作用；②磁悬浮列车利用了异名磁极互相排斥；③磁悬浮列车消除了车体与轨道之间的摩擦；④磁悬浮列车增大了车体与轨道之间的摩擦．正确的组合是(A)A．①③B．①④C．②③D．②④解析：磁悬浮列车利用磁极间的相互作用的特性而与铁轨分离，这样它在前进过程中