13.1磁场磁感线（导学案）高二物理（人教版2019）

第1节磁场磁感线导学案【学习目标】1、了解磁现象。了解电和磁的联系，了解电流磁效应的发现过程。体会奥斯特发现的重要意义，体会探索自然奥秘的艰难与克服困难带来的成就感。2、知道磁场的基本特性。知道磁感线，知道几种常见磁场磁感线的空间分布情况。体会如何使用形象化的手段描述物理现象。3、会应用安培定则判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向。4、了解安培分子电流假说。【学习重难点】学习重点：磁感线、几种常见的磁场的磁感线分布。学习难点：磁感线、几种常见的磁场的磁感线分布。【知识回顾】1、同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。2、丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。3、磁体与磁体、通电导线对磁体、磁体对通电导体、任意两条通电导线之间都有力的作用，这些作用力的产生都不需要物体直接接触。磁体和磁体之间，磁体和通电导体之间，以及通电导体和通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的。【自主预习】1、磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流会产生力的作用。2、规定小磁针静止时N极的指向为该点的磁场方向。3、为描述磁场而人为引入的曲线叫做磁感线。磁感线都是闭合曲线，磁体外部由N极到S极，内部由S极到N极；磁感线不相交、不相切；磁感线的疏密表示磁场的强弱；磁感线上每一点的切线方向即为该点的磁场的方向。4、直线电流的磁感线是一圈圈的同心圆。5、安培定则的第一种表述：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。安培定则的第二种表述：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场的方向。【课堂探究】第一部分电和磁的联系人们很早就发现电和磁有很多相似的特征：自然界中的磁体总存在着两个磁极，自然界中同样存在着两种电荷。同名磁极或同种电荷相互排斥，异名磁极或异种电荷相互吸引。直到19世纪初很多著名的科学家——如库仑、安培、托马斯.杨都认为电与磁是互不相关的两回事。在18世纪和19世纪之交人们发现，自然界各种运动之间存在着相互联系和转化，这种思想在哲学界和科学界逐渐形成，也影响了奥斯特。丹麦科学家奥斯特坚信电和磁存在某种联系，并开始不懈的探索。由于受当时一些错误观点影响，他做了很多实验都以失败告终。1820年4月，在一次讲课中，他偶然的把一根导线放在一个指南针的上方，通电时，磁针转动了。——人类首次发现了电和磁的联系。思考：奥斯特实验说明了什么？说明电流对磁体会产生力的作用，电流具有磁效应。【视频】奥斯特实验。第二部分磁场【视频】探究磁体对通电导线的作用力。【视频】平行通电直导线之间的相互作用。【提问】磁体与磁体、通电导线对磁体、磁体对通电导体、任意两条通电导线之间都有力的作用，这些作用力的产生都不需要直接接触。那么，这些相互作用是怎样发生的？正像电荷间相互作用通过电场发生，磁体和磁体之间，磁体和通电导体之间，以及通电导体和通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的。磁场是磁体或电流周围空间存在的一种特殊物质。思考1：磁场的基本性质是什么？对放入其中的磁体或电流会产生力的作用。思考2：磁场的方向是怎样规定的？规定小磁针静止时N极的指向为该点的磁场方向。第三部分磁感线【视频】模拟磁感应线。在磁场中，我们用磁感线来描述磁场。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场方向一致，这样的曲线就叫作磁感线。【视频】条形磁铁的磁感线；蹄形磁铁的磁感线。思考1：磁感线有何特点？①磁感线是假想的曲线；②磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线，磁体外部由N极到S极，内部由S极到N极；③磁感线不相交、不相切；④磁感线的疏密表示磁场的强弱；⑤磁感线上每一点的切线方向即为该点的磁场的方向。思考2：地球是一个巨大的磁体。地球周围空间存在的磁场叫地磁场。地磁场有何特点呢？①地磁场的N极在地球南极附近，S极在地球北极附近。②地磁场的方向在南半球斜向上，在北半球斜向下，与地表面不平行。③在赤道平面上，到地心等距离的各点，地磁场强度相等，且方向水平。第四部分电流的磁场思考1：电流周围的磁感线分布有何特点？怎样判断电流周围磁场的方向？直线电流的磁感线是一圈圈的同心圆，这些同心圆都在跟导线垂直的平面上。实验表明，改变电流的方向，各点的磁场方向都变成相反的方向。【视频】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。（也叫右手螺旋定则）【练习】画出直线电流的磁感线。【视频】环形电流的磁感线实验模拟；环形电流的磁感线动画模拟。安培定则二（也叫右手螺旋定则）：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场的方向。【视频】通电螺线管的磁感线实验模拟；通电螺线管的磁感线动画模拟。思考2：电流的磁场有什么用途？电磁起重机、电动机……第五部分安培分子电流假说分子电流假说：任何物质的分子中都存在环形电流——分子电流，分子电流使每个分子都成为一个微小的磁体。安培分子电流假说对一些磁现象的解释：安培分子电流假说的意义：①成功的解释了磁化现象和磁体消磁现象；②安培分子电流假说揭示了电和磁的本质联系；③磁现象的电本质：磁铁和电流的磁场本质上都是运动电荷产生的。【自我测评】1．（2018上·山东日照·高二校考期中）下列关于电场线和磁感线的说法，正确的是A．电场线和磁感线都是假想的曲线B．电场线和磁感线都是闭合的曲线C．电场线和磁感线的疏密都表示场的强弱D．电场线上某点的切线方向表示电场方向，磁感线上某点的切线方向表示磁场方向【答案】ACD【详解】电场线和磁感线都是假想的，在空间不是实际存在的线，故A正确；磁感线在磁体的周围是从磁体的N极出发回到S极．在磁体的内部，磁感线是从磁体的S极出发，回到N极．所以磁感线是闭合的，而电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷，不相交不闭合，故B错误；电场线和磁感线的疏密都表示场的强弱，故C正确；电场线上某点的切线方向表示电场方向，磁感线上某点的切线方向表示磁场方向，故D正确．所以ACD正确，B错误．2．（2022·四川·乐山市草堂高级中学高二期中）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，地球周围地场的磁感线分布示意如图，结合上述材料，下列说法正确的是（）A．地理南、北极与地磁场的南、北极是重合的B．地球表面磁场的竖直分量在南半球垂直于地面向上，在北半球垂直于地面向下C．地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行D．地磁场对地球赤道上方任意放置的通电导线都有力的作用【答案】B【详解】A．根据题意可知，地理南、北极与地磁场存在一个夹角，为磁偏角，故地理南、北极与地磁场的南、北极两者不重合，故A错误；B．地磁场的磁场方向沿磁感线切线的方向，由题意可知，地磁偏角很小，在不考虑地磁偏角的影响下，将南、北半球上空的磁感应强度沿垂直于地面、平行于地面两个方向正交分解，可知地球表面磁场的竖直分量在南半球垂直于地面向上，在北半球垂直于地面向下，故B正确；C．由于地磁场的磁场方向沿磁感线切线的方向，由题图可知只有赤道处地磁场的磁场方向才近似与地面平行，故C错误；D．当通电直导线与地磁场方向平行时，导线不受安培力，故D错误。故选B。3．（2022上·江苏连云港·高二校联考期中）如图，小磁针放在线圈中心，且两者处于同一平面内。当在线圈中通入逆时针方向的电流后，小磁针N极的指向是（

）A．向上 B．向下 C．垂直纸面向外 D．垂直纸面向里【答案】C【详解】当在线圈中通入逆时针方向的电流后，根据安培定则，线圈产生的磁场方向在线圈内部是垂直纸面向外，所以小磁针N极的指向是垂直纸面向外，故C正确，ABD错误。故选C。4．（2022上·广西·高二学业考试）关于图所示的磁场，下列说法中正确的是（）A．磁场方向与小磁针静止时南极指向一致B．若知道磁感应强度B与线圈的面积S，则可求出穿过这个面积的磁通量C．a、b两点在同一磁感线上位置不同，但它们的强弱相同D．磁感线不能相交【答案】D【详解】A．磁场方向与小磁针静止时北极指向一致，故A错误；B．根据Φ可知，还需要知道磁感应强度与线圈平面的夹角，故B错误；C．磁感线疏密表示磁感应强度大小，故两点磁感应强度大小不同，故C错误；D．任意一点的磁感应强度方向都是唯一确定的，磁感线切线方向表示磁感应强度方向，因此磁感线不能相交，故D正确。故选D。5．（2022上·福建莆田·高二莆田华侨中学校考阶段练习）如图所示的四个实验，奥斯特用来证明电流能产生磁场的实验是（）A．图甲，导线通电后磁针发生偏转 B．图乙，通电导线在磁场中受到力的作用C．图丙，当电流方向相同时，导线相互靠近 D．图丁，当电流方向相反时，导线相互远离【答案】A【详解】奥斯特用来证明电流能产生磁场的实验是：将通电的直导线靠近小磁针，发现小磁针会发生偏转，由此发现了电流的磁效应。故选A。6．（2020·高二课时练习）如图所示，系在细线下端的回形针被磁铁吸引，现用点燃的火柴对回形针加热，过一会儿发现回形针不被磁铁吸引了。对回形针失去磁性所作的解释正确的是（）A．回形针加热后，内部的磁分子电流消失了B．回形针加热后，内部的磁分子电流反向了C．回形针加热后，内部的磁分子电流排列整齐了D．回形针加热后，内部的磁分子电流排列无序了【答案】D【详解】当用火对回形针加热时，回形针内部的分子电流虽然仍然存在但变得杂乱无章，每个分子电流产生的磁场相互抵消，从而对外不显磁性。故选D。7．（2022·山东济南·高二期中）为了判断一个未知正负极的蓄电池的极性，某同学将该蓄电池通过电阻跟螺线管连接起来，发现小磁针的N极立即向螺线管偏转，如图所示。用M、N和PA．蓄电池M端为正极 B．蓄电池N端为正极C．螺线管P端为S极 D．螺线管内部磁场方向由P指向Q【答案】B【详解】CD．依题意，小磁针的N极立即向螺线管偏转，说明螺线管Q端为S极，则螺线管P端为N极。螺线管内部磁场方向由Q指向P。故CD错误；AB．根据右手螺旋定则可知，螺线管的电流方向为从N到M，可知蓄电池N端为正极。故B正确；A错误。故选B。【学后反思】___________________________________________________