2024-2025学年高中物理第三章磁场1磁现象磁场学案教科版选修3-1

PAGE13-磁现象磁场必备学问·自主学习一、磁现象(1)甲图中两磁铁发生作用时,悬挂的磁铁为什么转动方向不同?(2)乙图中两通电导线存在作用力,表明白电流和磁场存在什么关系?提示:(1)因为同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。(2)表明电和磁之间存在某种联系。1.古代对磁现象的相识:(1)最早记载:我们的祖先在春秋战国时期发觉自然磁石具有吸引铁的现象和指示南北方向的特征。(2)指南针:北宋时期独创的指南针,是我国古代的四大独创之一。(3)磁石治疗疾病的记载:在《史记》和《本草纲目》中均有记载。2.电与磁的相互联系:奥斯特发觉了电流的磁效应,法拉第发觉了电磁感应现象,打开了电气时代的大门。3.信息技术中的磁现象:某些磁性物质能够把磁场对它的作用记录下来,许久保存并在肯定条件下复现。4.生物体中的磁现象:某些动物对地球磁场特别敏感,人体器官也存在磁性。二、磁场(1)将多个小磁针放在磁铁四周,小磁针的指向与磁场方向有什么关系?(2)沿小磁针指向画一条线,这条线能否表示磁场方向?提示:(1)小磁针N极受力的方向即为磁场方向。(2)能。1.磁场:磁体和电流四周有磁场,一切磁相互作用都是通过磁场来实现的。2.磁场的方向:小磁针的N极在磁场中某点的受力方向就是该点的磁场方向。3.磁感线:在磁场中画一曲线,使曲线上有一点的切线方向与该点的磁场方向一样,该曲线就是一条磁感线。4.磁感线的特点:(1)曲线上每一点的切线方向为该点的磁场方向。(2)曲线的疏密程度表示磁场的强弱。(3)磁感线是闭合曲线,在磁体之外,磁感线从N极到S极,在磁体内部,磁感线从S极到N极。5.电流四周的磁场:(1)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样,弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。(2)环形电流的磁场。安培定则:右手弯曲的四指表示环形电流的方向,则伸直的拇指所指的方向是环形导线中心轴线处的磁感线方向。(3)通电螺线管的磁场。安培定则:用右手握住螺线管,让弯曲四指所指的方向与电流方向一样,拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向,也就是通电螺线管的N极。关键实力·合作学习学问点一磁场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别物质。存在于磁体、通电导线、运动电荷、改变电场、地球的四周。(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.奥斯特的试验:(1)试验装置如图所示。(2)试验现象:当给导线通电时,与导线平行放置的小磁针发生转动。(3)留意事项:为了解除地磁场的影响,使试验现象明显,导线应沿南北方向水平放置在小磁针的正上方。(4)试验结论:电流具有磁效应,即电流可以产生磁场。(5)试验意义:电流磁效应的发觉,首次揭示了电与磁之间的联系,揭开了人类对电磁现象探讨的新纪元。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,是客观存在的特别物质D.磁铁四周只有在磁极与磁极、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)哪些物体四周存在磁场?提示:磁场存在于磁体、电流的四周。【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,是客观存在的特别物质,故C正确;磁铁四周都有磁场存在,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别物质形态D.磁场的存在与推翻定于人的思想,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安静止状态,突然发觉小磁针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。依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】奥斯特试验说明白 ()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。奥斯特试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。学问点二磁感线的特点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状况: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、方向到处相同的磁场。(2)磁感线:是一组相互平行、方向相同、疏密匀称的直线。(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旁边,地磁场的南极在地理北极旁边,点并不重合,有个地磁偏角。【典例】(2024·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.随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,同一摸索电荷所受的电场力越大;磁感线分布较密的地方,同一摸索电荷所受的磁场力也越大【解析】选A。随意两条磁感线肯定不相交,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知同一摸索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,同一摸索电荷所受的磁场力不肯定越大,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四周的磁感线,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>BbB.a、b两处的磁感应强度的大小不等,Ba<BbC.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<Bb,故A错,B对;磁感线是闭合曲线,没有起点和终点,故C错;在没画磁感线的地方,并不表示没有磁场存在,故D错。【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极动身到磁体的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.试验中视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。学问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随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极动身回到S极2.磁场方向的四种推断方法:(1)依据磁感线分布状况推断。若已知磁感线的分布状况,磁感线上某点的切线方向即为该点的磁场方向。(2)依据小磁针静止时N极的指向推断。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,则不能依据小磁针的指向进行推断。(3)依据安培定则推断电流的磁场方向,若磁场是由电流产生的,则可以依据安培定则进行推断。(4)依据磁体的磁极推断,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,据此可以推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②N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,依据右手螺旋定则,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.(2024·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,依据安培定则知,直线电流右边的磁场方向垂直纸面对里,左边磁场方向垂直纸面对外,A错误;线框的电流方向向上,依据安培定则知,从上往下看,磁场的方向为逆时针方向,B错误;依据安培定则,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),依据安培定则知,磁场方向应当是向上,D正确。故选D。2.(2024·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。依据安培定则可以推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。由安培定则可以推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,留意让弯曲的四指指向电流的方向,可推断出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样,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独创之一,司南是春秋战国时期独创的一种指南针,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旁边磁铁的干扰C.磁勺的指向不会受到旁边铁块的干扰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。司南的指向会受到旁边磁铁的干扰;铁块简单被磁化,铁块磁化后也会影响旁边的磁场分布,所以磁勺的指向会受到旁边铁块的干扰,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独创之一。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旁边铁块的干扰D.在指南针正上方旁边沿指针方向放置始终导线,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,目前为止还没有发觉磁单极子。(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,通电导线四周也会产生磁场。【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;指南针旁边铁块被磁化,产生的磁场会对指南针的指向产生干扰,C项正确;在指南针正上方旁边沿指针方向放置始终