2024-2025学年新教材高中物理第十三章电磁感应与电磁波初步第1节磁场磁感线学案新人教版必修3

PAGE8-磁场磁感线【学习目标】1．知道丹麦物理学家奥斯特通过试验发觉了电与磁的联系。2．知道磁场的概念，知道一切磁作用力都是通过磁场发生的。3．知道磁感线的定义和特点，了解几种常见的磁场的磁感线分布。4．学会用安培定则推断电流的磁感线方向。【思维脉络】课前预习反馈教材梳理·落实新知学问点1电和磁的联系1．磁极：自然界中的磁体总是存在着两个__磁极__。2．磁极间的相互作用：同名磁极相互__排斥__，异名磁极相互__吸引__。3．电流的磁效应：1820年丹麦物理学家奥斯特通过通电导线使小磁针__偏转__的试验发觉了电流的__磁效应__，揭示了电与磁的联系。学问点2磁场1．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都是通过__磁场__发生的。2．基本性质：磁场对磁极或__通电导体__有力的作用。3．通电导线间的相互作用力特点：同向通电导线相互__吸引__，异向通电导线相互__排斥__。4．磁场尽管看不见、摸不着，但它与__电场__类似，都是不依靠于我们的感觉而客观存在的物质。学问点3磁感线1．磁场方向规定：物理学中把小磁针静止时N极所指的方向规定为该点磁场的方向。2．定义：用来形象地描述磁场的一些曲线，使曲线上每一点的__切线__方向都跟该点磁场的方向__一样__。3．特点(1)磁感线是闭合曲线。(2)磁感线的疏密程度表示磁场__强弱__，磁场强的地方磁感线__较密__，磁场弱的地方磁感线__较疏__。学问点4安培定则1．通电直导线四周磁场用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟__电流__的方向一样，__弯曲的四指__所指的方向就是磁感线的环绕方向。(如图所示)2．环形电流产生的磁场让右手弯曲的四指和__环形电流__的方向一样，伸直的大拇指所指的方向就是__环形导线中心轴线上__的磁感线的方向。(如图所示)3．通电螺线管产生的磁场用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟__电流__的方向一样，大拇指所指的方向就是__螺线管内部磁感线__的方向。(如图所示)预习自测『判一判』(1)磁场看不见，摸不着，因此磁场是人们假想的，实际并不存在。(×)(2)磁体与磁体之间的作用是通过磁场发生的，通电导线与通电导线之间的作用是通过电场发生的。(×)(3)奥斯特试验说明白电流可以产生磁场。(√)(4)单独一个带电体可以只带正电荷，同样单独一个磁体可以只有N极。(×)(5)用铁屑可以演示磁体四周磁感线的分布，所以磁感线是客观存在的。(×)(6)磁感线所指的方向就是磁场的磁感应强度方向。(×)(7)通电直导线四周磁场的磁感线是闭合的圆环。(√)(8)通电螺线管四周的磁场类似于条形磁体四周的磁场。(√)『选一选』下列关于小磁针在磁场中静止时的指向，正确的是(C)解析：依据在磁体外部同名磁极相互排斥可知选项A错；应用安培定则可知环形电流中心线上的磁场方向由右向左，小磁针N极受到的磁场力向左，选项B错；依据安培定则可知通电螺线管内部磁场向右，内部小磁针N极受到的磁场力向右，选项C对；依据安培定则可知通电直导线右边磁场向里，小磁针N极应向里，选项D错。『想一想』下图是医生用来取出病人吞下的金属物品的仪器。当仪器顶部接触金属物品时，医生将手控环内推，再拉出整条塑料管。(1)你能说出这种仪器的原理吗？(2)假如小孩不慎吞下的是易拉罐拉环或一个回形针，哪种物体可以用这种仪器取出来？(3)假如把活动永磁体换成电磁铁，你认为是不是更好用呢？解析：(1)当仪器顶部接触金属物品时，将手控环内推，其上的活动永磁铁使固铁磁化，磁化后吸引铁磁性金属物品，然后拉出整条塑料管，即可把这种金属物品取出。(2)由于磁铁只能吸引铁磁性物体，而易拉罐环是铝合金材料的，不是铁磁性物质，因此不能取出；而回形针是铁磁性物体，可以用此仪器取出。(3)电磁铁的磁性强弱可以随电流的改变而改变，假如是误吞了比较重的金属，可通过调整电流大小使磁性增加，把它取出来。故运用电磁铁应更好用一些。课内互动探究细研深究·破疑解难探究对磁场的理解┃┃情境导入__■如图所示，磁体间、通电导线和磁体间都可以在不接触的状况下发生作用。(1)甲图中两磁铁作用时，悬挂的磁铁两种状况下转动的方向不同，这说明白磁极间的作用有何特点？(2)乙图中当给导线通电时，与导线平行放置的小磁针发生转动，表明电流和磁场存在什么关系？提示：(1)同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。(2)电流四周产生磁场。┃┃要点提炼__■1．磁场的性质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磁场的方向性磁场是具有方向的。所谓磁场的方向就是小磁针在磁场中其北极受力的方向，即小磁针静止时其北极所指的方向。2.电流的磁效应(1)电现象与磁现象的联系：①磁体总存在着两个磁极，自然界中存在两种电荷。②同种电荷相互排斥，同名磁极相互排斥；异种电荷相互吸引，异名磁极相互吸引。(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。特殊提示自然界有两种基本的物质形态：实物和场。(1)实物即详细的、有形的物质形态，由物质粒子组成。(2)场是物质的另一种存在形态，和实物一样也是一种客观存在物，具有质量、能量、动量等物质的基本属性。┃┃典例剖析__■典例1下列关于磁场的说法正确的是(B)A．磁体四周的磁场看不见、摸不着，所以磁场不是客观存在的B．将小磁针放在磁体旁边，小磁针会发生偏转是因为受到磁场力的作用C．把磁体放在真空中，磁场就消逝了D．当磁体四周撒上细铁屑时才能形成磁场，不撒细铁屑磁场就消逝思路引导：理解磁场的物质性时应与电场类比，磁场与电场一样，都是场物质，磁场看不见、摸不着，但不会因主观意志而存在或消逝。解析：磁场是磁体、电流或运动电荷四周存在的一种特殊物质。说它“特殊”，是因为它和我们常见的以分子、原子、离子组成的物质不同，它不是以微粒形式存在，而是以一种“场”的形式存在；说它是“物质”，是因为它和我们常见的一些实物一样，能对放在其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用。因此我们说磁场和我们常见的桌子、房屋、水和空气一样，是一种客观存在的物质。虽然它看不见、摸不着，但可以通过它的基本性质反映出来。故选项B正确。┃┃对点训练__■1．下列关于磁场的说法中正确的是(A)A．磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质B．磁场是为了说明磁极间的相互作用而人为引入的C．磁极与磁极间是干脆发生作用的D．磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生解析：磁场是客观存在于磁极或电流四周的一种物质，所以B、D选项错误；磁极之间、磁极与电流之间、电流与电流之间、运动电荷之间的作用都是通过磁场发生的，不是干脆发生的，故C选项错误。探究磁感线的特点及安培定则的应用┃┃情境导入__■图甲表示条形磁铁的磁感线的分布状况，图乙表示通电螺线管的磁感线的分布状况，视察两幅图，请思索：从图中可以看出，通电螺线管的磁感线是闭合的，而条形磁铁的磁感线不闭合，这种推断对吗？提示：不对，不管是磁铁的磁场，还是电流的磁场，磁感线都是闭合的。┃┃要点提炼__■1．磁感线的特点(1)为形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在。(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱。磁感线在某点的切线方向表示磁场的方向。(3)磁感线的方向在磁体外部从N极指向S极，磁体内部从S极指向N极。即磁感线是闭合的曲线，它不相交，不相切，也不中断。2．常见永磁体的磁场(如图)3．三种常见的电流的磁场安培定则立体图横截面图纵截面图直线电流以导线上随意点为圆心的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱环形电流内部磁场比环外强，外部磁感线越向外越稀疏通电螺线管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极指向S极4.磁感线与电场线的比较两种线比较内容磁感线电场线不同点闭合曲线不闭合，起始于正电荷或无限远，终止于负电荷或无限远相似点引入目的为形象描述场而引入的假想线，实际不存在疏密场的强弱切线方向场的方向是否相交不能相交(电场中无电荷空间不相交)特殊提示(1)在没画磁感线的地方，并不表示没有磁场存在。(2)若多个磁体或电流的磁场在空间某区域叠加，磁感线描述的是叠加后的磁场的磁感线分布状况，不能认为该区域有多条磁感线相交。┃┃典例剖析__■典例2(多选)关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是(AB)A．磁极与磁极之间、磁极与电流之间都可以通过磁场发生相互作用B．磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，其上每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一样C．磁感线总是从磁铁的N极动身，到S极终止D．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的思路引导：用磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，它是一种志向化模型，并不是真实存在的。由于磁体的N极和S极是密不行分的，所以磁感线总是闭合的曲线。解析：磁场是一种特殊物质，磁极、电流间发生的作用都是通过磁场发生的，选项A正确；磁感线是为了形象地描述磁场而假想的线，不是真实存在的，选项D错误；磁感线的切线方向表示磁场的方向，磁感线的疏密表示磁场的强弱，选项B正确；磁感线是闭合曲线，在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极，选项C错误。┃┃对点训练__■2．在下图中，分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针N极的指向或磁感线方向。请画出对应的磁感线(标上方向)或电流方向。解析：用安培定则来推断，分别如下图所示。核心素养提升以题说法·启智培优安培定则的应用技巧(1)分清“因”和“果”：在判定直线电流的磁场的方向时，拇指指“缘由”——电流方向；四指指“结果”——磁感线绕向。在判定环形电流的磁场方向时，四指指“缘由”——电流绕向；拇指指“结果”——环内沿中心轴线的磁感线方向，即指N极。(2)优先采纳整体法：一个随意形态的电流(如三角形、矩形等)的磁场，从整体效果上可等效为环形电流的磁场，再依据安培定则确定磁场的方向，即磁感线的方向。(3)若探讨磁体与环形电流、通电螺线管的相互作用力，可依据安培定则将环形电流或通