2024-2025学年高中物理第5章磁场第2节用磁感线描述磁场学案鲁科版选修3-1

PAGE7-第2节用磁感线描述磁场[学习目标]1.知道什么是磁感线，会用磁感线描述磁体和电流产生的磁场。(科学方法)2.知道几种常见磁场的磁感线分布状况。(物理观念)3.会用安培定则推断直线电流、环形电流和通电螺线管四周的磁场方向。(科学思维)一、用磁感线描述磁体的磁场1．磁感线在磁场中画出的一些有方向的假想曲线。2．特点(1)在磁感线上，随意一点的切线方向都与该点的磁场方向相同，都代表磁场中该点小磁针N极受力的方向。(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱。磁感线分布越密的地方，磁场越强；磁感线分布越疏的地方，磁场越弱。(3)磁感线是闭合曲线。在磁体外部，磁感线从N极到S极。在磁体内部，磁感线从S极到N极。二、用磁感线描述电流的磁场1．直线电流的磁场安培定则(又叫右手螺旋定则)：用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流的方向一样，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(如图所示)。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，也就是说拇指指向通电螺线管的北极(如图所示)。1．思索推断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)磁感线是假想的曲线，没有实际意义。 (×)[提示]磁感线的意义在于描述磁场形象化。(2)磁感线是闭合曲线。 (√)(3)没有磁感线的地方，就没有磁场。 (×)[提示]磁场是客观存在的，而磁感线是假想的线，没画磁感线的地方也有磁场。(4)安培定则中，弯曲四指所指方向均为磁场的方向。 (×)[提示]通电螺旋管四指指的是电流方向。(5)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断。 (√)2．(多选)关于磁感线的性质和概念，下列说法正确的是()A．磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向B．铁屑在磁场中的分布曲线就是磁感线C．磁感线总是从磁体的N极指向S极D．磁场中随意两条磁感线均不相交AD[磁感线上每一点的切线方向都与该点的磁场方向相同，A对；利用碎铁屑在磁场中被磁化的性质，可显示磁感线的形态，但它排成的曲线不是磁感线，磁感线是假想曲线，B错；磁感线在磁体外部由N极指向S极，但在内部却是由S极指向N极，磁感线是闭合曲线，C错；假设两条磁感线可以相交，过交点作曲线的切线，将有两个不同的方向，而同一点的磁场方向只能有一个，故随意两条磁感线均不相交，D对。]3．关于安培定则，下列说法正确的是()A．安培定则仅适用于直线电流四周磁场方向的推断B．安培定则能适用于多种形态电流四周磁场方向的推断C.安培定则用于推断直线电流磁场的磁感线方向时，大拇指所指方向与磁场方向一样D．安培定则用于推断环形电流和通电螺线管磁场的方向时，大拇指所指方向应与电流方向一样B[安培定则适用于任何电流或等效电流的磁场方向推断，A错，B对；由安培定则的运用方法可知，C、D错。]对磁感线的理解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。(3)磁感线的方向：磁体外部从N极指向S极，磁体内部从S极指向N极。(4)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断。2．几种典型磁场的磁感线分布磁体条形磁铁蹄形磁铁同名磁极间异名磁极间分布图特点(1)关于条形磁铁对称(2)磁铁内部近似匀强磁场(3)中垂线上各点磁感线方向与磁铁平行(1)关于磁铁中轴线对称，方向相反(2)中轴线上各点磁感线方向均垂直于中轴线(1)关于两磁极的连线及连线的中垂线均对称(2)两磁极连线上磁感线的方向沿连线，中点最弱(3)两磁极连线的中垂线上磁场方向沿中垂线(1)关于两磁极的连线及连线的中垂线对称(2)中垂线上各点磁感线方向相同(3)在连线上中点的磁场最弱【例1】如图中绘出了磁铁的磁感线及其旁边小磁针静止时所指的方向(小磁针黑色端表示N极)，其中正确的是()ABCDA[小磁针静止时N极所指的方向与磁场方向相同，故选项A正确。磁体外部磁场方向应从N极指向S极，故选项B、C、D错误。]磁感线与电场线的比较两种线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，终止于无限远或负电荷相像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eq\a\vs4\al([跟进训练])1．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B[磁感线的疏密表示磁场的强弱，由此可知A错，B对；磁感线是闭合的曲线，在磁铁外部是从N极到S极，内部是从S极到N极，故C错；磁感线是为探讨问题便利而假想的曲线，实际并不存在，故D错。]安培定则的理解及应用三种常见的电流的磁感线分布特点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，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【例2】如图所示，a、b是直线电流的磁场，c、d是环形电流的磁场，e、f是通电螺线管的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向。[解析]依据安培定则，可以确定a中电流方向垂直纸面对里，b中电流方向从下向上，c中电流方向沿逆时针，d中磁感线方向向下，e中磁感线方向向左，f中磁感线方向向右。[答案]如图所示上例中，若在螺线管的四周放上小磁针，如图所示，则以下说法正确的是()A．小磁针的c端为N极，电源的a端为正极B．小磁针的c端为N极，电源的a端为负极C．小磁针的d端为N极，电源的a端为正极D．小磁针的d端为N极，电源的a端为负极D[依据小磁针的N极方向可以确定通电线圈外部上方磁场的方向，然后应用安培定则确定线圈中的电流方向，从而推断电源的a端为负极，同时推断d为N极。正确答案是D。]电流磁场的三点说明(1)应用安培定则判定电流四周磁场的方向时，直线电流判定的是导线之外磁场的方向，环形电流和通电螺线管判定的是线圈轴线上磁场的方向。(2)当小磁针处于磁体产生的磁场中，或环形电流、通电螺线管外部时，可依据同名磁极相斥，异名磁极相吸来推断小磁针的受力方向。(3)当小磁针处于直线电流的磁场中或处于环形电流、通电螺线管内部时，应当依据小磁针N极所指方向与通过该点的磁感线的切线方向相同，来推断小磁针的受力方向。eq\a\vs4\al([跟进训练])2．(多选)如图为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是()AD[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。]课堂小结知识脉络2种磁场——磁体磁场，电流磁场1种描述——磁感线1种定则——安培定则1．下列对磁场和磁感线的相识正确的是()A．磁场是一种特别存在的物质，磁体与磁体、磁体与电流之间的相互作用都是通过磁场发生的B．两条磁感线的空隙处肯定不存在磁场C．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的D．电场线和磁感线一样是不闭合的曲线A[磁场是一种特别物质，磁极、电流间发生的作用都是通过磁场发生的，A正确；磁感线的疏密程度反映磁场的强弱，磁感线是人为假想的曲线，两条磁感线的空隙处也存在磁场，B错误；磁感线是为了形象地描述磁场而假想的一簇有方向的闭合曲线，事实上并不存在，细铁屑可以显示出其形态，但那并不是磁感线，C错误；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，D错误。]2．如图所示为磁场中某区域的磁感线，则()A．a、b两处的磁场的强弱一样，方向相同B．a、b两处的磁场的强弱不一样，方向相同C．a、b两处的磁场的强弱一样，方向不同D．a、b两处的磁场的强弱不一样，方向不同B[依据磁感线的疏密程度，可以推断出a、b两处的磁场的强弱不相同；由于a、b两处在同一条磁感线上，且该条磁感线为直线，所以a、b两处的磁场方向相同，选项B正确。]3．(多选)如图所示，当S闭合时，在螺线管上方的一根小软铁棒被磁化，左端为N极(此时正视用绝缘线悬挂的小通电圆环，电流方向为顺时针方向)。则下列说法正确的是()A.软铁棒所在处的磁场方向向左B．电源的左端为正极C．电源的右端为正极D．圆环转动方向为顺时针方向(俯视)ABD[因软铁棒左端为N极，所以其所在处的磁场方向向左，螺线管右端为N极，依据安培定则可知电源