2025年高中物理新教材同步 必修第三册 第13章　1　磁场　磁感线

1磁场磁感线[学习目标]1.知道磁场的概念，知道磁体与磁体间、磁体与通电导体间、通电导体与通电导体间的作用是通过磁场发生的。2.理解磁感线的概念，知道磁感线的特点(重难点)。3.理解安培定则，会用安培定则判断电流的磁场方向(重难点)。一、电和磁的联系磁场如图甲所示，通电导线放在蹄形磁体附近，悬挂导线的细线偏离竖直方向，说明通电导线受到力的作用；如图乙所示，两条通电导线之间也有作用力。根据实验，在下图中空白方框内填入恰当的内容。答案磁场1．电和磁的联系(1)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。(2)奥斯特实验实验现象：把导线放置在小磁针的上方，当给导线通电时，与导线平行放置的小磁针发生转动。注意事项：导线应沿南北方向水平放置结论：通电导线对小磁针有力的作用，说明电流具有磁效应。奥斯特首次揭示了电与磁的联系。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：磁场对磁体或通电导体有力的作用。(3)磁场尽管看不见、摸不着，但它与电场类似，都是不依赖于我们的感觉而客观存在的物质。(1)磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质。(√)(2)磁场只有在磁体与磁体、磁体与电流发生作用时才产生。(×)(3)电流与电流之间是通过电场发生作用的。(×)(4)磁体的磁场和电流的磁场本质上是一样的。(√)二、磁感线和地磁场1．磁场的方向：物理学规定，在磁场中的某一点，小磁针静止时N极所指的方向就是该点磁场的方向。2．磁感线：在磁场中画出一些有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致，这样的曲线就叫作磁感线。3．磁感线的特点(1)磁感线是假想出来的有方向的曲线，实际并不存在。(2)磁感线的疏密反映磁场的强弱，磁感线越密的地方表示磁场越强，磁感线越疏的地方表示磁场越弱。(3)磁感线不相交，不相切，也不中断。(4)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。4．磁体的磁感线(1)条形磁体和蹄形磁体的磁感线(2)同名磁极和异名磁极的磁感线5．地磁场(1)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。(2)地磁场的三大特点①地磁场的N极在地球南极附近，S极在地球北极附近。地球的地理两极与地磁两极并不重合，因此，磁针并非准确地指向南、北，其间有一个夹角，这就是地磁偏角。②南半球地面某点地磁场的方向斜向上，在北半球地面某点地磁场的方向斜向下，水平分量由南到北。③在赤道地面上，磁场方向与地面平行，方向由南向北。(1)磁感线从磁体的N极出发到磁体的S极终止。(×)(2)磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的。(×)例1(2024·中山市高二月考)2023年12月1日，黑龙江大兴安岭地区漠河、塔河等地出现了极光，极光本质上是由太阳发射的高速带电粒子流受地磁场的影响，进入地球两极附近时，撞击并激发高空中的空气分子和原子引起的。关于地磁场，下列说法正确的是()A．在广东省中山市，自由悬挂的小磁针N极会指向南方B．在地球内部，磁场方向大致由地理北极指向地理南极C．地球内部不存在磁场D．地球附近磁感线非常密集，导致部分磁感线可能相交答案B解析根据地理的南极是地磁的北极，在广东省中山市，自由悬挂的小磁针N极会指向北方，故A错误；同理，在地球内部，磁场方向大致由地理北极指向地理南极，故B正确，C错误；地球附近磁感线非常密集，但磁感线不可能相交，故D错误。三、安培定则1．直线电流的磁场安培定则：如表格中甲图所示，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。2．环形电流的磁场安培定则：如表格中乙图所示，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。3．通电螺线管的磁场安培定则：如表格中丙图所示，用右手握住螺线管，让弯曲的四指与螺线管电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是螺线管轴线上磁场的方向。安培定则立体图横截面图纵截面图直线电流以导线上任意点为圆心的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱环形电流环内磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏通电螺线管内部磁场为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部磁场类似条形磁体的磁场，方向由N极指向S极例2如图所示，a、b是直线电流的磁场截面图，c、d是环形电流的磁场截面图，e、f是通电螺线管电流的磁场的截面图。试判断各图中的电流方向或磁感线方向。答案见解析解析根据安培定则，可以确定题图a中电流方向垂直纸面向里，题图b中电流方向从下向上，题图c中电流方向沿逆时针方向，题图d中磁感线方向从上向下，题图e中磁感线方向向左，题图f中磁感线方向向右。四、安培分子电流假说1．分子电流假说安培认为，在物质内部，存在着一种环形电流——分子电流。分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。2．对磁现象的解释当铁棒中各分子电流的取向大致相同时，铁棒对外显磁性；当铁棒中分子电流的取向变得杂乱无章时，铁棒对外不显磁性。(1)安培提出“分子电流”假说，认为永磁体的磁场和通电导线的磁场均由运动的电荷产生。(√)(2)根据“分子电流”假说，磁体受到强烈震动时磁性不会减弱。(×)(3)根据“分子电流”假说，磁体在高温条件下磁性会减弱。(√)例3(2023·江西省临川一中高二期中)安培观察到通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场很相似，提出了“分子电流”假说。他认为，在物质内部存在着一种环形电流——分子电流(如图所示，分子电流实际上是由原子内部电子绕核运动形成的)，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。下列将分子电流(箭头表示电子运动方向)等效为小磁体的选项图中正确的是()答案B解析绕核运动的电子带负电，则环形电流方向与其运动方向相反，根据安培定则可知其左侧为N极，故选B。课时对点练[分值：60分]1～8题每题4分，共32分考点一磁场和磁感线1．(2023·邯郸市高二期中)关于磁现象和磁场，下列说法正确的是()A．地磁场能使小磁针的两极分别指向正南、正北B．将一条形磁体从中间截开后，一部分为N极，另一部分为S极C．做奥斯特实验时通电导线应该水平，并沿东西方向放置D．磁场的基本性质是对处在磁场中的磁体或电流有力的作用答案D解析地理南、北极与地磁北、南极不重合，存在地磁偏角，因此小磁针静止时并不指向正南、正北，A错误；磁体从中间分开后，成为两个小磁体，任何一磁体均有两个磁极，B错误；由于地磁场大致沿南北方向，为了让小磁针发生明显偏转，进行奥斯特实验时，通电导线应水平，并沿南北方向放置，C错误；磁场的基本性质是对处在磁场中的磁体或电流有力的作用，D正确。2．(多选)(2023·湖北省黄冈中学高二期中)下列关于电场线和磁感线的说法中正确的是()A．电场线和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．电场线是不闭合曲线，而磁感线是闭合曲线D．电场线越密的地方，电场越强，磁感线越密的地方，磁场也越强答案CD解析电场线与磁感线分别是为了形象地描述电场、磁场而引入的假想曲线，实际并不存在，A错误；两种场线都不会相交，B错误；电场线起始于正电荷或无穷远处，终止于无穷远处或负电荷，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正确；电场线越密，表示该处电场越强，磁感线越密，表示该处磁场越强，所以D正确。3．(多选)如图所示，关于磁体、电流间的相互作用，下列说法正确的是()A．图甲中，电流不产生磁场，电流对小磁针的作用力是通过小磁针的磁场产生的B．图乙中，磁体对通电导线的作用力是通过磁体的磁场产生的C．图丙中电流间的相互作用是通过电流的磁场产生的D．图丙中电流间的相互作用是通过电荷的电场产生的答案BC解析题图甲中，电流对小磁针的作用力是通过电流的磁场产生的；题图乙中，磁体对通电导线的作用力是通过磁体的磁场产生的；题图丙中，电流间的相互作用是通过电流的磁场产生的，综上所述，选项B、C正确，A、D错误。考点二安培定则4．(2024·山西省学业考试模拟卷)磁感线是用来形象地描述磁场的假想曲线，下列通电直导线的磁感线分布正确的是()答案D解析根据安培定则，通电直导线的磁感线是以导线上任意点为圆心的多组同心圆，故A错误；通电直导线产生的磁场，越靠近导线，磁场越强，磁感线越密，故B错误；根据安培定则，电流垂直于纸面向里，磁场方向应为顺时针，电流垂直于纸面向外，磁场方向为逆时针，且越靠近导线，磁场越强，磁感线越密，故D正确，C错误。5.(2023·北京市第九中学高二期中)在直导线中通有自A向B方向的电流，则电流接通后，悬挂在直导线正上方的小磁针()A．N极向纸里，S极向纸外旋转B．N极向纸外，S极向纸里旋转C．在纸面内顺时针旋转90°D．在纸面内逆时针旋转90°答案B解析根据安培定则可判断出小磁针所在位置的磁场方向为垂直纸面向外，根据小磁针的N极指向磁场方向，可知悬挂在直导线正上方的小磁针N极向纸外，S极向纸里旋转，故B正确。6.如图所示，圆环上带有大量的负电荷，当圆环沿顺时针方向转动时，a、b、c三枚小磁针都要发生转动，以下说法正确的是()A．a、b、c的S极都向纸里转B．b的S极向纸外转，而a、c的S极向纸里转C．b、c的N极都向纸里转，而a的N极向纸外转D．b的S极向纸里转，而a、c的S极向纸外转答案D解析圆环带有负电荷，圆环顺时针转动时，产生的等效电流方向沿逆时针方向；由安培定则可知，a、c所在处磁场方向垂直于纸面向里，b所在处磁场方向垂直于纸面向外，则a、c小磁针的N极向纸里转，S极向纸外转，b小磁针的N极向纸外转，S极向纸里转，故选D。7．(2023·广东省广雅中学高二期末)如图所示，当开关S闭合后，小磁针处在通电电流的磁场中的位置正确的是()答案D解析小磁针N极指向表示该点磁场的方向，A项中小磁针处的电流方向竖直向下，由右手螺旋定则可知小磁针处磁场方向垂直纸面向外，选项A错误；由右手螺旋定则可得B项中通电螺线管上端为N极，螺线管左侧的磁场方向由上到下，选项B错误；由右手螺旋定则可得C项中小磁针处磁场方向垂直纸面向里，选项C错误；由右手螺旋定则可得D项中通电螺线管上端相当于S极，异名磁极相互吸引，故小磁针的N极指向左侧上端处，选项D正确。考点三安培分子电流假说8．如图是铁棒被磁化前、后内部各分子电流取向分布情况，根据所学的磁化知识判断下列说法正确的是()A．甲图是磁化后的分子电流取向分布B．乙图是磁化前的分子电流取向分布C．铁棒被磁化后通过一定途径可以消除磁性D．任何材料的物体都很容易被磁化答案C解析铁棒被磁化前内部各分子电流取向是杂乱无章的，当铁棒被磁化后内部各分子电流取向相同，故A、B错误；铁棒属于软磁体，磁化后其磁性很容易消失，比如：强震动，故C正确；铁、钴、镍以及由它们组成的材料能被磁化，并不是任何材料的物体都容易被磁化，故D错误。9～11题每题7分，共21分9.(2024·河南省焦作市第一中学高二月考)公元1086年宋代科学家沈括撰写的《梦溪笔谈》中最早记载了“方家(术士)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所示，则结合上述材料，下列说法不正确的是()A．地球表面上任意位置的地磁场方向都与地面平行B．地球内部也存在磁场，地磁北极在地理南极附近C．结合地球自转方向，可以判断出地球是带负电的D．因受地磁场的影响，在进行奥斯特实验时，通电导线南北放置时实验现象最明显答案A解析磁场是闭合的曲线，地球磁场从南极附近发出，从北极附近进入地球，组成闭合曲线，不是地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行，故A错误，符合题意；地球内部也存在磁场，地磁北极在地理南极附近，故B正确，不符合题意；地球自转方向自西向东，地球的南极是地磁场的北极，由安培定则判断可知地球是带负电的，故C正确，不符合题意；根据安培定则可知，导线的磁场方向与导线电流的方向垂直，可知因地磁场影响，在进行奥斯特实验时，通电导线南北放置时实验现象最明显，故D正确，不符合题意。10．冰箱门软磁条的外部磁感线正面图如图所示，以下说法正确的是()A．磁感线越密的地方磁场越弱B．软磁条内部a位置应为N极C．磁感线与电场线一样真实存在于空间之中D．软磁条内部a、b之间的磁感线方向应为由a指向b答案D解析根据磁感线的特点可知，磁感线越密的地方磁场越强，A错误；磁感线在磁体外部从N极指向S极，在磁体内部从S极指向N极，由题图可知，软磁条外部磁感线从b位置指向a位置，则a位置为S极，b位置为N极，软磁条内部a、b之间的磁感线方向应为由a指向b，故B错误，D正确；磁感线是为了描述磁场而假想的曲线，实际是不存在的，C错误。11.(多选)(2022·福建卷)奥斯特利用如图所示实验装置研究电流的磁效应。一个可自由转动的小磁针放在白金丝导线正下方，导线两端与一伏打电池相连。接通电源瞬间，小磁针发生了明显偏转。奥斯特采用控制变量