高中物理第5章磁場(chǎng)第2節(jié)用磁感線描述磁場(chǎng)學(xué)案魯科版選修.docx

第2節(jié) 用磁感線描述磁場(chǎng)1.磁感線是為描述磁場(chǎng)而假想的線，磁感線上某點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)磁場(chǎng)的方向，磁感線越密，磁場(chǎng)越強(qiáng)。2用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。3用右手握住螺線管，讓彎曲四指所指方向與電流方向一致，拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向，也就是說，拇指指向通電螺線管的北極。用磁感線描述磁體的磁場(chǎng)1磁感線的定義磁感線即在磁場(chǎng)中畫出的一些有方向的假想曲線，在磁感線上，任意一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同，都代表磁場(chǎng)中該點(diǎn)小磁針北極受力的方向。 2.磁感線的特點(diǎn)(1)磁感線是為了形象描述磁場(chǎng)而假想的，不是實(shí)際存在的線。(2)磁感線上任一點(diǎn)的切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)的磁場(chǎng)方向。(3)磁感線的疏密反映磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。磁感線密集的地方磁場(chǎng)強(qiáng)，磁感線稀疏的地方磁場(chǎng)弱。(4)磁感線在磁體的外部都是從北極(N極)出來進(jìn)入南極(S極)，在磁體的內(nèi)部則是由南極指向北極形成一條閉合曲線。(5)任意兩條磁感線都不相交。1幾種常見磁體的磁感線圖5212磁感線與電場(chǎng)線的比較 磁感線與電場(chǎng)線都是為了形象描述場(chǎng)而引入的，它們既有相似點(diǎn)，又有不同點(diǎn)，列表比較如下： 比較項(xiàng)目磁感線電場(chǎng)線 相似點(diǎn)意義形象地描述磁場(chǎng)而假想的線形象地描述電場(chǎng)而假想的線 方向線上各點(diǎn)的切線方向即該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，是磁針N極受力的方向線上各點(diǎn)的切線方向即該點(diǎn)的電場(chǎng)方向，是正電荷受電場(chǎng)力的方向疏密表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱表示電場(chǎng)強(qiáng)弱 特點(diǎn)在空間不相交、不中斷除電荷處，在空間不相交、不中斷不同點(diǎn)是閉合曲線電場(chǎng)線始于正電荷(或無窮遠(yuǎn)處)，止于負(fù)電荷(或無窮遠(yuǎn)處)，是不閉合的曲線 1.關(guān)于磁感線的說法，正確的是()A磁感線總是從N極出發(fā)，終止在S極B磁感線是客觀存在的、肉眼看不見的曲線C磁感線上任一點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)磁場(chǎng)的方向，磁感線的疏密程度表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱D磁感線就是磁場(chǎng)中鐵粉排列成的曲線解析：磁感線是閉合不相交的、假想的、實(shí)際不存在的線。是為了形象描述磁場(chǎng)而引入的線。答案：C用磁感線描述電流的磁場(chǎng) 1直線電流的磁場(chǎng)安培定則(又叫右手螺旋定則)：用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向與電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向(如圖522所示)。 圖522 圖5232環(huán)形電流的磁場(chǎng)安培定則：右手彎曲的四指表示環(huán)形電流的方向，則伸直的拇指所指的方向是環(huán)形導(dǎo)線中心軸線處的磁感線方向(如圖523所示)。3通電螺線管的磁場(chǎng)安培定則：用右手握住螺線管，讓彎曲四指所指的方向與電流方向一致，拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向，也就是說拇指指向通電螺線管的北極(N極)。通電螺線管的磁場(chǎng)(如圖524所示)。 圖524常見電流磁場(chǎng)的分布特點(diǎn)(1)直線電流的磁場(chǎng)中，在垂直于電流的平面內(nèi)磁感線是一組以電流為中心的同心圓，在空間中是以電流為中心軸的同軸圓筒，離電流越近，磁感線越密，磁場(chǎng)越強(qiáng)，反之，磁感線越稀，磁場(chǎng)越弱。(2)環(huán)形電流的磁感線是一系列圍繞電流的閉合曲線，中心軸線上的磁感線與環(huán)形電流面垂直，且離環(huán)心越遠(yuǎn)，磁場(chǎng)越弱。(3)通電螺線管的磁場(chǎng)與條形磁鐵的磁場(chǎng)相似。且在管的內(nèi)部，磁感線是互相平行的直線，磁場(chǎng)強(qiáng)弱處處相同，在管的外部，兩端磁性最強(qiáng)，中間最弱。2如圖525所示是通電直導(dǎo)線周圍磁感線分布情況的示意圖，各圖的中央表示垂直于紙面的通電直導(dǎo)線及其中電流的方向，其他的均為磁感線，其方向由箭頭指向表示，則這四個(gè)圖中正確的是()圖525 解析：四個(gè)圖中磁感線的方向都符合右手螺旋定則，但是磁感線分布的密度不同，從通電直導(dǎo)線開始，由近而遠(yuǎn)，逐漸由密變疏。據(jù)此推理，只有C圖是正確的。答案：C磁感線的理解及應(yīng)用例1關(guān)于磁感線的說法，正確的是()A磁感線總是從磁體的N極出發(fā)指向S極B磁感線可以表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向C電流在磁場(chǎng)中的受力方向即為該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，即為該點(diǎn)磁感線的切線方向D沿磁感線方向磁場(chǎng)減弱審題指導(dǎo)解答本題時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn)：(1)磁感線是閉合曲線。(2)磁感線疏密反映磁場(chǎng)強(qiáng)弱。(3)小磁針N極在磁場(chǎng)中的受力方向即為該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，即為該點(diǎn)磁感線的切線方向。解析磁感線是閉合曲線，在磁體外部是從N極到S極，內(nèi)部是由S極到N極，A項(xiàng)錯(cuò)誤。用磁感線可形象描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向，即疏密表示強(qiáng)弱，各點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。磁場(chǎng)中各點(diǎn)的方向即為處在該點(diǎn)的小磁針N極的受力方向，不是電流的受力方向，B項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)。磁感線的疏密表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱，與磁感線的方向無關(guān)。D項(xiàng)錯(cuò)。答案B 借題發(fā)揮 磁感線是為了形象地描述磁場(chǎng)而人為假設(shè)的曲線，實(shí)際上并不存在。實(shí)驗(yàn)時(shí)用磁化的鐵屑可以顯示磁感線的分布情況，但這僅是一種模擬方法，決不能認(rèn)為磁感線是存在的。另外，要注意磁場(chǎng)是立體的，故磁感線也應(yīng)在三維空間里，不應(yīng)認(rèn)為只是平面的。 1磁場(chǎng)中某區(qū)域的磁感線如圖526所示，則()Aa處磁場(chǎng)比b處磁場(chǎng)強(qiáng)Bb處磁場(chǎng)和a處磁場(chǎng)強(qiáng)度一樣 圖 526C小磁針N極在a處受力比b處受力大D小磁針N極在a處受力比b處受力小解析：因?yàn)閎處磁感線密，所以b處磁場(chǎng)強(qiáng)，故B錯(cuò)誤。小磁針受力也是b處大，故D正確。答案：D安培定則的應(yīng)用例2如圖527所示，a、b是直線電流的磁場(chǎng)，c、d是環(huán)形電流的磁場(chǎng)，e、f是螺線管電流的磁場(chǎng)，試在各圖中補(bǔ)畫出電流方向或磁感線方向。圖527 解析根據(jù)安培定則，可以確定a中電流方向垂直紙面向里，b中電流的方向從下向上，c中電流方向是逆時(shí)針，d中磁感線的方向向下，e中磁感線的方向向左，f中磁感線的方向向右。答案見解析借題發(fā)揮 使用安培定則時(shí)要注意對(duì)于直線電流和環(huán)形電流右手拇指和四指各指向什么方向。同時(shí)要搞清楚所給圖示是平面圖還是投影圖。要知道即使同一個(gè)磁場(chǎng)的磁感線分布，由于觀察方位不同，畫出的圖形也不同。2如圖528所示，螺線管中通有電流，如果在圖中的a、b、c三個(gè)位置上各放一個(gè)小磁針，其中a在螺線管內(nèi)部，則 圖528(1)放在a處的小磁針的N極向_。(2)放在b處的小磁針的N極向_。(3)放在c處的小磁針的N極向_。解析：由安培定則，通電螺線管的磁場(chǎng)如圖所示，右端為N極，左端為S極，在a點(diǎn)磁場(chǎng)方向向右，則小磁針在a點(diǎn)時(shí)，N極向右；在b點(diǎn)磁場(chǎng)方向向右，則磁針在b點(diǎn)時(shí)，N極向右；在c點(diǎn)，磁場(chǎng)方向向右，則磁針在c點(diǎn)時(shí)，N極向右。答案：(1)右(2)右(3)右隨堂基礎(chǔ)鞏固1關(guān)于磁感線，下列說法正確的是()A磁感線是真實(shí)存在的，細(xì)鐵粉撒在磁鐵附近，我們看到的就是磁感線B磁感線始于N極，終止于S極C. 沿磁感線方向磁場(chǎng)減弱D磁感線是無頭無尾的閉合曲線解析：磁感線是人們?yōu)榱诵蜗竺枋龃艌?chǎng)而假想的線，實(shí)際不存在，細(xì)鐵粉在磁鐵附近的排列可以顯示磁感線的分布，但我們看到的不是磁感線，故A錯(cuò)；磁感線是閉合曲線，在磁體外部是從N極到S極，在磁體內(nèi)部是從S極到N極，故D對(duì)，B錯(cuò)；磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，沿磁感線方向磁場(chǎng)可能增強(qiáng)，也可能減弱，故C錯(cuò)。答案：D2. 如圖529所示，直流電源跟一個(gè)線圈連接成閉合回路，線圈的上方和右側(cè)各有一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針，由圖得出的結(jié)論正確的是()圖529A. 小磁針的c端為N極，電源的a端為正極B. 小磁針的c端為N極，電源的a端為負(fù)極C. 小磁針的d端為N極，電源的a端為正極D. 小磁針的d端為N極，電源的a端為負(fù)極解析：根據(jù)小磁針的N極方向可以確定通電線圈外部上方磁場(chǎng)的方向，然后應(yīng)用安培定則確定線圈中的電流方向，從而判斷電源a為負(fù)極，同時(shí)判斷d為N極。答案：D3.如圖5210所示，圓環(huán)上帶有大量的負(fù)電荷，當(dāng)圓環(huán)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，a、b、c三枚小磁針都要發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以下說法正確的是()Aa、b、c的N極都向紙里轉(zhuǎn) 圖5210Bb的N極向紙外轉(zhuǎn)，而a、c的N極向紙里轉(zhuǎn)Cb、c的N極都向紙里轉(zhuǎn)，而a的N極向紙外轉(zhuǎn)Db的N極向紙里轉(zhuǎn)，而a、c的N極向紙外轉(zhuǎn)解析：帶負(fù)電圓環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，形成逆時(shí)針方向等效電流，根據(jù)安培定則，判斷出環(huán)內(nèi)外磁場(chǎng)方向，可知小磁針轉(zhuǎn)動(dòng)方向。答案：B 4.如圖5211所示，當(dāng)開關(guān)S接通后，說明電流周圍磁場(chǎng)中的小磁針的偏轉(zhuǎn)情況。 圖5211解析：甲圖線框內(nèi)電流磁感線向內(nèi)，線框外電流磁感線向外，線框內(nèi)小磁針N極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)，線框外小磁針N極向紙外偏轉(zhuǎn)；乙圖通電螺線管下端為N極，兩個(gè)小磁針順時(shí)針偏轉(zhuǎn)；丙圖通電螺線管類似蹄形磁鐵，左側(cè)為N極、右側(cè)為S極，左邊的小磁針順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，右邊的小磁針逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)。答案：見解析課時(shí)跟蹤訓(xùn)練(滿分50分時(shí)間30分鐘)一、選擇題(本題共8小題，每小題4分，共32分)1關(guān)于磁場(chǎng)和磁感線的描述，下列哪些是正確的()A磁感線從磁體的N極出發(fā)到磁體的S極終止B自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針放在通電螺線管內(nèi)部，其N極指向螺線管的N極C磁感線的方向就是磁場(chǎng)方向D兩條磁感線的空隙處不存在磁場(chǎng)解析：磁感線與電場(chǎng)線不同，它是一條閉合曲線，在磁體的外部由N極到S極，而在磁體的內(nèi)部則由S極到N極，故選項(xiàng)A是不正確的。螺線管內(nèi)部的磁感線和條形磁鐵相似，是由S極到N極的，即磁場(chǎng)方向也是從S極指向N極，所以放置其中的小磁針N極必然是指向磁場(chǎng)方向，即螺線管的北極，故選項(xiàng)B正確。只有磁感線是直線時(shí)，磁感線的方向才與磁場(chǎng)方向一致。如果磁感線是曲線，那么某點(diǎn)的磁場(chǎng)方向是用該點(diǎn)的切線方向來表示的，所以選項(xiàng)C不正確。磁感線是為了研究問題方便而假想的曲線，磁場(chǎng)中磁感線有無數(shù)條，故提出兩條磁感線之間是否有空隙，是否存在磁場(chǎng)等類似的問題是毫無意義的，故選項(xiàng)D不正確。答案：B2如圖1中繪出了磁鐵的磁感線及其旁邊小磁針靜止時(shí)所指的方向(小磁針黑色端表示N極)，其中正確的是()圖1解析：小磁針靜止時(shí)N極所指的方向與磁場(chǎng)方向相同，故選項(xiàng)A、D正確。磁體外部磁場(chǎng)方向應(yīng)從N極指向S極，故選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤。答案：AD3下列所說的情況中，可能的是()A一環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，環(huán)內(nèi)的磁感線與環(huán)外的磁感線數(shù)目相等B電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)比磁極產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)C磁感線在空間某處中斷D某兩處的磁感線疏密一樣解析：由于磁感線是閉合的，環(huán)形電流的環(huán)內(nèi)與環(huán)外的磁感線數(shù)目應(yīng)該是相等的；電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)和磁極產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小沒有必然聯(lián)系，電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)有可能比磁極產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)；但磁感線是閉合的，它不可能在空間某處中斷；磁感線疏密程度相同說明磁場(chǎng)強(qiáng)度大小相等，這也是有可能的。答案：ABD4如圖2所示，ab、cd是兩根在同一豎直平面內(nèi)的導(dǎo)線，在兩根導(dǎo)線的中央懸掛一個(gè)小磁針，靜止時(shí)在同一豎直平面內(nèi)，當(dāng)兩導(dǎo)線中通以大小相等的電流時(shí)，小磁針N極向紙面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，則兩導(dǎo)線中的電流方向() A一定都是向上 B一定都是向下 圖2Cab中電流方向向下，cd中電流方向向上Dab中電流方向向上，cd中電流方向向下解析：小磁針?biāo)谖恢酶鷥蓪?dǎo)線距離相等，兩導(dǎo)線中的電流在該處產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，小磁針N極向里轉(zhuǎn)，說明合磁場(chǎng)方向向里，兩電流在該處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向均向里，由安培定則可判知，ab中電流方向向上，cd中電流方向向下，D正確。答案：D5如圖3所示為磁場(chǎng)作用力演示儀中的赫姆霍茲線圈，當(dāng)在線圈中心處掛上一個(gè)小磁針，且與線圈在同一平面內(nèi)，則當(dāng)赫姆霍茲線圈中通以如圖所示方向的電流時(shí)() 圖3A小磁針N極向里轉(zhuǎn)B小磁針N極向外轉(zhuǎn)C小磁針在紙面內(nèi)向左擺動(dòng)D小磁針在紙面內(nèi)向右擺動(dòng)解析：由安培定則判知，線圈中心處的磁感線方向應(yīng)垂直紙面向里，故小磁針N極受力方向向里，所以N極向里轉(zhuǎn)，故A對(duì)，B、C、D都錯(cuò)。答案：A6.如圖4所示，一個(gè)正電子沿著逆時(shí)針方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則此正電子的運(yùn)動(dòng)() A不產(chǎn)生磁場(chǎng) 圖4B產(chǎn)生磁場(chǎng)，圓心處的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里C產(chǎn)生磁場(chǎng)，圓心處的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外D只有圓周內(nèi)側(cè)產(chǎn)生磁場(chǎng)解析：正電子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生逆時(shí)針電流，根據(jù)電流的磁效應(yīng)，必產(chǎn)生磁場(chǎng)，由安培定則判得圓心處磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外，故選C。答案：C 7.在地球赤道上空有一小磁針處于水平靜止?fàn)顟B(tài)，突然發(fā)現(xiàn)小磁針N極向東偏轉(zhuǎn)，由此可知()A一定是小磁針正東方向有一條形磁鐵的N極靠近小磁針B一定是小磁針正北方向有一條形磁鐵的S極靠近小磁針C可能是小磁針正上方有電子流自北向南水平通過D可能是小磁針正上方有電子流自南向北水平通過解析：小磁針N極向東偏轉(zhuǎn)，表明小磁針?biāo)谔幱蟹较蛳驏|的磁場(chǎng)產(chǎn)生，據(jù)此知，D選項(xiàng)正確。答案：D 8.如圖5所示，一束帶電粒子沿著水平方向平行地飛過磁針上方時(shí)，磁針的S極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)，則這束帶電粒子可能是() 圖5A向右飛行的正離子束B向左飛行的正離子束C向右飛行的負(fù)離子束D向左飛行的負(fù)離子束解析：小磁針N極的指向即是磁針?biāo)谔幍拇艌?chǎng)方向。題中磁針S極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)，說明離子束下方的磁場(chǎng)方向由紙內(nèi)指向紙外。 由安培定則可判定由離子束的定向運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的電流方向由右向左，故若為正離子，則應(yīng)是自右向左運(yùn)動(dòng)，若為負(fù)離子，則應(yīng)是自左向右運(yùn)動(dòng)。答案：BC二、非選擇題(本題共2小題，共18分) 9.(8分)實(shí)驗(yàn)室有一舊的蓄電池，輸出端的符號(hào)變得模糊不清，無法分辨正、負(fù)極，某同學(xué)設(shè)計(jì)了下面的判斷電源兩極的方法：在桌面上放一個(gè)小磁針，在小磁針右側(cè)放置一個(gè)螺線管，圖6為水平桌面上的俯視圖。閉合開關(guān)后，小磁針指南的一端向東偏轉(zhuǎn)，由此可判斷電源A端是_(填“正”或“負(fù)”)極。圖6解析：磁針指南的一端就是S極，由于電磁鐵的作用而逆時(shí)針向東偏轉(zhuǎn)，可知電磁鐵的左側(cè)等效于N極，所以判斷電路中