2024-2025學(xué)年新教材高中物理第十三章電磁感應(yīng)與電磁波初步第1節(jié)磁場磁感線學(xué)案新人教版必修3

PAGE8-磁場磁感線【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．知道丹麥物理學(xué)家奧斯特通過試驗發(fā)覺了電與磁的聯(lián)系。2．知道磁場的概念，知道一切磁作用力都是通過磁場發(fā)生的。3．知道磁感線的定義和特點，了解幾種常見的磁場的磁感線分布。4．學(xué)會用安培定則推斷電流的磁感線方向。【思維脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋教材梳理·落實新知學(xué)問點1電和磁的聯(lián)系1．磁極：自然界中的磁體總是存在著兩個__磁極__。2．磁極間的相互作用：同名磁極相互__排斥__，異名磁極相互__吸引__。3．電流的磁效應(yīng)：1820年丹麥物理學(xué)家奧斯特通過通電導(dǎo)線使小磁針__偏轉(zhuǎn)__的試驗發(fā)覺了電流的__磁效應(yīng)__，揭示了電與磁的聯(lián)系。學(xué)問點2磁場1．磁體與磁體之間、磁體與通電導(dǎo)體之間，以及通電導(dǎo)體與通電導(dǎo)體之間的相互作用都是通過__磁場__發(fā)生的。2．基本性質(zhì)：磁場對磁極或__通電導(dǎo)體__有力的作用。3．通電導(dǎo)線間的相互作用力特點：同向通電導(dǎo)線相互__吸引__，異向通電導(dǎo)線相互__排斥__。4．磁場盡管看不見、摸不著，但它與__電場__類似，都是不依靠于我們的感覺而客觀存在的物質(zhì)。學(xué)問點3磁感線1．磁場方向規(guī)定：物理學(xué)中把小磁針靜止時N極所指的方向規(guī)定為該點磁場的方向。2．定義：用來形象地描述磁場的一些曲線，使曲線上每一點的__切線__方向都跟該點磁場的方向__一樣__。3．特點(1)磁感線是閉合曲線。(2)磁感線的疏密程度表示磁場__強弱__，磁場強的地方磁感線__較密__，磁場弱的地方磁感線__較疏__。學(xué)問點4安培定則1．通電直導(dǎo)線四周磁場用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇指所指的方向跟__電流__的方向一樣，__彎曲的四指__所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。(如圖所示)2．環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場讓右手彎曲的四指和__環(huán)形電流__的方向一樣，伸直的大拇指所指的方向就是__環(huán)形導(dǎo)線中心軸線上__的磁感線的方向。(如圖所示)3．通電螺線管產(chǎn)生的磁場用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向跟__電流__的方向一樣，大拇指所指的方向就是__螺線管內(nèi)部磁感線__的方向。(如圖所示)預(yù)習(xí)自測『判一判』(1)磁場看不見，摸不著，因此磁場是人們假想的，實際并不存在。(×)(2)磁體與磁體之間的作用是通過磁場發(fā)生的，通電導(dǎo)線與通電導(dǎo)線之間的作用是通過電場發(fā)生的。(×)(3)奧斯特試驗說明白電流可以產(chǎn)生磁場。(√)(4)單獨一個帶電體可以只帶正電荷，同樣單獨一個磁體可以只有N極。(×)(5)用鐵屑可以演示磁體四周磁感線的分布，所以磁感線是客觀存在的。(×)(6)磁感線所指的方向就是磁場的磁感應(yīng)強度方向。(×)(7)通電直導(dǎo)線四周磁場的磁感線是閉合的圓環(huán)。(√)(8)通電螺線管四周的磁場類似于條形磁體四周的磁場。(√)『選一選』下列關(guān)于小磁針在磁場中靜止時的指向，正確的是(C)解析：依據(jù)在磁體外部同名磁極相互排斥可知選項A錯；應(yīng)用安培定則可知環(huán)形電流中心線上的磁場方向由右向左，小磁針N極受到的磁場力向左，選項B錯；依據(jù)安培定則可知通電螺線管內(nèi)部磁場向右，內(nèi)部小磁針N極受到的磁場力向右，選項C對；依據(jù)安培定則可知通電直導(dǎo)線右邊磁場向里，小磁針N極應(yīng)向里，選項D錯?！合胍幌搿幌聢D是醫(yī)生用來取出病人吞下的金屬物品的儀器。當(dāng)儀器頂部接觸金屬物品時，醫(yī)生將手控環(huán)內(nèi)推，再拉出整條塑料管。(1)你能說出這種儀器的原理嗎？(2)假如小孩不慎吞下的是易拉罐拉環(huán)或一個回形針，哪種物體可以用這種儀器取出來？(3)假如把活動永磁體換成電磁鐵，你認(rèn)為是不是更好用呢？解析：(1)當(dāng)儀器頂部接觸金屬物品時，將手控環(huán)內(nèi)推，其上的活動永磁鐵使固鐵磁化，磁化后吸引鐵磁性金屬物品，然后拉出整條塑料管，即可把這種金屬物品取出。(2)由于磁鐵只能吸引鐵磁性物體，而易拉罐環(huán)是鋁合金材料的，不是鐵磁性物質(zhì)，因此不能取出；而回形針是鐵磁性物體，可以用此儀器取出。(3)電磁鐵的磁性強弱可以隨電流的改變而改變，假如是誤吞了比較重的金屬，可通過調(diào)整電流大小使磁性增加，把它取出來。故運用電磁鐵應(yīng)更好用一些。課內(nèi)互動探究細(xì)研深究·破疑解難探究對磁場的理解┃┃情境導(dǎo)入__■如圖所示，磁體間、通電導(dǎo)線和磁體間都可以在不接觸的狀況下發(fā)生作用。(1)甲圖中兩磁鐵作用時，懸掛的磁鐵兩種狀況下轉(zhuǎn)動的方向不同，這說明白磁極間的作用有何特點？(2)乙圖中當(dāng)給導(dǎo)線通電時，與導(dǎo)線平行放置的小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動，表明電流和磁場存在什么關(guān)系？提示：(1)同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。(2)電流四周產(chǎn)生磁場。┃┃要點提煉__■1．磁場的性質(zhì)基本性質(zhì)對放入其中的磁體或電流產(chǎn)生磁力作用客觀性質(zhì)磁場雖然不是由分子、原子組成，但是它和常見的桌子、房屋、水和空氣一樣，是一種客觀存在的物質(zhì)特殊性質(zhì)磁場和常見的由分子、原子組成的物質(zhì)不同，不是以微粒形式存在，而是以一種場的形式存在磁場的方向性磁場是具有方向的。所謂磁場的方向就是小磁針在磁場中其北極受力的方向，即小磁針靜止時其北極所指的方向。2.電流的磁效應(yīng)(1)電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象的聯(lián)系：①磁體總存在著兩個磁極，自然界中存在兩種電荷。②同種電荷相互排斥，同名磁極相互排斥；異種電荷相互吸引，異名磁極相互吸引。(2)奧斯特的試驗：①試驗裝置如圖所示。②試驗現(xiàn)象：當(dāng)給導(dǎo)線通電時，與導(dǎo)線平行放置的小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動。③留意事項：為了解除地磁場的影響，使試驗現(xiàn)象明顯，導(dǎo)線應(yīng)沿南北方向水平放置在小磁針的正上方。④試驗結(jié)論：電流具有磁效應(yīng)，即電流可以產(chǎn)生磁場。⑤試驗意義：電流磁效應(yīng)的發(fā)覺，首次揭示了電與磁之間的聯(lián)系，揭開了人類對電磁現(xiàn)象探討的新紀(jì)元。特殊提示自然界有兩種基本的物質(zhì)形態(tài)：實物和場。(1)實物即詳細(xì)的、有形的物質(zhì)形態(tài)，由物質(zhì)粒子組成。(2)場是物質(zhì)的另一種存在形態(tài)，和實物一樣也是一種客觀存在物，具有質(zhì)量、能量、動量等物質(zhì)的基本屬性。┃┃典例剖析__■典例1下列關(guān)于磁場的說法正確的是(B)A．磁體四周的磁場看不見、摸不著，所以磁場不是客觀存在的B．將小磁針放在磁體旁邊，小磁針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)是因為受到磁場力的作用C．把磁體放在真空中，磁場就消逝了D．當(dāng)磁體四周撒上細(xì)鐵屑時才能形成磁場，不撒細(xì)鐵屑磁場就消逝思路引導(dǎo)：理解磁場的物質(zhì)性時應(yīng)與電場類比，磁場與電場一樣，都是場物質(zhì)，磁場看不見、摸不著，但不會因主觀意志而存在或消逝。解析：磁場是磁體、電流或運動電荷四周存在的一種特殊物質(zhì)。說它“特殊”，是因為它和我們常見的以分子、原子、離子組成的物質(zhì)不同，它不是以微粒形式存在，而是以一種“場”的形式存在；說它是“物質(zhì)”，是因為它和我們常見的一些實物一樣，能對放在其中的磁體、電流和運動電荷有力的作用。因此我們說磁場和我們常見的桌子、房屋、水和空氣一樣，是一種客觀存在的物質(zhì)。雖然它看不見、摸不著，但可以通過它的基本性質(zhì)反映出來。故選項B正確。┃┃對點訓(xùn)練__■1．下列關(guān)于磁場的說法中正確的是(A)A．磁場和電場一樣，是客觀存在的特殊物質(zhì)B．磁場是為了說明磁極間的相互作用而人為引入的C．磁極與磁極間是干脆發(fā)生作用的D．磁場只有在磁極與磁極、磁極與電流發(fā)生作用時才產(chǎn)生解析：磁場是客觀存在于磁極或電流四周的一種物質(zhì)，所以B、D選項錯誤；磁極之間、磁極與電流之間、電流與電流之間、運動電荷之間的作用都是通過磁場發(fā)生的，不是干脆發(fā)生的，故C選項錯誤。探究磁感線的特點及安培定則的應(yīng)用┃┃情境導(dǎo)入__■圖甲表示條形磁鐵的磁感線的分布狀況，圖乙表示通電螺線管的磁感線的分布狀況，視察兩幅圖，請思索：從圖中可以看出，通電螺線管的磁感線是閉合的，而條形磁鐵的磁感線不閉合，這種推斷對嗎？提示：不對，不管是磁鐵的磁場，還是電流的磁場，磁感線都是閉合的。┃┃要點提煉__■1．磁感線的特點(1)為形象描述磁場而引入的假想曲線，實際并不存在。(2)磁感線的疏密表示磁場的強弱。磁感線在某點的切線方向表示磁場的方向。(3)磁感線的方向在磁體外部從N極指向S極，磁體內(nèi)部從S極指向N極。即磁感線是閉合的曲線，它不相交，不相切，也不中斷。2．常見永磁體的磁場(如圖)3．三種常見的電流的磁場安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖直線電流以導(dǎo)線上隨意點為圓心的多組同心圓，越向外越稀疏，磁場越弱環(huán)形電流內(nèi)部磁場比環(huán)外強，外部磁感線越向外越稀疏通電螺線管內(nèi)部為勻強磁場且比外部強，方向由S極指向N極，外部類似條形磁鐵，由N極指向S極4.磁感線與電場線的比較兩種線比較內(nèi)容磁感線電場線不同點閉合曲線不閉合，起始于正電荷或無限遠(yuǎn)，終止于負(fù)電荷或無限遠(yuǎn)相似點引入目的為形象描述場而引入的假想線，實際不存在疏密場的強弱切線方向場的方向是否相交不能相交(電場中無電荷空間不相交)特殊提示(1)在沒畫磁感線的地方，并不表示沒有磁場存在。(2)若多個磁體或電流的磁場在空間某區(qū)域疊加，磁感線描述的是疊加后的磁場的磁感線分布狀況，不能認(rèn)為該區(qū)域有多條磁感線相交。┃┃典例剖析__■典例2(多選)關(guān)于磁場和磁感線的描述，下列說法中正確的是(AB)A．磁極與磁極之間、磁極與電流之間都可以通過磁場發(fā)生相互作用B．磁感線可以形象地描述磁場的強弱和方向，其上每一點的切線方向都和小磁針放在該點靜止時北極所指的方向一樣C．磁感線總是從磁鐵的N極動身，到S極終止D．磁感線可以用細(xì)鐵屑來顯示，因而是真實存在的思路引導(dǎo)：用磁感線可以形象地描述磁場的強弱和方向，它是一種志向化模型，并不是真實存在的。由于磁體的N極和S極是密不行分的，所以磁感線總是閉合的曲線。解析：磁場是一種特殊物質(zhì)，磁極、電流間發(fā)生的作用都是通過磁場發(fā)生的，選項A正確；磁感線是為了形象地描述磁場而假想的線，不是真實存在的，選項D錯誤；磁感線的切線方向表示磁場的方向，磁感線的疏密表示磁場的強弱，選項B正確；磁感線是閉合曲線，在磁體外部由N極指向S極，在磁體內(nèi)部由S極指向N極，選項C錯誤。┃┃對點訓(xùn)練__■2．在下圖中，分別給出了導(dǎo)線中的電流方向或磁場中某處小磁針N極的指向或磁感線方向。請畫出對應(yīng)的磁感線(標(biāo)上方向)或電流方向。解析：用安培定則來推斷，分別如下圖所示。核心素養(yǎng)提升以題說法·啟智培優(yōu)安培定則的應(yīng)用技巧(1)分清“因”和“果”：在判定直線電流的磁場的方向時，拇指指“緣由”——電流方向；四指指“結(jié)果”——磁感線繞向。在判定環(huán)形電流的磁場方向時，四指指“緣由”——電流繞向；拇指指“結(jié)果”——環(huán)內(nèi)沿中心軸線的磁感線方向，即指N極。(2)優(yōu)先采納整體法：一個隨意形態(tài)的電流(如三角形、矩形等)的磁場，從整體效果上可等效為環(huán)形電流的磁場，再依據(jù)安培定則確定磁場的方向，即磁感線的方向。(3)若探討磁體與環(huán)形電流、通電螺線管的相互作用力，可依據(jù)安培定則將環(huán)形電流或通