2024-2025學年高中物理第5章磁場第2節(jié)用磁感線描述磁場學案魯科版選修3-1

PAGE7-第2節(jié)用磁感線描述磁場[學習目標]1.知道什么是磁感線，會用磁感線描述磁體和電流產生的磁場。(科學方法)2.知道幾種常見磁場的磁感線分布狀況。(物理觀念)3.會用安培定則推斷直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管四周的磁場方向。(科學思維)一、用磁感線描述磁體的磁場1．磁感線在磁場中畫出的一些有方向的假想曲線。2．特點(1)在磁感線上，隨意一點的切線方向都與該點的磁場方向相同，都代表磁場中該點小磁針N極受力的方向。(2)磁感線的疏密表示磁場的強弱。磁感線分布越密的地方，磁場越強；磁感線分布越疏的地方，磁場越弱。(3)磁感線是閉合曲線。在磁體外部，磁感線從N極到S極。在磁體內部，磁感線從S極到N極。二、用磁感線描述電流的磁場1．直線電流的磁場安培定則(又叫右手螺旋定則)：用右手握住導線，讓伸直的拇指所指的方向與電流的方向一樣，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)形電流的磁場安培定則：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)形導線中心軸線處的磁感線方向(如圖所示)。3．通電螺線管的磁場安培定則：用右手握住螺線管，讓彎曲四指所指的方向與電流方向一樣，拇指所指的方向就是螺線管內部磁感線的方向，也就是說拇指指向通電螺線管的北極(如圖所示)。1．思索推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)磁感線是假想的曲線，沒有實際意義。 (×)[提示]磁感線的意義在于描述磁場形象化。(2)磁感線是閉合曲線。 (√)(3)沒有磁感線的地方，就沒有磁場。 (×)[提示]磁場是客觀存在的，而磁感線是假想的線，沒畫磁感線的地方也有磁場。(4)安培定則中，彎曲四指所指方向均為磁場的方向。 (×)[提示]通電螺旋管四指指的是電流方向。(5)磁感線閉合而不相交，不相切，也不中斷。 (√)2．(多選)關于磁感線的性質和概念，下列說法正確的是()A．磁感線上某點的切線方向就是該點的磁場方向B．鐵屑在磁場中的分布曲線就是磁感線C．磁感線總是從磁體的N極指向S極D．磁場中隨意兩條磁感線均不相交AD[磁感線上每一點的切線方向都與該點的磁場方向相同，A對；利用碎鐵屑在磁場中被磁化的性質，可顯示磁感線的形態(tài)，但它排成的曲線不是磁感線，磁感線是假想曲線，B錯；磁感線在磁體外部由N極指向S極，但在內部卻是由S極指向N極，磁感線是閉合曲線，C錯；假設兩條磁感線可以相交，過交點作曲線的切線，將有兩個不同的方向，而同一點的磁場方向只能有一個，故隨意兩條磁感線均不相交，D對。]3．關于安培定則，下列說法正確的是()A．安培定則僅適用于直線電流四周磁場方向的推斷B．安培定則能適用于多種形態(tài)電流四周磁場方向的推斷C.安培定則用于推斷直線電流磁場的磁感線方向時，大拇指所指方向與磁場方向一樣D．安培定則用于推斷環(huán)形電流和通電螺線管磁場的方向時，大拇指所指方向應與電流方向一樣B[安培定則適用于任何電流或等效電流的磁場方向推斷，A錯，B對；由安培定則的運用方法可知，C、D錯。]對磁感線的理解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。(3)磁感線的方向：磁體外部從N極指向S極，磁體內部從S極指向N極。(4)磁感線閉合而不相交，不相切，也不中斷。2．幾種典型磁場的磁感線分布磁體條形磁鐵蹄形磁鐵同名磁極間異名磁極間分布圖特點(1)關于條形磁鐵對稱(2)磁鐵內部近似勻強磁場(3)中垂線上各點磁感線方向與磁鐵平行(1)關于磁鐵中軸線對稱，方向相反(2)中軸線上各點磁感線方向均垂直于中軸線(1)關于兩磁極的連線及連線的中垂線均對稱(2)兩磁極連線上磁感線的方向沿連線，中點最弱(3)兩磁極連線的中垂線上磁場方向沿中垂線(1)關于兩磁極的連線及連線的中垂線對稱(2)中垂線上各點磁感線方向相同(3)在連線上中點的磁場最弱【例1】如圖中繪出了磁鐵的磁感線及其旁邊小磁針靜止時所指的方向(小磁針黑色端表示N極)，其中正確的是()ABCDA[小磁針靜止時N極所指的方向與磁場方向相同，故選項A正確。磁體外部磁場方向應從N極指向S極，故選項B、C、D錯誤。]磁感線與電場線的比較兩種線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，終止于無限遠或負電荷相像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eq\a\vs4\al([跟進訓練])1．如圖所示表示蹄形磁鐵四周的磁感線，磁場中有a、b兩點，下列說法正確的是()A．a、b兩處的磁感應強度的大小不等，Ba＞BbB．a、b兩處的磁感應強度的大小不等，Ba＜BbC．蹄形磁鐵的磁感線起始于蹄形磁鐵的N極，終止于蹄形磁鐵的S極D．a處沒有磁感線，所以磁感應強度為零B[磁感線的疏密表示磁場的強弱，由此可知A錯，B對；磁感線是閉合的曲線，在磁鐵外部是從N極到S極，內部是從S極到N極，故C錯；磁感線是為探討問題便利而假想的曲線，實際并不存在，故D錯。]安培定則的理解及應用三種常見的電流的磁感線分布特點安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖直線電流以導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)形電流內部磁場比環(huán)外強，磁感線越向外越稀疏通電螺線管內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【例2】如圖所示，a、b是直線電流的磁場，c、d是環(huán)形電流的磁場，e、f是通電螺線管的磁場，試在各圖中補畫出電流方向或磁感線方向。[解析]依據安培定則，可以確定a中電流方向垂直紙面對里，b中電流方向從下向上，c中電流方向沿逆時針，d中磁感線方向向下，e中磁感線方向向左，f中磁感線方向向右。[答案]如圖所示上例中，若在螺線管的四周放上小磁針，如圖所示，則以下說法正確的是()A．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端為負極D[依據小磁針的N極方向可以確定通電線圈外部上方磁場的方向，然后應用安培定則確定線圈中的電流方向，從而推斷電源的a端為負極，同時推斷d為N極。正確答案是D。]電流磁場的三點說明(1)應用安培定則判定電流四周磁場的方向時，直線電流判定的是導線之外磁場的方向，環(huán)形電流和通電螺線管判定的是線圈軸線上磁場的方向。(2)當小磁針處于磁體產生的磁場中，或環(huán)形電流、通電螺線管外部時，可依據同名磁極相斥，異名磁極相吸來推斷小磁針的受力方向。(3)當小磁針處于直線電流的磁場中或處于環(huán)形電流、通電螺線管內部時，應當依據小磁針N極所指方向與通過該點的磁感線的切線方向相同，來推斷小磁針的受力方向。eq\a\vs4\al([跟進訓練])2．(多選)如圖為電流產生磁場的分布圖，正確的分布圖是()AD[由安培定則可以推斷出直線電流產生的磁場方向，A正確，B錯誤。C和D為環(huán)形電流，留意讓彎曲的四指指向電流的方向，可推斷出D正確，C錯誤。]課堂小結知識脈絡2種磁場——磁體磁場，電流磁場1種描述——磁感線1種定則——安培定則1．下列對磁場和磁感線的相識正確的是()A．磁場是一種特別存在的物質，磁體與磁體、磁體與電流之間的相互作用都是通過磁場發(fā)生的B．兩條磁感線的空隙處肯定不存在磁場C．磁感線可以用細鐵屑來顯示，因而是真實存在的D．電場線和磁感線一樣是不閉合的曲線A[磁場是一種特別物質，磁極、電流間發(fā)生的作用都是通過磁場發(fā)生的，A正確；磁感線的疏密程度反映磁場的強弱，磁感線是人為假想的曲線，兩條磁感線的空隙處也存在磁場，B錯誤；磁感線是為了形象地描述磁場而假想的一簇有方向的閉合曲線，事實上并不存在，細鐵屑可以顯示出其形態(tài)，但那并不是磁感線，C錯誤；磁感線在磁體外部由N極指向S極，在磁體內部由S極指向N極，組成閉合曲線，D錯誤。]2．如圖所示為磁場中某區(qū)域的磁感線，則()A．a、b兩處的磁場的強弱一樣，方向相同B．a、b兩處的磁場的強弱不一樣，方向相同C．a、b兩處的磁場的強弱一樣，方向不同D．a、b兩處的磁場的強弱不一樣，方向不同B[依據磁感線的疏密程度，可以推斷出a、b兩處的磁場的強弱不相同；由于a、b兩處在同一條磁感線上，且該條磁感線為直線，所以a、b兩處的磁場方向相同，選項B正確。]3．(多選)如圖所示，當S閉合時，在螺線管上方的一根小軟鐵棒被磁化，左端為N極(此時正視用絕緣線懸掛的小通電圓環(huán)，電流方向為順時針方向)。則下列說法正確的是()A.軟鐵棒所在處的磁場方向向左B．電源的左端為正極C．電源的右端為正極D．圓環(huán)轉動方向為順時針方向(俯視)ABD[因軟鐵棒左端為N極，所以其所在處的磁場方向向左，螺線管右端為N極，依據安培定則可知電源