2021-2022学年高二物理教科版选修3-1学案：第三章 1 磁现象

学案1磁现象磁场
[目标定位] 1.了解人类对磁现象的生疏与应用.2.了解磁场是客观存在的物质，知道磁感线及其物理意义.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．
一、磁场
1．磁场：存在于磁体四周或电流四周的一种客观存在的特殊物质．磁体和磁体间、磁体和电流间、电流和电流间的作用都是通过磁场来传递的．
图1
2．基本性质：对放入其中的磁体或通电导线有力的作用．
3．磁场的产生
(1)磁体四周有磁场．
(2)电流四周有磁场(奥斯特试验，如图1所示)．
二、磁感线
[问题设计]
在玻璃板上撒一层细铁屑，放入磁铁的磁场中，小扣玻璃板，由细铁屑的分布可以模拟磁感线的外形，由试验得到条形磁铁和蹄形磁铁的磁场的磁感线是如何分布的？磁感线有什么特点？磁感线是磁场中真实存在的吗？
答案见[要点提炼]．[要点提炼]
1．磁感线：在磁场中画出的一些有方向的曲线为该点的磁场方向，曲线的疏密表示磁场的强弱．
2．人们规定，在磁场中某一点小磁针N极所受磁力的方向，就是该点磁场的方向．
3．磁感线的特点：
(1)磁感线上任一点的切线方向表示该点的磁场方向，即小磁针N极所受磁力的方向．
(2)磁铁外部的磁感线从N极指向S极，内部从S极指向N极，磁感线是闭合(选填“闭合”或“不闭合”)曲线．
(3)磁感线的疏密程度表示磁场强弱，磁感线密集处磁场强，磁感线稀疏处磁场弱．
(4)磁感线在空间不相交(选填“相交”或“不相交”)．
4．几种常见磁场的磁感线分布(如图2所示)
图2
5．磁感线和电场线的比较：
相同点：都是疏密程度表示场的强弱，切线方向表示场的方向；都不能相交．
不同点：电场线起于正电荷，终止于负电荷，不闭合；但磁感线是闭合曲线．
三、电流四周的磁场安培定则
电流四周的磁感线方向可依据安培定则推断．
(1)直线电流的磁场：让右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向全都，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向．这个规律也叫右手螺旋定则．
特点：以导线上各点为圆心的同心圆，圆所在平面与导线垂直，越向外越疏．(如图3所示)
图3
(2)环形电流的磁场：让右手弯曲的四指与环形电流的方向全都，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向．
特点：内部比外部强，磁感线越向外越疏．(如图4所示)
图4
(3)通电螺线管的磁场：用右手握住螺旋管，让弯曲的四指指向电流的方向，那么大拇指所指的方向就是螺旋管中心轴线上磁感线的方向．
特点：内部为匀强磁场，且内部比外部强．内部磁感线方向由S极指向N极，外部由N极指向S极．(如图5所示)
图5
四、安培分子电流假说
1．安培分子电流假说
法国学者安培提出：在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种环形电流——分子电流．每个物质微粒由于分子电流的存在都成为一个微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极．(如图6)．
图6
2．当铁棒中分子电流的取向大致相同时，铁棒对外显磁性(如图7甲)；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(如图乙)．
图7
3．安培分子电流假说说明一切磁现象都是由电荷的运动产生的．
一、对磁场及磁感线的生疏
例1关于磁场和磁感线的描述，正确的说法是()
A．磁感线从磁体的N极动身，终止于S极
B．磁感线可以表示磁场的方向和强弱
C．沿磁感线方向，磁场渐渐减弱D．由于异名磁极相互吸引，所以放入通电螺线管内的小磁针的N极确定指向螺线管的S极
解析在磁体外部，磁感线从磁体的N极动身指向S极，在磁体内部，磁感线从磁体S极动身指向N极，故选项A错误；磁感线较密的地方，磁场较强，反之较弱，曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向全都，选项B正确，选项C错误；在通电螺线管内，磁场方向从S极指向N极，而小磁针静止时N极指向磁场方向，选项D错误．
答案B
二、对安培定则的理解与应用
例2如图8所示，图a、图b是直线电流的磁场，图c、图d是环形电流的磁场，图e、图f是通电螺线管电流的磁场．试在各图中补画出电流方向或磁感线的方向．
图8
解析依据安培定则，可以确定图a中电流方向垂直纸面对里，b中电流的方向自下而上，c中电流方向是逆时针方向，d中磁感线的方向向上，e中磁感线的方向向左，f中磁感线的方向向右．图略．
答案见解析
三、对安培分子电流假说的生疏
例3关于磁现象的电本质，下列说法正确的是()
A．除永久磁铁外，一切磁场都是由运动电荷或电流产生的
B．依据安培的分子电流假说，在外磁场作用下，物体内部分子电流取向变得大致相同时，物体就被磁化了，两端形成磁极
C．一切磁现象都起源于电流或运动电荷，一切磁作用都是电流或运动电荷之间通过磁场而发生的相互作用D．磁就是电，电就是磁；有磁必有电，有电必有磁
解析变化的电场能够产生磁场，而永久磁铁的磁场也是由运动电荷(分子电流即电子绕原子核的运动形成的电流)产生的，故A错误．没有磁性的物体内部分子电流的取向是杂乱无章的，分子电流产生的磁场相互抵消，但当受到外界磁场的作用力时分子电流的取向变得大致相同时分子电流产生的磁场相互加强，物体就被磁化了，两端形成磁极，故B正确．由安培分子电流假说知C
正确．磁和电是两种不同的物质，故磁是磁，电是
电．有变化的电场或运动的电荷就能产生磁场，但静止的电荷不能产生磁场，恒定的电场不能产生磁场同样恒定磁场也不能产生电场，故D错误．
答案BC
1．(对磁场及磁感线的生疏)下列说法正确的是()
A．小磁针北极受到的磁场力的方向与该处磁场方向全都
B．静止和运动的电荷均能产生磁场
C．沿磁感线方向，磁感应强度越来越小
D．磁场是客观存在的，但磁感线并不是客观存在的
答案AD
解析依据磁场方向的定义，小磁针北极受到的磁场力的方向与该处磁场方向全都，A对．静止的电荷不能产生磁场，B错．磁感应强度的大小要看磁感线的疏密程度，C错．磁场是客观存在的，但磁感线并不是客观存在的，D对．
2. (对安培定则的理解与应用)如图9所示，a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右侧，当这些小磁针静止时，小磁针N极的指向是()
图9
A．a、b、c均向左B．a、b、c均向右
C．a向左，b向右，c向右D．a向右，b向左，c向右
答案C
解析小磁针静止时N极的指向与该点磁感线的方向相同，假如a、b、c三处磁感线的方向确定，那么三枚小磁针静止时N极的指向也就确定．所以，只要画出通电螺线管的磁感线(如图所示)，即可知a磁针的N极在左边，b磁针的N极在右边，c磁针的N极在右边．
3．(对安培分子电流假说的生疏)用安培提出的分子电流假说可以解释的现象是()
A．永久磁铁的磁场B．直线电流的磁场
C．环形电流的磁场D．软铁棒被磁化的现象
答案AD
解析安培分子电流假说是安培为解释磁体的磁现象而提出来的，所以选项A、D是正确的；而通电导线四周的磁场是由其内部自由电荷定向移动产生的宏观电流而产生的．分子电流和宏观电流虽然都是运动电荷引起的，但产生的缘由是不同的．
题组一对磁场及磁感线的生疏
1．关于磁场，下列说法中不正确
．．．的是()
A．最早发觉电流磁效应的科学家是法拉第
B．磁场的最基本性质是对放在磁场中的磁体或电流有磁场力的作用
C．电流和电流之间的相互作用也是通过磁场发生的
D．磁场的方向和小磁针北极所指的方向相同
答案AD
解析丹麦物理学家奥斯特在1820年发觉电流磁效应，所以A错误；磁场的基本性质是力的性质，对放入其中的磁体或带电体都有力的作用，所以B正确；电流四周也存在磁场，并通过磁场产生力的作用，所以C 正确；某点处磁场的方向规定为在该点处小磁针静止时北极所指的方向，所以D错误．
2．下列关于磁场和磁感线的描述中正确的是()
A．磁感线可以形象地描述各点磁场的方向
B．磁感线是磁场中客观存在的线
C．磁感线总是从磁铁的N极动身，到S极终止
D．试验中观看到的铁屑的分布就是磁感线
答案A
解析磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，但它不是客观存在的线，可以用细铁屑模拟．在磁铁外部磁感线由N极到S极，但内部是由S极到N极．故选A.
3．关于磁感线和电场线，下列说法中正确的是()
A．磁感线是闭合曲线，而电场线不是闭合曲线
B．磁感线和电场线都是一些相互平行的曲线
C．磁感线起始于N极，终止于S极；电场线起始于正电荷，终止于负电荷
D．磁感线和电场线都只能分别表示磁场和电场的方向
答案A
解析A选项是两种场线的基本特点，A对．只有匀强磁场和匀强电场才满足B选项，B不对．磁感线既然是闭合的就无起点和终点，C不对．它们的疏密程度均反映了场的强弱，D不对．应选A.
4．如图1所示，为某磁场的一条磁感线，其上有A、B两点，则()
图1
A．A点的磁感应强度确定大
B．B点的磁感应强度确定大
C．由于磁感线是直线，A、B两点的磁感应强度一样大
D．条件不足，无法推断
答案D
解析磁感应强度的大小是由磁感线的疏密程度打算的，只给出一条磁感线，无法推断该条磁感线上两点间磁感应强度的大小．
5．磁性水雷是用一个可以绕轴转动的小磁针来把握起爆电路的，军舰被地磁场磁化后变成了一个浮动的磁体，当军舰接近磁性水雷时，就会引起水雷的爆炸，其依据是()
A．磁体的吸铁性
B．磁极间的相互作用规律
C．电荷间的相互作用规律
D．磁场对电流的作用原理
答案B
解析军舰被地磁场磁化后变成了磁体，当军舰靠近水雷时，对把握引爆电路的小磁针有力的作用，使小磁针转动引爆水雷．B项正确．6．如图2所示，一根条形磁铁，左端为S极，右端为N极．下列表示从S极到N极磁性强弱变化状况的图像中正确的是()
图2
答案C
解析条形磁铁两极磁性最强，中间磁性最弱，故磁性强弱变化曲线如C所示．
题组二对安培定则和安培分子电流假说的理解
7．如图3所示为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是()
图3
A．①③B．②③C．①④D．②④
答案C
解析由安培定则可以推断出直线电流产生的磁场方向，①正确，②错误．③和④为环形电流，留意让弯曲的四指指向电流的方向，可推断出③错误，④正确．故正确选项为C.
8. 磁铁在高温下或者受到敲击时会失去磁性，依据安培的分子电流假说，其缘由是()
A．分子电流消逝
B．分子电流的取向变得大致相同
C．分子电流的取向变得杂乱
D．分子电流的强度减弱
答案C
解析由于高温或猛烈的敲击，会使原来取向全都的分子电流变得杂乱，从而失去磁性，故C选项正确．
图4
9．当接通电源后，小磁针A按如图4所示方向运动，则()
A．小磁针B的N极向纸外转动
B．小磁针B的N极向纸里转动
C．小磁针B不转动
D．因电流未标出，所以无法推断小磁针B如何转动
答案A
解析由小磁针A的N极运动方向知，螺线管的左侧为S极，右侧为N极，由右手螺旋定则推断小磁针B 处的磁场方向向外，小磁针N极受力方向与该处磁场方向全都．故A正确．
10.
图5
如图5所示，若一束电子沿y轴正方向移动，则在z轴上某点A的磁场方向应当()
A．沿x轴的正方向
B．沿x轴的负方向
C．沿z轴的正方向
D．沿z轴的负方向
答案B
解析电子沿y轴正方向移动，相当于电流方向沿y轴负方向移动，依据安培定则可推断在z轴上A点的磁场方向应当沿x轴的负方向．故选项B正确．
11．为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的．在下列四个图中，能正确表示安培假设中环形电流方向的是()答案B
12．做奥斯特试验时，要观看到小磁针明显的偏转现象，下列方法可行的是()
A．将导线沿东西方向放置，磁针放在导线的延长线上
B．将导线沿东西方向放置，磁针放在导线的下方
C．将导线沿南北方向放置，磁针放在导线的延长线上
D．将导线沿南北方向放置，磁针放在导线的下方
答案D
解析由于小磁针受到地磁场的作用，要指南北方向，为了观看到明显的偏转现象，应使电流产生的磁场方向为东西方向，故应将直导线沿南北方向放置，当小磁针发生偏转时，说明白磁场的存在，当电流方向转变时，产生的磁场的方向也转变，故小磁针的偏转方向也转变．故选D.
13.
图6
南极考察经常就南极特殊的地理位置进行科学测量．“雪龙号”考察队员一次试验如下：在地球南极四周用弹簧测力计竖直悬挂一未通电螺线管，如图6所示．下列说法正确的是()
A．若将a端接电源正极，b端接电源负极，则弹簧测力计示数将减小
B．若将a端接电源正极，b端接电源负极，则弹簧测力计示数将增大
C．若将b端接电源正极，a端接电源负极，则弹簧测力计示数将增大
D．不论螺线管通电状况如何，弹簧测力计示数均不变
答案AC
解析在地球南极四周即为地磁N极，螺线管相当于一条形磁铁．先依据右手螺旋定则推断出“条形磁铁”的极性，再依据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，推断知A、C正确．。