【同步】高中物理人教2019版必修三：13.1 磁场磁感线学案

1.磁场磁感线
新课程标准核心素养目标
1.能列举磁现象在生产生
活中的应用
2．了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人
类文明的影响
3．会用磁感线描述磁场4．关注与磁相关的现代技
术发展物理观念知道磁场的概念，认识磁感线
科学思维知道磁感线的定义及特点，会用磁感线描述磁场科学探究
通过磁场对电流作用现象的观察，体会磁场的物质
性；通过演示实验现象，观察体会磁感线描绘磁场
的意义，培养学生的空间想象能力
科学态度
与责任
领略磁现象的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与
求知欲，乐于探究磁现象的奥秘
必备知识·自主学习——突出基础性素养夯基
1.磁极之间的相互作用：同名磁极相互________，异名磁极相互________．
2．奥斯特实验：把导线放置在指南针的________，通电时磁针转动了．
实验意义：奥斯特实验发现了电流的________，即电流可以产生磁场，首次揭示了________的联系．
3．磁场：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，是通过________发生的，磁场是磁体或电流周围一种看不见、摸不着的客观存在的________．
二、磁感线
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________所指方向就是该点磁场的方向．
2．磁感线
(1)定义：在磁场中画出一些有方向的曲线，曲线上每一点的________都跟这点磁场的方向一致，这样的曲线就叫作磁感线．
(2)特点
①磁感线的________表示磁场的强弱．磁场强的地方，磁感线________；磁场弱的地方，磁感线________．
②磁感线某点的________表示该点磁场的方向．
[提升] 类比法理解磁场的概念
所有与磁现象有关的相互作用，都是通过磁场发生的，可与电荷间的相互作用相类比．如图所示．
三、安培定则
1．直线电流的磁场
安培定则：如图1甲所示，用________握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，________所指的方向就是磁感线环绕的方向．直线电流周围的磁感线分布情况如图乙所示．
2．环形电流的磁场
安培定则：如图2甲所示，让右手弯曲的________与环形电流的方向一致，伸直的________________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：如图3所示，用右手握住螺线管，让弯曲的四指与________________________一致，伸直的拇指所指的方向就是________________磁场的方向．
【思考辨析】判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”．
(1)天然磁体和人造磁体都能吸引铁质物体．( )
(2)磁场看不见、摸不着，因此磁场是人们假想的，实际并不存在．( )
(3)电流与电流的相互作用是通过电场产生的．( )
(4)磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的．( )
(5)一环形电流产生的磁场，环内的磁感线与环外的磁感线数目相等．( )
关键能力·合作探究——突出综合性素养形成
探究点一磁场和磁感线
导学探究
观察三幅图片，请思考：
甲图中的小磁针为什么会发生偏转？乙图中的通电导线为什么会运动起来？丙图中通电导线之间的相互作用是怎样发生的？
探究总结
1.磁场的客观性：磁场与电场一样，也是一种物质，是一种看不见而又客观存在的特殊物质．
2．磁场的基本性质：对放入其中的磁极、电流、运动的电荷有力的作用．
3．磁感线的特点
(1)在磁体外部，磁感线从N极发出，回到S极；在磁体内部由S极回到N极．
(2)磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，磁感线较密的地方磁场较强；磁场方向即过该点的磁感线的切线方向．
(3)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断．
(4)磁感线是人们为了形象描述磁场而假想的线，并不真实存在．
4．常见永磁体的磁场(如图所示)
典例示范
例 1 下列关于磁场的说法中正确的是( )
A．磁体周围的磁场看不见、摸不着，所以磁场不是客观存在的
B．将小磁针放在磁体附近，小磁针会发生偏转是因为受到磁场力的作用
C．把磁体放在真空中，磁场就消失了
D．当磁体周围撒上铁屑时才能形成磁场，不撒铁屑磁场就会消失
例 2[2022·安徽合肥质检]如图所示，表示蹄形磁铁周围的磁感线，磁场中有a、b两点，下列说法正确的是( )
A．a、b两处的磁场强弱相等
B．a、b两处的磁场强弱不等，b点较强
C．蹄形磁铁的磁感线起始于蹄形磁铁的N极，终止于蹄形磁铁的S极
D．a处没有磁感线，所以该处没有磁场
针对训练1 如图所示，假设将一个小磁针放在地球的北极点上，那么小磁针的N极将( )
A．指北 B．指南
C．竖直向上 D．竖直向下
针对训练2 [教材P108(练习与应用)T6变式]已知通电螺线管和条形磁铁的磁感线相似，如图所示：则图中哪个小磁针所在处的磁场较强，为什么？
探究点二安培定则及其应用
导学探究
如图所示是电路没接通时两个小磁针静止时的指向．(1在螺线管外部，2在螺线管内部)
(1)接通后，两个小磁针静止时的N极指向一致吗？
(2)同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引的规律在通电螺线管内部适用吗？
探究总结
三种常见电流的磁场
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
内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏
通电螺线
管
内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极；外部类似条形磁铁，方向由
N极指向S极
提醒：(1)磁场是分布在立体空间的．
(2)利用安培定则不仅可以判断磁场的方向，还可以根据磁场的方向判断电流的方向．
(3)环形电流相当于小磁针，通电螺线管相当于条形磁铁，应用安培定则判断时，拇指所指的一端为它的N极．
典例示范
例 3 (多选)如图所示，螺线管中通有电流，如果在图中的a、b、c三个位置上各放一个小磁针，其中a在螺线管内部，则( )
A．放在a处的小磁针的N极向左
B．放在b处的小磁针的N极向右
C．放在c处的小磁针的S极向右
D．放在a处的小磁针的N极向右
迁移拓展在【例3】中，若电源正负极改为未知，并在螺线管右侧放置一小磁针，变成如图所示情形，则下列判断正确的是( )
A．E为蓄电池正极
B．螺线管P端为S极
C．流过电阻R的电流方向向上
D．管内磁场方向由P指向Q
针对训练3 下列关于小磁针在磁场中静止时的指向，正确的是( )
针对训练4 如图中(a)(b)两图已经标出了通电导线中的电流方向，请画出几条磁感线并标明方向，(c)(d)两图中已经画出了通电导线周围磁场的几条磁感线，请标明通电导线中的电流方向．
课堂检测·素养达标——突出创新性素养达标
1．[教材P108(练习与应用)T5变式]如图，小磁针放在线圈左侧，且两者处于同一平面内．当在线圈中通入逆时针方向的电流后，小磁针S极的指向是( )
A．垂直纸面向里B．向上
C．垂直纸面向外 D．向下
2．把一个小磁针放置在如图所示的磁场(未标出方向)中，静止时的指向如图所示．下
列分析正确的是( )
A．S极指向该点磁场方向
B．N极指向该点磁场方向
C．该磁场是匀强磁场
D．a点的磁场方向水平向右
3．1820年4月的一天，奥斯特在上课时，无意中让通电导线靠近小磁针，突然发现小磁针偏转．这个现象并没有引起在场其他人的注意，而奥斯特却是个有心人，他非常兴奋，紧紧抓住这个现象，接连三个月深入地研究，反复做了几十次实验．如图所示，关于奥斯特的实验，下列操作中一定能够观察到小磁针偏转的是( )
A．通电导线AB东西放置，小磁针放在导线正下方，闭合开关
B．通电导线AB南北放置，小磁针放在导线正下方，闭合开关
C．通电导线AB东西放置，小磁针放在导线正下方，改变电流方向
D．通电导线AB南北放置，小磁针放在AB延长线的B端外侧，改变电流大小
4．电流的磁效应揭示了电与磁的关系．下面四幅图中描述磁场方向与电流方向之间的关系，其中磁感线分布正确的是( )
5．当导线中分别通以图示方向的电流，小磁针静止时N极指向读者的是( )
1．磁场磁感线
必备知识·自主学习
一、
1．排斥吸引
2．上方磁效应电与磁
3．磁场物质
二、
1．N极
2．(1)切线方向(2)疏密较密较疏切线方向
三、
1．右手弯曲的四指
2．四指拇指所指的方向
3．螺线管电流的方向螺线管轴线上
思考辨析
答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√
关键能力·合作探究
探究点一
提示：甲图中，电流对小磁针力的作用是通过电流的磁场发生的；乙图中，磁体对通电导线力的作用是通过磁体的磁场发生的；丙图中，电流对另一个电流力的作用是通过该电流的磁场发生的．
【例1】【解析】磁场看不见、摸不着，但不会因主观意识而存在或消失，磁场与电场一样，都是物质．磁场是磁体、电流或运动电荷周围存在的一种特殊物质，说它“特殊”，是因为它和我们常见的以分子、原子、离子组成的物质不同，它不是以微粒形式存在，而是以一种“场”的形式存在；说它是“物质”，是因为它和我们常见的实物一样，能对放在其中的磁体、通电导体和运动电荷有力的作用．因此我们说磁场是一种客观存在的物质．【答案】 B
【例2】【解析】由于磁感线较密处磁场较强，由题图可知b处的磁感线较密，a 处的磁感线较疏，故b处磁场较强，A错，B对；磁感线是闭合曲线，没有起点和终点，故C错；在没画磁感线的地方，并不表示没有磁场存在，故D错．
【答案】 B
针对训练1 解析：我们已经知道地球的地理北极点可以近似地认为是地磁的南极，根据磁体的同性相斥，异性相吸，所以小磁针的N极将竖直向下，故D正确．答案：D
针对训练2 解析：由题图知，左边小磁针所在处的磁感线较密，故左边小磁针所在处的磁场较强．
答案：见解析
探究点二
提示：(1)不一致．(2)不适用．
【例3】【解析】由安培定则可知，通电螺线管的磁场如图所示，右端为N极，左端为S极，在a点磁场方向向右，则小磁针在a点时，N极向右，A项错误，D项正确；在b 点磁场方向向右，则磁针在b点时，N极向右，B项正确；在c点，磁场方向向右，则磁针在c点时，N极向右，S极向左，C项错误．
【答案】BD
迁移拓展解析：由题知，闭合开关时，螺线管Q端为S极，管内磁场方向由Q指向P，根据安培定则判断知，E为蓄电池的负极，电阻R中的电流方向向上，故C项正确．答案：C
针对训练3 解析：根据同名磁极相互排斥可知，选项A错；由安培定则可知环形电流中心线上的磁场方向由右向左，小磁针N极受到的磁场力向左，选项B错；根据安培定则可知通电螺线管内部磁场向右，内部小磁针N极受到的磁场力向右，选项C对；根据安培定则可知通电直导线右边磁场向里，小磁针N极受到的磁场力向里，选项D错．答案：C
针对训练4 解析：如图所示，由安培定则进行判断．
(a)中：磁感线方向逆时针(俯视)．
(b)中：中心轴线的磁场方向向左．
(c)中：电流方向逆时针(俯视)．
(d)中：电流方向向下(外侧)．
答案：见解析
课堂检测·素养达标
1．解析：线圈通入逆时针方向的电流，由安培定则知在左侧产生垂直纸面向里的磁场，小磁针S极指向磁场的反方向，知C对．
答案：C
2．解析：物理学上规定：小磁针静止时N极所指的方向就是该点的磁场方向，故B正确；该点的磁场方向与S极指的方向相反，故A错误；由图看出，该磁场的磁感线分布不均匀，说明各处的磁感应强度不是处处相同，所以该磁场不是匀强磁场，故C错误；a点的磁场方向沿磁感线的切线方向：斜向右上方，故D错误．
答案：B
3．解析：奥斯特发现电流周围存在磁场，对小磁针有磁场力作用，但地磁场也对小磁针有磁场力作用(指向南北)，所以为了避免地磁场的影响，应将通电导线南北放置，小磁针放在导线的下方或上方，若偏转说明是通电导线的磁场引起的，故B正确．答案：B
4．解析：根据安培定则可知，因电流方向向上，导线右侧磁场方向垂直纸面向里，而左侧则是垂直纸面向外，故A正确；同理，根据安培定则可知，因电流方向从右旋转到左，则螺线管内部磁场方向由左向右，因此左端是S极，右端是N极，故B错误；同理，根据安培定则可知，因环形电流向里，则环形导线内部磁场方向从右向左，故C错误；因电流竖直向下，依据安培定则可知，磁场方向俯视看应该是顺时针方向，故D错误．答案：A
5．解析：通电直导线电流从左向右，根据右手螺旋定则，则有小磁针所处的磁场方向垂直纸面向里，所以小磁针静止时N极背离读者，故A错误；通电直导线电流竖直向上，根据右手螺旋定则，磁场的方向为逆时针(从上向下看)，因此小磁针静止时N极背离读者，故B错误；环形导线的电流方向如题图C所示，根据右手螺旋定则，则有小磁针所处的磁场方向垂直纸面向外，所以小磁针静止时N极指向读者，故C正确；根据右手螺旋定则，结合电流的方向，则通电螺线管的内部磁场方向由右向左，则小磁针静止时N极指向左，故D错误．答案：C。