第十六章第一节磁场磁感线

教学内容：第十六章第一节磁场、磁感线【基础知识精讲】1.磁场它是客观存在于各种磁体周围空间的一种特殊形态的物质.磁场是传递磁铁、电流(或运动电荷)等之间磁场作用力的媒质.2.磁场的方向性磁场的方向性是磁场的最重要的特性．．．．．．．．．．．．．．．．.磁场的方向特性，比重力场、万有引力场、静电场的方向性要复杂得多.通过发散思维，可以从下列几个方面深化对磁场方向特性的理解．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．：首先，从小磁针在磁场中的指向、从小磁针的北极(N极)在磁场中的受力方向认识磁场的方向特性，在此基础上建立起磁感线的概念.其次，人们规定，在磁场中某点小磁针静止时北极的指向，即小磁针北极的受力方向，．．．．．．．．．．．．为该点的磁场方向．．．．．．．．.3.奥斯特实验奥斯特实验表明通电导线周围和永磁体周围一样都存在磁场.奥斯特实验揭示了一个十分重要的本质——电流周围存在磁场，电流是电荷定向运动产生的，所以通电导线周围的磁场实质上是运动电荷产生的.4.分子电流假说在奥斯特实验基础上，安培提出了分子电流假说和磁性起源假说，进一步揭示了磁现象的电本质：无论是磁体周围的磁场，或者是电流周围的磁场，都是电荷运动产生的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.5.磁感线人们用磁感线形象地描述磁场中各点的磁场方向．．．．．．．．．．．．．．．．．．，并且规定：所谓磁感线，是在磁场中画出的一系列有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向，都与该点的磁场方向相同.从判定电流周围磁场方向．．．．．．．．．．的安培定则——右手螺旋定则认识磁场的方向性及磁感线的特征.在此基础上，通过了解环形电流、通电螺线管磁场的磁感线，以及条形磁体和马蹄形磁体磁场的磁感线，进一步认识磁场的方向性.从判定磁场中通电导线与运动电荷的受力方向．．．．．．．．．．．．．．．．．．．的左手定则，进一步深化理解磁现象的方向特性.左手定则是判定电流方向、电流在磁场中的受力方向和磁场方向三者之间关系的定则.特别需要指出的是：磁场中通电导线的受力方向、磁场中运动电荷的受力方向．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．、与小磁．．．．针的北极在磁场中的受力方向是两类完全不同的概念，不能混为一谈．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.在学习电磁感应知识时，将要研究感应电流的方向、导线的运动方向和磁场方向之间的关系，有时则要涉及到磁场的方向和磁场的变化情况.【重点难点解析】重点：磁场的基本特性，磁感线概念.难点：几种常见磁场的磁感线空间分布.例如图所示，一带负电的金属环绕轴OO′以角速度ω匀速旋转，在环左侧A处和环上方B处分别放两个小磁针，平衡后小磁针北极的指向如何?解析带负电金属环旋转时，形成了与运动方向相反的电流.此环形电流在A处产生的磁场作用力向左，所以A处小磁针北极最后指向左，B处小磁针北极指向右.评注解此题首先根据带负电金属环旋转时产生了电流，电流方向与旋转方向相反；再根据安培定则判断通电螺线管的磁场方向，从而判定小磁针在A、B两处的指向.【难题巧解点拨】例1下列关于各磁体间作用，其中正确的说法有：A.在奥斯特实验中，通电直导线对小磁针产生磁场力，但此时小磁针对通电导线可能不产生磁场力B.在通电直导线对小磁针产生作用力的同时，小磁针对通电直导线一定会产生作用力C.大磁铁的磁性较强，而小磁针对大磁铁的磁场力较小D.任何两个磁体之间产生的磁场力大小总相等、方向相反解析设将能产生磁场的磁极、电流、运动电荷等统称为磁体.磁体之间的作用是相互的，甲磁体产生的磁场对乙磁体发生作用的同时，乙磁体产生的磁场必定对甲磁体发生力的作用.因此，通电直导线、小磁针、大磁针之间相互作用遵循牛顿第三定律.故答案为B、D.评注各磁体(磁铁、电流、运动电荷)之间作用具有相互性，仍遵循牛顿第三定律.同学们应有“由点到面”的意识：磁体之间磁场力作用仍归属于力的作用范畴.例2竖直放置的环形线圈中心处悬挂着一根可以自由转动的小磁针，磁针静止时恰好处在线圈平面里，如图所示.图中的双刀双掷开关已被接成换向开关.当S向右投掷使电路接通时，小磁针将如何偏转?当S向左投掷使电路接通时，小磁针将如何偏转?解析开关S向右投掷使电路闭合后，环形线圈中的电流为顺时针方向，小磁针的N极向纸里转，S极向纸外转.开关S向左投掷时，小磁针的转动情况相反.例3关于磁感线，下列说法中正确的是()A.小磁针北极的受力方向总是与磁感线的方向一致B.磁感线是人们假想的一种曲线，磁体周围并不存在这种线C.磁感线从北极出发，回到南极D.磁场的强弱可以从磁感线的指向判断出，磁场由强指向弱解析磁感线的方向就是该处磁场的方向，也是小磁针北极受到的磁场力方向，故A正确.磁感线是人们为了形象描述磁场而假设的曲线，实际上并不存在，故B也正确.磁感线是闭合曲线，无头无尾，在外磁场由北极指向南极，在内磁场由南极指向北极，所以C错.磁感线的指向表示磁场的方向，不能表示磁场的强弱.磁场的强弱是由磁感线的疏密程度来判断的，所以D错.正确选项为A、B.评注解此类问题要求对物理概念有全面、正确的理解，要领会其物理本质.还要注意语言表述的准确性，否则就很难作出正确的判断.【课本难题解答】课本第146页(1)小磁针北极受磁场力F1的方向与磁场方向相同，南极受磁场力F2的方向与磁场方向相反，如图甲所示.在磁场力F1和F2的作用下，小磁针将沿顺时针方向转动.小磁针停止转动时北极所指的方向与磁场方向相同，如图乙所示.这时磁场力F1和F2平衡.(4)根据图中磁针北极的指向可知，螺线管内部的磁场方向由右向左，再根据安培定则判断出螺线管中电流方向如图所示.由电流方向知电源右端为正极，左端为负极.【命题趋势分析】1.应用安培定则判断其中的一个方向.例如，已知电流方向判断磁感线方向，或者已知磁场方向判断电流方向.2.应用磁感线来解答问题.【典型热点考题】例1关于磁感线的说法，错误的是()A.磁铁的磁感线从N极发出，终止于S极B.沿磁感线方向磁场逐渐减弱C.磁感线是自由单极(N极)子在磁场力作用下的运动轨迹D.磁铁周围小铁屑有规则的排列，正是磁感线真实存在的证明解析对于磁场磁感线应全面地认识其特点.磁场磁感线应绘成闭合曲线，磁铁的外部磁感线从N极到S极，其内部磁感线从S极到N极.在同一磁场中，可以通过比较两处磁感线疏密的差异定性比较两处磁场强弱，而不一定沿磁感线方向磁场减弱.如图所示，在图(a)、(b)、(c)中，沿磁感线方向磁场分别逐渐增强、不变、减弱.有的同学对运动与力的关系认识模糊，认为物体运动方向总与其受的力方向一致.我们知道，小磁针在磁场中运动方向应沿运动轨迹的切线方向，磁场力方向总沿磁感线切线方向.在分析小磁针在磁场中的运动时，若认为小磁针运动方向与它所受的磁场力方向一致，则导致错误地结论出：小磁针的运动轨迹总与磁感线重合.磁铁周围小铁屑的排列，只是铁屑所在磁场方向的展现，并不是磁感线真实的体现，磁感线并不客观存在于磁场中.故本题答案为A、B、C、D.例2在图中虚线所围的区域内，存在电场强度为E的匀强电场和磁感强度为B的匀强磁场.已知从左方水平射入的电子，穿过此区域时未发生偏转.设重力可忽略不计，则在此区域中的E和B的方向可能是()A.E和B都沿水平方向，并与电子运动的方向相同B.E和B都沿水平方向，并与电子运动的方向相反C.E竖直向上，B垂直纸面向外D.E竖直向上，B垂直纸面向里解析电子水平穿过区域时，未发生偏转的条件是所受合力为零，或者合外力沿电子运动方向.选项A，磁场对电子无作用力，电场对电子作用力方向与电子运动方向相反，故电子做匀减速直线运动.选项B，电子做匀加速直线运动.选项C，电子受电场力方向竖直向下，受磁场力方向竖直向上，在电场力大小和磁场力大小相等的条件下，电子做匀速直线运动.答案A、B、C评注综合电场和磁场的有关知识.【同步达纲练习】1.对于通有稳恒电流的长而直的螺线管，下面说法中正确的是()A.通电螺线管内部的磁场是匀强磁场B.通电螺线管磁感线的分布都是从N极指向S极C.放在通电螺线管内部的小磁针静止时，N极指向通电螺线管的N极D.通电螺线管内部的小磁针静止时，N极指向螺线管的S极2.在三维直角坐标系中，电子沿y轴正方向运动，如图所示，则()A.利用安培定则判定电子运动产生的磁场方向时，大拇指应沿电子的运动方向B.利用安培定则判定电子运动产生的磁场方向时，大拇指应沿形成的电流方向C.由于电子运动产生的磁场在图示a处方向沿+x方向D.由于电子运动产生的磁场在图示a处方向沿-x方向3.如图所示，甲、乙两地间用两条导线连一个直流电路，将小磁针放在两导线之间时，N极向读者偏转，接在A与B间的电压表向B接线柱一侧偏转(此电压表指针总偏向电流流进时的一侧)，由此可知()A.甲处可能是负载也可能是电源B.甲处一定是电源，乙处一定是负载C.甲处一定是负载，乙处一定是电源D.乙处可能是负载也可能是电源4.根据安培假说，电流(或运动电荷)产生磁场，在地球表面及其附近并未发现电流，而地球表面附近有磁场，这只能由地球表面带有电荷(因而地球表面附近还有电场)，其随地球自转做定向运动得到解释.由此可以判知()A.地球表面附近的电场方向竖直向上B.地球表面附近的电场方向竖直向下C.地球表面附近的磁场的水平分量方向由北向南D.地球表面附近的磁场的水平分量方向由南向北5.下列说法中正确的是()A.电场线越密的地方，电场强度越大；同样，磁感线越密的地方，磁感应强度越大B.在电场中，任意两条电场线不会相交；同样，在磁场中，任意两条磁感线不会相交C.电场线不是闭合的，而磁感线是闭合的D.电场线某点的切线方向表示该点电场强度方向；同样，磁感线某点的切线方向表示该点的磁感应强度方向6.关于磁感线的下列说法，正确的有()A.磁感线是假想的，用来形象地描述磁场特性的闭合曲线，它并不真实存在B.磁感线起始于N极，终止于S级C.沿磁感线的方向，磁场不断减弱D.磁感线在某点的切线方向，也就是小磁针在该点的受力方向7.如图所示的直角坐标系中，电子沿y轴正方向运动，由于电子运动产生的磁场在z轴正方向上a点处的磁感应强度方向是.8.要想使永磁体的磁性消失，比较简单而且有效的办法是或.要想使一根普通的缝衣钢针磁化，比较简单而且有效的办法是.【素质优化训练】1.一根长直导线中有稳恒电流，下列说法中正确的是()A.此直线电流周围的磁场不是匀强磁场B.此磁场的磁感线是一些以导线上各点为圆心的同心圆，磁感线的疏密程度一样C.直线电流的方向与它的磁感线的方向之间的关系可以用安培定则来判定D.直线电流周围的磁场是匀强磁场2.关于磁场中某点磁场方向，下列说法正确的是()A.与放在该点的小磁针所受的磁场力方向相同B.与该处小磁针的运动方向相同C.与放在该处小磁针的S极所受的磁场力方向相反D.与通过该点的磁感线的切线方向相同3.如图所示，三根长导线通电电流大小相同，通电电流方向为b导线和d导线向纸里，c导线向纸外，a点为b、d两点连线的中点，ac垂直bd，且ab=ad=ac.则a处的磁场方向为()A.垂直纸面指向纸外B.垂直纸面指向纸里C.沿纸面由a指向bD.沿纸面由a指向d4.关于磁感线的下列说法中，正确的是()A.磁感线一定是从N极出发，终止于S极B.小磁针在磁场中N极受到的磁场力的方向即是该点磁感线的方向C.沿着磁感线方向磁感应强度越来越小D.若磁场中某区域的磁感线是等间距的、方向相同的平行线，则该区域为匀强磁场5.在同一平面上有a、b、c三根等间距平行放置的长直导线，依次载有电流强度为1A、2A和3A的电流，各电流的方向如图所示，则导线a所受的合力方向向，导线b所受的合力方向向.5题图6题图6.一细长的小磁针，放在一螺旋管的轴线上，N极在管内，S极在管外.若此小磁针可左右自由移动，则当螺旋管通以如图所示电流时，小磁针将怎样移动?7.有两根外形基本相同的铁条，已知其中一根是永磁体，另一根是普通软铁，单凭视觉是无法将它们区分开的.若不用其他任何器材，如何才能把它们