20182019学年高中物理第三章磁场第3节几种常见磁场学案新人教选修31

20182019学年高中物理第三章磁场第3节几种常有的磁场教案新人教版选修3120182019学年高中物理第三章磁场第3节几种常有的磁场教案新人教版选修3119/19袅PAGE19薅膅蕿薇罿螂薄袄蚅蒆羀腿蒇莁蚇螄20182019学年高中物理第三章磁场第3节几种常有的磁场教案新人教版选修31

第3节几种常有的磁场

1．知道磁感线的定义和特点，认识几种常有磁场的磁感线分布．2．会用安培

定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向．3．知道磁现象的电实质，认识

安培分子电流假说．4．知道磁通量的定义，知道Φ＝BS的适用条件，会用这一公式进行

计算．

一、磁感线

1．若是在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感觉强度的

方向一致，这样的曲线就叫做磁感线．

2．在磁体两极周边，磁场较强，磁感线较密．

二、几种常有的磁场

1．直线电流的磁场：直线电流的磁场方向能够用安培定则来表示：右手握住导线，让

挺直的拇指所指的方向与电流方向一致，波折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．

2．环形电流的磁场：

环形电流的磁场可用另一种形式的安培定则表示：让右手波折的四指与环形电流的方向一致，挺直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向．

3．通电螺线管的磁场：右手握住螺线管，让波折的四指所指的方向与电流方向一致，

拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向或拇指指向螺线管的N极(以下列图)．

三、安培分子电流假说

1．内1

容：安培认为：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．分

子电流使每个物质微粒都成为渺小的磁体，它的两侧相当于两个磁极．(以下列图)

2．对磁现象的讲解

磁化现象：一根软铁棒，在未被磁化时，内部各分子电流的取向纷乱无章，它们的

磁场互相抵消，对外不显磁性；当软铁棒碰到外界磁场的作用时，各分子电流取向变得大体相同，两端对外界显示较强的磁作用，形成磁极，软铁棒就被磁化了．

磁体的消磁：磁体碰到高温或激烈敲击时，即在激烈的热运动或机械运动影响下，分子电流取向又变得纷乱无章，磁体磁性消失．

四、匀强磁场磁通量

1．匀强磁场

定义：强弱、方向各处相同的磁场．

特点：磁感线是间隔相同的平行直线．

(3)本源：距离很近的两个异名磁极之间的磁场，除边缘部分外，能够认为是匀强磁场．通

电螺线管内部磁场也能够认为是匀强磁场．

2．磁通量

(1)定义：在磁感觉强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为，S我们把B与S的乘积叫做穿过这一面积的磁通量．(2)单位：韦伯，简称韦，符号为Wb，1Wb＝1T·m2．Φ(3)磁通密度：由Φ＝BS得B＝S，磁感觉强度等于穿过单位面积的磁通量，所以也叫磁通密度．

判一判(1)在磁场中放一块玻璃板，玻璃板上均匀地撒一层细铁屑，轻敲玻璃板，

铁屑就会有规则地排列起来，这就是磁感线的形状，所以磁感线是真实存在的．()

(2)磁感线能够表示磁场的方向和强弱，磁感线从磁体的N极出发，停止于S极．()

用安培提出的分子电流假说能够讲解直线电流的磁场和软铁棒被磁化的现

象．()

(4)电流周围各点的磁感觉强度的大小与电流大小和离电流的远近有关．()(5)在匀强磁场中，a线圈的面积比b线圈的大，则穿过a线圈的磁通量必然比穿过b线圈的磁通量大．()

提示：(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×

想一想在用安培定则判断通电直导线和通电螺线管的磁感线方向时，大拇指和四

指的指向所代表的含义相同吗？

提示：不相同．在判断通电直导线磁感线的方向时，大拇指指向电流的方向，四指指向

2

磁感线的方向．在判断通电螺线管磁感线的方向时，四指指向电流的环绕方向，大拇指指向

螺线管内部磁感线的方向．

做一做关于磁感线的描述，以下说法中正确的选项是()

A．磁感线能够形象地描述各点磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放

在该点静止时北极所指的方向一致

B．磁感线能够用细铁屑来显示，所以是真实存在的

C．两条磁感线的空隙处必然不存在磁场

D．两个磁场叠加的地域，磁感线即可能订交

提示：选A．磁感线上每一点的切线方向表示该点的磁场方向，即小磁针静止时北极所

指的方向，A对；磁感线是为了形象地描述磁场而假想的一簇有方向的闭合曲线，实质上并

不存在，细铁屑能够显示出其形状，但那其实不是磁感线，B错；磁感线的疏密反响磁场的强

弱，磁感线是假想的、人为画出的曲线，两条磁感线的空隙处也存在磁场，C错；在磁铁外

部磁感线从N极到S极，在内部从S极到N极，磁感线不订交，所以D错．

对磁感线的理解

1．磁感线：在磁场中画出的一些有方向的曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点

的磁感觉强度的方向一致．

2．磁感线的特点

磁感线是假想的，不是真实存在的线．

磁感线上每一点的切线方向即为该点的磁场方向．

磁感线是闭合曲线．

磁感线的疏密程度表示磁场的强弱．

磁感线不能够订交或相切．

3．常有永磁体的磁场

4．磁感线与电场线的比较比较项目磁感线电场线相意义为了形象地描述磁场的方向为了形象地描述电场的方向和强弱而假想的和强弱而假想的线线同线上各点的切线方向就是该点方向线上各点的切线方向就是该点的电场方向点的磁场方向

3

疏密表示磁场强弱表示电场强弱特点在空间不订交、不相切、不中除电荷处外，在空间不订交、不相切、不中断断不相同点闭合曲线始于正电荷或无量远处，止于负电荷或无量远处．不闭合的曲线5．匀强磁场

定义：磁感觉强度的大小、方向各处相同的磁场．

磁感线：是一组互相平行、方向相同、疏密均匀的直线．

实例：

命题视角1对磁感线的理解

(多项选择)关于磁场和磁感线的描述，以下说法中正确的选项是()

A．磁极之间的互相作用是经过磁场发生的，磁场和电场相同，也是一种客观存在的特

殊物质

B．磁感线能够形象地描述各磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在

该点静止时北极所指的方向一致

C．磁感线总是从磁体的N极出发，到S极停止

D．磁感线能够用细铁屑来显示，所以是真实存在的

[剖析]条形磁铁内部磁感线从S极到N极，选项C错误；磁感线是为了形象地描述磁

场而假想的一组有方向的闭合的曲线，实质上其实不存在，所以选项D错误；磁场是一种客观

存在的特别物质，所以选项A正确；磁感线上每一点的切线方向表示磁场方向，磁感线的疏

密表示磁场的强弱，小磁针北极受力方向和静止时北极所指方向均为磁场方向，所以选项B

正确．

[答案]AB

命题视角2磁感线的应用

磁场中某地域的磁感线以下列图，则()

A．a、b两处的磁感觉强度的大小不等，Ba＞Bb

B．a、b两处的磁感觉强度的大小不等，Ba＜Bb

4

C．a、b两处磁场方向必然相同

D．a处没有磁感线，所以磁感觉强度为零

[思路点拨]磁感线是人们为描述磁场而人为画出的线，其切线方向表示磁场的方向，

疏密表示磁场的强弱．[剖析]由题图可知b处的磁感线较密，a处的磁感线较疏，所以a＜b，故A错，BBB对．磁场中某点的磁场方向与磁感线在该点的切线方向相同，由图判断，a、b两点磁场方向不相同，故C错．磁感线是用来描述磁场的，不能能在存在磁场的地域内全部画磁感线，那

样将会与不画磁感线产生相同的收效，故D错．

[答案]B

命题视角3磁感线和电场线的比较

(多项选择)以下关于电场线和磁感线的说法中，正确的选项是()

A．电场线和磁感线都是电场或磁场中实质存在的线

B．磁场中两条磁感线必然不订交，但在复杂电场中的电场线是能够订交的

C．电场线是一条不闭合曲线，而磁感线是一条闭合曲线

D．电场线越密的地方，电场越强，磁感线越密的地方，磁场也越强

[剖析]电场线与磁感线分别是为了形象描述电场、磁场而引入的假想线，实质不存在，

A错误．两种场线的切线方向均表示相应的场方向，两种场线都不会订交，B错误．电场线

初步于正电荷或无量远、停止于无量远或负电荷，而磁感线在磁体外面由N极指向S极，在

磁体内部由S极指向N极，组成闭合曲线，C正确．电场线越密，表示该处电场越强；磁感

线越密，表示该处磁场越强，D正确．

[答案]CD

【题组打破】

1．以下关于磁感线的表达，正确的选项是()

A．磁感线是真实存在的，细铁屑撒在磁铁周边，我们看到的就是磁感线

B．磁感线始于N极，终于S极

C．磁感线和电场线相同，不能够订交

D．沿磁感线方向磁场逐渐减弱

剖析：选C．磁感线是为了形象地描述磁场而假想的一组有方向的线，线上每一点的切

线方向表示该点的磁场方向，曲线的疏密程度表示磁场的强弱．在磁铁外面磁感线从N极出发回到S极，在磁铁内部磁感线从S极出发回到N极，磁感线不订交，应选项C正确．

2．(多项选择)如图为某磁场中的磁感线，则()

5

A．a、b两处磁感觉强度大小不等，Ba＞Bb

B．a、b两处磁感觉强度大小不等，Ba＜Bb

C．同一小段通电导线放在a处时受力必然比b处时大

D．同一小段通电导线放在a处时受力可能比b处时小

答案：AD

常有磁场磁感线的分布规律

1．磁体周围的磁感线形状

条形磁铁蹄形磁铁同名磁极间异名磁极间

分布

图

分布关于条形磁关于磁铁的中轴关于两磁极的连线及连关于两磁极连线及连

规律铁对称线对称线的中垂线对称线的中垂线对称

2．三种常有的电流的磁感线形状

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，越向外越稀罕，磁场越弱

环形电

流

内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀罕

通电螺线管S极指向N极，外面近似条形磁铁，由N极内部为匀强磁场且比外面强，方向由指向S极命题视角1对安培定则的应用以下列图，分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针静止时N极的指向或磁感线方向．请画出对应的磁感线(标上方向)或电流方向．

6

[思路点拨]用安培定则判断电流及其周围磁场的方向的关系．

[剖析]若是已知电流的方向，可用右手螺旋定则判断磁感线的方向．若是已知小磁针

静止时N极指向，那么小磁针N极所指方向就是磁感线方向．

[答案]

命题视角2磁场叠加时磁感觉强度的计算

以下列图，两根垂直纸面平行放置的直导线a和，通有等值电流．在纸面上距a、bb等远处有一点P，若P点合磁感觉强度B的方向水平向左，则导线a、b中的电流方向是()A．a中向纸里，b中向纸外

B．a中向纸外，b中向纸里

C．a、b中均向纸外

D．a、b中均向纸里

[思路点拨]

[剖析]由于通电直导线周围磁场的磁感线是多组以导线上各点为圆心垂直于导线的

同心圆，所以直导线a中电流在P处激发的磁场方向垂直于a、P连线，直导线b中电流在

P处激发的磁场方向垂直于b、P连线．又由于P点合磁感觉强度B的方向水平向左．所以

由矢量合成法规可知，a中电流在P处激发的磁场方向垂直aP向下，b中电流在P处激发的

磁场方向垂直bP向上，再依照安培定则很简单判断a、b中的电流方向，a中向纸里，b中

向纸外，应选A．

[答案]A

1．小磁针在磁场中受力的判断方法

当小磁针处于磁体产生的磁场中时，可依照同名磁极相斥、异名磁极相吸来判断小磁针的受力方向．

7

(2)当小磁针处于直线电流的磁场中时，应依照小磁针N极所指方向与经过该点的磁感

线的切线方向相同，来判断小磁针的受力方向．

2．磁场叠加的方法：磁感觉强度是矢量，当空间存在几个磁体(或电流)时，每一点的

磁感觉强度为各个磁体(或电流)在该点产生磁感觉强度的矢量和．磁感觉强度叠加时依照平

行四边形定则．

【题组打破】

1．19世纪20年代，以塞贝克为代表的科学家已认识到，温度差会引起电流，安培考

虑到地球自转造成了太阳照射后正面与反面的温度差，从而提出以下假说：地磁场是由绕地

球的环形电流引起的．则该假说中的电流方向是()

A．由西向东垂直于磁子午线

B．由东向西垂直于磁子午线

C．由南向北沿磁子午线方向

D．由赤道向两极沿磁子午线方向

剖析：选B．想象赤道为环形电流．地球内部磁场方向由地理北指向地理南，由安培定则可判断电流方向．以下列图，则从上往下看，由安培定则可知电流方向为顺时针方向，即自东向西．

2．以下列图，甲、乙是直线电流的磁场，丙、丁是环形电流的磁场，戊、己是通电螺

线管的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向．

答案：

8

对磁通量的理解和计算

1．磁通量的计算

公式：Φ＝BS．

适用条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直．

在匀强磁场B中，若磁感线与平面不垂直，公式Φ＝BS中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积．

若是磁场B不与我们研究的对象垂直，比方图中的S，则有S⊥＝Scosθ，Φ＝BScos

θ，式中Scosθ即为面积S在垂直于磁感线方向上的投影，我们称为“有效面积”．

2．磁通量的正、负

磁通量是标量，但有正、负，当磁感线从某一面上穿入时，磁通量为正当，则磁感线今后边穿出时即为负值．

若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量为Φ1，反向磁通量为Φ2，

则穿过该平面的磁通量Φ＝Φ1－Φ2．

3．磁通量的变化量Φ＝Φ2－Φ1

(1)当B不变，有效面积S变化时，Φ＝B·ΔS．(2)当B变化，S不变时，Φ＝B·S．B和S同时变化，则Φ＝Φ2－Φ1．

【题组过关】

1．以下列图，在条形磁铁中部垂直套有A、B两个圆环，设经过线圈A、B的磁通量为

ΦA、ΦB，则()

9

A．ΦAΦBB．ΦAΦB＝<C．ΦA>ΦBD．无法判断剖析：选B．在条形磁铁的周围，磁感线是从N极出发，经外空间磁场由S极进入磁铁内部．在磁铁内部的磁感线从S极指向N极，又因磁感线是闭合的圆滑曲线，所以条形磁铁内外磁感线条数相同多，从下向上穿过A、B环的磁感线条数相同多，而从上向下穿过A环

的磁感线多于B环，则从下向上穿过A环的净磁感线条数小于B环，所以经过B环的磁通量大于经过A环的磁通量．2．以下列图，框架面积为，框架平面与磁感觉强度为B的匀强磁场方向垂直，则穿S过平面的磁通量为______．若使框架绕OO′转过30°角，则穿过框架平面的磁通量为________；若从初始地址转过90°角，则穿过框架平面的磁通量为________；若从初始位置转过180°角，则穿过框架平面的磁通量的变化量是________．

剖析：初始地址时，S⊥B，故Φ＝BS．框架转过30°时，Φ＝BScos30°＝3212架转过90°时，S∥B，故Φ＝BScos90°＝0．从初始地址转过180°的过程中：规定初始3地址时穿过方向为正，则Φ＝BS，Φ＝－BS，故Φ＝|Φ－Φ|＝2BS．1441答案：BS3022BSBS

[随堂检测]

1．

(2016·高考上海卷)以下列图，一束电子沿z轴正向流动，则在图中y轴上A点的磁场

方向是()

A．＋x方向B．－x方向

C．＋y方向D．－y方向

剖析：选A．电子流沿z轴正向流动，电流方向沿z轴负向，由安培定则能够判断电流

激发的磁场以z轴为中心沿顺时针方向(沿z轴负方向看)，经过y轴A点时方向向外，即沿

x轴正向，应选项A正确．

10

2．

(多项选择)以下列图，A为通电线圈，电流方向以下列图，B、C为与A在同一平面内的两同

心圆，ΦB、ΦC分别为穿过两圆面的磁通量的大小，下述判断中正确的选项是()

A．穿过两圆面的磁通量是垂直纸面向外

B．穿过两圆面的磁通量是垂直纸面向里

C．ΦB>ΦC

D．ΦB<ΦC

剖析：选AC．由安培定则判断，凡是垂直纸面向外的磁感线都集中在线圈内，因磁感

线是闭合曲线，则必有相应条数的磁感线垂直纸面向里，这些磁感线分布在线圈外，所以B、

C圆面都有垂直纸面向里和向外的磁感线穿过，垂直纸面向外的磁感线条数相同，垂直纸面

向里的磁感线条数不相同，B圆面的较少，C圆面的很多，但都比垂直向外的少，所以穿过B、

C的磁通量方向应垂直纸面向外，且ΦB>ΦC．

3．

以下列图，两根互相平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通

有大小相等、方向相反的电流．a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN

的中垂线上，且a、b、c、d到O点的距离均相等．关于以上几点处的磁场，以下说法正确

的是()

A．O点处的磁感觉强度为零

B．a、b两点处的磁感觉强度大小相等、方向相反

C．c、d两点处的磁感觉强度大小相等、方向相同

D．a、c两点处磁感觉强度的方向不相同

剖析：选C．由安培定则可知，两导线在O点产生的磁场方向均竖直向下，合磁感觉强度必然不为零，应选项A错误；由安培定则，两导线在a、b两处产生的磁场方向均竖直向下，由于对称性，电流M在a处产生磁场的磁感觉强度等于电流N在b处产生磁场的磁感觉强度，电流在b处产生磁场的磁感觉强度等于N在a处产生磁场的磁感觉强度，所以a、Mb两处磁感觉强度大小相等、方向相同，选项B错误；依照安培定则判断可知，两导线在c、d处产生的磁场分别垂直c、d两点与导线连线方向向下，且产生的磁场的磁感觉强度相等，由平行四边形定则可知，c、d两点处的磁感觉强度大小相等，方向均竖直向下，应选项C11

正确、选项D错误．

4．(2018·湖北黄冈中学高二检测)一平面线圈用细杆悬于P点，开始时细杆处于水平

地址，释放后让它在以下列图的匀强磁场中运动．已知线圈平面向来与纸面垂直，当线圈第

一次经过地址B和地址C的过程中，以下对磁通量变化判断正确的选项是()

A．素来变大B．素来变小

C．先变大后变小D．先变小后变大

剖析：选C．由题图可知，线圈由A经过B到C的过程中，线圈垂直磁场方向的面积

先增大后减小，经过线圈的磁通量为Φ＝BS，可见经过线圈的磁通量先变大后变小．[课时

作业][学生用书P153(单独成册)]

一、单项选择题

1．关于磁通量，以下说法中正确的选项是()

A．磁通量不但有大小而且有方向，所以是矢量

B．磁通量越大，磁感觉强度越大

C．穿过某一面积的磁通量为零，则该处磁感觉强度不用然为零

D．磁通量就是磁感觉强度

剖析：选C．磁通量Φ＝BS是标量，它的方向是人为规定的，正、负可是表示从不相同

的面穿入，磁通量大不用然磁感觉强度大．若圆环与磁场方向平行，磁通量为零，但磁感觉

强度不为零．

2．为认识释地球的磁性，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．在以下四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是()

剖析：选B．地磁场是从地球的南极周边出来，进入地球的北极周边，除两极外处表上

空的磁场都拥有向北的磁场重量，由安培定则，环形电流外面磁场方向向北，可知，B正确．A

图地表上空磁场方向向南，A错误．C、D在地表上空产生的磁场方向是东西方向，C、D错误．

3．

12

以下列图，半径为R的圆形线圈共有n匝，其中心地址处半径为r的虚线范围内有匀强

磁场，磁场方向垂直线圈平面．若磁感觉强度为B，则穿过线圈的磁通量为()

2B．πBr2A．πBR2D．nπBr2C．nπBR剖析：选B．磁通量与线圈匝数没关，且磁感线穿过的面积为πr2，而其实不是πR2，故B项对．

4．

三根完好相同的长直导线互相平行，它们的截面处于一个正方形abcd的三个极点a、b、

处，导线中通有大小和方向都相同的电流，以下列图．已知每根通电导线在其周围产生的

磁场的磁感觉强度大小与该导线的距离成反比，通电导线b在d地方产生的磁场的磁感觉强度大小为，则三根通电导线产生的磁场在d处的合磁感觉强度大小为()BA．2BB．3BC．2．1BD．3．8B剖析：选B．设a、b、c三根通电导线在d处产生的磁场的磁感觉强度大小分别为Ba、k2kkBb和Bc，正方形的边长为l，则有Bb＝B＝2l＝2l，Ba＝Bc＝l，又Ba与Bc的矢量和为Bac＝2k＝2，且方向与b方向相同，故d处的合磁感觉强度大小为B合＝b＋ac＝3，选项BlBBBBB正确．

5．

(2018·湖南长沙一中月考)以下列图，为某种用来拘束原子的磁场的磁感线分布情况，

以O点为坐标原点，沿z轴正方向磁感觉强度B大小的变化最有可能为()

13

剖析：选C．依照磁感线的疏密表示磁感觉强度的大小，以O点为坐标原点，沿z轴正

方向磁感觉强度B大小的变化最有可能为图C．

6．

当接通电源后，小磁针A按以下列图

方向运动，则()

A．小磁针B的N极向纸外转

B．小磁针B的N极向纸里转

C．小磁针B不转动

D．因电流未标出，所以无法判断小磁针B如何转动

剖析：选A．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

手螺旋定则判断小磁针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一致，故

A正确．

7．

(2018·广东惠州一中月考)在磁感觉强度为B0、方向竖直向上的匀强磁场中，水平放置

一根长通电直导线，电流的方向垂直于纸面向里．以下列图，A、B、C、D是以直导线为圆

心的同一圆周上均分的四点，A、C连线方向水平，在这四点中()

A．B、D两点的磁感觉强度大小相等

B．A、B两点的磁感觉强度大小相等

C．C点的磁感觉强度的值最大

D．B点的磁感觉强度的值最大

剖析：选A．

以下列图，由安培定则可判断通电直导线在C点的磁感觉强度方向与B0的方向相反，B、

D两点的磁感觉强度方向与B0的方向垂直，故B、D两点磁感觉强度大小相等，A点的磁感

14

应强度方向与B0的方向相同，由磁场的叠加原理知A点的磁感觉强度最大．故只有A项正

确．

二、多项选择题

8．

两小磁针在同一水平面上，因受某种磁场的作用而互相平行，以下列图，产生这种收效

的磁场可能是(忽略小磁针间互相作用)()

A．某条通电直导线产生的磁场

B．相距很近的异名磁极间的磁场

C．某个通电螺线管产生的磁场，其中一个磁针在管内，一个磁针在管外

D．某个单匝通电圆形线圈的磁场，一个磁针在环内，一个磁针在环外

剖析：选AB．两个小磁针互相平行，说明两个小磁针所在地址磁场的磁感线的切线平

行且方向相同，通电直导线产生的磁场的磁感线是一系列的同心圆，以下列图，a、b两点

上放两个小磁针就可以产生题述收效，选项A正确；相距很近的异名磁极间的磁场能够看作

匀强磁场，所以在该磁场放两个小磁针也能够产生题述收效，选项B正确；通电螺线管产生

的磁场中，管内和管外磁感线