2024版新教材高中物理第十三章电磁感应与电磁波初步1.磁场磁感线学生用书新人教版必修第三册

1．磁场磁感线核心素养定位物理观念会应用安培定则判断通电直导线和通电螺线管周围的磁场方向．科学思维(1)知道磁场的基本特性，知道磁感线，知道几种常见磁场磁感线的空间分布情况，体会如何使用形象化的手段描述物理现象．(2)了解安培分子电流假说．科学态度与责任了解磁现象，了解电和磁的联系，了解电流磁效应的发现过程，体会探索自然奥秘的艰难与克服困难带来的成就感．一、电和磁的联系电生磁实验1．奥斯特实验：把导线放置在一个指南针的上方，通电时磁针________了．2．意义：发现了电流的________，首次揭示了________的联系．二、磁场和磁感线1．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．2．磁感线可类比电场线(1)磁感线及其作用在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一个点的________方向都跟这点________的方向一致，这样的曲线叫作磁感线．利用磁感线可以形象地描述磁场．实际上不存在(2)实验模拟在条形磁体上方放置一块玻璃板，在玻璃板上均匀地撒一层细铁屑，可以模拟出磁感线的形状，原因是细铁屑在磁场里________成了“小磁针”．轻敲玻璃板，细铁屑就会有________地排列起来．三、安培定则1．直线电流的磁场：右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与________方向一致，弯曲的四指所指的方向就是________环绕的方向，如图甲所示．2．环形电流的磁场：让右手弯曲的四指与________的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上________的方向，如图乙所示．3．通电螺线管的磁场：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟____________方向一致，拇指所指的方向就是螺线管________磁场的方向，或拇指指向螺线管的________极，如图丙所示．【情境思考】电磁铁在日常生产生活中有广泛应用，如电磁起重机里面的电磁铁可以吸起几吨重的钢材，请根据本节知识作出判断．(1)电磁铁是根据电流的磁效应制成的．()(2)增大通过电磁铁的电流强度，电磁铁可以吸起更重的钢材．()(3)如果改变通过电磁铁的电流方向，电磁铁将不能吸起钢材．()拓展1电现象和磁现象的相似性电现象磁现象自然界中存在正电荷和负电荷磁体上存在S极和N极同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引拓展2任何一个磁体都有两个磁极，无论怎样分割磁体，磁极总是成对出现，不存在磁单极子．即使极细小的磁针也是同时存在N极、S极的．3安培定则中的“因果”关系(1)在判定直线电流的磁场的方向时，拇指指“原因”——电流方向，四指指“结果”——磁场绕向．(2)在判定环形电流磁场方向时，四指指“原因”——电流方向，拇指指“结果”——环内沿中心轴线的磁感线方向．4磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力来推动的列车，它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行．由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，减少了摩擦力，行走时不同于其他列车需要接触地面，只受来自空气的阻力，高速磁悬浮列车的速度可达每小时400公里以上，中低速磁悬浮则多数在每小时100～200公里．目标一磁场和磁感线【导思】——————————————————○如图甲、乙、丙三种情况，它们是电流与磁体、电流与电流间相互作用的情境．(1)图甲中的小磁针为什么会发生偏转？(2)图乙中的通电导线为什么会运动？(3)图丙中通电导线之间的相互作用是怎样发生的？【归纳】——————————————————○一、磁场1．磁场的存在(1)磁体的周围．(2)电流的周围．2．磁场的基本性质：对放入其中的磁体或电流有力的作用．磁体与磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之间的相互作用都是通过磁场发生的．3．磁场的方向性：磁场中小磁针N极的受力方向或静止时N极的指向就是该处的磁场方向．4．磁场的客观性：磁场虽然看不见、摸不着，但却是客观存在的物质．场和实物是物质存在的两种形式．二、磁感线1．磁感线的特点(1)磁感线是为了形象地描述磁场而假想出来的有方向的曲线．(2)磁感线的疏密反映磁场的强弱，越密的地方表示磁场越强，越疏的地方表示磁场越弱．(3)磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向．(4)磁感线的方向：在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极．(5)磁感线是闭合曲线，不相交，不相切，也不中断．2．磁感线与电场线的比较两种线磁感线电场线相似点引入目的形象描述场面引入的假想线，实际不存在疏密场的强弱切线方向场的方向相交不能相交(电场中无电荷空间不相交)不同点闭合曲线不闭合，起始于正电荷(或无穷远)，终止于无穷远(或负电荷)3.常见永磁体的磁场【典例】——————————————————○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如图所示是通有恒定电流的环形线圈和螺线管的磁感线分布图．若通电螺线管是密绕的，下列说法正确的是()A．电流越大，内部的磁场越接近匀强磁场B．螺线管越长，内部的磁场越接近匀强磁场C．螺线管直径越大，内部的磁场越接近匀强磁场D．磁感线画得越密，内部的磁场越接近匀强磁场[训练1]中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也．”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图．结合上述材料，下列说法不正确的是()A．地理南、北极与地磁场的南、北极不重合B．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近C．地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行D．地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用[训练2]磁场中某区域的磁感线如图所示，则下列说法正确的是()A．a处磁场比b处磁场强B．b处磁场和a处磁场强度一样C．小磁针N极在a处受力比b处受力大D．小磁针N极在a处受力比b处受力小目标二安培定则及其应用【归纳】——————————————————○常见的三种电流磁感线分布【典例】——————————————————○例3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()例4如图所示，直导线AB、螺线管E、电磁铁D三者相距较远，其磁场互不影响．当开关S闭合后，则小磁针北极N(灰色一端)指示磁场方向正确的是()A．aB．bC．cD．d思维提升利用安培定则判定电流的磁场方向需注意的问题(1)利用安培定则判断通电直导线的磁场方向时，大拇指指的是电流方向，四指指的方向为磁感线的环绕方向．(2)利用安培定则判断通电螺线管和环形电流的磁场方向时，四指指的是电流方向，大拇指指的方向是磁场方向．[训练3]如图，两根平行通电长直导线固定，左边导线中通有垂直纸面向外、大小为I1的恒定电流，两导线连线(水平)的中点处，一可自由转动的小磁针静止时N极指向平行于纸面向下．忽略地磁场的影响．关于右边导线中的电流I2，下列判断正确的是()A．I2＜I1，方向垂直纸面向外B．I2＞I1，方向垂直纸面向外C．I2＜I1，方向垂直纸面向里D．I2＞I1，方向垂直纸面向里[训练4]如图所示，圆环上带有大量的负电荷，当圆环沿顺时针方向转动时，a、b、c三枚小磁针都要发生转动，以下说法正确的是()A．a、b、c的N极都向纸里转B．b的N极向纸外转，而a、c的N极向纸里转C．b、c的N极都向纸里转，而a的N极向纸外转D．b的N极向纸里转，而a、c的N极向纸外转[训练5][2023·浙江金华模拟]有一种磁悬浮地球仪，其原理如图所示，底座是线圈，地球仪是磁铁，通电时能让地球仪悬浮在空中．下列说法正确的是()A．线圈的两端应该接交流电源B．线圈的a端点须连接直流电源的正极C．线圈的a端点须连接直流电源的负极D．地球仪根据异名磁极互相排斥的原理工作1．(多选)关于磁感线，下列说法中正确的是()A．磁感线的疏密程度反映磁场的强弱B．磁感线是磁场中实际存在的线C．两条磁感线不可能相交D．磁感线总是不闭合的2.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3.一小磁针放置在某磁场(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．N极指向该点磁场方向B．S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4．M1与M2为两根未被磁化的铁棒，现将它们分别放置于如图所示的位置，则被通电螺线管产生的磁场磁化后()A．M1的左端为N极，M2的右端为N极B．M1和M2的右端均为N极C．M1的右端为N极，M2的左端为N极D．M1和M2的左端均为N极5.在宇宙环境中，地磁场保护着地球，地质记录表明，自地球在46亿年前形成以来，已经有过数百次地磁反转，也就是说，地球的磁场在“反极性”(地磁场方向与现在的方向相反)和“正极性”(地磁场方向与现在的方向相同)之间不断变换．物理学家的研究认为，地球的磁极反转在未来仍可能会发生．下列关于地磁反转期间的说法正确的是()A．对依靠磁场进行导航的物种不会有影响B．若地磁场处于最弱的状态时，就不会对地球生物的生存有影响C．太阳辐射的高能粒子直接轰击地球的大气层，可能引发一些疾病D．地球磁场的反转可能是瞬间发生，而不是一个缓慢、渐进的过程6.安培观察到通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场很相似，提出了“分子电流”假说．他认为，在物质内部存在着一种环形电流——分子电流(分子电流实际上是由原子内部电子绕核运动形成的，如图所示)，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极．下列将分子电流(箭头表示电子运动方向)等效为小磁体的选项图中正确的是()1．磁场磁感线导学掌握必备知识一、1．转动2．磁效应电与磁二、1．磁场2．(1)切线磁场(2)磁化规则三、1．电流磁感线2．环形电流磁场3．螺线管电流轴线上N情境思考答案：(1)√(2)√(3)×共研突破关键能力目标一提示：题图甲中小磁针发生偏转、题图乙中通电导线运动、题图丙中通电导线之间吸引或者排斥一定都是受到了力的作用；磁体对磁体有力的作用、电流对磁体有力的作用、磁体对电流有力的作用、电流对电流也有力的作用，这些作用是通过磁场发生的．[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：通电螺线管匝数越多，管道越长，其内部的磁场越接近匀强磁场，与电流大小无关，与如何画磁感线无关；螺线管直径越大，其中心磁场会比较弱，不能看作匀强磁场．B正确．答案：B[训练1]解析：地球为一巨大的磁体，地磁场的南、北极在地理上的北极和南极附近，两极并不重合；且地球内部也存在磁场，只有赤道上空磁场的方向才与地面平行；射向地球赤道的带电宇宙射线粒子的速度方向与地磁场方向不会平行，一定受到地磁场力的作用，故只有C项说法不正确．答案：C[训练2]解析：根据磁感线越密的地方，磁感应强度越大，所以a处的磁感应强度小于b处的磁感应强度，故A、B错误；小磁针在磁感应强度大的地方受到的力大，所以小磁针N极在a处受力比b处受力小，故C错误，D正确．答案：D目标二[例3]解析：根据安培定则可知，因电流方向竖直向上，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；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；根据安培定则可知，因环形电流顶端处垂直纸面向里，则环形导线内部磁场方向从右向左，故C错误；因电流方向竖直向下，依据安培定则可知，磁场方向应该是顺时针方向(俯视)，故D错误．答案：A[例4]解析：根据安培定则可判断出电流的磁场方向，再根据小磁针静止时N极所指的方向为磁场的方向可知C正确．答案：C[训练3]解析：小磁针静止时N极指向平行于纸面向下，说明该处的磁场方向向下，因I1在该处产生的磁场方向向上，则I2在该处产生的磁场方向向下，且大于I1在该处产生的磁场，由安培定则可知I2方向垂直纸面向外，且I2＞I1.答案：B[训练4]解析：由于圆环带负电荷，故当圆环沿顺时针方向转动时，等效电流的方向为逆时针．由安培定则可判断环内磁场方向垂直纸面向外，环外磁场方向垂直纸面向内，磁场中某点的磁场方向即是放在该点的小磁针静止时N极的指向，所以b的N极向纸外转，a、c的N极向纸里转．答案：B[训练5]解析：线圈的两端应该接直流电源，若接交流电源，则会产生一上一下的效果，而无法悬浮，A错误；由题意，通电线圈上端应为S极，根据右手螺旋定则可知，线圈的a端点须连接直流电源的正极，B正确，C错误；地球仪根据同名磁