高中物理教科版选修3-1讲义 第三章 磁场 第1节 磁现象 磁场

第1节磁现象磁场

学习目标核心提炼

1.知道磁体之间、磁体与通电导体之间、通电导体与通3种磁场——磁铁周围

电导体之间的相互作用是通过磁场发生的。的磁场、电流周围的磁

2.知道磁感线的定义和特点，了解几种常见磁场的磁感场、地磁场

线分布。1种场线模型——磁感

3.会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管线

的磁场方向。1个定则——安培定则

一、磁感线

1.我国古代对磁现象的认识及应用

(1)春秋战国时期最早发现并记载了天然磁石具有吸引铁的现象和指示南北方向

的特征。

(2)北宋时期发明了指南针,并很快用于航海。

(3)磁石治疗疾病，《史记》、《本草纲目》中均有记载。

2.电与磁相互联系现象的发现及第二次产业革命

(1)奥斯特发现了电流磁效应。

(2)法拉第发现了电磁感应现象，打开了电气化技术时代的大门，导致了人类历

史上的第二次产业革命。

3.信息技术中的磁现象

(1)原理：某些磁性物质能够把磁场对它的作用记录下来，长久保存且在一定条

件下复现。

(2)应用：制成磁存储部件或设备，如磁带、磁盘、磁鼓、磁卡等。

4.生物体中的磁现象

(1)鸽子识归巢、候鸟辨迁途、海龟找“故乡”均可能与这些动物对地球磁场的敏感

有关。

(2)人体器官也存在磁性。

⑶医院里使用的核磁共振断层成像装置等。

二、磁场

1.磁场

（1）定义：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，都是通过磁场发生的。

（2）基本性质：对放入其中的磁体或电速有力的作用。

2.磁感线

（1）定义：在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向为该点的磁场方

向。这样的曲线就叫做磁感线。

（2）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，即小磁针七极所受磁力的

方向。

②磁铁外部的磁感线从此极指向极，内部从极指向极，磁感线是闭合

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。

（3）条形磁铁和蹄形磁铁周闱磁场的磁感线分布（如图1所示）

图1

思考判断

1.磁场的基本性质是对处在磁场中的磁极或电流有力的作用。（4）

2.磁极和磁极之间的相互作用是通过磁场产生的。（Y）

3.电流和也流之间的相互作用是通过电场产生的。（x）

4.磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的。（X）

5.磁感线上每点的切线方向就是该点的磁场方向。（4）

三、电流周围的磁场安培定则

电流周围的磁感线方向可根据安培定则判断。

I.直线电流的磁场

安培定则：右手握住导线,让伸直的拇指所指的方向与电遍方向一致，弯曲的I四

指所指的方向就是磁感线环绕的方向。如图2所示。

图2

2.环形电流的磁场

让右手弯曲的四指与史区电魂的方向一致，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。如图3所示。

图3

3.通电螺线管的磁场

通电螺线管是由许多匝环形电流迹而成，因此，通电螺线管的磁场是这些坯形

电流磁场的叠加,因此利用环形电流的安培定则判断通电螺线管的磁场。如图4

所示。

图4

思维拓展

如图5所示，。、方是直线电流的磁场，c、d是环形电流的磁场，e、/是通电螺

线管的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感浅方向。

图5

答案如图所示

四、安培分子电流假说

1.分子电流假说：在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种环形电流一分

子电流。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。

2.磁现象的电本质：磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的定向运动产生

的。

五、地磁场

1.地磁场：地球本身是一个磁体，N极位于地理酉极附近，S极位于地理北极附

近。（如图6所示）

2.磁偏角：地球的地理两极与地磁两极并不重合，因此，磁针并非准确地指向南

北，其间有一个夹角，这就是地磁偏角，简称磁偏角。磁偏角的数值在地球上的

不同地点是丕回的。

思考判断

1.一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

过磁场发生的。(4)

2.奥斯特实脸说明了磁场可以产生电流。(x)

3.单独一个带电体可以只带正电荷(或负电荷)，同样磁体也可以只有N极或S极。

(x)

4.地理的南北极与地磁的南北极并不重合，地磁的北极在地理北极附近。(X)

要点！■对磁场的理解

［要点归纳1

1.电场与磁场的比较

电场磁场

场源电荷磁体、电流、运动电荷

对放入其中的电荷有电场力的作对放入其中的磁体、通电导线有

基本性质

用磁场力的作用

相同点磁场和电场都是客观存在的特殊物质，都具有能量

2.奥斯特实验

(1)实验时，通电直导线要南北方向水平放置，磁针要与导线平行地放在导线的

正下方或正上方。以保证电流的磁场与地磁场方向不同而使小磁针发生转动。

(2)由于地磁场使磁针指向南北方向，直导线通电后小磁针改变指向说明通电直

导线周围产生了磁场，即电流周围产生磁场，也就是电流的磁效应。

3.对地磁场的理解

(1)地磁场的方向

地磁N极位于地理南极附近，地磁S极位于地理北极附近，但它们位置的差别

不是很大，因此我们一般认为：

①地理南极正上方磁场方向竖直向上，地理北极正上方磁场方向竖直向下。

②在赤道正上方，距离地球表面高度相等的点，磁场的强弱相同，且方向水平向

北。

③在南半球，地磁场方向向北偏向上方；在北半球，地磁场方向向北偏向下方。

（2）磁偏角的形成

磁偏角是小磁针的指向与正南、正北方向间的夹角；磁偏角的存在是因为地球的

地理两极与地磁两极并不重合。小磁针静止时，它的两极分别指向地磁两极而不

是地理两极，所以产生了磁偏角。

（3）地磁场的作用

由于磁场对运动电荷有力的作用，故射向地球的带电粒子，其运动方向会发生变

化，不能到达地球。因此，地磁场对地球生命有保护作用。

［精典示例］

［例1］（多选）下列说法正确的是（）

A.磁场是客观存在的一种物质

B.磁体上磁性最强的部分叫磁极，任何磁体都有两个磁极

C.磁极或电流在自己底围的空间会产生磁场

D.磁体与磁体间的相互作用是通过磁场发生的，而磁体与通电导体间以及通电导

体与通电导体之间的相互作用不是通过磁场发生的

解析磁场是存在于磁体和通电导体周围的一种客观存在的物质，磁体与磁体、

磁体与通电导体、通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场产生的。

答案ABC

［针对训练1］地球是一个大磁体，①在地面上放置一个小磁针，小磁针的南极指

向地磁场的南极；②地磁场的北极在地理南极附近；③赤道附近地磁场的方向和

地面平行；④北半球地磁场方向相对地面是斜向二的；⑤地球上任何地方的地磁

场方向都是和地面平行的。以上关于地磁场的描述正确的是（）

A.①②④B.②③④C.①⑤D.②③

解析求解该题应先明确地磁场的特点及地球表面各处地磁场的方向°地面11的

小磁针静止时，磁针率极应指向地磁场的北极。池磁场的南极在地理北极临近，

地磁场的北极在地理筐极附近，因此地磁场的方向在赤道附近和地面平行，北半

球地磁场方向相对地面是斜向下的，南半球是斜向上方的。

答案D

要点2对磁感线的理解

［要点归纳］

1.磁感线的特点

(1)为形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在。

(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱，密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱。

(3)磁感线的方向：磁体外部从N极指向S极，磁体内部从S极指向N极。

(4)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断。

⑸磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向。

2.磁感线与电场线的比较

种线

比较装、磁感线电场线

形象描述场而引入的假想线，实际不

相引入目的

存在

似

疏密场的强弱

点

切线方向场的方向

相交不能相交

不闭合，起始于正电荷或无限远，终

不同点闭合曲线

止于负电荷或无限远

3.常见永磁体的磁场

4.匀强磁场

［精典示例］

［例2］(多选)磁场中某区域的磁感线如图7所示，。、b、c、4、e是磁场中的5个

点，其中°、”两点关于直线对称，下面说法正确的是()

图7

A.这5个位置中，e点的磁感应强度最大

B.a点没有磁感线穿过，所以。点磁感应强度一定为零

C.c、d两点关于直线对称，所以c、d两点磁感应强度方向相同

D.b、"两点在同一直线上，所以仄e两点磁感应强度方向相同

解析从磁感线分布情况看，《点位置的磁感线分布最密集，磁感应强度最大，

A正确；Q处磁感线相对其他位置比较稀疏，。处磁感应强度较小，但并不是零，

B错误；在c、”两点切线方向表示c、d点的磁感应强度方向，所以c、4两点

的磁感应强度方向并不相同，C错误；b.e两点的切线在同一直线上，所以D

正确。

答案AD

［针对训练2］（多选）下列关于电场线和磁感线的说法正确的是（）

A.电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线

B.磁场中两条磁感线一定不相交，但在复杂电场中的电场线是可以相交的

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

解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，实际不

存在，A错误；两种场线的切线方向均表示相应的场方向，两种场线都不会相交,

B错误；电场线起始于正电荷或无限远、终止于负电荷或无限远，而磁感线在磁

体外部由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

要点3利用安培定则判定电流磁场的方向

［要点归纳I

常见电流的磁场

安培定则立体图横截面图纵截面图

■>/x

*X

直X

••

*XX

线•■X

电•x

Dx

电

以导线上任意点为圆心垂直于导线的多组同心圆，越向夕卜越稀疏，磁场越弱

流

环

形；N

八

X

电

流环内磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏

：X

◎

通0QQ)

电,009、

螺X

内部为匀强磁场且比外部强，方向由极指向极，外部类似条形磁铁，由

线SN

极指向极

管NS

［精典示例］

［例3］电路没接通时三个小磁针方向如图8所示，试确定电路接通后三个小磁针

的转向及最后的指向。

图8

解析接通电源后，螺线管的磁场内部从左指向右，外部从右指向左，如图所示,

故小磁针1顺时针转动，小磁针3逆时针转动，小磁针2基本不动。

答案小磁针I顺时针转动，小磁针3逆时针转动，小磁针2基本不动

方法总结|

小磁针在磁场中受力方向的判断方法

(1)当小磁针处于磁体产生的磁场中，或环形电流、通电螺线管外部时，可根据

同名磁极相斥，异名磁极相吸来判断小磁针的受力方向。

(2)当小磁针处于直线电流的磁场中或处于环形电流、通电螺线管内部时，应该

根据小磁针N极所指方向与通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。

［针对训练3］如图9所示为磁场作用力演示仪中的赫姆霍兹线圈，当在线圈中心

处挂上一个小磁针，旦与线圈在同一平面内，则当赫姆霍兹线圈中通以如图所示

方向的电流时（）

图9

A.小磁针N极向里转

B.小磁针N极向外转

C.小磁针在纸面内向左摆动

D.小磁针在纸面内向右摆动

解析由于线圈中电流沿顺时针方向，根据安培定则可以确定，线圈内部轴线上

磁感线方向垂直于纸面向里。而小磁针N极受力方向和磁感线方向相同，故小

磁针N极向里转。

答案A

1.（对磁场的理解）（多选）关于磁场，下列说法正确的是（）

A.其基本性质是对处于其中的磁体或电流有力的作用

B.磁场是看不见、摸不着、实际不存在的，是人们假想出来的一种物质

C.磁场是客观存在的•种特殊物质形态

D.磁场的存在与否决定于人的思想，想其有则有，想其无则无

解析磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流有力的作用，A正确；磁场虽

然看不见、摸不着，但是它是客观存在的，B、D错误，C正确。

答案AC

2.（对地磁场的理解）（多选）下列说法正确的是（）

A.地球是一个巨大的磁体，其N极在地理南极附近，S极在地理北极附近

B.地球表面的磁场的竖直分量在南半球垂直于地面向上，在北半球垂直于地面向

下

C.在地球的周围存在着磁场，但地磁的两极与地理的两极并不重合，其间有一个

夹角，这就是磁偏角，磁偏角的数值在地球上不同地点是相同的

D.在地球表面各点磁场强弱相同

解析地磁场的分布类似于条形磁铁周围的磁场分布，所以在地球表面赤道上的

磁场最弱，选项D错误；在地球上不同位置，磁偏角的数值是不同的，因此选

项C错误。

答案AB

3.（对磁感线的理解）关于磁感线，下列说法正确的是（）

A.两条磁感线的空隙处一定不存在磁场

B.磁感线不可能从S极到N极

C.磁场不一定都是由磁铁产生的

D.两个磁场叠加的区域，磁感线可能相交

解析磁感线是为了形象描绘磁场而假想的一组有方向的曲线，曲线上任一点的

切线方向表示该点的磁场方向，

曲线疏密表示磁场的强弱，A错误；磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场，C正

确；在磁体外部磁感线从N极到S极，内部从S极到N极，磁感线在任何情况

下都不相交，所以B、D错误。

答案C

4.（安培定则的理解和应用）（多选）如图1（）所示，螺线管中通有电流，如果在图中

的〃、b、。三个位置上各放一个小磁针，其中。在螺线管内部，则（）

S0・b

-li----------

图10

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。处的小磁针的N极向右

解析由安培定则，通电螺线管的磁场如图所示，右端为N极，左端为S极。

在。点磁场方向向右，则小磁针在。点时，N极向右，A项错误，D项正确；在

〃点磁场方向向右，则小磁针在人点时，N极向石，B项正确；在c点，磁场方

向向右，则小磁针在c点时，N极向右，S极向左，C项错误。。

基础过关

1.（多选）以下关于地磁场的说法正确的是（）

A.地磁场是地球的盾牌，起着保护地球上生命的作用

B.地磁场的N极在地理南极附近，但不与南极重合

C.地磁场的方向会随时间的流逝而缓慢变化

D.在行星中，只有地球有磁场

解析宇宙中射向地球的高能粒子流如果不受阻碍地射到地球上，会杀死地球上

的生命体，正是由于地磁场的保护，使得大量的粒子被偏转，人类和其他生命才

得以延续，故选项A正确；地磁场的N极在地理南极附近，但不与南极重合，

有磁偏角，选项B正确；地磁场的N、S极的位置会缓慢移动，故选项C正确;

在行星中，并不是只有地球有磁场，故选项D错误。

答案ABC

2.铁棒A能吸引小磁针，铁棒B能排斥小磁针，若将铁棒A靠近铁棒B时，下

述说法正确的是（）

A.A、B一定相互吸引

B.A、8一定相互排斥

C.A、8间可能无磁场力作用

D.A、8可能相互吸引，也可能相互排斥

解析小磁针本身有磁性，能够吸引没有磁性的铁棒，故铁棒A可能有磁性，

也可能没有磁性，只是在小磁针磁场作用下暂时被磁化的结果。铁棒B能排斥

小磁针，说明铁棒8一定有磁性，若A无磁性，当A靠近3时，在8的磁场作

用下也会被磁化而发生相互吸引作用；若从有磁性，则4、3两磁体都分别有北

极和南极，当它们的同名磁极互相靠近时，互相排斥；当异名磁极相互靠近时，

互相吸引，这说明不论A有无磁性，它们之间总有磁场力的作用，故选项D正

确。

答案D

3.（多选）（2017.湖北黄冈期中）关于磁场、磁感线和电场线，下列说法正确的是

（）

A.磁感线是闭合曲线，而静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.地磁场的磁感线起于地球的北极附近，终止于地球的南极附近

D.在赤道正上方，距地球表面高度相等的点，磁场的强弱相同，且方向水平向北

解析磁体周围的磁感线从N极出发回到S极，在内部则是从S极回到N极，

磁感线是闭合曲线，电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷，静

电场线不是闭合曲线，A正确；磁感线和电场线不一定互相平行，B错误；磁体

周围的磁感线从N极已发回到S极，在内部则是从S极回到N极，故地磁场的

磁感线起于地球的地理南极，进入地球的地理北极，不是终止，C错误；地磁场

在赤道正上方，距地球表面高度相等的点，磁场的强弱相同，且方向水平向北，

D正确。

答案AD

4.（2017.湖北宜昌夷陵区月考）如图1所示，长直导线A3、螺线管C、电磁铁。

三者串联在同一电路中，它们之间相距较远，产生的磁场互不影响，开关S闭合

后，图中所示的四个兀自由转动的小磁针。、b、c、d的北极（黑色一端）静止时

的指向正确的是（）

图1

A.aB.bC.cD.d

解析可自由转动的小磁针在磁场中^止时的北极指向与其所在处磁感线的方

向一致，通电直导线48周围的磁感线是以导线A8上各点为圆心的同心圆，且

都在与导线垂直的平面上，其方向为逆时针方向（俯视），A错误；通电螺线管C

周围的磁感线分布与条形磁铁周围的磁感线分布相似，可知小磁针力处的磁感线

方向由右指向左，小磁针。处的磁感线方向由左指向右，B正确，C错误；电磁

铁。周围的磁感线分布与蹄形磁铁周围的磁感线分布相似，可知小磁针d处的

磁感线方向是由左指向右，D错误。

答案B

5.（2017•福建晋江期中）如图2所示是某个磁场的磁感线分布，则A点和B点的磁

感应强度的大小关系是（）

A.A点的磁感应强度大

B.B点的磁感应强度大

C.A点的磁感应强度等于B点的磁感应强度

D.无法确定

解析磁感线的疏密表示磁感应强度的大小。由题图知A处的磁感应强度大于B

处的，A正确。

答案A

6.（多选）如图3所示，一带负电的金属环绕轴0。以角速度s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是（）

A.A处指向左B.A处指向右

C.B处指向左D.B处指向右

解析带负电的金属环旋转时，形成了与转动方向相反的环形电流，此环形电流

在A处产生的磁场方向向左，在8处产生的磁场方向向右，所以平衡后小磁针

北极在A处指向左，在8处指向右，A、D正确,

答案AD

能力提升

7.如图4所示，E、厂分别表示蓄电池两极，P、。分别表示螺线管两端。当闭合

开关时，发现小磁针N极偏向螺线管。端。下列判断正确的是（）

图4

A.E为蓄电池正极

B.流过电阻R的电流方向向上

C.螺线管P端为S极

D.管内磁场方向由尸指向。

解析N极偏向。端，说