高中物理 第5章 磁场与回旋加速器 1 磁与人类文明 怎样描述磁场导学案 沪科版选修

5.3 探究电流周围的磁场1．电流的磁场电流周围产生的磁场的方向可以用安培定则(右手螺旋定则)来判定。

直线电流的磁场(1)判断通电直导线周围的磁场：用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向跟电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的方向。

(2)环形电流的磁场。

预习交流1环形电流的方向跟中心轴上的磁感线方向之间有什么关系？怎样判断环形电流的磁感线的方向？答案：垂直。

环形电流的磁感线方向用安培定则判断：如图所示，右手弯曲的四指指向环形电流的方向，则伸直的拇指所指的方向是环形导线中心轴线处的磁感线方向。

(3)通电螺线管的磁场。

预习交流2通电螺线管的磁场也可以用安培定则来判断，请参见如图判断通电螺线管内部的磁感线的方向。

答案：用右手握住螺线管，让弯曲四指所指的方向跟电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，也就是说，拇指指向通电螺线管的北极。

2．探究磁现象的本质安培分子电流假设：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微小的磁体，分子的两侧相当于两个磁极。

预习交流3假设地球的磁场是由于地球带某种电荷而又绕地轴自转产生的，你认为地球带有什么电荷？答案：由于地理北极在地磁南极附近，故地球内部磁场方向是由北指向南，而地球自转方向是自西向东转，据安培定则知地球应带负电荷。

一、电流的磁场如图所示，环形导线中有一小磁针，未通电时如图放置，通电后的转向及最后N极的指向将怎样？答案：线圈通电后形成顺时针电流，由安培定则可判断线圈形成的磁场方向为线圈内垂直纸面向里，线圈外为垂直纸面向外。

小磁针北极指向磁场方向，所以北极向纸内转动。

如图中，a、b是直线电流的磁场，c、d是环形电流的磁场，e、f是螺线管电流的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向。

答案：见解析解析：根据安培定则，可以确定a中电流方向垂直纸面向里，b中电流的方向从下向上，c中电流方向是逆时针，d中磁感线的方向向下，e中磁感线方向向左，f中磁感线的方向向右。

学案2 探究电流周围的磁场[学习方针定位] 1.了解直线电流、环形电流、通电线圈的磁感线分布，并会运用安培定则判定电流的磁场标的目的.2.知道磁现象的电本质，了解安培分子电流假说．1820年，丹麦物理学家奥斯特发现通电导线也能使小磁针偏转，揭示了电与磁的联系．一、电流的磁场电流的磁场可以用安培定则(右手螺旋定则)来判定1．直线电流的磁场：用右手握住导线，让大拇指指向电流的标的目的，则弯曲的四指所指的标的目的就是磁感线的环绕标的目的．2．环形电流的磁场：环形电流磁场的磁感线是一些围绕环形导线的闭合曲线．在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直．3．通电螺线管的磁场：通电螺线管外部磁感线和条形磁铁外部的磁感线相似，也是从北极出来，进入南极．螺线管内中间部分的磁感线跟螺线管的轴线平行，标的目的由南极指向北极，并和外部磁感线连接，形成闭合曲线．长直通电螺线管内中间部分的磁场近似为匀强磁场.二、探究磁现象的本质1821年，安培提出了安培分子电流假说，他认为，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微小的磁体，分子电流的两侧相当于两个磁极．安培的分子电流假设揭示了磁性的发源，即磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的．一、电流的磁场[问题设计]1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流周围存在磁场，电流周围的磁场具有什么特征？仔细观察实验，说明电流的磁场的特点．(1)让一直导线垂直穿过一块水平硬纸板，将小磁针放置在水平硬纸板遍地，接通电源．观察小磁针在遍地的指向，分析直线电流的磁感线的特点．(2)用相同的方式研究环形电流磁场的磁感线的分布，也可用细铁屑模拟磁感线的分布，分析其磁感线的特点．(3)用细铁屑模拟通电螺线管的磁感线分布，分析其磁感线的特点．答案见要点提炼．[要点提炼]电流周围的磁感线标的目的可按照安培定则判断．1．直线电流的磁场：以导线上任意点为圆心的同心圆，越向外越疏．(如图1所示)图12．环形电流的磁场：内部比外部强，磁感线越向外越疏．(如图2所示)图23．通电螺线管的磁场：内部为匀强磁场，且内部比外部强．内部磁感线标的目的由S极指向N极，外部由N极指向S极．(如图3所示)图3二、探究磁现象的本质[问题设计]磁铁和电流都能产生磁场，而且通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场十分相似，它们的磁场有什么联系？答案它们的磁场都是由电荷的运动产生的．[要点提炼]1．安培分子电流假说安培认为，物质微粒内的分子电流使它们相当于一个个的小磁体(如图4)．图42．当铁棒中分子电流的取向大致相同时，铁棒对外显磁性(如图5甲)；当铁棒中分子电流的取向变得杂乱无章时，铁棒对外不显磁性(如图乙)．图53．安培分子电流假说说明一切磁现象都是由电荷的运动产生的．一、对安培定则的理解与应用例1如图6所示，a是直线电流的磁场，b是环形电流的磁场，c是通电螺线管电流的磁场，试在各图中补画出电流标的目的或磁感线标的目的．图6解析按照安培定则，可以确定a中电流标的目的垂直纸面向里，b中电流标的目的为逆时针标的目的，c中螺线管内部磁感线标的目的向左．答案见解析针对训练如图所示，当开关S闭合后，小磁针处在通电电流的磁场中的位置正确的是()答案 D解析依据安培定则，判断出电流的磁场标的目的；再按照小磁针静止时N极的指向为磁场的标的目的，判知D正确．二、磁感应强度矢量的叠加例2如图7所示，两个完全相同的通电圆环A、B圆心O重合、圆面彼此垂直的放置，通电电流相同，电流标的目的如图所示，设每个圆环在其圆心O处独立产生的磁感应强度都为B0，则O处的磁感应强度大小为()图7A．0 B．2B0C.2B0 D．无法确定解析A通电圆环在O点处产生的磁场由安培定则可知垂直纸面向里，大小为B0，同理由安培定则知B圆环在O点处产生的磁场标的目的竖直向下，大小也为B0.所以O点合磁场的磁感应强度大小为2B0，选项C正确．答案 C三、对磁现象的本质的认识例3关于磁现象的电本质，下列说法正确的是()A．除永久磁铁外，一切磁场都是由运动电荷或电流产生的B．按照安培的分子电流假说，在外磁场感化下，物体内部分子电流取向变得大致相同时，物体就被磁化了，两端形成磁极C．一切磁现象都发源于电流或运动电荷，一切磁感化都是电流或运动电荷之间通过磁场而发生的彼此感化D．磁就是电，电就是磁；有磁必有电，有电必有磁解析永久磁铁的磁场也是由运动的电荷产生的．故A错误．没有磁性的物体内部分子电流的取向是杂乱无章的，分子电流产生的磁场彼此抵消，但当受到外界磁场的感化力时分子电流的取向变得大致相同时分子电流产生的磁场彼此加强，物体就被磁化了，两端形成磁极．故B正确．由安培分子电流假说知C正确．磁和电是两种分歧的物质，故磁是磁，电是电．有变化的电场或运动的电荷就能产生磁场，但静止的电荷不能产生磁场，恒定的电场不能产生磁场，同样恒定磁场也不能产生电场，故D错误．答案BC1．(安培定则的理解与应用)如图8所示为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是()图8A．①③B．②③C．①④D．②④答案 C解析由安培定则可以判断出直线电流产生的磁场标的目的，①正确，②错误．③和④为环形电流，注意让弯曲的四指指向电流的标的目的，可判断出③错误，④正确．故正确选项为C.2．(安培定则的理解与应用)如图9所示，a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右侧，当这些小磁针静止时，小磁针N极的指向是()图9A．a、b、c均向左B．a、b、c均向右C．a向左，b向右，c向右D．a向右，b向左，c向右答案 C解析小磁针静止时N极的指向与该点磁感线标的目的相同，如果a、b、c三处磁感线标的目的确定，那么三枚磁针静止时N极的指向也就确定．所以，只要画出通电螺线管的磁感线如图所示，即可知a磁针的N极在左边，b磁针的N极在右边，c磁针的N极在右边．3．(磁感应强度矢量的叠加)如图10所示，a、b两根垂直纸面的直导体通有大小相等的电流，两导线旁有一点P，P点到a、b距离相等，要使P点的磁场标的目的向右，则a、b中电流的标的目的为()图10A．都垂直于纸面向纸里B．都垂直于纸面向纸外C．a中电流垂直于纸面向外，b中电流垂直于纸面向里D．a中电流垂直于纸面向里，b中电流垂直于纸面向外答案 C解析按照矢量合成可知，a在P点的磁场标的目的沿aP连线的垂线向上，b在P点的磁场标的目的沿bP连线的垂线向下，再由安培定则判断得：a中电流垂直于纸面向外，b中电流垂直于纸面向里，C正确．4．(对磁现象的本质的认识)用安培提出的分子电流假说可以解释的现象是()A．永久磁铁的磁场B．直线电流的磁场C．环形电流的磁场D．软铁棒被磁化的现象答案AD解析安培分子电流假说是安培为解释磁体的磁现象而提出来的，所以选项A、D是正确的；而通电导线周围的磁场是由其内部自由电荷定向移动产生的宏观电流而产生的．分子电流和宏观电流虽然都是运动电荷引起的，但产生的原因是分歧的，故正确答案为A、D.题组一对安培定则的理解与应用1．如图1所示，小磁针正上方的直导线与小磁针平行，当导线中有电流时，小磁针会发生偏转．首先观察到这个实验现象的物理学家和观察到的现象是()图1A．物理学家伽利略，小磁针的N极垂直转向纸内B．天文学家开普勒，小磁针的S极垂直转向纸内C．物理学家牛顿，但小磁针静止不动D．物理学家奥斯特，小磁针的N极垂直转向纸内答案 D解析发现电流的磁效应的科学家是奥斯特，按照右手螺旋定则和小磁针N极所指的标的目的为该点磁场标的目的可知D对；故选D.2．下列各图中，已标出电流及电流磁场的标的目的，其中正确的是()解析电流与电流磁场的分布，利用的是右手螺旋定则判断，大拇指指向直导线电流标的目的，四指指向磁感线标的目的，因此A、B错；对于螺线管和环形电流中，四指弯曲标的目的为电流标的目的，大拇指指向内部磁场标的目的，故选D.3．如图2所示的螺线管内放置一小磁针，下列判断正确的是()图2A．电源A端为正、B端为负，线圈右端为S极，左端为N极B．电源A端为负、B端为正，线圈右端为S极，左端为N极C．电源A端为负、B端为正，线圈右端为N极，左端为S极D．电源A端为正、B端为负，线圈右端为N极，左端为S极答案 B解析由小磁针N极的指向确定通电螺线管内磁感线的标的目的为从右向左，再按照安培定则，确定在电源外部电流标的目的由B指向A，电源B端为正，线圈左端为N极，故B 正确．题组二对磁现象的本质的认识4．关于安培分子电流假说的说法正确的是()A．安培观察到物质内部有分子电流存在就提出了假说B．为了解释磁铁产生磁场的原因，安培提出了假说C．事实上物质内部并不存在类似的分子电流D．按照后来科学家研究，原子内电子绕核旋转形成环形电流与安培分子电流假说相符答案BD5．磁铁在高温下或者受到敲击时会失去磁性，按照安培的分子电流假说，其原因是() A．分子电流消失B．分子电流的取向变得大致相同C．分子电流的取向变得杂乱D．分子电流的强度减弱答案 C解析由于高温或猛烈的敲击，会使本来取向一致的分子电流变得杂乱，从而失去磁性，故C选项正确．题组三磁感应强度矢量的叠加6．取两个完全相同的长导线，用其中一根绕成如图3甲所示的螺线管，当该螺线管中通以电流强度为I的电流时，测得螺线管内中部的磁感应强度大小为B，若将另一根长导线半数后绕成如图乙所示的螺旋管，并通以电流强度也为I的电流时，则在螺线管内中部的磁感应强度大小为()图3A．0 B．0.5B C．B D．2B解析 用双线绕成的螺丝管，双线中的电流刚好相反，其在周围空间产生的磁场彼此抵消，所以螺线管内中部磁感应强度为零．7．分别置于a 、b 两处的长直导线垂直纸面放置，通有大小相等的恒定电流，标的目的如图4所示，a 、b 、c 、d 在一条直线上，且ac ＝cb ＝bd.已知c 点的磁感应强度大小为B1，d 点的磁感应强度大小为B2.若将b 处导线的电流堵截，则( )图4A ．c 点的磁感应强度大小变为12B1，d 点的磁感应强度大小变为12B1－B2B ．c 点的磁感应强度大小变为12B1，d 点的磁感应强度大小变为12B2－B1C ．c 点的磁感应强度大小变为B1－B2，d 点的磁感应强度大小变为12B1－B2D ．c 点的磁感应强度大小变为B1－B2，d 点的磁感应强度大小变为12B2－B1答案 A解析 设a 导线在c 点的磁感应强度大小为B ，在d 点的磁感应强度大小为B′. 按照右手螺旋定则有：B1＝2B B2＝B －B′联立两式解得B ＝12B1，B′＝12B1－B2.故A 正确，B 、C 、D 错误．8.如图5所示，两根彼此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、标的目的相反的电流．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，下列说法正确的是( )图5A ．O 点处的磁感应强度为零B ．a 、b 两点处的磁感应强度大小相等，标的目的相反C ．c 、d 两点处的磁感应强度大小相等，标的目的相同D ．a 、c 两点处磁感应强度的标的目的分歧 答案 C解析 按照安培定则判断磁场标的目的，再结合矢量的合成知识求解．按照安培定则判断：两直线电流在O 点产生的磁场标的目的均垂直于MN 向下，O 点的磁感应强度不为零，故A 选项错误；a 、b 两点的磁感应强度大小相等，标的目的相同，故B 选项错误；按照对称性，c 、d 两点处的磁感应强度大小相等，标的目的相同，故C 选项正确；a 、c 两点的磁感应强度标的目的相同，故D 选项错误．。

5.1磁与人类文明教材分析磁现象和磁场是新教材中磁场章节的第一节课，从整个章节的知识安排来看，本节是此章的知识预备阶段，是本章后期学习的基础，是让学生建立学习磁知识兴趣的第一课，也是让学生建立电磁相互联系这一观点很重要的一节课，为以后学习电磁感应等知识提供铺垫。

整节课主要侧重要学生对生活中的一些磁现象的了解如我国古代在磁方面所取得的成就、生活中熟悉的地磁场和其他天体的磁场（太阳、月亮等），故本节课首先应通过学生自己总结生活中与磁有关的现象。

电流磁效应现象和磁场对通电导线作用的教育是学生树立起事物之间存在普遍联系观点的重要教学点，是学生在以后学习物理、研究物理问题中应有的一种思想和观点。

学生分析磁场的基本知识在初习中已经有所接触，学生在生活中对磁现象的了解也有一定的基础。

但磁之间的相互作用毕竟是抽象的，并且大部分学生可能知道电与磁的联系，但没有用一种普遍联系的观点去看电与磁的关系，也没有一种自主的能力去用物理的思想推理实验现象和理论的联系。

学生对磁场在现实生活中的应用是比较感兴趣的，故通过多媒体手段让学生能了解地磁场、太阳的磁场和自然界的一些现象的联系（如黑子、极光等），满足学生渴望获取新知识的需求。

教学目标一、知识与技能1、让学生自己总结生活中与磁有关的现象，了解现实生活中的各种磁现象和应用，培养学生的总结、归纳能力。

2、通过实验了解磁与磁、磁与电的相互作用，掌握电流磁效应现象。

使学生具有普遍联系事物的能力，培养观察实验能力和分析、推理等思维能力。

3、通过直观的多媒体手段让学生熟悉了解地磁场和其他天体的磁场及与之有关的自然现象。

二、过程与方法1、让学生参与课前的准备工作，收集课外的各种磁有关的现象和应用。

2、在电流磁效应现象的教育中，本节课采用类似学研究的方式，还原物理规律的发现过程，强调学生自主参与。

3、学生对物理现象进行分析、比较、归纳，采用老师与学生双向交流感知现象下的物理规律的普遍联系。

磁与人类文明怎样描述磁场1.了解我国古代在磁方面的成就，知道地磁场及认识各种磁性材料.2.知道磁感线的定义，知道条形磁体的磁感线分布及磁感线的特点.(重点)3.知道磁通量是定量描述磁场的物理量，知道磁通量的概念，并会进行计算.(重点)4.了解磁感应强度，知道其方向的规定.(重点、难点)一、改变人类活动的发明指南针是我国古代四大发明之一，我国古人利用磁石指向南北的特性发明了指示方向的司南，在古代这种器具称为“指南针”.指南针的发明，促进了人类文明的传播，使航海事业得到了发展.二、地磁场及磁性材料1.地磁场(1)定义：地球周围存在磁场，这个磁场叫地磁场Ｗ.(2)地理南北极与地磁南北极的关系：指南针在静止时沿地球南北取向，这表明地球是一个大磁体.地磁的N极(北极)位于地理的南极附近，地磁的S极(南极)位于地理的北极附近.(3)磁偏角地磁的两极跟地理的两极并不重合，地磁轴和地球自转轴两者的夹角约为11°，因而水平放置的磁针的指向跟地理子午线之间有一个交角，这个交角叫做磁偏角Ｗ.2.形形色色的磁性材料(1)磁化：人们通过人工方法使磁性材料获得磁性的过程.(2)退磁：磁性材料被磁化后，在一定条件下会失去磁性，这个过程叫做退磁或去磁Ｗ.(3)磁性材料的分类根据磁性材料被磁化后退磁的难易程度分为软磁性材料和硬磁性材料Ｗ.磁化后容易退磁的物质叫做软磁性材料，不容易退磁的物质叫做硬磁性材料Ｗ.(4)计算机磁盘及磁盘驱动器计算机磁盘是在盘片上均匀地涂上一层极薄的磁性材料构成的，盘片是软塑料薄膜的叫软盘，盘片是硬的铝片或陶瓷片的叫硬盘Ｗ.盘片按指定格式被磁化，就成了能保存信息的磁盘.三、磁场的描述1.磁场的形象描述(1)实验观察磁感线的分布①磁感线：是在磁场中画出的一些有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的切线方向都在该点磁场的方向上. ②磁感线的疏密表示磁场的强弱Ｗ. ③磁感线不相交、不相切、不中断、是闭合曲线；在磁体外部，从N 极指向S 极；在磁体内部，由S 极指向N 极Ｗ.(2)匀强磁场 磁感应强度大小、方向处处相同的磁场叫匀强磁场，匀强磁场的磁感线是一些间距相同的平行直线.1.在用实验观察时，细铁屑的分布是磁感线吗？提示：不是.2.磁场的定量描述(1)磁通量①定义：设在匀强磁场中有一个与磁感线方向垂直的平面，若穿过该平面的磁感线有Φ条，我们就称穿过这个平面的磁通量为Φ.②单位：韦伯，简称韦，符号是Wb Ｗ.1 Wb ＝1 T ·m 2③磁通量是标量，但有正负.(2)磁感应强度①定义：垂直穿过某单位面积上的磁通量叫做磁感应强度.②定义式：B ＝ΦS. ③单位：特斯拉，简称特Ｗ.符号是T Ｗ.1 T ＝1 Wb m2 ④磁感应强度是矢量，自由小磁针静止时N 极所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向，简称为磁场的方向.2.穿过某一面积的磁感线条数越多，该处的磁场就越强吗？提示：不一定，穿过某面积的磁感线条数不仅和磁感应强度有关还与该面的放置方式有关.对地磁场的认识学案导引1.指南针指南的原因是什么？2.地磁场的分布和条形磁铁形成的磁场一样吗？1.地磁场：地球本身是一个磁体，附近存在的磁场叫地磁场，地磁的南极在地球北极附近，地磁的北极在地球南极附近，磁感线分布如图所示.2.地磁场的分布特点(1)地磁体周围的磁场分布：与条形磁铁周围的磁场分布情况相似.(2)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.(3)在赤道正上方，距离地球表面高度相等的各点，磁场的强弱相同，且方向水平向北.(4)在南半球，地磁场方向指向北上方；在北半球，地磁场方向指向北下方.3.指南针指南的原因地球的磁场很弱，其表面的磁场比一条小磁铁近旁的磁场弱得多，然而，能自由旋转的小磁针已显示出地磁场对它的作用，指南针正是利用这一原理制成的.人们使用指南针以防止旅游、探险时迷路.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球的北极；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上的；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[思路点拨] 解决此类问题应先明确地磁场的分布特点及地球表面各处地磁场的方向.[解析] 本题考查地磁场的特点与分布，地磁场与条形磁铁的磁场相似，主要有三个特点：(1)地磁场的N极在地理南极附近，S极在地理北极附近，磁感线分布如图所示.(2)在磁场B的水平分量(B x)总是从地理南极指向北极，而竖直分量(B y)则南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下.(3)在赤道平面上，距离地球表面相等的各点，磁感应强度相等，且方向水平向北.故正确答案为D．[答案] D本题易误认为①⑤也正确，误认为①正确的原因是受“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”的影响，简单套用这一结论而不理解指南针指南北的原理.误认为⑤正确的原因是不清楚地磁场的分布情况.以后在解决此类问题时应弄清物理现象的原理，指南针的指向取决于指南针所处位置的磁场方向，其N极指向该处磁场方向，地磁场由南向北，其方向并非与地面平行，所以小磁针的南极指向地球南方.1.关于地磁场下列说法中正确的是( )A．地理位置的南、北极即为地磁场的南、北极B．在赤道上的小磁针的N极在静止时指向地理南极C．在赤道上的小磁针的N极在静止时指向地理北极D．地磁场在地表附近某处有两个分量，水平分量指向地理的北极附近，竖直分量一定竖直向下解析：选C．根据地磁场的特点可知：地理北极附近为地磁场南极，地理南极附近为地磁场北极，但并不重合，A错误；小磁针由于受到地磁场的作用，静止时，N极总指向地理北极，B错误，C正确；在赤道正上方，地磁场方向水平向北，在南半球地磁场的竖直分量向上，在北半球竖直分量向下，D错误.对磁感线的进一步理解学案导引1.磁感线就是磁体周围的磁场吗？2.如何用磁感线说明磁场的特点？1.对磁感线的理解(1)磁感线是为了形象地研究磁场而假想的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线.(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线较密的地方磁场较强，磁感线较疏的地方磁场较弱.(3)磁场中某一点，磁感线的方向、磁场的方向和小磁针静止时N极所指的方向，三者是一致的.(4)任意两条磁感线不能相交，也不能相切.(5)没有画磁感线的地方，并不表示那里没有磁场的存在.通过磁场中的任意一点总能而且只能画出一条磁感线.(6)磁场中的任意一条磁感线都是闭合曲线.2.磁感线与电场线的比较比较项目磁感线电场线相似点意义用来形象地描述磁场方向和强弱而假想的线用来形象地描述电场方向和强弱而假想的线方向某点的切线方向为磁场方向，也是小磁针N极的受力方向某点的切线方向为电场方向，也是正电荷受电场力的方向疏密表示磁场强弱表示电场强弱特点在空间不相交在空间不相交不同点闭合曲线始于正电荷或无穷远处，止于负电荷或无穷远处，不是闭合曲线强弱——线的疏密；方向的唯一性——空间任一点场线不相交.(2)从两种场的区别理解两种场线的区别：电场——正负电荷分离——电场线有始、终(不闭合)；磁场——N、S极不分离——磁感线闭合.(3)在没有画磁感线的地方，并不表示没有磁场存在.(4)若多个磁体或电流的磁场在空间某区域叠加，磁感线描述的是叠加后的磁场的磁感线分布情况，不能认为该区域有多条磁感线相交.关于磁场、磁感线，下列说法正确的是( )A．磁场并不是真实存在的，而是人们假想出来的B．磁铁周围磁感线的形状，与铁屑在它周围排列的形状相同，说明磁场呈线条形状，磁感线是磁场的客观反映C．磁感线可以用来表示磁场的强弱和方向D．磁感线类似电场线，它总是从磁体的N极出发，至S极终止[思路点拨] 解此题要注意两点：(1)磁场的物质性(2)磁感线的特点及用途[解析] 磁针放在磁体的周围受到力的作用，说明磁体在周围空间产生了磁场，磁场是一种客观物质，由此可知选项A是错误的；人们为了形象地描绘磁场，用图形——磁感线将抽象的磁场描绘出来，磁感线是假想的曲线，客观上并不存在，铁屑在磁场中被磁化为小磁针，在磁场的作用下转动，最终规则地排列起来，显示出磁感线的分布特点，并非磁场的客观反映.电流的磁场和磁体的磁场的磁感线都是闭合曲线，在磁体外从N极到S极，在磁体内从S极到N极，而电场线从正电荷出发到负电荷终止，不闭合.由此可知选项B、D是错误的，选项C正确.[答案] C用磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，它是一种理想化模型，并不真正存在.由于磁体的N极和S极是不可分离的，所以磁感线总是闭合的曲线，可以这样理解和记忆：磁感线——N、S极不可分离——磁感线闭合.2.关于磁感线的说法，正确的是( )A．磁感线总是从N极出发，终止于S极B．磁感线是客观存在的、肉眼看不见的曲线C．磁感线上任一点的切线方向表示该点磁场的方向，磁感线的疏密程度表示磁场的强弱D．磁感线就是磁场中铁粉排列成的曲线解析：选C．磁感线是闭合不相交的、假想的、实际不存在的线.是为了形象描述磁场而引入的线.故选C．磁通量和磁感应强度学案导引1.磁通量是如何定量描述磁场的？磁通量和磁感线间有什么关系？2.磁通量越大，磁场就越强吗？磁场的方向能用磁通量表示吗？1.对磁通量的理解(1)关于磁通量也可以这样定义：在匀强磁场中，磁感应强度B与垂直磁场的面积S的乘积，叫做穿过这个面积的磁通量.(2)若平面与磁场垂直Φ＝BS.若平面与磁场不垂直①Φ＝BS cos α(α为S与垂直于B的平面间的夹角)②Φ＝BS sin θ(θ为B与平面间的夹角)由此可见，在计算磁通量时一定要注意α、θ角的位置.(3)磁通量虽然是标量，但有正、负，若规定磁感线从某一侧穿入平面时为正值，则从该侧穿出平面为负值.从两个相反方向穿过某一平面的磁通量可相互抵消.(4)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.如图所示，在水平方向的匀强磁场中，平面abcd与垂直于磁感线方向的平面的夹角为θ，则穿过面积abcd的磁通量应为Φ＝B·S cos θ.S cos θ即为面积S在垂直于磁感线方向的投影，我们称之为“有效面积”.若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁感线条数为Φ1，反向磁感线条数为Φ2，则磁通量等于穿过平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和)，即Φ＝Φ1－Φ2.2.磁感应强度的理解(1)磁感应强度是定量描述磁场强弱的物理量，其作用相当于用电场强度描述电场.磁场中穿过垂直于磁感线的单位面积的磁感线条数等于该处的磁感应强度.(2)磁感应强度越大的地方，磁感线越密集.(3)磁场中某点的磁感应强度的大小取决于磁场本身，与其他因素无关.(4)磁感应强度有方向，其方向也就是该处的磁场方向，与该处的磁感线的切线方向相同，也与放在该处的小磁针的N 极的受力方向相同.一边长为10 cm 的正方形线圈放在匀强磁场中，当线圈平面与磁场方向成30°角时，若通过线圈的磁通量为2.5×10－3Wb ，则该磁场的磁感应强度B 为多少？[思路点拨][解析] 线圈垂直于磁场方向的面积S ＝L 2sin 30°＝0.1×0.1×12 m 2＝5×10－3m 2，则B ＝ΦS ＝2.5×10－35×10－3 T ＝0.5 T. [答案] 0.5 T利用公式B ＝ΦS进行计算时，必须明确B 与S 垂直的前提，若不垂直时可采用两种方法处理：(1)将面积S 向垂直磁场方向投影.(2)将磁感应强度B 进行分解，利用与面积垂直的磁感应强度的分量.3.关于磁通量，下列说法中正确的是( )A ．磁通量不仅有大小而且有方向，所以是矢量B ．磁通量越大，磁感应强度越大C ．通过某一平面的磁通量为零，该处磁感应强度不一定为零D ．磁通量就是磁感应强度解析：选C ．磁通量是标量，没有方向，故A 不对.由Φ＝BS 知Φ是由B 和S 两个因素决定，Φ越大，有可能是由于S 较大造成的，所以，认为磁通量越大，磁感应强度越大是错误的，由Φ＝BS ⊥知，当线圈平面与磁场平行时，S ⊥＝0，Φ＝0，但磁感应强度B 不为零，故C 对，磁通量和磁感应强度是两个不同的物理量，故D 不对.典型问题——磁感应强度的叠加磁感应强度是矢量，当空间存在几个磁体(或电流)时，每一点的磁场为各个磁体(或电流)在该点产生磁场的矢量和.磁感应强度叠加时遵循平行四边形定则.如图所示，两根相互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，下列说法正确的是( )A ．O 点处的磁感应强度为零B ．A 、B 两点处的磁感应强度大小相等，方向相反C ．C 、D 两点处的磁感应强度大小相等，方向相同D ．A 、C 两点处的磁感应强度的方向不同[解析] 根据安培定则判断：两直线电流在O 点产生的磁场方向垂直于MN 向下，O 点的磁感应强度不为0，故选项A 错误；A 、B 两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，故选项B 错误；根据对称性，C 、D 两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，故选项C 正确；A 、C 两点处的磁感应强度方向相同，故选项D 错误.[答案] C(多选)如图所示，两根平行长直导线相距2l ，通有大小相等、方向相同的恒定电流，a 、b 、c 是导线所在平面内的三点，左侧导线与它们的距离分别为l2、l 和3l .关于这三点处的磁感应强度，下列判断正确的是( )A ．a 处的磁感应强度大小比c 处的大B ．b 、c 两处的磁感应强度大小相等C ．a 、c 两处的磁感应强度方向相同D ．b 处的磁感应强度为零解析：选AD ．磁感应强度为矢量，由安培定则可判断每根导线在其左侧产生的磁场方向向里，在其右侧产生的磁场方向向外.因导线中电流相等，每条导线在离导线越近处产生的磁场越强，故B a >B c ，选项A 正确.而b 处因两根导线产生的磁感应强度大小相等，方向相反，故b 处磁感应强度为零，选项D 正确.[随堂检测]1.指南针是我国古代四大发明之一，东汉学者王充在《论衡》一书中描述的“司南”是人们公认的最早的磁性定向工具，关于指南针能指示南北方向是由于( )A ．指南针的两个磁极相互吸引B ．指南针的两个磁极相互排斥C ．指南针能吸引铁、钴、镍等物质D ．地磁场对指南针的作用解析：选D ．用指南针指示方向，是由于地球本身是一个大磁体，地球的磁场对磁体产生力的作用，地球的南极在地磁的N 极附近，地球的北极在地磁的S 极附近，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，故指南针指示南北方向，因此选项D 正确，A 、B 、C 错误.2.雪龙号南极科考船从南极出发，赴澳大利亚海域附近参与MH370搜寻工作，若沿途不断测量地磁场的强弱和方向，测量结果可能是( )A ．地磁场的大小一直不变，磁场方向始终沿正南、正北方向B ．地磁场的大小不断变化，磁场方向始终沿正南、正北方向C ．地磁场的大小一直不变，磁场的方向与正南、正北方向间有一较小的偏角D ．地磁场的大小不断变化，磁场的方向与正南、正北方向间有一较小的偏角解析：选D ．磁极附近磁场最强，故磁场大小不断变化.地磁场N 极在地理南极附近，但不重合，故D 正确.3.(多选)关于磁通量，下列说法中正确的是( )A ．穿过某个平面的磁通量为零，该处磁感应强度一定为零B ．穿过任何一个平面的磁通量越大，该处磁感应强度一定越大C ．匝数为N 的线圈放在磁感应强度为B 的匀强磁场中，线圈面积为S ，且与磁感线垂直，则穿过该线圈的磁通量为BSD ．穿过垂直于磁感应强度方向的某一个平面的磁感线的数目等于穿过该面的磁通量的绝对值解析：选CD ．公式B ＝ΦS的应用条件是B ⊥S ，当B 与S 不垂直时，B 或S 取有效值.当B 与S 平行时，Φ＝0，但B 不一定等于0，所以A 、B 错.Φ＝BS 与线圈的匝数无关，只与线圈面积和磁感应强度有关，所以C 对.穿过垂直于磁感线方向平面的磁感线的条数为穿过此平面的磁通量，故D 对.4.(多选)关于磁感线的性质和概念，下列说法正确的是( )A．磁感线上各点的切线方向就是各点的磁感应强度的方向B．磁场中任意两条磁感线均不相交C．铁屑在磁场中的分布曲线就是磁感线D．磁感线总是从磁体的N极指向S极解析：选AB．磁感应强度的方向就是磁场的方向，磁感线的切线方向就是磁场方向，因此选项A是正确的；两条磁感线相交就说明在两线相交处有两个切线方向，即两个磁感应强度方向，这是不可能的，磁场中某点磁感应强度是唯一确定的，磁感应强度的方向也只有一个，因此两条磁感线不能相交，选项B是正确的.磁感线是为形象描述磁场的磁感应强度分布而假想的一组曲线，不是真实存在的，但铁屑的分布曲线只能证明磁感线描述磁场的方法是正确的，而铁屑不是磁感线，选项C是错误的.在通电螺线管内部，在条形磁体内部的磁感线应是从S极指向N极，选项D错误.5.如图所示，有一个垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B＝0.8 T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为1.0 cm.现在纸面内先后放上圆线圈，圆心均在O处，A线圈半径为1.0 cm，10匝；B线圈半径为2.0 cm，1匝；C线圈半径为0.5 cm，1匝.问：(1)在B减为0.4 T的过程中，A和B中磁通量各改变多少？(2)在磁场方向转过30°角的过程中，C中的磁通量改变多少？解析：(1)A线圈半径为1.0 cm，正好和圆形磁场区域的半径相等，而B线圈半径为2.0 cm，大于圆形磁场区域的半径，但穿过A、B线圈中的磁感线的条数相等，因此在求通过B线圈中的磁通量时，面积S只能取圆形磁场区域的面积.设圆形磁场区域的半径为R，改变前线圈磁通量Φ1＝B1πR2，改变后线圈磁通量Φ2＝B2πR2，对线圈A，磁通量的改变量：ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×(1.0×10－2)2 Wb＝1.256×10－4Wb，对线圈B，磁通量的改变量：ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×(1.0×10－2)2 Wb＝1.256×10－4Wb.(2)原图中线圈平面与磁场方向垂直，若用公式Φ＝BS sin θ求磁通量，此时θ1＝90°；当磁场方向转过30°角时，磁场方向与线圈平面之间的夹角为θ2＝60°.对线圈C：设C线圈的半径为r，Φ1＝Bπr2sin θ1，Φ2＝Bπr2sin θ2，磁通量的改变量：ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝Bπr2(sin 90°－sin 60°)≈0.8×3.14×(5×10－3)2×(1－0.866) Wb≈8.4×10－6 Wb.答案：(1)ΔΦA＝1.256×10－4 Wb ΔΦB＝1.256×10－4 Wb (2)ΔΦC＝8.4×10－6 Wb[课时作业]一、单项选择题1.地球是一个大磁体，它的磁场分布情况与一个条形磁铁的磁场分布情况相似，以下说法正确的是( )A．地磁场的方向是沿地球上经线方向的B．地磁场的方向是与地面平行的C．地磁场的方向是从北向南的D．在地磁南极上空，地磁场的方向是竖直向下的解析：选D．地理南北极与地磁南北极不重合，所以地磁场方向与经线有夹角即磁偏角；地磁场方向不与地面平行，它们之间的夹角称为磁仰角；在地磁极附近，磁场方向与地面是垂直的.2.磁性水雷是用一个可绕轴转动的小磁针来控制起爆电路的，军舰被地磁场磁化后就变成了一个浮动的磁体，当军舰接近磁性水雷时，就会引起水雷的爆炸，其依据是( ) A．磁体的吸铁性B．磁极间的相互作用规律C．电荷间的相互作用规律D．磁场对电流的作用原理解析：选B．军舰已被磁化，是小磁针与磁化的军舰发生作用，故属于磁极间的相互作用，B正确.3.现有甲、乙两根钢棒，当把甲的一端靠近乙的中部时，没有力的作用；而把乙的一端靠近甲的中部时，二者相互吸引，则( )A．甲有磁性，乙无磁性B．甲无磁性，乙有磁性C．甲、乙均无磁性D．甲、乙均有磁性解析：选B．条形磁体两端磁性最强，中部磁性最弱，当甲的一端对乙中部没有吸引力，说明甲一定没有磁性，但不能判定乙是否有磁性，而乙的一端对甲中部有吸引力，则可判定乙有磁性，故选B．4.一平面线圈用细杆悬于P点，开始时细杆处于水平位置，释放后让它在如图所示的匀强磁场中运动.已知线圈平面始终与纸面垂直，当线圈第一次通过位置B和位置C的过程中，下列对磁通量变化判断正确的是( )A．一直变大B．一直变小C．先变大后变小D．先变小后变大解析：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，通过线圈的磁通量为Φ＝BS，可见通过线圈的磁通量先变大后变小.5.如图所示，在条形磁铁外套有A、B两个大小不同的圆环，穿过A环的磁通量ΦA与穿过B环的磁通量ΦB相比较( )A．ΦA>ΦBB．ΦA<ΦBC．ΦA＝ΦBD．不能确定解析：选A．分别画出穿过A、B环的磁感线的分布如图所示，磁铁内的磁感线条数与其外部磁感线条数相等.通过A、B环的磁感线条数应该这样粗略计算，用磁铁内的磁感线总条数减去磁铁外每个环中的磁感线条数(因为磁铁内、外磁感线的方向相反).很明显，磁铁外部的磁感线通过B环的条数比A环的多，故B环中剩下的磁感线比A环剩下的磁感线条数少，故ΦA>ΦB，故A 对，B、C、D都错.6.一磁感应强度为B的匀强磁场方向水平向右，一面积为S的矩形线圈abcd如图所示放置，平面abcd与竖直方向成θ角，将abcd绕ad轴转180°角，则穿过线圈平面的磁通量的变化量是( )A．0 B．2BSC．2BS cos θD．2BS sin θ解析：选C．线圈在图示位置时，磁通量为：Φ1＝BS cos θ线圈绕ad轴向下转过180°时，磁通量为：Φ2＝－BS cos θ所以该过程中，通过线圈的磁通量的变化量为：ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|－2BS cos θ|＝2BS cos θ.二、多项选择题7.关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是( )A．磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种客观存在的物质B．磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，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．磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止的D．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的解析：选AB．条形磁铁内部磁感线从S极到N极，C不正确，磁感线是为了形象描述磁场而假设的一组有方向的闭合的曲线，实际上并不存在，所以选项D不正确；磁场是一种客观存在的物质，所以选项A正确；磁感线上每一点切线方向表示磁场方向，磁感线的疏密表示磁场的强弱，小磁针静止时N极受力方向和N极指向均为磁场方向，所以选项B正确.8.以下关于地磁场的说法中正确的是( )A．地磁场是地球的盾牌，起着保护地球上生命的作用。

高中物理第5章磁场与回旋加速器探究安培力学案沪科版选修1、知道什么是安培力，了解安培力的应用、2、了解电流天平的原理并学会使用它探究安培力的大小、3、掌握左手定则，会用它判断安培力的方向；会计算安培力的大小、安培力：磁场对电流的作用力称为安培力、一、安培力的方向判断安培力方向的方法是左手定则、其内容是：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线穿入手心，使四指指向电流方向，则大拇指所指的方向就是安培力的方向、二、安培力的大小安培力的大小跟导体长度L、导体中的电流I、磁感应强度B都成正比，用公式表示为F＝BILsin_θ，当电流方向与磁场方向垂直时，F＝BIL，当电流方向与磁场方向平行时，F＝0、一、安培力的方向[问题设计]按照如图1所示进行实验、图1(1)上下交换磁极的位置以改变磁场方向，导线受力的方向是否改变？(2)改变导线中电流的方向，导线受力的方向是否改变？仔细分析实验结果，说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？答案(1)导线受力的方向改变；(2)导线受力的方向改变；安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则、[要点提炼]1、安培力方向、磁场方向、电流方向三者之间满足左手定则、(1)F⊥B，F⊥I，即F垂直于B、I决定的平面、(2)磁场方向和电流方向不一定垂直、用左手定则判断安培力方向时，磁感线只要从掌心进入即可，不一定垂直穿过掌心、2、判断电流磁场方向用安培定则(右手螺旋定则)，确定通电导体在磁场中的受力方向用左手定则、二、安培力的大小[问题设计]阅读教材，了解电流天平的结构、原理和使用方法，制订实验方案，进行实验，注意体会控制变量法的运用，分析实验所测数据，回答下列问题：(1)保持导线通电部分的长度不变，改变电流大小，导线受力情况如何变化？(2)保持电流不变，改变导线通电部分的长度，导线受力情况如何变化？(3)通电导线受力与哪些因素有关？答案(1)电流越大，导线受力越大、(2)通电导线越长，导线受力越大、(3)通电导线在磁场中受到的力的大小，既与导线的长度L成正比，又与导线中的电流I成正比，即与I和L的乘积成正比，用公式表示为F＝kBIL，式中k为比例系数，国际单位制中，k＝1，F＝BIL、[要点提炼]1、安培力大小的计算公式F＝ILBsin_θ，θ为磁感应强度方向与导线方向的夹角、(1)当θ＝90，即B与I垂直时，F＝ILB；(2)当θ＝0即B与I平行时，F＝0、2、当导线与磁场垂直时，弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图2所示)；相应的电流沿L由始端流向末端、图23、磁感应强度的另一种定义方法：在磁场中垂直于磁场方向放置一小段通电导线，导线所受安培力F跟电流I和导线长度L 的乘积IL的比值叫做导线所在处的磁感应强度，即：B＝、一、对安培力方向的判定例1 画出图3中通电导体棒ab所受的安培力的方向(图中箭头方向为磁感线的方向)、图3解析题目所给的图是立体图，如果直接把ab棒受到的安培力画在立体图上则较为抽象、为了直观，一般画成平面图，图中的各个图从外向内看的正视平面图如图所示(此时导体ab是一个横截面图，○表示电流向里，○表示电流向外)，题图甲中，I与B决定的平面是与纸面垂直的竖直面，安培力方向与这个平面垂直，由左手定则知，安培力的方向为水平向右；题图乙中，I与B决定的平面是与水平方向成θ角的垂直纸面的平面，安培力方向与这个平面垂直，指向右下方；题图丙中，I和B决定的平面是垂直斜面的平面，安培力方向与斜面平行，指向右上方、甲乙丙答案见解析规律总结1、判断安培力的方向，要先明确磁场的方向和电流的方向，用左手定则判断，不要“习惯性”地用错右手、实际上左手定则揭示了磁感应强度、电流、安培力这三个物理量方向之间的关系，知道其中任意两个方向，可以由安培定则判断第三个方向、2、分析安培力方向时，左手定则和安培定则往往同时使用，要特别注意它们的不同：安培定则用来判断电流的磁场方向，用右手；左手定则用来判断电流的受力方向，用左手、二、对安培力大小的计算例2 如图，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流为I，磁感应强度为B，求各导线所受到的安培力、解析A图中导线中的电流方向与磁感线的方向平行，所以安培力为0；B图是两根导线组成的折线，整体受力实质上是两部分直导线分别受力的矢量和，其有效长度为L，故FB＝IBL；同理，C图是半圆形电流，分析圆弧上对称的每一小段电流，受力抵消合并后，其有效长度为2R，FC＝2BIR；D图中，将导线接通形成闭合线圈，则ab和bc两段导线受力与ac导线受力方向刚好相反，故合力为零，所以，闭合的通电线圈安培力为零，FD＝0、答案FA＝0，FB＝IBL，FC＝2BIR，FD＝0、规律总结(1)当磁场方向与电流方向垂直时安培力F＝IBL，如果磁场方向和电流方向不垂直，公式应变为F＝ILB⊥，B⊥是B在垂直于电流方向的分量、(2)如果通电导线是弯曲的，则要用其等效长度代入公式计算、(3)如果是非匀强磁场，原则上把通电导线分为很短的电流元，对电流元用安培力公式，然后求矢量和、三、导线在安培力作用下的运动问题例3 如图4所示，两条导线相互垂直，但相隔一段距离、其中AB固定，CD能自由活动，当直线电流按图示方向通入两条导线时，导线CD将(从纸外向纸内看)()图4A、顺时针方向转动同时靠近导线ABB、逆时针方向转动同时离开导线ABC、顺时针方向转动同时离开导线ABD、逆时针方向转动同时靠近导线AB解析根据电流元分析法，把CD的电流等效成CO、OD两段电流、由安培定则画出CO、OD所在位置的AB电流的磁场，由左手定则可判断CO、OD受力如图甲所示，可见导线CD逆时针转动、由特殊位置分析法，让CD 逆时针转动90，如图乙，并画出CD此时位置，AB电流的磁感线分布，据左手定则可判断CD受力垂直于纸面向里，可见导线CD 靠近导线AB，D正确、答案D规律总结判定安培力作用下物体的运动方向有以下几种方法：(1)电流元法即把整段电流等效为多段直线电流元，运用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力的方向，最后确定运动方向、(2)特殊位置法把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力的方向，从而确定运动方向、(3)等效法环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁、条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管、通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析、(4)利用结论法①两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥；②两电流不平行时，有转动到相互平行且方向相同的趋势、利用这些结论分析，可事半功倍、1、(对安培力方向的判定)把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用，关于安培力的方向，下列说法中正确的是()A、安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同B、安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直C、安培力的方向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁感应强度方向垂直D、安培力的方向既跟磁感应强度方向垂直，又跟电流方向垂直答案D解析安培力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于电流方向，即垂直于磁场与电流所决定的平面，但电流方向与磁场方向不一定垂直、2、(导体在安培力作用下的运动)如图5所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看)()图5A、顺时针转动，同时下降B、顺时针转动，同时上升C、逆时针转动，同时下降D、逆时针转动，同时上升答案A解析画出蹄形磁铁的两条磁感线，在磁感线与电流相交处分别取一小段电流，如图中的BC、AD两段，由左手定则可知，AD段受的安培力垂直纸面向外，BC段受的安培力垂直纸面向里，故导线将绕轴线OO′顺时针旋转(俯视)，当导线转动90时(特殊位置法)，由左手定则可知，导线受向下的安培力作用，所以导线在顺时针转动的同时还向下运动，即答案为A、3、(安培力的大小计算及方向的判定)将长度为20 cm、通有0、1 A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图6所示，已知磁感应强度为1 T、试求出各图中导线所受安培力的大小和方向、图6答案(1)图中安培力大小为0 (2)图中安培力大小为0、02 N 安培力方向垂直导线水平向右(3)图中安培力大小为0、02 N 安培力方向在纸面内垂直导线斜向上解析由左手定则和安培力的计算公式得：(1)因导线与磁感线平行，所以安培力为零；(2)由左手定则知：安培力方向垂直导线水平向右，大小F＝ILB＝0、10、21 N＝0、02 N；(3)安培力方向在纸面内垂直导线斜向上，大小F＝BIL＝0、02 N、4、(通电导体的综合受力分析问题)一根长L＝0、2 m的金属棒放在倾角θ＝37的光滑斜面上，并通过I＝5 A的电流，方向如图7所示，整个装置放在磁感应强度B ＝0、6 T竖直向上的匀强磁场中，金属棒恰能静止在斜面上，则该棒的重力为多少？(sin37＝0、6)图7答案0、8 N解析从侧面对棒受力分析如图，安培力的方向由左手定则判断为水平向右，F＝ILB＝50、20、6 N＝0、6 N、由平衡条件得重力mg＝＝0、8 N、题组一对安培力方向的判定1、下面的四个图显示了磁场对通电直导线的作用力，其中正确的是()答案 C2、关于通电导线所受安培力F的方向、磁感应强度B的方向和电流I的方向之间的关系，下列说法正确的是()A、F、B、I三者必须保持相互垂直B、F必须垂直B、I，但B、I可以不相互垂直C、B必须垂直F、I，但F、I可以不相互垂直D、I必须垂直F、B，但F、B可以不相互垂直答案B解析安培力F总是与磁感应强度B和电流I决定的平面垂直，但B与I(即导线)可以垂直，也可以不垂直，通电导线受安培力时，力F 与磁场及导线都是垂直的，故A、C、D均错，B正确、3、如图1所示，电磁炮是由电源、金属轨道、炮弹和电磁铁组成的、当电源接通后，磁场对流过炮弹的电流产生力的作用，使炮弹获得极大的发射速度、下列各俯视图中正确表示磁场B方向的是()图1答案B题组二导线在安培力作用下的运动问题4、如图2所示，固定不动的绝缘直导线mn和可以自由移动的矩形线框abcd位于同一平面内，mn与ad、bc边平行且离ad边较近、当导线mn中通以向上的电流，线框中通以顺时针方向的电流时，线框的运动情况是()图2A、向左运动B、向右运动C、以mn为轴转动D、静止不动答案B解析线框中通有电流，ad和bc两导线同时受到通电导线mn的作用力，故可知B选项正确、5、通有电流的导线L1、L2处在同一平面(纸面)内，L1是固定的，L2可绕垂直纸面的固定转轴O转动(O为L2的中心)，各自的电流方向如图3所示、下列哪种情况将会发生()图3A、因L2不受磁场力的作用，故L2不动B、因L2上、下两部分所受的磁场力平衡，故L2不动C、L2绕轴O按顺时针方向转动D、L2绕轴O按逆时针方向转动答案D解析由右手螺旋定则可知导线L1的上方的磁场的方向为垂直纸面向外，且离导线L1的距离越远的地方，磁场越弱，导线L2上的每一小部分受到的安培力方向水平向右，由于O点的下方磁场较强，则安培力较大，因此L2绕轴O按逆时针方向转动，D选项对、6、如图4所示，一条形磁铁放在水平桌面上，在条形磁铁的左上方固定一根与磁铁垂直的长直导线，当导线中通以图示方向的电流时(磁铁始终未动)()图4A、磁铁对桌面的压力减小，且受到向左的摩擦力作用B、磁铁对桌面的压力减小，且受到向右的摩擦力作用C、磁铁对桌面的压力增大，且受到向左的摩擦力作用D、磁铁对桌面的压力增大，且受到向右的摩擦力作用答案C解析根据左手定则知导线受磁铁的作用力斜向左上方，故由牛顿第三定律知，导线对磁铁的反作用力应斜向右下方，则一方面使磁铁对桌面的压力增大，一方面使磁铁产生向右的运动趋势，从而受到向左的摩擦力作用、题组三对安培力公式F＝BILsin θ的理解应用7、如图5所示，一根有质量的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬于a、b两点，棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M流向N，此时悬线上有拉力，为了使拉力等于零，可以()图5A、适当减小磁感应强度B、使磁场反向C、适当增大电流D、使电流反向答案C解析首先对MN进行受力分析：其受竖直向下的重力G、受两根软导线的竖直向上的拉力和安培力、当其处于平衡状态时：2F＋BIL＝mg，重力mg恒定不变，欲使拉力F 减小到0，应增大安培力BIL，所以可增大磁场的磁感应强度B或增加通过金属棒中的电流I，或二者同时增大，只有C项正确、8、如图6所示，磁场方向竖直向下，通电直导线ab由水平位置1绕a点在竖直平面内转到位置2，通电导线所受安培力是( )图6A、数值变大，方向不变B、数值变小，方向不变C、数值不变，方向改变D、数值、方向均改变答案B解析安培力F＝BIL，电流不变，垂直直导线的有效长度减小，安培力减小，安培力的方向总是垂直B、I所构成的平面，所以安培力的方向不变，B对，故选B、9、一根长为0、2 m、电流为2 A的通电导线，放在B＝0、5 T的匀强磁场中，受到磁场力的大小可能是()A、0、4 NB、0、3 NC、0、1 ND、0 N答案CD解析据安培力的定义，当磁场方向与通电电流I的方向垂直时，磁场力有最大值，Fmax＝BIL＝0、520、2 N＝0、2 N、当两方向平行时，磁场力有最小值为0 N、随着二者方向夹角的不同，磁场力大小在0、2 N与0 N之间取值、10、如图7，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直、线段ab、bc和cd 的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135、流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示、导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力()图7A、方向沿纸面向上，大小为(＋1)ILBB、方向沿纸面向上，大小为(－1)ILBC、方向沿纸面向下，大小为(＋1)ILBD、方向沿纸面向下，大小为(－1)ILB答案A解析将导线分为三段直导线，根据左手定则分别判断出各段导线所受安培力的方向，根据F＝BIL计算出安培力的大小，再求合力、导线所受合力F合＝BIL＋2BILsin45＝(＋1)ILB，方向沿纸面向上、11、如图8所示，倾斜导轨宽为L，与水平面成α角，处在方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中，金属杆ab水平放在导轨上、当回路电流强度为I时，金属杆ab所受安培力F( )图8A、方向垂直ab杆沿斜面向上B、方向垂直ab杆水平向右C、F＝BILcos αD、F＝BILsin α答案B解析由题图知电流方向由b→a 且与磁场方向垂直，根据左手定则可知安培力水平向右，由安培力计算公式可得F＝BIL，故选B、题组四导线在安培力作用下的平衡问题12、如图9所示，用两根轻细悬线将质量为m、长为l的金属棒ab悬挂在c、d两处，置于匀强磁场内、当棒中通以从a到b 的电流I后，两悬线偏离竖直方向θ角而处于平衡状态、为了使棒平衡在该位置上，所需的磁场的最小磁感应强度的大小、方向为()图9A、tan θ，竖直向上B、tan θ，竖直向下C、s in θ，平行悬线向下D、sin θ，平行悬线向上答案D解析要求所加磁场的磁感应强度最小，应使棒平衡时所受的安培力有最小值、由于棒的重力恒定，悬线拉力的方向不变，由画出的力的三角形可知，安培力的最小值为Fmin＝mgsin θ，即IlBmin＝mgsin θ，得Bmin ＝sin θ，方向应平行于悬线向上、故选D、13、质量为m的金属细杆置于倾角为θ的导轨上，导轨的宽度为d，杆与导轨间的动摩擦因数为μ，有电流通过杆，杆恰好静止于导轨上，在如图所示的A、B、C、D四个选项中，杆与导轨的摩擦力一定不为零的是()答案CD解析选项A中，通电细杆可能受重力、安培力、导轨的弹力作用处于静止状态，如图所示，所以杆与导轨间的摩擦力可能为零、当安培力变大或变小时，细杆有上滑或下滑的趋势，于是有静摩擦力产生、选项B中，通电细杆可能受重力、安培力作用处于静止状态，如图所示，所以杆与导轨间的摩擦力可能为零、当安培力减小时，细杆受到导轨的弹力和沿导轨向上的静摩擦力，也可能处于静止状态、选项C和D中，通电细杆受重力、安培力、导轨弹力作用具有下滑趋势，故一定受到沿导轨向上的静摩擦力，如图所示，所以杆与导轨间的摩擦力一定不为零、14、水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ，它们之间的宽度为L，M和P之间接入电动势为E的电源(不计内阻)、现垂直于导轨搁一根质量为m、电阻为R的金属棒ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向与水平面夹角为θ且指向右上方，如图10所示，问：图10(1)当ab棒静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少？(2)若B的大小和方向均能改变，则要使ab 棒所受支持力为零，B的大小至少为多少？此时B的方向如何？答案(1)mg－(2) 方向水平向右解析从b向a看侧视图如图所示、(1)水平方向：f＝Fsin θ①竖直方向：N＋Fcos θ＝mg②又F＝BIL ＝BL③联立①②③得：N＝mg－，f＝、(2)要使ab棒受到的支持力为零，且让磁场最小，可知安培力竖直向上，则有F′＝mgBmin ＝，根据左手定则判定磁场方向水平向右、15、如图11所示，在与水平方向夹角为60的光滑金属导轨间有一电源，在相距1 m的平行导轨上放一质量为0、3 kg的金属棒ab，ab中有从b→a、I＝3 A的电流，磁场方向竖直向上，这时金属棒恰好静止、求：图11(1)匀强磁场磁感应强度的大小；(2)ab棒对导轨的压力、(g＝10 m/s2)答案(1)1、73 T (2)6 N，方向垂直斜面向下解析金属棒ab中电流方向由b→a，它所受安培力方向水平向右，它还受竖直向下的重力，垂直斜面斜向上的支持力，三力合力为零，由此可以求出安培力和ab棒对导轨的压力，从而求出磁感应强度B的大小、(1)ab棒静止，受力情况如图所示，沿斜面方向受力平衡，则mgsin60＝BILcos60B＝＝T≈1、73 T、(2)ab棒对导轨的压力为：N′＝N＝＝ N＝6 N，方向垂直斜面向下、。

5.1 磁与人类文明1．改变人类活动的文明指南针是我国古代四大发明之一，我国古人利用磁石指向南北的特性发明了指示方向的司南，在古代这种器具称为“杓”。

指南针的发明，促进了人类文明的传播，使航海事业得到了发展。

2．我们生活在天然磁场——地磁场中地球周围存在着磁场，这个磁场叫做地磁场。

它的N 极位于地理南极附近，S 极位于地理北极附近。

用一个能自由转动的小磁针观察地磁场方向时，可以看到它的磁极一般并不指向地理的正南北方向，水平放置的小磁针的指向跟地理子午线之间的夹角叫做磁偏角。

地球表面任一点的地磁场方向跟水平方向之间的夹角叫做磁倾角。

预习交流1根据图，分析指南针为什么能够指南？答案：地球本身是一个巨大的磁体，地球周围存在着磁场，这个磁场叫做地磁场。

指南针在地磁场的作用下根据同名磁极相斥，异名磁极相吸的原理发生偏转而指示方向。

3．形形色色的磁性材料(1)磁化：人们通过人工方法使磁性材料获得磁性的过程。

(2)退磁：磁性材料被磁化后，在一定条件下会失去磁性，这个过程叫做退磁或去磁。

(3)磁性材料的分类：根据磁性材料被磁化后退磁的难易程度分为软磁性材料和硬磁性材料。

磁化后容易退磁的物质叫做软磁性材料，不容易退磁的物质叫做硬磁性材料。

预习交流2大家都有这样的体会，当你把一段没有磁性的铁片放在磁铁上，然后拿铁片与小铁钉靠近，发现铁片将吸引小铁钉，试分析这其中的道理。

答案：这种现象叫磁化，即铁片靠近磁铁时，铁片内部的电子旋转方向在磁铁的磁场作用下，由杂乱无章的无规则旋转变为有序旋转，使铁片显出磁性。

一、地磁场(1)磁场是一种物质吗？为什么？(2)地球周围存在着磁场，这个磁场叫做地磁场，试探究地磁场有什么特点。

答案：(1)磁场和电场一样也是物质，但它与其他常见的物质不同；磁场是磁体、电流和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、电流和运动电荷有力的作用。

高中物理第5章磁场与回旋加速器磁与人类文明怎样描述磁场学案沪科版选修1、知道地磁场的特点，了解磁性材料、2、理解磁感线的概念并熟悉几种典型磁场的磁感线分布规律、3、理解磁通量和磁感应强度的概念，并会用磁通量和磁感应强度描述磁场、一、我们生活在天然磁场地磁场中1、地球本身是一个磁体，其周围存在着磁场，地磁场的磁南极(S极)在地球的北端，磁北极(N极)在地球的南端、地磁场很弱，自由转动的小磁针能显示出地磁场的作用，这也是指南针的原理、2、磁偏角：地磁的两极跟地理的两极并不重合，地磁轴和地球自转轴两者的夹角约为11，因而水平放置的磁针的指向跟地理子午线之间有一个交角，这个交角叫做磁偏角、二、形形色色的磁性材料1、通过人工方法使磁性材料获得磁性，这个过程叫做磁化、磁性材料被磁化后，在一定条件下会失去磁性，这个过程叫做退磁或去磁、2、磁化后容易退掉磁性的物质叫做软磁性材料，不容易退掉磁性的物质叫做硬磁性材料、软磁性材料适用于需要反复磁化的场合，硬磁性材料适合制造永磁铁、三、磁场的形象描述1、磁感线：在磁场中人为地画出的一些有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的切线方向都与该点磁场方向相间、磁感线越密的地方，表示磁场越强；磁感线稀疏的地方，表示磁场弱、2、匀强磁场：磁感线的间距相等、相互平行且指向相同的磁场、四、磁场的定量描述1、磁通量(1)定义：磁场中穿过平面的磁感线的条数叫穿过这个平面的磁通量，用字母Φ表示、(2)单位：国际制单位为韦伯，简称韦，符号是Wb、1 Wb＝1 Tm2、2、磁感应强度：垂直穿过某单位面积上的磁通量叫做磁感应强度、用公式表示为B＝、磁感应强度的方向与该点处磁感线的切线方向一致、一、地磁场[问题设计]指南针是我国古代四大发明之一，它对人类航海事业的发展产生了巨大的影响，但在古代指南针为什么指南曾是一个不解之谜，你知道为什么吗？答案因为地球是个大磁体，它对指南针有影响、图1[要点提炼]1、地磁场地球是一个大磁体，其周围存在的磁场叫地磁场、如图1所示，地球磁体的N极(北极)位于地理南极附近，地球磁体的S极(南极)位于地理北极附近、2、磁偏角地磁的两极跟地理的两极并不重合，水平放置的磁针的指向跟地理子午线之间有一个交角，这个交角叫做磁偏角、[延伸思考] 宇宙中的其他天体是否有磁场？答案有些有磁场，有些没有磁场、二、磁场的形象描述[问题设计]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，模拟出磁感线的形状，由实验得到条形磁铁和蹄形磁铁的磁场的磁感线是如何分布的？磁感线有什么特点？磁感线是磁场中真实存在的吗？答案见要点提炼、[要点提炼]1、磁感线的特点(1)磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向、磁感线的疏密程度表示磁场的强弱、(2)磁感线不相交、不相切、不中断、是闭合曲线；在磁体外部，其方向从N极指向S 极；在磁体内部，由S极指向N极、(3)磁感线是为了形象描述磁场而假想的物理模型，在磁场中并不真实存在，不可认为有磁感线的地方有磁场，没有磁感线的地方没有磁场、2、匀强磁场磁感线的间距相等、相互平行且指向相同的磁场叫匀强磁场、距离很近的两个异名磁极的中间区域的磁场为匀强磁场、3、磁感线和电场线的比较相同点：都是疏密程度表示场的强弱，切线方向表示场的方向；都不能相交、不同点：电场线起于正电荷，终止于负电荷，不闭合；但磁感线是闭合曲线、三、磁场的定量描述[问题设计]若在磁场中垂直于磁场方向有一个面积为S＝1 m2的平面，在磁场强弱不同的情况下，穿过这个平面的磁感线的条数是否相同？该结论说明了什么问题？答案不相同、磁场强时磁感线密，穿过的磁感线的条数多、这说明穿过这个平面的磁感线的条数多少能反映磁场强弱、[要点提炼]1、磁通量是指穿过某一平面的磁感线的条数、一匝线圈和n 匝同样大小的线圈，当放置方式相同时，磁通量相同、2、磁通量是标量，但有正负，其正负表示磁感线穿过某一面积的方向与规定的正方向是相同还是相反、若有两个相反方向的磁场穿过某一面积时，则穿过这一面积的磁通量为合磁场的磁感线穿过这一面积的“净”条数、图23、当线圈平面与磁场垂直时，磁通量Φ＝BS；当线圈平面与垂直于磁场的方向有一夹角θ时，穿过线圈的磁通量为Φ＝BScos_θ、(如图2)4、磁感应强度：(1)垂直穿过某单位面积的磁通量、公式：B ＝，其中S为垂直于磁感线的平面的面积、如果平面跟磁场方向不垂直，则S为垂直于磁场方向的投影面积、(2)磁感应强度的方向为该点处磁感线的切线方向，也是小磁针静止时N极的指向、一、对地磁场的认识例1 关于地磁场，下列叙述正确的是()A、地球的地磁两极和地理两极重合B、我们用指南针确定方向，指南针指南的一极是指南针的北极C、地磁的北极与地理的南极重合D、地磁的北极在地理的南极附近解析地球是一个大磁体，地球的地磁两极与地理两极并不重合，且相对位置在极其缓慢地变化，因此A、C错误；因为地磁北极在地理南极附近，因此，指南针指南的一极应是指南针的南极，其实指南针的南北极就是按其指向来命名的，故B错误，D正确、答案 D二、对磁场及磁感线的认识例2 下列关于磁场和磁感线的描述，正确的有()A、磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种物质B、磁感线可以形象地表现磁场的强弱与方向C、磁感线总是从磁铁的北极出发，到南极终止D、磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列出的曲线，没有细铁屑的地方就没有磁感线解析磁场具有能量，所以是一种物质，A正确；磁感线的疏密程度可表示磁场的强弱，磁感线的方向可表示磁场的方向，B正确；磁感线是闭合曲线，在磁体外部，从磁铁的北极出发，进入南极；在磁体内部，从南极指向北极，C错误；用细铁屑在磁铁周围排列出的曲线可以模拟磁感线，但并不是磁感线、没有细铁屑的地方同样可以画出磁感线、故D错误、故选A、B、答案AB三、对磁通量的认识及计算例3 如图3所示，框架面积为S，框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直，则穿过平面的磁通量为__________、若使框架绕OO′转过60角，则穿过框架平面的磁通量为________；若从初始位置转过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__________、图3解析初始位置Φ1＝BS；框架转过60角时Φ2＝BS⊥＝BScos60＝BS；框架转过90角时Φ3＝BS⊥＝BScos90＝0；若规定初始位置磁通量为“正”，则框架转过180角时磁感线从反面穿出，故末态磁通量为“负”，即Φ4＝－BS，所以ΔΦ＝Φ4－Φ1＝(－BS)－BS＝－2BS、答案BS BS 0 －2BS1、(对地磁场的认识)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上的；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答案D解析地面上小磁针静止时，南极应指向地磁场的北极，①错；地磁场的南极在地理北极附近，地磁场的北极在地理南极附近，②对；只有在赤道附近地磁场的方向和地面才平行，③对，⑤错；地磁场方向在北半球斜向下方，南半球斜向上方，④错、故正确答案为D、2、(对磁场及磁感线的认识)关于磁感线和电场线，下列说法正确的是()A、磁感线不是闭合曲线，起始于N极，终止于S极B、电场线起始于负电荷，终止于正电荷C、电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线D、空间某处磁感线、电场线分布越密集，表示该处磁感应强度、电场强度越大答案D解析磁感线是闭合曲线，A错；电场线起始于正电荷，终止于负电荷，B错；电场线和磁感线都不是电场和磁场中实际存在的线，C错；故选D、3、(对磁通量的认识及计算)下列关于磁通量和磁感应强度的说法正确的是()A、磁感应强度的大小与磁通量成正比B、磁感应强度的大小取决于磁场本身C、穿过垂直于磁感应强度方向某面积的磁感线条数等于磁感应强度D、当平面跟磁场方向平行时，穿过这个平面的磁通量必为零答案BD4、(对磁通量的认识及计算)如图4所示，半径为R的圆形线圈共有n匝，其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面、若磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为()图4A、πBR2B、πBr2C、nπBR2D、nπBr2答案B解析磁通量与线圈匝数无关，且磁感线穿过的面积为πr2，并非πR2，故B项对、题组一对磁现象及地磁场的认识1、磁性水雷是用一个可以绕轴转动的小磁针来控制起爆电路的，军舰被地磁场磁化后变成了一个浮动的磁体，当军舰接近磁性水雷时，就会引起水雷的爆炸，其依据是()A、磁体的吸铁性B、磁极间的相互作用规律C、电荷间的相互作用规律D、磁场对电流的作用原理答案B解析军舰被地磁场磁化后变成了磁体，当军舰靠近水雷时，对控制引爆电路的小磁针有力的作用，使小磁针转动引爆水雷、B项正确、2、以下关于地磁场的说法中正确的是()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极在地理位置的南极附近，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，只有地球有磁场答案ABC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A项正确、地磁场的N极在地理南极附近，但不与南极重合，有磁偏角，B项正确、地磁场的N、S极的位置会缓慢移动，故C项正确、在行星中，并不是只有地球有磁场，故D项错误、3、下列说法中与实际情况相符的是( )A、地球的磁偏角是一个定值B、地磁场的北极在地理位置的北极附近C、除了地球外，到目前为止其他星球上还没有发现磁现象D、郑和出海远航比哥伦布的远洋探险先使用指南针答案D 解析磁偏角随地理位置变化而变化，A错误；地磁场的北极在地理南极附近，B错误；其他星球上也有磁场存在，C错误；我国是最早利用指南针航海的国家，D正确、题组二对磁场及磁感线的认识4、关于磁感线的描述，下列说法中正确的是()A、磁感线可以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、磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的C、两条磁感线的空隙处一定不存在磁场D、两个磁场叠加的区域，磁感线就一定相交答案A解析磁感线上每一点的切线方向表示磁场方向，即小磁针静止时北极所指的方向，所以A正确；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曲线，实际上并不存在，细铁屑可以显示出其形状，但那并不是磁感线，B错；磁感线的疏密反映磁场的强弱，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；磁感线不相交，D错、5、下列关于磁场的说法中，正确的是()A、磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质B、磁场是为了解释磁极间相互作用而人为规定的C、磁体与磁体之间是直接发生作用的D、磁场只有在磁体与磁体、磁体与电流发生作用时才产生答案A解析磁场是一种客观存在的物质，磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流间相互作用时都是通过磁场而发生，故B、C、D错误，A正确、6、关于磁通量，下列说法中正确的是()A、磁通量不仅有大小而且有方向，所以是矢量B、磁通量越大，磁感应强度越大C、穿过某一面积的磁通量为零，该处磁感应强度不一定为零D、磁通量就是磁感应强度答案 C7、关于磁通量，下列叙述正确的是()A、在匀强磁场中，穿过一个平面的磁通量等于磁感应强度与该平面面积的乘积B、在匀强磁场中，a线圈的面积比b线圈大，则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的磁通量大C、把一个线圈放在M、N两处，若放在M处时穿过线圈的磁通量比放在N处时大，则M处的磁感应强度一定比N处大D、同一线圈放在磁感应强度大处，穿过线圈的磁通量不一定大答案D解析在匀强磁场中，穿过一个平面的磁通量等于磁感应强度与该平面在垂直于磁场方向的投影面积的乘积，线圈的面积大，投影面积不一定大，磁通量不一定大，故A、B错；磁感应强度的大小取决于磁场本身，与线圈在此处的磁通量的大小无关，C错；同一线圈放在磁感应强度大处，磁通量可能是零，D对、8、如图1所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁体N极附近下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中的位置Ⅰ经过位置Ⅱ下落到位置Ⅲ，且位置Ⅰ和位置Ⅲ都很靠近位置Ⅱ，在这个过程中，线圈中的磁通量( )图1A、是增加的B、是减少的C、先增加，后减少D、先减少，后增加答案 D。

学案2 探究电流周围的磁场[学习目标定位] 1.了解直线电流、环形电流、通电线圈的磁感线分布，并会运用安培定则判定电流的磁场方向.2.知道磁现象的电本质，了解安培分子电流假说．1820年，丹麦物理学家奥斯特发现通电导线也能使小磁针偏转，揭示了电与磁的联系．一、电流的磁场电流的磁场可以用安培定则(右手螺旋定则)来判定1．直线电流的磁场：用右手握住导线，让大拇指指向电流的方向，则弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向．2．环形电流的磁场：环形电流磁场的磁感线是一些围绕环形导线的闭合曲线．在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直．3．通电螺线管的磁场：通电螺线管外部磁感线和条形磁铁外部的磁感线相似，也是从北极出来，进入南极．螺线管内中间部分的磁感线跟螺线管的轴线平行，方向由南极指向北极，并和外部磁感线连接，形成闭合曲线．长直通电螺线管内中间部分的磁场近似为匀强磁场.二、探究磁现象的本质1821年，安培提出了安培分子电流假说，他认为，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微小的磁体，分子电流的两侧相当于两个磁极．安培的分子电流假设揭示了磁性的起源，即磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的．一、电流的磁场[问题设计]1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流周围存在磁场，电流周围的磁场具有什么特征？仔细观察实验，说明电流的磁场的特点．(1)让一直导线垂直穿过一块水平硬纸板，将小磁针放置在水平硬纸板各处，接通电源．观察小磁针在各处的指向，分析直线电流的磁感线的特点．(2)用相同的方法研究环形电流磁场的磁感线的分布，也可用细铁屑模拟磁感线的分布，分析其磁感线的特点．(3)用细铁屑模拟通电螺线管的磁感线分布，分析其磁感线的特点．答案见要点提炼．[要点提炼]电流周围的磁感线方向可根据安培定则判断．1．直线电流的磁场：以导线上任意点为圆心的同心圆，越向外越疏．(如图1所示)图12．环形电流的磁场：内部比外部强，磁感线越向外越疏．(如图2所示)图23．通电螺线管的磁场：内部为匀强磁场，且内部比外部强．内部磁感线方向由S极指向N 极，外部由N极指向S极．(如图3所示)图3二、探究磁现象的本质[问题设计]磁铁和电流都能产生磁场，而且通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场十分相似，它们的磁场有什么联系？答案它们的磁场都是由电荷的运动产生的．[要点提炼]1．安培分子电流假说安培认为，物质微粒内的分子电流使它们相当于一个个的小磁体(如图4)．图42．当铁棒中分子电流的取向大致相同时，铁棒对外显磁性(如图5甲)；当铁棒中分子电流的取向变得杂乱无章时，铁棒对外不显磁性(如图乙)．图53．安培分子电流假说说明一切磁现象都是由电荷的运动产生的．一、对安培定则的理解与应用例1如图6所示，a是直线电流的磁场，b是环形电流的磁场，c是通电螺线管电流的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向．图6解析根据安培定则，可以确定a中电流方向垂直纸面向里，b中电流方向为逆时针方向，c中螺线管内部磁感线方向向左．答案见解析针对训练如图所示，当开关S闭合后，小磁针处在通电电流的磁场中的位置正确的是()答案 D解析依据安培定则，判断出电流的磁场方向；再根据小磁针静止时N极的指向为磁场的方向，判知D正确．二、磁感应强度矢量的叠加例2如图7所示，两个完全相同的通电圆环A、B圆心O重合、圆面相互垂直的放置，通电电流相同，电流方向如图所示，设每个圆环在其圆心O处独立产生的磁感应强度都为B0，则O处的磁感应强度大小为()图7A．0 B．2B0C.2B0 D．无法确定解析A通电圆环在O点处产生的磁场由安培定则可知垂直纸面向里，大小为B0，同理由安培定则知B圆环在O点处产生的磁场方向竖直向下，大小也为B0.所以O点合磁场的磁感应强度大小为2B0，选项C正确．答案 C三、对磁现象的本质的认识例3关于磁现象的电本质，下列说法正确的是()A．除永久磁铁外，一切磁场都是由运动电荷或电流产生的B．根据安培的分子电流假说，在外磁场作用下，物体内部分子电流取向变得大致相同时，物体就被磁化了，两端形成磁极C．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而发生的相互作用D．磁就是电，电就是磁；有磁必有电，有电必有磁解析永久磁铁的磁场也是由运动的电荷产生的．故A错误．没有磁性的物体内部分子电流的取向是杂乱无章的，分子电流产生的磁场相互抵消，但当受到外界磁场的作用力时分子电流的取向变得大致相同时分子电流产生的磁场相互加强，物体就被磁化了，两端形成磁极．故B正确．由安培分子电流假说知C正确．磁和电是两种不同的物质，故磁是磁，电是电．有变化的电场或运动的电荷就能产生磁场，但静止的电荷不能产生磁场，恒定的电场不能产生磁场，同样恒定磁场也不能产生电场，故D错误．答案BC1．(安培定则的理解与应用)如图8所示为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是()图8A．①③B．②③C．①④D．②④答案 C解析由安培定则可以判断出直线电流产生的磁场方向，①正确，②错误．③和④为环形电流，注意让弯曲的四指指向电流的方向，可判断出③错误，④正确．故正确选项为C. 2．(安培定则的理解与应用)如图9所示，a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右侧，当这些小磁针静止时，小磁针N极的指向是()图9A．a、b、c均向左B．a、b、c均向右C．a向左，b向右，c向右D．a向右，b向左，c向右答案 C解析小磁针静止时N极的指向与该点磁感线方向相同，如果a、b、c三处磁感线方向确定，那么三枚磁针静止时N极的指向也就确定．所以，只要画出通电螺线管的磁感线如图所示，即可知a磁针的N极在左边，b磁针的N极在右边，c磁针的N极在右边．3．(磁感应强度矢量的叠加)如图10所示，a、b两根垂直纸面的直导体通有大小相等的电流，两导线旁有一点P，P点到a、b距离相等，要使P点的磁场方向向右，则a、b中电流的方向为()图10A．都垂直于纸面向纸里B．都垂直于纸面向纸外C．a中电流垂直于纸面向外，b中电流垂直于纸面向里D．a中电流垂直于纸面向里，b中电流垂直于纸面向外答案 C解析根据矢量合成可知，a在P点的磁场方向沿aP连线的垂线向上，b在P点的磁场方向沿bP连线的垂线向下，再由安培定则判断得：a中电流垂直于纸面向外，b中电流垂直于纸面向里，C正确．4．(对磁现象的本质的认识)用安培提出的分子电流假说可以解释的现象是()A．永久磁铁的磁场B．直线电流的磁场C．环形电流的磁场D．软铁棒被磁化的现象答案AD解析安培分子电流假说是安培为解释磁体的磁现象而提出来的，所以选项A、D是正确的；而通电导线周围的磁场是由其内部自由电荷定向移动产生的宏观电流而产生的．分子电流和宏观电流虽然都是运动电荷引起的，但产生的原因是不同的，故正确答案为A、D.题组一对安培定则的理解与应用1．如图1所示，小磁针正上方的直导线与小磁针平行，当导线中有电流时，小磁针会发生偏转．首先观察到这个实验现象的物理学家和观察到的现象是()图1A．物理学家伽利略，小磁针的N极垂直转向纸内B．天文学家开普勒，小磁针的S极垂直转向纸内C．物理学家牛顿，但小磁针静止不动D．物理学家奥斯特，小磁针的N极垂直转向纸内答案 D解析发现电流的磁效应的科学家是奥斯特，根据右手螺旋定则和小磁针N极所指的方向为该点磁场方向可知D对；故选D.2．下列各图中，已标出电流及电流磁场的方向，其中正确的是()答案 D解析电流与电流磁场的分布，利用的是右手螺旋定则判断，大拇指指向直导线电流方向，四指指向磁感线方向，因此A、B错；对于螺线管和环形电流中，四指弯曲方向为电流方向，大拇指指向内部磁场方向，故选D.3．如图2所示的螺线管内放置一小磁针，下列判断正确的是()图2A．电源A端为正、B端为负，线圈右端为S极，左端为N极B．电源A端为负、B端为正，线圈右端为S极，左端为N极C．电源A端为负、B端为正，线圈右端为N极，左端为S极D．电源A端为正、B端为负，线圈右端为N极，左端为S极答案 B解析由小磁针N极的指向确定通电螺线管内磁感线的方向为从右向左，再根据安培定则，确定在电源外部电流方向由B指向A，电源B端为正，线圈左端为N极，故B正确．题组二对磁现象的本质的认识4．关于安培分子电流假说的说法正确的是()A．安培观察到物质内部有分子电流存在就提出了假说B．为了解释磁铁产生磁场的原因，安培提出了假说C．事实上物质内部并不存在类似的分子电流D．根据后来科学家研究，原子内电子绕核旋转形成环形电流与安培分子电流假说相符答案BD5．磁铁在高温下或者受到敲击时会失去磁性，根据安培的分子电流假说，其原因是() A．分子电流消失B．分子电流的取向变得大致相同C．分子电流的取向变得杂乱D．分子电流的强度减弱答案 C解析由于高温或猛烈的敲击，会使原来取向一致的分子电流变得杂乱，从而失去磁性，故C选项正确．题组三磁感应强度矢量的叠加6．取两个完全相同的长导线，用其中一根绕成如图3甲所示的螺线管，当该螺线管中通以电流强度为I的电流时，测得螺线管内中部的磁感应强度大小为B，若将另一根长导线对折后绕成如图乙所示的螺旋管，并通以电流强度也为I的电流时，则在螺线管内中部的磁感应强度大小为()图3A．0 B．0.5B C．B D．2B答案 A解析用双线绕成的螺丝管，双线中的电流刚好相反，其在周围空间产生的磁场相互抵消，所以螺线管内中部磁感应强度为零．7．分别置于a 、b 两处的长直导线垂直纸面放置，通有大小相等的恒定电流，方向如图4所示，a 、b 、c 、d 在一条直线上，且ac ＝cb ＝bd.已知c 点的磁感应强度大小为B1，d 点的磁感应强度大小为B2.若将b 处导线的电流切断，则( )图4A ．c 点的磁感应强度大小变为12B1，d 点的磁感应强度大小变为12B1－B2B ．c 点的磁感应强度大小变为12B1，d 点的磁感应强度大小变为12B2－B1C ．c 点的磁感应强度大小变为B1－B2，d 点的磁感应强度大小变为12B1－B2D ．c 点的磁感应强度大小变为B1－B2，d 点的磁感应强度大小变为12B2－B1答案 A解析 设a 导线在c 点的磁感应强度大小为B ，在d 点的磁感应强度大小为B′. 根据右手螺旋定则有：B1＝2B B2＝B －B′联立两式解得B ＝12B1，B′＝12B1－B2.故A 正确，B 、C 、D 错误．8.如图5所示，两根相互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，下列说法正确的是( )图5A ．O 点处的磁感应强度为零B ．a 、b 两点处的磁感应强度大小相等，方向相反C ．c 、d 两点处的磁感应强度大小相等，方向相同D ．a 、c 两点处磁感应强度的方向不同 答案 C解析 根据安培定则判断磁场方向，再结合矢量的合成知识求解．根据安培定则判断：两直线电流在O 点产生的磁场方向均垂直于MN 向下，O 点的磁感应强度不为零，故A 选项错误；a 、b 两点的磁感应强度大小相等，方向相同，故B 选项错误；根据对称性，c 、d 两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，故C 选项正确；a 、c 两点的磁感应强度方向相同，故D 选项错误．。