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1、
第2節(jié) 用磁感線描述磁場
1.磁感線是為描述磁場而假想的線,磁感線上某點的切線方向表示該點磁場的方向,磁感線越密,磁場越強。
2.用右手握住導線,讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致,彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。
3.用右手握住螺線管,讓彎曲四指所指方向與電流方向一致,拇指所指的方向就是螺線管內部磁感線的方向,也就是說,拇指指向通電螺線管的北極。
用磁感線描述磁體的磁場
1.磁感線的定義
磁感線即在磁場中畫出的一些有方向的假想曲線,在磁感線上,任意一點的切線方向都跟該點的磁場方向相同,都代表磁場中該點小磁針北極受力的方向。
2、2.磁感線的特點
(1)磁感線是為了形象描述磁場而假想的,不是實際存在的線。
(2)磁感線上任一點的切線方向為該點的磁場方向。
(3)磁感線的疏密反映磁場的強弱。磁感線密集的地方磁場強,磁感線稀疏的地方磁場弱。
(4)磁感線在磁體的外部都是從北極(N極)出來進入南極(S極),在磁體的內部則是由南極指向北極形成一條閉合曲線。
(5)任意兩條磁感線都不相交。
1.幾種常見磁體的磁感線
圖5-2-1
2.磁感線與電場線的比較
磁感線與電場線都是為了形象描述場而引入的,它們既有相似點,又有不同點,列表比較如下:
比較項目
磁感線
電場線
相似點
意義
3、
形象地描述磁場而假想的線
形象地描述電場而假想的線
方向
線上各點的切線方向即該點的磁場方向,是磁針N極受力的方向
線上各點的切線方向即該點的電場方向,是正電荷受電場力的方向
疏密
表示磁場強弱
表示電場強弱
特點
在空間不相交、不中斷
除電荷處,在空間不相交、不中斷
不同點
是閉合曲線
電場線始于正電荷(或無窮遠處),止于負電荷(或無窮遠處),是不閉合的曲線
1.關于磁感線的說法,正確的是( )
A.磁感線總是從N極出發(fā),終止在S極
B.磁感線是客觀存在的、肉眼看不見的曲線
C.磁感線上任一點的切線方向表示該點磁場的方向,磁感線的疏密程度表
4、示磁場的強弱
D.磁感線就是磁場中鐵粉排列成的曲線
解析:磁感線是閉合不相交的、假想的、實際不存在的線。是為了形象描述磁場而引入的線。
答案:C
用磁感線描述電流的磁場
1.直線電流的磁場
安培定則(又叫右手螺旋定則):用右手握住導線,讓伸直的拇指所指的方向與電流的方向一致,彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向(如圖5-2-2所示)。
圖5-2-2 圖5-2-3
2.環(huán)形電流的磁場
安培定則:右手彎曲的四指表示環(huán)形電流的方向,則伸直的拇指所指的方向是環(huán)形導線中心軸線處的磁感線方向(
5、如圖5-2-3所示)。
3.通電螺線管的磁場
安培定則:用右手握住螺線管,讓彎曲四指所指的方向與電流方向一致,拇指所指的方向就是螺線管內部磁感線的方向,也就是說拇指指向通電螺線管的北極(N極)。通電螺線管的磁場(如圖5-2-4所示)。
圖5-2-4
常見電流磁場的分布特點
(1)直線電流的磁場中,在垂直于電流的平面內磁感線是一組以電流為中心的同心圓,在空間中是以電流為中心軸的同軸圓筒,離電流越近,磁感線越密,磁場越強,反之,磁感線越稀,磁場越弱。
(2
6、)環(huán)形電流的磁感線是一系列圍繞電流的閉合曲線,中心軸線上的磁感線與環(huán)形電流面垂直,且離環(huán)心越遠,磁場越弱。
(3)通電螺線管的磁場與條形磁鐵的磁場相似。且在管的內部,磁感線是互相平行的直線,磁場強弱處處相同,在管的外部,兩端磁性最強,中間最弱。
2.如圖5-2-5所示是通電直導線周圍磁感線分布情況的示意圖,各圖的中央?表示垂直于紙面的通電直導線及其中電流的方向,其他的均為磁感線,其方向由箭頭指向表示,則這四個圖中正確的是( )
圖5-2-5
解析:四個圖中磁感線的方向都符合右手螺旋定則,但是磁感線分布的密度不同,從通電直導線開始,由近而遠,逐漸由密變疏。據(jù)此推理,只有C
7、圖是正確的。
答案:C
磁感線的理解及應用
[例1] 關于磁感線的說法,正確的是( )
A.磁感線總是從磁體的N極出發(fā)指向S極
B.磁感線可以表示磁場的強弱和方向
C.電流在磁場中的受力方向即為該點的磁場方向,即為該點磁感線的切線方向
D.沿磁感線方向磁場減弱
[審題指導] 解答本題時應注意以下三點:
(1)磁感線是閉合曲線。
(2)磁感線疏密反映磁場強弱。
(3)小磁針N極在磁場中的受力方向即為該點的磁場方向,即為該點磁感線的切線方向。
[解析] 磁感線是閉合曲線,在磁體外部是從N極到S極,內部是由S極到N極,A項錯誤。用磁感線可形象描述磁場的強弱和方向,即
8、疏密表示強弱,各點的切線方向表示該點的磁場方向。磁場中各點的方向即為處在該點的小磁針N極的受力方向,不是電流的受力方向,B項正確,C項錯。磁感線的疏密表示磁場強弱,與磁感線的方向無關。D項錯。
[答案] B
借題發(fā)揮
磁感線是為了形象地描述磁場而人為假設的曲線,實際上并不存在。實驗時用磁化的鐵屑可以顯示磁感線的分布情況,但這僅是一種模擬方法,決不能認為磁感線是存在的。另外,要注意磁場是立體的,故磁感線也應在三維空間里,不應認為只是平面的。
1.磁場中某區(qū)域的磁感線如圖5-2-6所示,則( )
A.a處磁場比b處磁場強
B.b處磁場和a處磁場強度一樣
9、 圖 5-2-6
C.小磁針N極在a處受力比b處受力大
D.小磁針N極在a處受力比b處受力小
解析:因為b處磁感線密,所以b處磁場強,故B錯誤。小磁針受力也是b處大,故D正確。
答案:D
安培定則的應用
[例2] 如圖5-2-7所示,a、b是直線電流的磁場,c、d是環(huán)形電流的磁場,e、f是螺線管電流的磁場,試在各圖中補畫出電流方向或磁感線方向。
圖5-2-7
[解析] 根據(jù)安培定則,可以確定a中電流方向垂直紙面向里,b中電流的方向從下向上,c中電流方向是逆時針,d中磁感線的方向向下,e中磁感線的方向向左,f中磁感線的方向向右。
10、[答案] 見解析
借題發(fā)揮
使用安培定則時要注意對于直線電流和環(huán)形電流右手拇指和四指各指向什么方向。同時要搞清楚所給圖示是平面圖還是投影圖。要知道即使同一個磁場的磁感線分布,由于觀察方位不同,畫出的圖形也不同。
2.如圖5-2-8所示,螺線管中通有電流,如果在圖中的a、b、c三個位置上各放一個小磁針,其中a在螺線管內部,則 圖5-2-8
(1)放在a處的小磁針的N極向________。
(2)放在b處的小磁針的N極向________。
(3)放在c處的小磁針的N極向________。
解析:由安培定則,通電螺線管的磁場如圖所示,右端為N極
11、,左端為S極,在a點磁場方向向右,則小磁針在a點時,N極向右;在b點磁場方向向右,則磁針在b點時,N極向右;在c點,磁場方向向右,則磁針在c點時,N極向右。
答案:(1)右 (2)右 (3)右
[隨堂基礎鞏固]
1.關于磁感線,下列說法正確的是( )
A.磁感線是真實存在的,細鐵粉撒在磁鐵附近,我們看到的就是磁感線
B.磁感線始于N極,終止于S極
C. 沿磁感線方向磁場減弱
D.磁感線是無頭無尾的閉合曲線
解析:磁感線是人們?yōu)榱诵蜗竺枋龃艌龆傧氲木€,實際不存在,細鐵粉在磁鐵附近的排列可以顯示磁感線的分布,但我們看到的不是磁感線,故A錯;磁感線是閉合曲線,在磁體外部是從N
12、極到S極,在磁體內部是從S極到N極,故D對,B錯;磁感線的疏密表示磁場的強弱,沿磁感線方向磁場可能增強,也可能減弱,故C錯。
答案:D
2. 如圖5-2-9所示,直流電源跟一個線圈連接成閉合回路,線圈的上方和右側各有一個可以自由轉動的小磁針,由圖得出的結論正確的是( )
圖5-2-9
A. 小磁針的c端為N極,電源的a端為正極
B. 小磁針的c端為N極,電源的a端為負極
C. 小磁針的d端為N極,電源的a端為正極
D. 小磁針的d端為N極,電源的a端為負極
解析:根據(jù)小磁針的N極方向可以確定通電線圈外部上方磁場的方向,然后應用安培定則確定線圈中的電流方向,從而判斷電源a為
13、負極,同時判斷d為N極。
答案:D
3.如圖5-2-10所示,圓環(huán)上帶有大量的負電荷,當圓環(huán)沿順時針方向轉動時,a、b、c三枚小磁針都要發(fā)生轉動,以下說法正確的是( )
A.a、b、c的N極都向紙里轉 圖5-2-10
B.b的N極向紙外轉,而a、c的N極向紙里轉
C.b、c的N極都向紙里轉,而a的N極向紙外轉
D.b的N極向紙里轉,而a、c的N極向紙外轉
解析:帶負電圓環(huán)順時針轉動,形成逆時針方向等效電流,根據(jù)安培定則,判斷出環(huán)內外磁場方向,可知小磁針轉動方向。
答案:B
4.如圖5-2-11所示,當開關S接通后,說
14、明電流周圍磁場中的小磁針的偏轉情況。
圖5-2-11
解析:甲圖線框內電流磁感線向內,線框外電流磁感線向外,線框內小磁針N極向紙內偏轉,線框外小磁針N極向紙外偏轉;乙圖通電螺線管下端為N極,兩個小磁針順時針偏轉;丙圖通電螺線管類似蹄形磁鐵,左側為N極、右側為S極,左邊的小磁針順時針偏轉,右邊的小磁針逆時針偏轉。
答案:見解析
[課時跟蹤訓練]
(滿分50分 時間30分鐘)
一、選擇題(本題共8小題,每小題4分,共32分)
1.關于磁場和磁感線的描述,下列哪些是正確的( )
A.磁感線從磁體的N極出發(fā)到磁體的S極終止
B.自由轉動的小磁針放在通電螺線管內部,其N極指
15、向螺線管的N極
C.磁感線的方向就是磁場方向
D.兩條磁感線的空隙處不存在磁場
解析:磁感線與電場線不同,它是一條閉合曲線,在磁體的外部由N極到S極,而在磁體的內部則由S極到N極,故選項A是不正確的。螺線管內部的磁感線和條形磁鐵相似,是由S極到N極的,即磁場方向也是從S極指向N極,所以放置其中的小磁針N極必然是指向磁場方向,即螺線管的北極,故選項B正確。只有磁感線是直線時,磁感線的方向才與磁場方向一致。如果磁感線是曲線,那么某點的磁場方向是用該點的切線方向來表示的,所以選項C不正確。磁感線是為了研究問題方便而假想的曲線,磁場中磁感線有無數(shù)條,故提出兩條磁感線之間是否有空隙,是否存在磁場等
16、類似的問題是毫無意義的,故選項D不正確。
答案:B
2.如圖1中繪出了磁鐵的磁感線及其旁邊小磁針靜止時所指的方向(小磁針黑色端表示N極),其中正確的是( )
圖1
解析:小磁針靜止時N極所指的方向與磁場方向相同,故選項A、D正確。磁體外部磁場方向應從N極指向S極,故選項B、C錯誤。
答案:AD
3.下列所說的情況中,可能的是( )
A.一環(huán)形電流產生的磁場,環(huán)內的磁感線與環(huán)外的磁感線數(shù)目相等
B.電流產生的磁場比磁極產生的磁場強
C.磁感線在空間某處中斷
D.某兩處的磁感線疏密一樣
解析:由于磁感線是閉合的,環(huán)形電流的環(huán)內與環(huán)外的磁感線數(shù)目應該是相等的;電流產生的
17、磁場和磁極產生的磁場大小沒有必然聯(lián)系,電流產生的磁場有可能比磁極產生的磁場強;但磁感線是閉合的,它不可能在空間某處中斷;磁感線疏密程度相同說明磁場強度大小相等,這也是有可能的。
答案:ABD
4.如圖2所示,ab、cd是兩根在同一豎直平面內的導線,在兩根導線的中央懸掛一個小磁針,靜止時在同一豎直平面內,當兩導線中通以大小相等的電流時,小磁針N極向紙面內轉動,則兩導線中的電流方向( )
A.一定都是向上
B.一定都是向下 圖2
C.ab中電流方向向下,cd中電流方向
18、向上
D.ab中電流方向向上,cd中電流方向向下
解析:小磁針所在位置跟兩導線距離相等,兩導線中的電流在該處產生的磁場的磁感應強度大小相等,小磁針N極向里轉,說明合磁場方向向里,兩電流在該處產生的磁場方向均向里,由安培定則可判知,ab中電流方向向上,cd中電流方向向下,D正確。
答案:D
5.如圖3所示為磁場作用力演示儀中的赫姆霍茲線圈,當在線圈中心處掛上一個小磁針,且與線圈在同一平面內,則當赫姆霍茲線圈中通以如圖所示方向的電流時( ) 圖3
A.小磁針N極向里轉
B.小磁針N極向
19、外轉
C.小磁針在紙面內向左擺動
D.小磁針在紙面內向右擺動
解析:由安培定則判知,線圈中心處的磁感線方向應垂直紙面向里,故小磁針N極受力方向向里,所以N極向里轉,故A對,B、C、D都錯。
答案:A
6.如圖4所示,一個正電子沿著逆時針方向做勻速圓周運動,則此正電子的運動( )
A.不產生磁場 圖4
B.產生磁場,圓心處的磁場方向垂直于紙面向里
C.產生磁場,圓心處的磁場方向垂直于紙面向外
D.只有圓周內側產生磁場
解析:正電子逆時針旋轉,產生逆時針電流,根據(jù)電流
20、的磁效應,必產生磁場,由安培定則判得圓心處磁場方向垂直于紙面向外,故選C。
答案:C
7.在地球赤道上空有一小磁針處于水平靜止狀態(tài),突然發(fā)現(xiàn)小磁針N極向東偏轉,由此可知( )
A.一定是小磁針正東方向有一條形磁鐵的N極靠近小磁針
B.一定是小磁針正北方向有一條形磁鐵的S極靠近小磁針
C.可能是小磁針正上方有電子流自北向南水平通過
D.可能是小磁針正上方有電子流自南向北水平通過
解析:小磁針N極向東偏轉,表明小磁針所在處有方向向東的磁場產生,據(jù)此知,D選項正確。
答案:D
8.如圖5所示,一束帶電粒子沿著水平方向平行地飛過磁針上方時,磁針的S極向紙內偏轉,則這束帶電粒子可
21、能是( )
圖5
A.向右飛行的正離子束
B.向左飛行的正離子束
C.向右飛行的負離子束
D.向左飛行的負離子束
解析:小磁針N極的指向即是磁針所在處的磁場方向。題中磁針S極向紙內偏轉,說明離子束下方的磁場方向由紙內指向紙外。 由安培定則可判定由離子束的定向運動所產生的電流方向由右向左,故若為正離子,則應是自右向左運動,若為負離子,則應是自左向右運動。
答案:BC
二、非選擇題(本題共2小題,共18分)
9.(8分)實驗室有一舊的蓄電池,輸出端的符號變得模糊不清,無法分辨正、負極,某同學設計了下面的判斷電源兩極的方法:在桌面上放一個小磁針,在小磁針右
22、側放置一個螺線管,圖6為水平桌面上的俯視圖。閉合開關后,小磁針指南的一端向東偏轉,由此可判斷電源A端是________(填“正”或“負”)極。
圖6
解析:磁針指南的一端就是S極,由于電磁鐵的作用而逆時針向東偏轉,可知電磁鐵的左側等效于N極,所以判斷電路中電流為逆時針方向,B端為電源正極,A端為電源負極。
答案:負
10.裝有鐵芯的螺線管叫電磁鐵,巨大的電磁鐵能吸起很重的鋼鐵,如圖7甲所示?,F(xiàn)有一個如圖乙所示的繞有兩個線圈的鐵芯,要使其產生磁性且左端為N極,其四個接頭與電源應怎樣連接?
圖7
解析:使鐵芯產生磁性并且左端為N極,可有以下五種接法:
(1)只用a、c線圈,a端接電源正極,c端接電源負極。
(2)只用b、d線圈,b端接電源正極,d端接電源負極。
(3)a、b相接,接電源正極,c、d相接,接電源的負極。
(4)b、c相接,a接電源的正極,d接電源的負極。
(5)a、d相接,b接電源的正極,c接電源的負極。
答案:見“解析”
10