5.1磁场及其描述 学案（含答案）

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1、第第 1 节节 磁场及其描述磁场及其描述 核 心 素 养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.通过实验，认识磁场 2.了解磁感应强度 3.会用磁感线描述磁 场 4.会判断通电直导线 和通电线圈周围的磁 场 用磁感线描绘通电 直导线和通电线圈 周围的磁场， 体会物 理模型在探索自然 规律中的作用。 1.能列举磁现象在生产生活 中的应用。 2.了解我国古代磁现象的研 究成果及其对人类文明的影 响。 3.关注与磁相关的现代科技 的发展。 知识点一 磁场 磁感应强度 观图助学 1.磁场 (1)磁体和电流周围的空间存在一种特殊的物质磁场。磁场能够对磁体产生力 的作用。 (2)磁场有方向，人们把磁场中

2、某点小磁针静止时北极的指向规定为该点磁场的方 向。 (3)磁场还有强弱，在磁场中的不同位置，其强弱不尽相同。 磁极：磁体上磁性最强的区域。 北极：自由转动的磁体，静止时指北的磁极，又叫 N 极。 南极：自由转动的磁体，静止时指南的磁极，又叫 S 极。 性质：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 2.磁感应强度 (1)电流元：在物理学中，把很短一段通电导线中的电流 I 与导线长度 l 的乘积 Il 叫做电流元。 (2)磁感应强度： 将电流元 Il 垂直放入磁场， 它受到的磁场力 F 与 Il 的比值叫做磁 感应强度。 定义式 BF Il。 磁感应强度的单位：在国际单位制中的单位是特斯拉，简称特，

3、符号是 T。1 T 1 N A m。 (3)磁感应强度的方向 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， 简称磁场的方向。 思考判断 (1)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。 () (2)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。() (3)磁感应强度的方向与小磁针静止时 N 极的指向一定相同。() (4)磁感应强度的大小与电流成反比，与其受到的磁场力成正比。() 知识点二 磁感线与电流的磁场 观图助学 用铁屑模拟磁感线的分布，你的结论是什么？ 1.磁感线 (1)定义：在磁场中画出的一些有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向

4、都跟该点 的磁感应强度的方向一致。 (2)特点 磁感线的疏密表示磁场的强弱。磁场强的地方，磁感线较密；磁场弱的地方， 磁感线较疏。 磁感线某点的切线方向表示该点磁感应强度的方向。 2.匀强磁场： 在磁场的某个区域内， 如果各点的磁感应强度的大小和方向都相同， 这个区域的磁场称为匀强磁场，磁感线是一组平行且等距的直线。 3.电流的磁场 (1)直线电流的磁场 安培定则：用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的 四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。(如图甲所示) (2)环形电流的磁场 环形电流的磁场可用安培定则判断：右手弯曲的四指所指方向与环形电流的方向 一致，伸直的拇指所指的方

5、向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向。(如图乙所 示) (3)通电螺线管的磁场 用右手握住螺线管，让弯曲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北极(如图丙所示)。 思考判断 (1)磁感线从磁体 N 极出发，到 S 极终止。() (2)磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的。() (3)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断。() (4)磁感线上某点切线所指的方向就是该点磁场的磁感应强度方向。() (5)通电直导线周围磁场的磁感线是闭合的圆环。() 知识点三 磁的应用及意义 1.对磁技术的应用中，首屈一指的当数我国发明的指南针。指南针的发明

6、开启了 航海技术的革命，推动了航海事业的发展。 2.交通与磁： 磁悬浮列车有常导电磁铁吸引方式和超导电磁铁相斥方式两种形式。 常导电磁铁吸引式是在导体底部和两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在 T 形导轨的 上方和伸臂部分下方分别设作用板和感应钢板，使导轨钢板的吸引力与车辆重力 平衡，从而使车体悬浮于轨道上运行；超导电磁铁相斥式是根据磁铁同极相斥的 原理。 3.核磁共振成像技术是磁在医学诊断方面的应用。 奥斯特实验 (1)1820 年，丹麦物理学家奥斯特发现，当给导线通电时，与导线平行放置的小磁 针发生转动，如图所示。 (2)实验意义：电流的磁效应的发现，首次揭示了电与磁之间的联系。 深度理解：自然

7、界有两种基本的物质形态：实物和场。 (1)实物即具体的、有形的物质形态，由物质粒子组成。 (2)场是物质的另一种存在形态，和实物一样，也是客观存在的。 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。 进一步探究，由如图所示的探究结果可以发现： 当通电导体垂直于磁场方向放置时，不同的电流元受到的磁场力与电流元的比值 F Il在同一点是相同的， 同一个电流元受到的磁场力与电流元的比值 F Il在不同点一般 是不同的。比值F Il反映了磁场本身的某种性质，B F Il正是磁感应强度大小的计算 式，B 的大小与 F、Il 的大小无关。 实验时利用被磁化的铁屑来显示磁感线

8、的分布情况， 使抽象的磁场变得形象具体， 但磁感线是假想出来的，不是由铁屑排列而成的。 两个线圈之间的磁场是匀强磁场 用“”表示磁场方向垂直于纸面向里，用“ ”表示磁场方向垂直于纸面向外， 用 “”表示电流方向垂直于纸面向里，用“”表示电流方向垂直于纸面向外， 则可方便、直观地描述磁感线的分布。 “”可想象成从箭尾向箭头看到的情景， “ ”可想象成迎着箭头看到的情景。 稳定的环形电流可以等效为小磁针，图中的安培定则描述了磁感应强度的方向与 环形电流平面的垂直关系。 环形导线可以等效为无数段很短小的直导线，既可用通电直导线周围的磁场来判 断，也可根据环形电流的安培定则直接判断。从这个意义上说，安

9、培定则的两种 表述是等效的。 自然现象 美丽的极光 极光发生在地球的高纬度地区(磁极)，是太阳风经过地球时在地磁场作用下发生 偏转形成的。 宇宙射线到达不了地球 ) 核心要点 磁场 磁感应强度 要点归纳 1.磁场的性质 (1)客观存在性：与电场一样，也是一种物质，是一种看不见摸不着而又客观存在 的特殊物质。存在于磁体、通电导线、运动电荷、变化电场、地球的周围。 (2)方向性：物理学中规定，磁场中任一点小磁针北极(N 极)的受力方向(或小磁针 静止时 N 极的指向)为该处的磁场方向。 (3)磁场的基本性质： 磁场对放入其中的磁极或电流有力的作用。 磁极与磁极之间， 磁极与电流之间，电流和电流之间

10、都是通过磁场相互作用的。 2.对磁感应强度的理解 (1)定义式的适用条件：通电导线垂直磁场放置。 (2)磁感应强度的决定因素：磁感应强度反映磁场本身的特性，其值决定于磁场。 其值与放入的检验电流的电流强度、导线长度、摆放方向、检验电流是否受到磁 场力及检验电流是否存在等均无关系。即使不放入载流导线，磁感应强度也照样 存在，故不能说“B 与 F 成正比”或“B 与 Il 成反比”。 (3)磁感应强度是矢量，其方向就是磁场方向。 试题案例 例 1 (多选)关于磁场，下列说法正确的是( ) A.磁场的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

11、种物质 C.磁场是客观存在的一种特殊物质形态 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和电流有力的作用， 它是一种看不见、 摸不着、实实在在存在的物质，A、C 符合题意。 答案 AC 例 2 在匀强磁场中某处 P 垂直于磁场方向放一个长度 l20 cm、通电电流 I 0.5 A 的直导线，测得它受到的最大磁场力 F1.0 N，其方向竖直向上。现将该通 电导线从磁场中撤走，则 P 处的磁感应强度为( ) A.零 B.1 T C.0.1 T D.10 T 解析 此时导体与磁场方向垂直， 由BF Il解得B10 T， 磁感应强度与导线无关， 故

12、选 D。 答案 D 针对训练 1 (多选)指南针是我国古代四大发明之一。关于指南针，下列说法正确 的是( ) A.指南针可以仅具有一个磁极 B.指南针能够指向南北，说明地球具有磁场 C.指南针的指向会受到附近铁块的干扰 D.在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线，导线通电时指南针不偏转 解析 指南针是一个小磁体，具有 N、S 两个磁极，因为地磁场的作用，指南针 的 N 极指向地理的北极，选项 A 错误，B 正确；因为指南针本身是一个小磁体， 所以会对附近的铁块产生力的作用，同时指南针也会受到反作用力，所以会受铁 块干扰，选项 C 正确；在地磁场中，指南针南北指向，当通电直导线在指南针正 上方

13、平行于指南针南北放置时，通电导线产生的磁场在指南针处是东西方向，所 以会使指南针偏转，选项 D 错误。 答案 BC 针对训练 2 在磁感应强度为 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。如图所示，a、b、c、d 是以直导线为 圆心的同一圆周上的四点，在这四点中( ) A.b、d 两点的磁感应强度相等 B.a、b 两点的磁感应强度相等 C.c 点的磁感应强度的值最小 D.b 点的磁感应强度的值最大 解析 如图所示，由矢量叠加原理可求出各点的合磁场的磁感应强度，可见 b、d 两点的磁感应强度大小相等，但方向不同，A 项错误；由图知，a、b 两点的磁感

14、应强度不相等，a 点的磁感应强度最大，c 点的磁感应强度最小，B、D 项错误， C 项正确。 答案 C 核心要点 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。故磁 感线不相切，若相切，切点处 B不可能。 (3)磁感线为闭合曲线：磁体外部从 N 极指向 S 极，磁体内部从 S 极指向 N 极。 (4)磁感线上任一点的切线方向表示该点的磁场方向，在稳定磁场中，某点磁场方 向唯一确定，所以磁感线不能相交。 2.磁感线和电场线的区别与联系 比较项目 磁感线 电场线 相 同 点 意

15、义 形象地描述磁场方向和相对 强弱而假想的线 形象地描述电场方向和相对强弱而 假想的线 方向 线上各点的切线方向即该点 的磁场方向，是小磁针 N 极 受力的方向 线上各点的切线方向即该点的电场 方向，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、不中断 除电荷处外，在空间不相交、不中断 不同点 是闭合曲线 静电场中， 电场线始于正电荷或无穷 远处，止于无穷远处或负电荷，是不 闭合的曲线 试题案例 例 3 (多选)关于磁感线，下列说法中正确的是( ) A.磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致 B.磁感线是磁场中客观存在的、肉眼看不见的曲线 C.两条磁感线

16、的空隙处不存在磁场，不同磁场形成的磁感线可以相交 D.匀强磁场的磁感线是等间距的平行直线 解析 磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向，A 正确；磁感线是为了 形象描述磁场而假想的曲线，可以用实验来模拟，但实际并不存在，B 错误；磁 感线的疏密反映磁场的强弱，但不表示空隙处不存在磁场，磁场是充满某个区域 的；不同磁场源产生的磁场在某一区域叠加，磁感线描绘的是叠加后的合磁场， 某处的磁感应强度是唯一的，磁感线不相交，C 错误；匀强磁场的强弱和方向处 处相同，其磁感线是等间距的平行直线，D 正确。 答案 AD 针对训练 3 (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

17、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。

18、 答案 CD 核心要点 电流的磁场及磁的应用 要点归纳 1.条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 2.常见电流的磁场 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垂直于导线的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越 弱 环形 电流 内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏 通电 螺线 管 内部为匀强磁场且比外部强，方向由 S 极指向 N 极，外部类似条形磁铁， 由 N 极指向 S 极 3.记录与磁：利用磁我们不仅可以记录声音影像，还可以记录其他各种信息，如 磁信息卡、磁防盗卡、磁签到卡等。 磁卡的使用 试题案例 例 4 电路没接通时三个小磁针方向如图所示，试确定电路接通后三个小磁针的 转向及

19、最后的指向。 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 逆时针转动，小磁针 3 顺时针转动，小磁针 2 基本不动。 答案 小磁针 1 逆时针转动，小磁针 3 顺时针转动，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 极受力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 4 如图所示为磁

20、场作用力演示仪中的赫姆霍兹线圈，在线圈中心处挂 上一个小磁针，且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( ) 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 针对训练 5 音箱中的扬声器、电话、磁盘、磁卡等生活中的许多器具都利用了 磁体的磁性。 请选择一个你熟悉的器具， 简述它是怎样利用磁体的磁性来工作的。 答案 扬声器发声的机理：磁

21、体产生的磁场对附近的通电线圈产生力的作用，从 而使线圈振动，带动扬声器的纸盆振动，发出声音。耳机和电话的听筒能够发声 也是这个道理。磁带为一具有磁性敷层的合成树脂长带，用于记录声音和影像。 1.(对磁场的理解)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，不撒铁屑磁场就消失 解析 磁场和电场一样具有物质性，是客观存在的，与有无铁屑及磁体所处环境 均无关，故 A、C、D 错误，B 正确。 答案 B 2.(对磁感

22、应强度概念的理解)下列关于磁感应强度的概念的说法正确的是( ) A.放在某处的小磁针 N 极不受磁场力作用，该处磁场的磁感应强度可能不为 0 B.放在某处的小磁针 N 极受到了磁场力作用，该处磁场的磁感应强度一定不为 0 C.磁场中某位置处的磁感应强度的大小，与放在该处的电流元的放法有关 D.磁场中某位置处的磁感应强度的方向，与该处电流元所受到的磁场力方向可能 一致 解析 小磁针在磁场中一定会受到磁场力作用，选项 A 错误，B 正确；磁场中某 处的磁感应强度大小和方向都由磁场本身决定，选项 C 错误；磁场中某位置处的 磁感应强度的方向， 与该处电流元所受到的磁场力方向一定不一致， 选项D错误。

23、 答案 B 3.(对磁感线的理解)关于磁感线，下列说法中正确的是( ) 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，但不表示空隙处不存 在磁场， 磁场是充满某个区域的， 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.(磁现象在生

24、活中的应用)如图所示是医生用来取出病人吞下的金属物品的仪器。 当仪器顶部接触金属物品时，医生将手控环内推，再拉出整条塑料管。 (1)你能说出这种仪器的原理吗？ (2)如果小孩不慎吞下的是易拉罐拉环或一个回形针，哪种物体可以用这种仪器取 出来？ (3)如果把活动永磁铁换成电磁铁，你认为是不是更实用呢？ 解析 (1)当仪器顶部接触金属物品时，将手控环内推，其上的活动永磁铁使固铁 磁化，磁化后吸引铁磁性金属物品，然后拉出整条塑料管，即可把这种金属物品 取出。 (2)由于磁铁只能吸引铁磁性物质， 易拉罐拉环是铝合金材料的， 不是铁磁性物质， 所以不能取出；而回形针是由铁磁性物质制成的，可以用此仪器取出

25、。 (3)电磁铁的磁性强弱可以随电流的变化而变化，如果是误吞了比较重的铁磁性物 体，可通过调节电流的大小使磁性增强，把它取出来，故使用电磁铁会更实用一 些。 答案 见解析 5.(磁感应强度的大小)如图所示是实验室里用来测量磁场力的一种仪器电流 天平，某同学在实验室里，用电流天平测算通电螺线管中的磁感应强度，他测得 的数据记录如下所示，请你算出通电螺线管中的磁感应强度 B。 CD 段导线长度：410 2 m 天平平衡时钩码重力：410 5 N 通过导线的电流：0.5 A 解析 由题意知，I0.5 A，G410 5 N，l4102 m。电流天平平衡时，导 线所受磁场力的大小等于钩码的重力，即 FG。由磁感应强度的定义式 BF Il得 BF Il 4.010 5 0.54.010 2 T2.010 3 T。 所以通电螺线管中的磁感应强度为 2.010 3 T。 答案 2.010 3 T