2022新教材高中物理第十三章电磁感应与电磁波初步1磁场磁感线练习含解析新人教版必修第三册.doc

磁场 磁感线
一　认识磁场的性质
1.对磁场性质的理解:
基本性质
对放入其中的磁体或电流产生力的作用
客观性质
磁场虽然不是由分子、原子组成的,但是它和常见的桌子、房屋、水和空气一样,是一种客观存在的物质
特殊性质
磁场和常见的由分子、原子组成的物质不同,它是以一种场的形式存在的
形象性
磁体之间、磁体与电流间,电流与电流间通过磁场发生作用,如同用弹簧连接的小球,靠弹簧发生相互作用一样
2.电场与磁场的比较:
比较项目
电场
磁场
不
同
点
产生
电荷周围
磁体、电流、运动电荷周围
基本
性质
对放入其中的电荷有电场力的作用
对放入其中的磁极、电流有磁场力的作用
作用
特点
对放入其中的磁体无力的作用
对放入其中的静止电荷无力的作用
相同点
磁场和电场一样,都是不依赖于人的意志而客观存在的特殊物质,都具有能量
【思考·讨论】
图一中异名磁极相互吸引,同名磁极相互排斥,图二中一段直导线悬挂在蹄形磁铁的两极间,通以电流,导线就会移动;图三中两条通过同向电流的导线相互吸引,通过反向电流的导线相互排斥,这些相互作用是怎样实现的? (物理观念)
提示:磁体的周围和电流的周围都存在着磁场,磁体和磁体之间、磁体和电流之间、电流和电流之间的相互作用都是通过磁场来传递的。
【典例示范】
下列关于磁场的说法中,正确的是 (　　)
A.磁铁周围才存在磁场
B.磁场是为了解释磁极间的相互作用而人为规定的
C.磁场在磁极与磁极、磁极和通电导线发生作用时才产生
D.磁极与磁极之间、磁极与通电导线之间、通电导线与通电导线之间都是通过磁场发生相互作用的
【审题关键】
序号
信息提取
①
电流周围也有磁场
②
电流和电流之间发生作用时也有
【解析】选D。磁场存在于磁体周围和电流周围,故A错误;磁场是实际存在的,不是假想的,磁感线是假想的,故B错误;磁场存在于磁体和电流周围,即使没有发生作用,磁场仍然是存在的,故C错误;磁极与磁极,磁极与电流、电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用的,故D正确。
【素养训练】
1.如图所示,小磁针N极指向正确的是 (　　)
【解析】选A。放入磁场中某点的小磁针,静止时N极所指的方向就是该点磁场的方向,可以判断A正确,B、C、D错误。
2.(多选)司南是中国古代辨别方向用的一种仪器,据近代考古学家猜测,司南是用天然磁铁矿石琢成一个勺形的东西,放在一个光滑的盘上,盘上刻着方位,可以辨别方向,如图所示,下列说法正确的是 (　　)
A.司南不可能仅具有一个磁极
B.司南能够指向南北,说明地球具有磁场
C.司南的指向会受到附近铜块的干扰
D.在司南正上方附近沿勺柄方向放置一直导线,导线通电时司南会发生偏转
【解析】选A、B、D。磁极是成对出现的,则司南不可能仅具有一个磁极,故A正确;司南能够指向南北,说明地球具有磁场,故B正确;铜不是磁性材料,则司南的指向不会受到附近铜块的干扰,故C错误;在司南正上方附近沿勺柄方向放置一直导线,因直导线下面的磁场与直导线垂直,可知导线通电时司南会发生偏转,故D正确。
【补偿训练】
1.如图所示,一条形磁铁的周围放着能自由转动的甲、乙、丙、丁四根小磁针,静止时,画错的是 (　　)
A.甲　　　　B.乙　　　　C.丙　　　　D.丁
【解析】选A。磁场中的磁感线方向从磁体的N极出来回到S极,小磁针静止时N极所指的方向与磁感线的方向相同;由图可以看出甲错误;故A正确。
2.下列关于磁场的说法,正确的是 (　　)
A.在地磁场的作用下小磁针静止时指南的磁极叫北极,指北的磁极叫南极
B.磁场和电场一样,是客观存在的特殊物质
C.磁铁与磁铁之间的相互作用是通过磁场发生的,通电导体与通电导体之间的相互作用是通过电场发生的
D.19世纪初,法国科学家安培认为电与磁是联系的
【解析】选B。小磁针放在该处静止时北极所指的方向为北极,即指北的磁极叫北极,指南的磁极叫南极,故A错误;磁极之间的相互作用是通过磁场发生的,通电导体与通电导体之间的相互作用是通过磁场发生的,故C错误;磁场和电场一样,也是一种客观存在的特殊物质,故B正确;19世纪初,法国科学家安培认为电与磁是互不联系的,故D错误。
二　认识磁感线的性质
1.常见磁体的磁感线:
2.磁感线与电场线的比较:
比较内容
磁 感 线
电 场 线
相
似
点
引入目的
形象地描述场而引入的假想线,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
不同点
闭合曲线
不闭合,起始于正电荷,终止于负电荷或无穷远;或者起始于无穷远,终止于负电荷
【思考·讨论】
如图是U形磁体的磁感线。
(1)a点没有磁感线,a点的磁场等于零吗? (物理观念)
提示:磁场不等于零,磁体周围存在磁场,磁感线是形象地描述磁场而引入的假想线,实际不存在,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。
(2)磁感线是起始于正电荷,终止于负电荷吗? (物理观念)
提示:不是。磁感线是闭合曲线,没有起点和终点,图中没有画出磁体内部的磁感线。
【典例示范】
如图为某种用来束缚原子的磁场的磁感线分布情况,O点(图中白点)为坐标原点,沿z轴正方向磁场大小的变化最有可能是图中的(磁场的大小用B来表示)(　　)
【解题探究】
(1)沿z轴正方向磁感线疏密情况是怎样的?
提示:由密到疏再到密,即磁场由大到小再到大。
(2)能表示磁场由大到小再到大的函数图像怎样判断?
提示:C表示磁感应强度由大到小再到大。
【解析】选C。磁感线是为了形象地描述磁场而人为假想的曲线,其疏密程度反映磁场的强弱,磁感线越密的地方磁场越强,沿z轴正方向磁感线由密到疏再到密,即磁感应强度由大到小再到大,故只有C正确。
【规律方法】磁场中的磁感线描述
(1)在没画磁感线的地方,并不表示没有磁场存在;
(2)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。
【母题追问】
1.把一个小磁针放置在【典例示范】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.S极指向该点磁场方向
B.N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
【解析】选B。物理学上规定:小磁针静止时N极所指的方向就是该点的磁场方向,故B正确;该点的磁场方向与S极指的方向相反,故A错误;由图看出,该磁场的磁感线分布不均匀,说明各处的磁感应强度不是处处相同,所以该磁场不是匀强磁场,故C错误;a点的磁场方向沿磁感线的切线方向:斜向右上方,故D错误。
2.在【典例示范】磁场中,取其中的一条磁感线,其上有A、B两点,则(　　)
A.A点的磁感应强度一定大
B.B点的磁感应强度一定大
C.因为磁感线是直线,A、B两点的磁感应强度一样大
D.条件不足,无法判断
【解析】选D。由磁场中一根磁感线无法判断某点周围的磁感线的疏密,故也无法判断某点磁场的强弱,故选项D正确。
【补偿训练】
1.关于电场线和磁感线,下列说法正确的是 (　　)
A.电场线和磁感线都是闭合的曲线
B.磁感线是从磁体的N极发出,终止于S极
C.电场线和磁感线都不能相交
D.电场线和磁感线都是现实中存在的
【解析】选C。电场线和磁感线是分别用于描述电场和磁场分布情况的,在现实中都是不存在的;二者都不能相交;电场线是不闭合的,而磁感线是闭合曲线,选项C正确。
2.关于磁感线,下列说法正确的是 (　　)
A.条形磁铁的磁感线从磁铁的N极出发,终止于磁铁的S极
B.磁感线的疏密表示磁场的强弱,磁感线疏的地方磁场弱,磁感线密的地方磁场强
C.磁感线是客观存在的物质,没画磁感线的地方就表示磁场不存在
D.通电长直导线周围的磁场方向可以用左手定则进行判断
【解析】选B。在磁体的外部,磁感线是从磁体的N极出发回到S极,但在磁体的内部,磁感线是从磁体的S极出发回到N极,故A错误;磁感线的疏密表示磁场的强弱,磁感线疏的地方磁场弱,磁感线密的地方磁场强,故B正确;磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向,但磁感线不是真实存在的,故C错误;通电长直导线周围的磁场方向可以用右手螺旋定则进行判断,故D错误。
三　科学探究——安培定则的应用
三种常见的电流的磁场

安培定则
立 体 图
横截面图
纵截面图

以导线上任意点为圆心的多组同心圆,越向外越稀疏,磁场越弱

内部磁场比环外强,磁感线越向外越稀疏

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
【思考·讨论】
演示实验:将一根与电源、开关相连接的直导线用架子架高,沿南北方向水平放置。将小磁针平行地放在直导线的下方。
(1)观察直导线通、断电时小磁针的偏转情况,实验说明了什么? (科学探究)
提示:直线通电时,小磁针的N极向外偏转,直导线断电时,小磁针仍然指向南北方向,说明通电导线周围存在磁场。
(2)我们知道,磁场是有方向的,那么电流周围的磁场方向是怎样的呢?它与电流的方向有关吗? (科学探究)
提示:通电直导线周围的磁场与导线中电流的方向有关,电流和磁场的关系安培非常巧妙地总结出来,即安培定则。
【典例示范】
(多选)一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的下方,并与磁针指向平行,如图所示,此时小磁针的S极向纸内偏转,则这束带电粒子可能是
(　　)
A.向右飞行的正离子束　　　　　 B.向左飞行的正离子束
C.向右飞行的负离子束 D.向左飞行的负离子束
【解题探究】
(1)小磁针的S极向纸内偏转,可判断磁场的方向是怎样?
提示:磁场方向垂直于纸面向外。
(2)带电粒子从小磁针下面通过时,电流的方向是沿什么方向?
提示:由安培定则可得电流方向向右,形成方向向右的电流的可以是正离子向右,负离子向左。
【解析】选A、D。小磁针S极向纸内偏转,说明电流产生的磁场在小磁针处垂直纸面向外,由安培定则可得电流方向向右,可以形成方向向右的电流的是向右飞行的正离子束或向左飞行的负离子束,则A、D正确。
【素养训练】
1.如图所示,E、F分别表示蓄电池两极,P、Q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Q端。下列判断正确的是 (　　)
A.E为蓄电池正极
B.螺线管P端为S极
C.流过电阻R的电流方向向上
D.管内磁场方向由P指向Q
【解析】选C。由题知,闭合开关时,螺线管Q端为S极,管内磁场方向由Q指向P,根据安培定则判断知,E为蓄电池的负极,电阻R中的电流方向向上,故C项正确。
2.在如图所示的磁场中有一个垂直于磁场方向放置的闭合圆环,现在圆环的直径ab平行于导线ef,沿直径由a到b移动时,则磁场的变化情况是(　　)
A.变小 B.变大
C.不变 D.先变小后变大
【解析】选C。由图可知,圆环的直径ab平行于导线ef,沿直径由a到b移动时,磁场不变,故C正确。
3.如图所示,通电螺线管中放入一小磁针,则通电后小磁针的N极指向及螺线管a端的极性分别为 (　　)
A.小磁针的N极指向a端,a端为N极
B.小磁针的N极指向a端,a端为S极
C.小磁针的N极指向b端,a端为N极
D.小磁针的N极指向b端,a端为S极
【解析】选A。由安培定则可得,螺线管a端为N极,b端为S极,螺线管内部磁感线从S极指向N极,所以小磁针N极指向a端,故A正确。
【补偿训练】
如图所示,环形导线周围有三只小磁针a、b、c,闭合开关S后,三只小磁针N极的偏转方向是 (　　)
A.全向里　　　　　　　　 B.全向外
C.a向里,b、c向外 D.a、c向外,b向里
【解析】选D。由安培定则可以判断环形导线内部磁场方向向里,外部磁场方向向外,a、c磁针的N极向外,b磁针的N极向里。
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