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13.1 磁场 磁感线
一、【课程标准】：认识电和磁的联系，体会电流磁效应的发现过程，会应用安培定则判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向。
二、【学习目标】：
1.通过研读教材文本说出电和磁的联系，体会电流磁效应的发现过程。体会奥斯特发现的重要意义，体会探索自然奥秘的艰难与克服困难带来的成就感。安培分子电流假说。
2．通过研读教材文本能说出磁场的基本特性。能画出几种常见磁场磁感线的空间分布情况。体会如何使用形象化的手段描述物理现象。
3．会应用安培定则判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向。
三、【知识梳理】：
【问题一】我国对磁现象的研究相当久远，其中指南针是我国古代四大发明之一。在初中同学们也初步了解了关于磁现象的规律。结合初中所学，说明电和磁有关系吗？若有，举出你知道的电和磁联系实例？
【参考答案】：电现象和磁现象相似性
1731年，一英国商人发现雷击后的刀叉竟具有了磁性。
1751年，富兰克林发现莱顿瓶放电可使缝衣针磁化。
电场中两点间电势的差值，也叫电压。电势差的表达式：UAB=φA－φB电势差是标量。
【问题二】阅读课本P104，说明：什么样的思想指引着科学家探索电和磁之间的关系？
【参考答案】：
在18世纪和19世纪之交，随着对摩擦生热及热机做功等现象认识的深入化，自然界各种运动形式之间存在着相互转化的思想，在哲学界和科学界逐渐形成，丹麦物理学家奥斯特相信，电和磁之间应该存在某种联系，并开始了不懈的探索。
【问题三】哪位科学家、通过怎样的实验研究历程最先揭示了电和磁的联系
【参考答案】：奥斯特在寻找电和磁的联系时，总是把磁针放在导线的延长线上,实验均以失败告终。1820年4月,在一次讲课中,他偶然地把导线沿南北方向放置在个带玻璃罩的指南针的上方,通电时磁针转动了。这个现象可能没有引起听众的注意,但却是奥斯特盼望已久的。他连续进行了大量研究,同年7月发表论文,宣布发现了电流的磁效应,首次揭示了电与磁的联系
【问题四】写出磁场的定义，磁场的方向以及磁感线的定义及其特点
【参考答案】：1、磁场：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，是通过磁场发生的，磁场是磁体或电流周围一种看不见、摸不着的特殊物质。
2、磁场的方向：物理学规定，在磁场中的某一点，小磁针静止时N极所指方向就是这一点的磁场方向。
3、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都跟该点的磁场方向一致，这样的曲线就叫作磁感线。
(2)特点
①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。
②磁感线某点的切线方向表示该点磁场的方向。
【问题五】阅读P107科学漫步请写出分子电流假说及其意义
1．分子电流假说：安培认为，在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种环形电流，即分子电流。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．分子电流假说意义：能够解释磁化以及退磁现象，解释磁现象的电本质，即磁体的磁场和电流的磁场一样，都是由运动的电荷产生的。
【问题六】阅读P106写出安培定则（包括直线电流的磁场、环形电流的磁场、通电螺线管的磁场）
1．直线电流的磁场
安培定则：如图甲所示，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环绕的方向。
直线电流周围的磁感线环绕情况如图乙所示。
2.环形电流的磁场
安培定则：如图所示，让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁场的方向。
环形电流的安培定则
3．通电螺线管的磁场
安培定则：如图所示，右手握住螺线管，让弯曲的四指与螺线管电流方向一致，伸直的拇指所指的方向就是螺线管轴线上磁场的方向。
【合作探究】：
【活动一】对磁场的理解
[例1] (多选)关于磁铁、电流间的相互作用，下列说法正确的是(　　)
A．甲图中，电流不产生磁场，电流对小磁针力的作用是通过小磁针的磁场发生的
B．乙图中，磁体对通电导线的力是通过磁体的磁场发生的
C．丙图中电流间的相互作用是通过电流的磁场发生的
D．丙图中电流间的相互作用是通过电荷的电场发生的
思路点拨：(1)磁体和电流的周围都存在磁场。
(2)磁场对放入其中的磁体或电流有力的作用。
答案：BC　[甲图中，电流对小磁针力的作用是通过电流的磁场发生的；乙图中，磁体对通电导线力的作用是通过磁体的磁场发生的；丙图中，电流对另一个电流力的作用是通过该电流的磁场发生的。综上所述，选项B、C正确。]
[变式训练1-1] (多选)关于磁场，下列说法正确的是(　　)
A．磁场的基本性质是对放入其中的磁体和电流有力的作用
B．磁场看不见、摸不着，实际不存在，是人们假想出来的一种物质
C．磁场是客观存在的一种特殊的物质形态
D．磁场的存在与否取决于人的思想，想其有则有，想其无则无
答案：AC　[磁场的定义：磁体或电流周围存在一种特殊物质，可以对其中的磁体和电流有力的作用，这种特殊物质为磁场，故选项A、C正确。]
【活动二】：对磁感线的理解
[例2](多选)磁场中某区域的磁感线如图所示，a、b、c、d、e是磁场中的5个点，其中c、d两点关于直线对称，下列说法正确的是(　　)
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a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、e两点在同一直线上，所以b、e两点磁感应强度方向相同
[解析]　从磁感线分布情况看，e点位置的磁感线分布最密集，磁感应强度最大，A正确；a处磁感线相对其他位置比较稀疏，a处磁感应强度较小，但并不是零，B错误；在c、d两点的切线方向表示c、d点的磁感应强度方向，所以c、d两点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．
[变式训练2-1]一个磁场的磁感线如图所示，一个小磁针被放入磁场中，则小磁针将(　　)
A．逆时针转动，直到S极指向右
B．顺时针转动，直到N极指向右
C．一直顺时针转动
D．一直逆时针转动
B　[因为小磁针N极受磁场力的方向就是磁场的方向，故选项B正确。]
【活动三】：电流的磁场(安培定则)
[例3] (多选)如图所示，螺线管中通有电流，如果在图中的a、b、c三个位置上各放一个小磁针，其中a在螺线管内部，则(　　)
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a处的小磁针的N极向右
思路点拨：(1)通电螺线管的磁场分布与条形磁铁相似。
(2)小磁针的N极受力的方向即为磁场的方向。
答案：BD　[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a点磁场方向向右，则小磁铁在a点时，N极向右，A项错误，D项正确；在b点磁场方向向右，则磁针在b点时，N极向右，B项正确；在c点，磁场方向向右，则磁针在c点时，N极向右，S极向左，C项错误。
]
[变式训练3-1] (多选)如图所示是云层之间闪电的模拟图，图中A、B是位于南、北方向带有电荷的两块阴雨云，在放电的过程中，两云的尖端之间形成了一个放电通道，发现位于通道正上方的小磁针N极转向纸里，S极转向纸外，则关于A、B的带电情况，下列说法正确的是(　　)
A．带同种电荷　　 B．带异种电荷
C．B带正电 D．A带正电
答案：BD　[由于小磁针N极转向纸里，可知该点磁场方向向里，又根据安培定则，A、B间存在由A向B的电流，由此可知A带正电，B带负电，选项B、D正确。]
[变式训练3-2]为解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的。下图中正确表示安培假设中环形电流方向的是( )
答案：B[由于地磁的北极在地里的南极附近 在用安培定则判定环形电流方向时，右手的拇指必须指向南方。故B正确]
[变式训练3-3]如图所示，三根长直通电导线中电流大小相同，通电电流方向为：b导线和d导线中电流向纸内，c导线中电流向纸外，a点为b、d两点的连线的中点，ac垂直于bd，且ab＝ad＝ac，则a点的磁场方向为(　　)
A．垂直纸面指向纸外 B．垂直纸面指向纸内
C．沿纸面由a指向b D．沿纸面由a指向d
答案：C
解析：题图中，b、d两直线电流在a处产生的磁感应强度大小相等、方向相反，互相抵消，故a处磁场方向决定于直线电流c，由安培定则可知，a处磁场方向为a→b.
[变式训练3-4]如图所示，图a、图b是直线电流的磁场，图c、图d是环形电流的磁场，图e、图f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的方向．
[解析]　根据安培定则，可以确定图a中电流方向垂直纸面向里，b中电流的方向自下而上，c中电流方向是逆时针方向，d中磁感线的方向向上，e中磁感线的方向向左，f中磁感线的方向向右．
五、【课后提升】（时长40分钟，总分100分，选择题，每小题10分）
1．首先发现电流磁效应的科学家是(　　)
A．安培 B．奥斯特 C．库仑 D．麦克斯韦
2．(多选)关于电场与磁场，以下说法正确的是(　　)
A．电流周围存在的是电场 B．磁体周围存在磁场
C．磁体与磁体之间通过磁场相互作用 D．磁体与电流之间一定没有相互作用
3．(多选)下列说法中正确的是(　　)
A．任何磁体都具有N极和S极两个磁极 B．奥斯特实验说明了电流周围存在着磁场
C．通电导体之间也存在着相互作用，它们是通过电场发生作用的
D．地磁场的N极与地理的南极重合，地磁场的S极与地理的北极重合
4．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
5．如果你看过中央电视台体育频道的象棋讲座，就会发现棋子都是由磁性材料制成的．棋子不会掉下来是因为(　　)
A．质量小，重力可以忽略不计 B．受到棋盘对它向上的摩擦力
C．棋盘对它的吸引力与重力平衡
D．它一方面受到棋盘的吸引力，另一方面还受到空气的浮力
6．(多选)下列说法中正确的是(　　)
A．磁体与电流间的相互作用是通过磁场产生的
B．电流与电流间的相互作用是通过电场产生的
C．电流与电流间的相互作用是通过磁场产生的
D．磁体与电流间的相互作用是通过磁体的磁场和电流的电场产生的
7．(多选)为了判断一根钢锯条是否有磁性，某同学用它的一端靠近一个能自由转动的小磁针．下列给出了几种可能产生的现象及相应的结论，其中正确的是(　　)
A．若小磁针的一端被推开，则锯条一定有磁性
B．若小磁针的一端被吸引过来，则锯条一定有磁性
C．若小磁针的一端被吸引过来，不能确定锯条是否有磁性
D．若小磁针的一端被推开，不能确定锯条是否有磁性
8．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．磁场具有方向性
9．指南针是我国古代的四大发明之一．司南是春秋战国时期发明的一种指南针，如图所示．它由青铜盘和磁勺组成，磁勺放置在青铜盘的中心，可以自由转动．由于受地磁场作用，司南的磁勺尾静止时指向南方．下列说法中正确的是(　　)
A．磁勺能够指示方向，是利用了地磁场对磁勺的作用
B．磁勺的指向不会受到附近磁铁的干扰
C．磁勺的指向不会受到附近铁块的干扰
D．磁勺的N极位于司南的磁勺尾部
10．如图所示，A为电磁铁，C为胶木秤盘．A和C(包括支架)的总质量为M，B为铁片，质量为m，当电磁铁A通电，铁片被吸引上升的过程中，悬挂C的轻绳上拉力的大小为(　　)
A．F＝Mg B．MgC．F＝(M＋m)g D．F>(M＋m)g
五、【课后提升】【参考答案】
1．B 2．BC　 3．AB 4．B 5．B 6．AC
7．AC 8．B 9．A 10．D

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