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第1节　磁场
及其描述
第5章　初识电磁场与电磁波
学习目标 课标解读
1.理解磁场的存在。 2.理解磁感应强度的概念,知道磁感应强度是描述磁场的强弱和方向的物理量。 3.知道磁感线的定义和特点。 4.会用安培定则判断电流的磁场方向。 5.了解磁的应用及意义。 1.初步形成磁场的概念。
2.通过对电场强度的复习,体会磁感应强度概念。
3.体会磁感线描述磁场的意义。
4.通过实验探究掌握电流磁场的判断方法。
探究·必备知识
「知识梳理」
一、磁场　磁感应强度
1.磁场
(1)磁场:磁体与磁体之间、磁体与 之间,以及通电导体与 　
之间的相互作用,是通过 发生的。
(2)物质性:磁场是不依赖于我们的感觉而客观存在的一种 。
(3)磁场方向规定:磁场中某点小磁针静止时北极的指向规定为该点的磁场
方向。
通电导体
通电导体
磁场
物质
2.磁感应强度
(1)定义:在物理学中,把 于磁场方向的一小段通电直导线受到的力F与电流I和直导线的长度l的 之比,称为磁感应强度,用B表示。
(2)物理意义:磁感应强度是表征磁场 的物理量。
(3)公式:B= 。
(4)单位:在国际单位制中,磁感应强度的单位是 ,简称 ,符号是 。1 T=1 。
(5)方向:磁感应强度是矢量,磁场中某点磁感应强度的方向,即该点的
方向,也就是放在该点的小磁针静止时 极的指向。
垂直
乘积
强弱
特斯拉
特
T
N/(A·m)
磁场
N
二、磁感线
1.磁感线:在磁场中画出一些有方向的假想曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟这点 的方向一致,这样的曲线就叫作磁感线。
2.磁感线的特点
(1)是假想的曲线,本身并不存在,只是用来形象描述 。
(2)磁感线任意一点的切线方向即该点的磁场方向。
(3)磁感线分布越密的地方,磁感应强度越大;磁感线分布越疏的地方,磁感应强度越小。
(4)磁感线是闭合曲线,不会 。
(5)在磁体外部,磁感线由N极出发回到S极,在磁体内部,磁感线从S极到N极。
磁场
磁场
相交
3.匀强磁场
(1)定义:如果磁场中各点的磁感应强度的 相等、 相同,这个磁场称为匀强磁场。
(2)特点:磁感线是一组平行且 的直线。
大小
方向
等距
三、电流的磁场
电流的方向跟它的磁感线方向之间的关系可以用安培定则判断。
1.直线电流的磁场:用右手握住通电直导线,让伸直拇指的方向与 的方向一致,则四指弯曲的方向就是电流周围 的环绕方向,如图甲所示。
电流
磁感线
2.环形电流的磁场:让右手弯曲四指的方向与环形(或螺线管) 的方向一致,则伸直拇指所指的方向就是环形电流(或螺线管)中心轴线处的 的方向,如图乙、图丙所示。
电流
磁感线
四、磁的应用及意义
1.指南针与航海业的发展
2.磁与现代技术
高速磁浮列车、核磁共振成像技术等。
「新知检测」
1.思考判断
(1)磁感应强度的方向就是磁场方向。(　　)
(2)磁感应强度只描述磁场的强弱,而不描述磁场的方向。(　　)
(3)磁感应强度大小处处相等的区域是匀强磁场。(　　)
(4)磁感线可以用细铁屑来显示,因此是真实存在的。(　　)
√
×
×
×
2.思维探究
(1)“一个电流元垂直放入磁场中的某点”,磁感应强度与电流元受到的磁场力成正比,与电流元成反比。这种说法是否正确,为什么
【答案】 (1)不正确。磁感应强度的大小是由磁场本身决定的,不随电流元大小及电流元所受磁场力的大小的变化而变化。
(2)在用安培定则判断通电直导线和通电螺线管的磁感线方向时,大拇指和四指的指向所代表的意义相同吗
【答案】 (2)不相同。在判断通电直导线磁感线的方向时,大拇指指向电流的方向,弯曲的四指指向磁感线的方向。在判断通电螺线管磁感线的方向时,弯曲的四指指向电流的环绕方向,大拇指指向螺线管内部磁感线的方向。
突破·关键能力
要点一　对磁感应强度的理解
「情境探究」
如图所示,图甲中A、B两点处于正点电荷Q所形成的电场中,图乙中的C、D两点处于条形磁铁轴线上。
(1)正试探电荷放在A处,负试探电荷放在B处所受的静电力的方向与该处电场方向的关系如何
【答案】 (1)相同　相反
(2)在C处放置的小磁针N极的指向沿什么方向 此处磁感应强度的方向沿什么方向
【答案】 (2)小磁针N极指向沿轴线向左,此处磁感应强度的方向沿轴线向左。
(3)在D处放置的小磁针S极的指向沿什么方向 此处磁感应强度的方向沿什么方向
【答案】 (3)小磁针S极指向沿轴线向右,此处磁感应强度的方向沿轴线向左。
「要点归纳」
(3)B与F和Il的关系:磁场在某位置的磁感应强度的大小与方向是客观存在的,与通过导线的电流大小、导线的长短无关,故不能说“B与F成正比”或“B与Il成反比”,但可以通过I、l和F的测量求B。
2.磁感应强度B的方向
某点磁感应强度的方向不是放在该处的通电导线的受力方向。它的方向有以下几种表述方式:
(1)小磁针静止时N极所指的方向,或小磁针静止时S极所指的反方向。
(2)小磁针N极受力的方向(不论小磁针是否静止),或S极受力的反方向。
(3)磁感应强度的方向就是该点的磁场方向。
[例1] 关于磁感应强度,下列说法正确的是(　　)
B
B.磁感应强度的方向与放在该处的小磁针N极所受磁场力的方向相同
C.通电导线在某处不受磁场力,则该处磁感应强度一定为零
D.垂直磁场方向放置的通电导线受到的磁场力方向为该处磁感应强度的方向
【解析】 磁场中某点的磁感应强度是由磁场本身决定的,与F以及Il无关,选项A错误;磁感应强度的方向与放在该处的小磁针N极所受磁场力的方向相同,选项B正确;通电导线在某处不受磁场力,可能是电流方向与磁场方向平行,而该处磁感应强度不一定为零,选项C错误;垂直磁场方向放置的通电导线受到的磁场力方向与该处磁感应强度的方向不同,选项D错误。
关于磁感应强度问题的两点提醒
(1)磁感应强度取决于磁场本身,与是否放入通电导线、通电导线受力的大小及方向无关。
·名师点拨·
[针对训练1] 关于磁感应强度的方向,下列说法正确的是(　　)
A.放置在磁场中某点小磁针静止时N极所指的方向就是该点磁感应强度的
方向
B.磁场中某点磁感应强度的方向就是小磁针在该点的受力方向
C.磁场中某点磁感应强度的方向由放置在该点的小磁针静止时N极所指方向决定
D.若把放置在磁场中的小磁针移走,则该点的磁感应强度方向就会发生变化
A
【解析】 根据磁感应强度方向的规定,小磁针静止时N极所指的方向就是该点磁感应强度的方向,A正确;小磁针在磁场中N极与S极受力方向相反,而某点磁感应强度的方向是小磁针的N极受力方向,B错误;磁场中某点磁感应强度的方向由磁场本身决定,与小磁针无关,C、D错误。
要点二　对磁场的理解
「情境探究」
如图所示,两磁体间、通电导线和磁体间都可以在不接触的情况下发生作用。
(1)图甲中两磁体作用时,悬挂的磁体在两种情况下转动的方向不同,这说明了磁极间的作用有何特点
【答案】 (1)同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。
(2)当给图乙中导线通电时,与导线平行放置的小磁针发生转动,表明电流和磁场存在什么关系
【答案】 (2)电流周围产生磁场。
「要点归纳」
1.磁场的客观性:磁场虽然看不见,摸不着,不是由分子、原子组成的,却是客观存在于磁体的周围、电流的周围。场和实物是物质存在的两种形式。
2.磁场的基本性质:对放入其中的磁体或电流有力的作用。磁体与磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之间的相互作用都是通过磁场发生的。
3.电场和磁场的区别
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静电力的作用 对放入其中的磁体、电流、运动电荷有磁场力的作用
作用 特点 对放入其中的磁体不产生力的作用 对放入其中的静止电荷无力的作用
相同点 都是不依赖于人的意志而客观存在的特殊物质,具有质量和能量
[例2] 下列关于磁场的说法正确的是(　　)
A.只有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.磁场只有在磁极与磁极、磁极与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
D
【解析】 磁场存在于磁体周围和电流周围,故A错误;磁场是客观存在的,磁感线是假想的,实际并不存在,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,故D正确。
[针对训练2] 如图所示是一种利用电磁原理制造的充气泵的结构示意图,其工作原理类似打点计时器,当电流从电磁铁的a端流入,吸引小磁体向下运动时,下列选项正确的是(　　)
A.电磁铁的上端为N极,小磁体的下端为N极
B.电磁铁的上端为S极,小磁体的下端为S极
C.电磁铁的上端为N极,小磁体的下端为S极
D.电磁铁的上端为S极,小磁体的下端为N极
D
【解析】 当电流从a端流入电磁铁时,根据安培定则判断出电磁铁的上端为S极,此时它能吸引小磁体向下运动,说明小磁体的下端为N极,故D正确。
要点三　对磁感线的理解
「情境探究」
(1)将磁铁固定在有机玻璃下,把铁粉撒在有机玻璃上,并轻轻敲打玻璃板,会发现铁粉排列成一些有规律的曲线。我们能不能认为这些铁粉排成的线就是磁感线呢
【答案】 (1)不能。磁感线只是为了研究磁场方便而引入的假想的线,并不是真实存在的。另外,被磁化的铁屑所显示的磁感线分布仅是一个平面上的磁感线分布情况,磁铁周围的磁场是分布在磁铁周围的整个空间的。
(2)磁感线为何不相交
【答案】 (2)磁场中任一点的磁场方向都是确定的,即只有一个方向,这是实验事实(把小磁针放到某点,静止时N极有唯一确定的指向)。若有两条磁感线相交,根据磁感线的定义,在交点处就有两个方向,这与事实不符。
「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)磁感线的疏密程度表示磁场的强弱,密集的地方磁场强,稀疏的地方磁场弱。
(3)磁感线的方向:磁体外部从N极指向S极,磁体内部从S极指向N极。
(4)磁感线闭合而不相交,不相切,也不中断。
(5)磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向。
2.磁感线与电场线的比较
两种线 磁感线 电场线
相 似 点 引入目的 形象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(电场中无电荷空间不相交)
不同点 闭合曲线 不闭合,起始于正电荷(或无穷远处),终止于无穷远处(或负电荷)
[例3] 如图所示,取一块玻璃板,在其上面均匀地撒上铁屑,下面放一块条形磁铁,轻轻敲击玻璃板,铁屑就会有规则地排列起来,以此模拟磁铁周围磁感线的形状。对于该现象,下列说法正确的是(　　)
A.磁感线是真实存在的
B.玻璃板上没有铁屑的地方就没有磁场
C.该现象可以描述磁铁周围的磁场分布情况
D.将铁屑换成铜屑也可达到相同的实验效果
C
【解析】 磁感线是为了形象地描述磁场而引入的假想曲线,它并不客观存在,不可认为有磁感线的地方就有磁场,没有磁感线的地方就没有磁场,故A、B错误;磁铁周围的铁屑排列形状可模拟磁铁周围磁感线的形状,而磁感线可以描述磁场分布情况,故C正确;磁场对铁屑有力的作用,对铜屑没有力的作用,故D错误。
(1)磁感线是为了形象地描述磁场而假想出来的一簇有方向的曲线,并不是客观存在于磁场中的真实曲线。
(2)没有磁感线的地方,并不表示就没有磁场的存在;通过磁场中的任一点总能而且只能画出一条磁感线。
·名师点拨·
[针对训练3] 为了形象地描述磁场,人们引入了磁感线。关于磁场和磁感线的描述,下列说法正确的是(　　)
A.磁感线不一定是闭合曲线
B.任意两条磁感线都不可能相交,但可能相切
C.磁极与磁极之间、磁极与电流之间、电流与电流之间都可以通过磁场发生相互作用
D.磁场和磁感线都不是真实存在的,都可以通过用细铁屑来模拟
C
【解析】 由于自然界中不存在单独的磁极,所以磁感线一定是闭合曲线,故A错误;磁场中某点的磁场方向是唯一的,且磁场方向沿磁感线或磁感线切线的方向,所以任意两条磁感线都不可能相交,也不可能相切,故B错误;磁极与磁极之间、磁极与电流之间、电流与电流之间都可以通过磁场发生相互作用,故C正确;磁感线是为了使研究磁场更加直观而引入的假想的线,实际并不存在,可以通过用细铁屑来模拟,但磁场是实际存在的,故D错误。
要点四　安培定则的理解及应用
「情境探究」
如图所示,螺线管内部小磁针静止时N极指向右方。
(1)螺线管内部磁场沿什么方向 螺线管c、d端,哪端为N极
【答案】 (1)由c指向d,d端为N极。
(2)若小磁针放在螺线管上方e处,静止时N极指向什么方向
【答案】 (2)水平向左。
(3)电源的a、b端,哪端为正极
【答案】 (3)a端。
「要点归纳」
1.常见永磁体的磁场
2.三种常见电流的磁场
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
[例4] 如图所示,直导线AB、螺线管E、U形磁体D三者相距较远,磁场相互不影响,开关闭合后,小磁针N极(黑色一端)指示磁场方向正确的是(　　)
A.a B.b C.c D.d
C
【解析】 小磁针N极的指向为磁感线方向,直导线AB部分,电流从上到下,所以从上往下看,直导线产生的磁场方向应为顺时针方向,所以小磁针a的N极应指向纸面外,A错误;在通电螺线管E部分,由安培定则可知,在内部磁感线从右到左,故右端为螺线管S极,左端为N极,在外部磁感线从N极到S极,所以小磁针b的N极应向右,小磁针c的N极向左,B错误,C正确;在U形磁体D部分,由安培定则可知,左端为S极,右端为N极,在外部磁场方向从右端指向左端,所以小磁针d的N极应向左,D错误。
(1)磁场是分布在立体空间的。
(2)利用安培定则不仅可以判断磁场的方向,还可以根据磁场的方向判断电流的方向。
(3)应用安培定则判定直线电流时,四指所指的是导线之外磁场的方向;判定环形电流和通电螺线管电流时,拇指的指向是线圈轴线上磁场的方向。
(4)环形电流相当于小磁针,通电螺线管相当于条形磁铁,应用安培定则判断时,拇指所指的一端为它的N极。
·名师点拨·
[针对训练4] (双选)下列图中所示的通电直导线周围磁场分布正确的是(　　 )
BD
A B C D
【解析】 根据安培定则可知,A项图中直导线右侧磁场向里,左侧向外,故A错误;
B项图中,直导线周围的磁场为题图所示,故B正确;C、D项图中环形磁场内部磁场方向垂直于纸面向外,故C错误,D正确。
提升·核心素养
「模型·方法·结论·拓展」
磁感应强度的叠加
1.磁感应强度是矢量,当空间存在几个磁体(或电流)时,某点的磁感应强度为各个磁体(或电流)在该点产生磁感应强度的矢量和。
2.对于几个电流产生的磁场,先用安培定则确定电流在某点的磁感应强度方向,然后运用平行四边形定则将几个磁感应强度合成。
[示例] 如图所示,一根通电直导线垂直放在磁感应强度大小为 B=1 T的匀强磁场中,以导线为中心,R为半径的圆周上有a、b、c、d四个点,已知c点的实际磁感应强度为0,则下列说法正确的是(　　)
C
「科学·技术·社会·环境」
磁悬浮列车
磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具,它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向,再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。1922年,德国工程师赫尔曼·肯佩尔提出了电磁悬浮原理,继而申请了专利。20世纪70年代以后,随着工业化国家经济实力不断增强,为提高交通运输能力以适应其经济发展和民生的需要,德国、日本、美国等国家相继开展了磁悬浮运输系统的研发。中国第一辆磁悬浮列车(买自德国)2003年1月开始在上海运行。2015年10月中国首条国产磁悬浮线路长沙磁浮线成功试跑。2019年5月23日,中国时速600千米高速磁浮试验样车在青岛下线。
[示例] (双选)超导是当今高科技的热点之一,当一块磁体靠近超导体时,超导体中会产生强大的电流,对磁体有排斥作用,这种排斥力可使磁体悬浮在空中,磁悬浮列车就采用了这项技术。磁体悬浮的原理是(　 　)
A.超导体中电流产生的磁场方向与磁体的磁场方向相同
B.超导体中电流产生的磁场方向与磁体的磁场方向相反
C.超导体使磁体处于失重状态
D.超导体对磁体的作用力与磁体的重力相平衡
BD
【解析】 超导体中电流产生的磁场方向与磁体的磁场方向相反,产生了排斥力,这种排斥力可以使磁体悬浮于空中,故A错误,B正确;排斥力可以使磁体悬浮于空中,所以超导体对磁体的作用力与磁体的重力平衡,磁体既没有超重,也没有失重,故C错误,D正确。
检测·学习效果
1.(双选)如图所示是铁棒被磁化前、后内部各磁畴取向分布情况,根据所学的磁化知识判断下列说法正确的是(　　 )
A.图甲是磁化后的磁畴取向分布
B.图乙是磁化后的磁畴取向分布
C.铁棒被磁化后通过一定途径可以消除磁性
D.任何材料的物体都很容易被磁化
BC
【解析】 铁棒被磁化前内部各磁畴取向是杂乱的,当铁棒被磁化后内部各磁畴取向相同,故A错误,B正确;铁棒属于软磁体,磁化后其磁性很容易消失,故C正确;并不是任何材料的物体都容易被磁化,故D错误。
2.如图所示是条形磁体的磁场分布图,a、b是磁场中的两个点,关于该磁场,下列说法正确的是(　　)
A.磁感线是为了研究方便而引入的假想曲线
B.该条形磁体的右端为S极,左端为N极
C.将一小磁针置于b点,其静止时N极指向右侧
D.由于a点没有磁感线经过,所以a处没有磁场
A
【解析】 磁感线是为了研究方便而引入的假想曲线,不是真实存在的,故A正确;由于在磁体的外部,磁感线都是从N极出发,回到S极,所以该条形磁体的右端为N极,左端为S极,故B错误;小磁针静止时N极所指的方向为磁场的方向,所以将一小磁针置于b点,其静止时N极指向左侧,故C错误;磁体周围均存在磁场,a处虽然没有磁感线经过,但仍有磁场,故D错误。
3.某磁场的磁感线分布如图所示,M、N是磁场中的两点,则M、N两点的磁感应强度(　　)
A.大小相同,方向不同
B.大小不同,方向不同
C.大小相同,方向相同
D.大小不同,方向相同
B
【解析】 根据磁感线的切线方向表示磁场方向和磁感线的疏密程度可知,
M、N两点的磁感应强度大小不同,方向不同。故选B。
4.(双选)为了判断一个未知正负极的蓄电池的极性,某同学将该蓄电池通过电阻跟螺线管连接起来,发现小磁针的N极立即向螺线管偏转,如图所示。用M、N和P、Q分别表示蓄电池和螺线管两极,下列判断正确的是(　 　)
A.蓄电池M端为正极
B.蓄电池N端为正极
C.螺线管P端为S极
D.螺线管内部磁场方向由Q指向P
BD
【解析】 依题意,小磁针的N极立即向螺线管偏转,说明螺线管Q端为S极,则螺线管P端为N极,螺线管内部磁场方向由Q指向P,故C错误,D正确;根据安培定则可知,螺线管的电流方向为从N到M,可知蓄电池N端为正极,故A错误,B正确。
5.一段长为0.5 m的导线放在匀强磁场中,当通过 4 A 的电流时,受到的磁场力大小为4 N,则该磁场的磁感应强度大小可能是(　　)
A.3 T B.1.5 T
C.1 T D.0.2 T
A
感谢观看第1节　磁场及其描述
学习目标 课标解读
1.理解磁场的存在。 2.理解磁感应强度的概念,知道磁感应强度是描述磁场的强弱和方向的物理量。 3.知道磁感线的定义和特点。 4.会用安培定则判断电流的磁场方向。 5.了解磁的应用及意义。 1.初步形成磁场的概念。 2.通过对电场强度的复习,体会磁感应强度概念。 3.体会磁感线描述磁场的意义。 4.通过实验探究掌握电流磁场的判断方法。
知识梳理
一、磁场　磁感应强度
1.磁场
(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。
(2)物质性:磁场是不依赖于我们的感觉而客观存在的一种物质。
(3)磁场方向规定:磁场中某点小磁针静止时北极的指向规定为该点的磁场方向。
2.磁感应强度
(1)定义:在物理学中,把垂直于磁场方向的一小段通电直导线受到的力F与电流I和直导线的长度l的乘积之比,称为磁感应强度,用B表示。
(2)物理意义:磁感应强度是表征磁场强弱的物理量。
(3)公式:B=。
(4)单位:在国际单位制中,磁感应强度的单位是特斯拉,简称特,符号是T。1 T=1 N/(A·m)。
(5)方向:磁感应强度是矢量,磁场中某点磁感应强度的方向,即该点的磁场方向,也就是放在该点的小磁针静止时N极的指向。
二、磁感线
1.磁感线:在磁场中画出一些有方向的假想曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致,这样的曲线就叫作磁感线。
2.磁感线的特点
(1)是假想的曲线,本身并不存在,只是用来形象描述磁场。
(2)磁感线任意一点的切线方向即该点的磁场方向。
(3)磁感线分布越密的地方,磁感应强度越大;磁感线分布越疏的地方,磁感应强度越小。
(4)磁感线是闭合曲线,不会相交。
(5)在磁体外部,磁感线由N极出发回到S极,在磁体内部,磁感线从S极到N极。
3.匀强磁场
(1)定义:如果磁场中各点的磁感应强度的大小相等、方向相同,这个磁场称为匀强磁场。
(2)特点:磁感线是一组平行且等距的直线。
三、电流的磁场
电流的方向跟它的磁感线方向之间的关系可以用安培定则判断。
1.直线电流的磁场:用右手握住通电直导线,让伸直拇指的方向与电流的方向一致,则四指弯曲的方向就是电流周围磁感线的环绕方向,如图甲所示。
2.环形电流的磁场:让右手弯曲四指的方向与环形(或螺线管)电流的方向一致,则伸直拇指所指的方向就是环形电流(或螺线管)中心轴线处的磁感线的方向,如图乙、图丙所示。
四、磁的应用及意义
1.指南针与航海业的发展
2.磁与现代技术
高速磁浮列车、核磁共振成像技术等。
新知检测
1.思考判断
(1)磁感应强度的方向就是磁场方向。(　√　)
(2)磁感应强度只描述磁场的强弱,而不描述磁场的方向。(　×　)
(3)磁感应强度大小处处相等的区域是匀强磁场。(　×　)
(4)磁感线可以用细铁屑来显示,因此是真实存在的。(　×　)
2.思维探究
(1)“一个电流元垂直放入磁场中的某点”,磁感应强度与电流元受到的磁场力成正比,与电流元成反比。这种说法是否正确,为什么
(2)在用安培定则判断通电直导线和通电螺线管的磁感线方向时,大拇指和四指的指向所代表的意义相同吗
【答案】 (1)不正确。磁感应强度的大小是由磁场本身决定的,不随电流元大小及电流元所受磁场力的大小的变化而变化。
(2)不相同。在判断通电直导线磁感线的方向时,大拇指指向电流的方向,弯曲的四指指向磁感线的方向。在判断通电螺线管磁感线的方向时,弯曲的四指指向电流的环绕方向,大拇指指向螺线管内部磁感线的方向。
要点一　对磁感应强度的理解
情境探究
如图所示,图甲中A、B两点处于正点电荷Q所形成的电场中,图乙中的C、D两点处于条形磁铁轴线上。
(1)正试探电荷放在A处,负试探电荷放在B处所受的静电力的方向与该处电场方向的关系如何
(2)在C处放置的小磁针N极的指向沿什么方向 此处磁感应强度的方向沿什么方向
(3)在D处放置的小磁针S极的指向沿什么方向 此处磁感应强度的方向沿什么方向
【答案】 (1)相同　相反
(2)小磁针N极指向沿轴线向左,此处磁感应强度的方向沿轴线向左。
(3)小磁针S极指向沿轴线向右,此处磁感应强度的方向沿轴线向左。
要点归纳
1.对定义式B=的理解
(1)适用条件:通电导线垂直磁场放置。
(2)定义式B=适用于任何磁场,在非匀强磁场中Il为电流元,相当于电场中的“试探电荷”。
(3)B与F和Il的关系:磁场在某位置的磁感应强度的大小与方向是客观存在的,与通过导线的电流大小、导线的长短无关,故不能说“B与F成正比”或“B与Il成反比”,但可以通过I、l和F的测量求B。
2.磁感应强度B的方向
某点磁感应强度的方向不是放在该处的通电导线的受力方向。它的方向有以下几种表述方式:
(1)小磁针静止时N极所指的方向,或小磁针静止时S极所指的反方向。
(2)小磁针N极受力的方向(不论小磁针是否静止),或S极受力的反方向。
(3)磁感应强度的方向就是该点的磁场方向。
[例1] 关于磁感应强度,下列说法正确的是(　　)
A.由B=可知,B与F成正比,与Il的乘积成反比
B.磁感应强度的方向与放在该处的小磁针N极所受磁场力的方向相同
C.通电导线在某处不受磁场力,则该处磁感应强度一定为零
D.垂直磁场方向放置的通电导线受到的磁场力方向为该处磁感应强度的方向
【答案】 B
【解析】 磁场中某点的磁感应强度是由磁场本身决定的,与F以及Il无关,选项A错误;磁感应强度的方向与放在该处的小磁针N极所受磁场力的方向相同,选项B正确;通电导线在某处不受磁场力,可能是电流方向与磁场方向平行,而该处磁感应强度不一定为零,选项C错误;垂直磁场方向放置的通电导线受到的磁场力方向与该处磁感应强度的方向不同,选项D错误。
关于磁感应强度问题的两点提醒
(1)磁感应强度取决于磁场本身,与是否放入通电导线、通电导线受力的大小及方向无关。
(2)B=是指电流方向与磁场方向垂直时,为定值,该定值能反映磁场的强弱,并把它定义为磁感应强度。
[针对训练1] 关于磁感应强度的方向,下列说法正确的是(　　)
A.放置在磁场中某点小磁针静止时N极所指的方向就是该点磁感应强度的方向
B.磁场中某点磁感应强度的方向就是小磁针在该点的受力方向
C.磁场中某点磁感应强度的方向由放置在该点的小磁针静止时N极所指方向决定
D.若把放置在磁场中的小磁针移走,则该点的磁感应强度方向就会发生变化
【答案】 A
【解析】 根据磁感应强度方向的规定,小磁针静止时N极所指的方向就是该点磁感应强度的方向,A正确;小磁针在磁场中N极与S极受力方向相反,而某点磁感应强度的方向是小磁针的N极受力方向,B错误;磁场中某点磁感应强度的方向由磁场本身决定,与小磁针无关,C、D错误。
要点二　对磁场的理解
情境探究
如图所示,两磁体间、通电导线和磁体间都可以在不接触的情况下发生作用。
(1)图甲中两磁体作用时,悬挂的磁体在两种情况下转动的方向不同,这说明了磁极间的作用有何特点
(2)当给图乙中导线通电时,与导线平行放置的小磁针发生转动,表明电流和磁场存在什么关系
【答案】 (1)同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。
(2)电流周围产生磁场。
要点归纳
1.磁场的客观性:磁场虽然看不见,摸不着,不是由分子、原子组成的,却是客观存在于磁体的周围、电流的周围。场和实物是物质存在的两种形式。
2.磁场的基本性质:对放入其中的磁体或电流有力的作用。磁体与磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之间的相互作用都是通过磁场发生的。
3.电场和磁场的区别
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静电力的作用 对放入其中的磁体、电流、运动电荷有磁场力的作用
作用 特点 对放入其中的磁体不产生力的作用 对放入其中的静止电荷无力的作用
相同点 都是不依赖于人的意志而客观存在的特殊物质,具有质量和能量
[例2] 下列关于磁场的说法正确的是(　　)
A.只有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.磁场只有在磁极与磁极、磁极与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
【答案】 D
【解析】 磁场存在于磁体周围和电流周围,故A错误;磁场是客观存在的,磁感线是假想的,实际并不存在,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,故D正确。
[针对训练2] 如图所示是一种利用电磁原理制造的充气泵的结构示意图,其工作原理类似打点计时器,当电流从电磁铁的a端流入,吸引小磁体向下运动时,下列选项正确的是(　　)
A.电磁铁的上端为N极,小磁体的下端为N极
B.电磁铁的上端为S极,小磁体的下端为S极
C.电磁铁的上端为N极,小磁体的下端为S极
D.电磁铁的上端为S极,小磁体的下端为N极
【答案】 D
【解析】 当电流从a端流入电磁铁时,根据安培定则判断出电磁铁的上端为S极,此时它能吸引小磁体向下运动,说明小磁体的下端为N极,故D正确。
要点三　对磁感线的理解
情境探究
(1)将磁铁固定在有机玻璃下,把铁粉撒在有机玻璃上,并轻轻敲打玻璃板,会发现铁粉排列成一些有规律的曲线。我们能不能认为这些铁粉排成的线就是磁感线呢
(2)磁感线为何不相交
【答案】 (1)不能。磁感线只是为了研究磁场方便而引入的假想的线,并不是真实存在的。另外,被磁化的铁屑所显示的磁感线分布仅是一个平面上的磁感线分布情况,磁铁周围的磁场是分布在磁铁周围的整个空间的。
(2)磁场中任一点的磁场方向都是确定的,即只有一个方向,这是实验事实(把小磁针放到某点,静止时N极有唯一确定的指向)。若有两条磁感线相交,根据磁感线的定义,在交点处就有两个方向,这与事实不符。
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)磁感线的疏密程度表示磁场的强弱,密集的地方磁场强,稀疏的地方磁场弱。
(3)磁感线的方向:磁体外部从N极指向S极,磁体内部从S极指向N极。
(4)磁感线闭合而不相交,不相切,也不中断。
(5)磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向。
2.磁感线与电场线的比较
两种线 磁感线 电场线
相 似 点 引入 目的 形象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(电场中无电荷空间不相交)
不同点 闭合曲线 不闭合,起始于正电荷(或无穷远处),终止于无穷远处(或负电荷)
[例3] 如图所示,取一块玻璃板,在其上面均匀地撒上铁屑,下面放一块条形磁铁,轻轻敲击玻璃板,铁屑就会有规则地排列起来,以此模拟磁铁周围磁感线的形状。对于该现象,下列说法正确的是(　　)
A.磁感线是真实存在的
B.玻璃板上没有铁屑的地方就没有磁场
C.该现象可以描述磁铁周围的磁场分布情况
D.将铁屑换成铜屑也可达到相同的实验效果
【答案】 C
【解析】 磁感线是为了形象地描述磁场而引入的假想曲线,它并不客观存在,不可认为有磁感线的地方就有磁场,没有磁感线的地方就没有磁场,故A、B错误;磁铁周围的铁屑排列形状可模拟磁铁周围磁感线的形状,而磁感线可以描述磁场分布情况,故C正确;磁场对铁屑有力的作用,对铜屑没有力的作用,故D错误。
(1)磁感线是为了形象地描述磁场而假想出来的一簇有方向的曲线,并不是客观存在于磁场中的真实曲线。
(2)没有磁感线的地方,并不表示就没有磁场的存在;通过磁场中的任一点总能而且只能画出一条磁感线。
[针对训练3] 为了形象地描述磁场,人们引入了磁感线。关于磁场和磁感线的描述,下列说法正确的是(　　)
A.磁感线不一定是闭合曲线
B.任意两条磁感线都不可能相交,但可能相切
C.磁极与磁极之间、磁极与电流之间、电流与电流之间都可以通过磁场发生相互作用
D.磁场和磁感线都不是真实存在的,都可以通过用细铁屑来模拟
【答案】 C
【解析】 由于自然界中不存在单独的磁极,所以磁感线一定是闭合曲线,故A错误;磁场中某点的磁场方向是唯一的,且磁场方向沿磁感线或磁感线切线的方向,所以任意两条磁感线都不可能相交,也不可能相切,故B错误;磁极与磁极之间、磁极与电流之间、电流与电流之间都可以通过磁场发生相互作用,故C正确;磁感线是为了使研究磁场更加直观而引入的假想的线,实际并不存在,可以通过用细铁屑来模拟,但磁场是实际存在的,故D错误。
要点四　安培定则的理解及应用
情境探究
如图所示,螺线管内部小磁针静止时N极指向右方。
(1)螺线管内部磁场沿什么方向 螺线管c、d端,哪端为N极
(2)若小磁针放在螺线管上方e处,静止时N极指向什么方向
(3)电源的a、b端,哪端为正极
【答案】 (1)由c指向d,d端为N极。
(2)水平向左。
(3)a端。
要点归纳
1.常见永磁体的磁场
2.三种常见电流的磁场
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
[例4] 如图所示,直导线AB、螺线管E、U形磁体D三者相距较远,磁场相互不影响,开关闭合后,小磁针N极(黑色一端)指示磁场方向正确的是(　　)
A.a B.b C.c D.d
【答案】 C
【解析】 小磁针N极的指向为磁感线方向,直导线AB部分,电流从上到下,所以从上往下看,直导线产生的磁场方向应为顺时针方向,所以小磁针a的N极应指向纸面外,A错误;在通电螺线管E部分,由安培定则可知,在内部磁感线从右到左,故右端为螺线管S极,左端为N极,在外部磁感线从N极到S极,所以小磁针b的N极应向右,小磁针c的N极向左,B错误,C正确;在U形磁体D部分,由安培定则可知,左端为S极,右端为N极,在外部磁场方向从右端指向左端,所以小磁针d的N极应向左,D错误。
(1)磁场是分布在立体空间的。
(2)利用安培定则不仅可以判断磁场的方向,还可以根据磁场的方向判断电流的方向。
(3)应用安培定则判定直线电流时,四指所指的是导线之外磁场的方向;判定环形电流和通电螺线管电流时,拇指的指向是线圈轴线上磁场的方向。
(4)环形电流相当于小磁针,通电螺线管相当于条形磁铁,应用安培定则判断时,拇指所指的一端为它的N极。
[针对训练4] (双选)下列图中所示的通电直导线周围磁场分布正确的是(　　)
A B C D
【答案】 BD
【解析】 根据安培定则可知,A项图中直导线右侧磁场向里,左侧向外,故A错误;B项图中,直导线周围的磁场为题图所示,故B正确;C、D项图中环形磁场内部磁场方向垂直于纸面向外,故C错误,D正确。
模型·方法·结论·拓展
磁感应强度的叠加
1.磁感应强度是矢量,当空间存在几个磁体(或电流)时,某点的磁感应强度为各个磁体(或电流)在该点产生磁感应强度的矢量和。
2.对于几个电流产生的磁场,先用安培定则确定电流在某点的磁感应强度方向,然后运用平行四边形定则将几个磁感应强度合成。
[示例] 如图所示,一根通电直导线垂直放在磁感应强度大小为 B=1 T的匀强磁场中,以导线为中心,R为半径的圆周上有a、b、c、d四个点,已知c点的实际磁感应强度为0,则下列说法正确的是(　　)
A.直导线中电流方向垂直纸面向里
B.a点的磁感应强度为 T,方向向右
C.b点的磁感应强度为 T,方向斜向下,与原匀强磁场方向成45°角
D.d点的磁感应强度为0
【答案】 C
【解析】 由c点磁感应强度为0可得,电流在c点产生的磁场的磁感应强度大小B′=B=1 T,方向水平向左,由安培定则可知导线中电流方向垂直于纸面向外,电流在 a、b、d各点产生的磁场方向分别为向右、向下、向上,且磁感应强度大小均为1 T,故对于a点,Ba=2 T,对于b点,Bb= T,方向斜向右下方,与匀强磁场方向成45°角,对于d点,Bd= T,方向斜向右上方,与匀强磁场方向成45°角,故C正确,A、B、D错误。
科学·技术·社会·环境
磁悬浮列车
　　磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具,它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向,再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。1922年,德国工程师赫尔曼·肯佩尔提出了电磁悬浮原理,继而申请了专利。20世纪70年代以后,随着工业化国家经济实力不断增强,为提高交通运输能力以适应其经济发展和民生的需要,德国、日本、美国等国家相继开展了磁悬浮运输系统的研发。中国第一辆磁悬浮列车(买自德国)2003年1月开始在上海运行。2015年10月中国首条国产磁悬浮线路长沙磁浮线成功试跑。
2019年5月23日,中国时速600千米高速磁浮试验样车在青岛下线。
[示例] (双选)超导是当今高科技的热点之一,当一块磁体靠近超导体时,超导体中会产生强大的电流,对磁体有排斥作用,这种排斥力可使磁体悬浮在空中,磁悬浮列车就采用了这项技术。磁体悬浮的原理是(　　)
A.超导体中电流产生的磁场方向与磁体的磁场方向相同
B.超导体中电流产生的磁场方向与磁体的磁场方向相反
C.超导体使磁体处于失重状态
D.超导体对磁体的作用力与磁体的重力相平衡
【答案】 BD
【解析】 超导体中电流产生的磁场方向与磁体的磁场方向相反,产生了排斥力,这种排斥力可以使磁体悬浮于空中,故A错误,B正确;排斥力可以使磁体悬浮于空中,所以超导体对磁体的作用力与磁体的重力平衡,磁体既没有超重,也没有失重,故C错误,D正确。
1.(双选)如图所示是铁棒被磁化前、后内部各磁畴取向分布情况,根据所学的磁化知识判断下列说法正确的是(　　)
A.图甲是磁化后的磁畴取向分布
B.图乙是磁化后的磁畴取向分布
C.铁棒被磁化后通过一定途径可以消除磁性
D.任何材料的物体都很容易被磁化
【答案】 BC
【解析】 铁棒被磁化前内部各磁畴取向是杂乱的,当铁棒被磁化后内部各磁畴取向相同,故A错误,B正确;铁棒属于软磁体,磁化后其磁性很容易消失,故C正确;并不是任何材料的物体都容易被磁化,故D错误。
2.如图所示是条形磁体的磁场分布图,a、b是磁场中的两个点,关于该磁场,下列说法正确的是(　　)
A.磁感线是为了研究方便而引入的假想曲线
B.该条形磁体的右端为S极,左端为N极
C.将一小磁针置于b点,其静止时N极指向右侧
D.由于a点没有磁感线经过,所以a处没有磁场
【答案】 A
【解析】 磁感线是为了研究方便而引入的假想曲线,不是真实存在的,故A正确;由于在磁体的外部,磁感线都是从N极出发,回到S极,所以该条形磁体的右端为N极,左端为S极,故B错误;小磁针静止时N极所指的方向为磁场的方向,所以将一小磁针置于b点,其静止时N极指向左侧,故C错误;磁体周围均存在磁场,a处虽然没有磁感线经过,但仍有磁场,故D错误。
3.某磁场的磁感线分布如图所示,M、N是磁场中的两点,则M、N两点的磁感应强度(　　)
A.大小相同,方向不同
B.大小不同,方向不同
C.大小相同,方向相同
D.大小不同,方向相同
【答案】 B
【解析】 根据磁感线的切线方向表示磁场方向和磁感线的疏密程度可知,M、N两点的磁感应强度大小不同,方向不同。故选B。
4.(双选)为了判断一个未知正负极的蓄电池的极性,某同学将该蓄电池通过电阻跟螺线管连接起来,发现小磁针的N极立即向螺线管偏转,如图所示。用M、N和P、Q分别表示蓄电池和螺线管两极,下列判断正确的是(　　)
A.蓄电池M端为正极
B.蓄电池N端为正极
C.螺线管P端为S极
D.螺线管内部磁场方向由Q指向P
【答案】 BD
【解析】 依题意,小磁针的N极立即向螺线管偏转,说明螺线管Q端为S极,则螺线管P端为N极,螺线管内部磁场方向由Q指向P,故C错误,D正确;根据安培定则可知,螺线管的电流方向为从N到M,可知蓄电池N端为正极,故A错误,B正确。
5.一段长为0.5 m的导线放在匀强磁场中,当通过 4 A 的电流时,受到的磁场力大小为4 N,则该磁场的磁感应强度大小可能是(　　)
A.3 T B.1.5 T
C.1 T D.0.2 T
【答案】 A
【解析】 当磁感应强度与电流垂直时,磁感应强度最小,则B== T=2 T,故该磁场的磁感应强度范围为B≥2 T,故选A。
课时作业
1.(双选)磁贴纱窗的水平软磁条的外部磁感线正面图如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.磁感线不是封闭的曲线,可以相交于一点
B.软磁条内部a、b之间的磁感线方向应由a指向b
C.软磁条的a位置应为S极
D.磁感线是用来形象地描述磁场的曲线,它与磁场一样真实存在
【答案】 BC
【解析】 磁感线是封闭的曲线,彼此不相交,故A错误;磁感线是封闭的曲线,根据题图中软磁条的外部a、b之间的磁感线方向可知,软磁条内部a、b之间的磁感线方向应由 a指向 b,故B正确;软磁条的a位置应为S极,故C正确;磁场是真实存在的,但磁感线是理想模型,不是真实存在的,故D错误。
2.当导线中分别通以图示方向的电流,小磁针静止时N极指向纸面外的是(　　)
A B
　
C D
【答案】 C
【解析】 通电直导线电流从左向右,根据安培定则,小磁针所处的位置磁场方向垂直于纸面向里,所以小磁针静止时N极指向纸面内,故A错误;通电直导线电流向上,磁场的方向为逆时针(从上向下看),因此小磁针静止时N极指向纸面内,故B错误;环形导线的电流方向如题图C所示,小磁针所处的位置磁场方向垂直于纸面向外,所以小磁针静止时N极指向纸面外,故C正确;根据电流的方向,通电螺线管的内部磁场方向由右向左,则小磁针静止时N极指向左,故D错误。
3.如图,一个带负电的橡胶圆盘处在竖直面内,可以绕过其圆心的水平轴高速旋转,当它不动时,放在它左侧轴线上的小磁针处于静止状态。当橡胶圆盘从左向右看逆时针高速旋转时,小磁针的N极(　　)
A.向右偏转
B.向左偏转
C.仍不偏转
D.仅改变圆盘的转动方向,偏转方向不变
【答案】 A
【解析】 电流与负电荷的运动方向相反,则圆盘上的电流方向与旋转方向相反;再由安培定则可知左端为S极,右端为N极。由于异名磁极相互吸引,因此小磁针的N极向右偏转,故A正确。
4.关于磁感应强度B,电流I、导线长度L和电流所受磁场力F的关系,下面的说法中正确的是(　　)
A.在B=0的地方,F一定等于零
B.在F=0的地方,B一定等于零
C.若B=1 T,I=1 A,L=1 m,则F一定等于1 N
D.若L=1 m,I=1 A,F=1 N,则B一定等于1 T
【答案】 A
【解析】 在无磁场处,通电导线一定不受磁场力,但由于通电导线所受磁场力与导线放置情况还有关,说明不受磁场力处磁感应强度不一定为0,选项A正确,B错误;公式B=或F=ILB只适用于通电导线垂直于磁场方向的情况,选项C、D错误。
5.如图所示,系在细线下端的回形针被磁体吸引,现用点燃的火柴对回形针加热,过一会儿发现回形针不被磁体吸引了。对回形针失去磁性所作的解释正确的是(　　)
A.回形针加热后,内部的分子电流消失了
B.回形针加热后,内部的分子电流反向了
C.回形针加热后,内部的分子电流排列整齐了
D.回形针加热后,内部的分子电流排列无序了
【答案】 D
【解析】 当用火对回形针加热时,回形针内部的分子电流虽然仍然存在但变得杂乱无章,它们的磁场相互抵消,从而对外不显磁性。故选D。
6.如图所示为地磁场磁感线的分布图,下列说法正确的是(　　)
A.地球表面磁场的竖直分量在北半球垂直于水平面向下
B.地球表面磁场的竖直分量在南半球垂直于水平面向下
C.地球赤道上方各点处地磁场的磁感应强度相同
D.若地磁场是由于地球带电随地球自转产生的,则地球表面带正电
【答案】 A
【解析】 地球表面磁场的竖直分量在北半球垂直于水平面向下,A正确;地球表面磁场的竖直分量在南半球垂直于水平面向上,B错误;由题图可知,地球赤道上空的磁感线切线方向相同,疏密程度不同,则赤道上空的磁感应强度并不相同,C错误;若地磁场是由于地球带电随地球自转产生的,根据安培定则可以判断,地球表面应带负电,D错误。
7.(2021·全国甲卷,16)两足够长直导线均折成直角,按图示方式放置在同一平面内,EO与O′Q在一条直线上,PO′与OF在一条直线上,两导线相互绝缘,通有相等的电流I,电流方向如图所示。若一根无限长直导线通过电流I时,所产生的磁场在距离导线d处的磁感应强度大小为B,则图中与导线距离均为d的M、N两点处的磁感应强度大小分别为(　　)
A.B、0 B.0、2B
C.2B、2B D.B、B
【答案】 B
【解析】两直角导线可以等效为如图所示两直导线,由安培定则可知,两直导线在M处的磁感应强度方向分别为垂直纸面向里、垂直纸面向外,故M处的磁感应强度为零;两直导线在N处的磁感应强度方向均为垂直纸面向里,故N处的磁感应强度为2B,故B正确。
8.(双选)有一种磁悬浮地球仪,通电时,地球仪会悬浮起来,其原理如图所示,底座是线圈,地球仪是磁体,通电时能让地球仪悬浮起来,则下列叙述正确的是(　　)
A.增大线圈中的电流,地球仪静止时受到的磁力变大
B.线圈电路中的电源必须是直流电源
C.线圈的a端应连接直流电源的正极
D.线圈的a端应连接直流电源的负极
【答案】 BD
【解析】 地球仪静止时受到的重力和磁力是一对平衡力,大小相等,则增大线圈中的电流,地球仪静止时受到的磁力不变,A错误;为使地球仪稳定地悬浮在空中,线圈磁场方向应是不变的,线圈应通恒定电流,电路中的电源是直流电源,B正确;磁体下端是N极,因此线圈上端是N极,由安培定则可知,电路中a端必须连接直流电源的负极,C错误,D正确。
9.(双选)法拉第为描述场的性质而提出场线的假设。如图所示是场线中的一部分,点A、P、Q处于中央同一直线上,P、Q关于中垂线对称,下列判断正确的是(　　)
A.可能是两个同种点电荷产生的电场线
B.可能是两个异种点电荷产生的电场线
C.无论是电场还是磁场,A、P处场的方向相反
D.无论是电场还是磁场,P、Q处场强的大小相等、方向相同
【答案】 BD
【解析】 由题意和题图可看出,可能是两个等量异种点电荷产生的电场线,左边为正点电荷,右边为负点电荷;也可能是条形磁体或通电螺线管产生的磁感线,左边为N极,右边为S极,A错误,B正确。若是电场,A、P处场的方向相反;若是磁场,A、P处场的方向相同,C错误。由于P、Q关于中垂线对称,因此无论是电场还是磁场,P、Q处场强的大小相等、方向相同,D正确。
10.如图所示,左侧水平台面上固定着条形磁铁,右侧固定着螺线管。闭合开关S后,螺线管的S极在　　　　端,螺线管内的磁场方向向　　　　,磁铁受到的力向　　　　。
【答案】 右　左　左
【解析】 由安培定则可知,螺线管的N极在左端,S极在右端,螺线管内的磁场方向向左,磁铁会受到斥力,方向向左。
11.如图所示,分别给出了磁场中某处小磁针静止时N极的指向或磁感线方向。请画出对应的电流方向。
【答案】 如图所示
【解析】 如果已知小磁针静止时N极指向,那么小磁针N极所指方向就是磁感线方向,可用右手螺旋定则判断电流方向。若已知环形电流磁感线的方向,可用右手螺旋定则判断电流方向。
12.磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线,它的电流是2.5 A,导线长1 cm,它受到的磁场力为5×10-2 N,则:
(1)这个位置的磁感应强度是多大
(2)如果把通电导线中的电流增大到5 A时,这一点的磁感应强度应是多大
(3)如果通电导线在磁场中某处不受磁场力,是否能确定这里没有磁场
【答案】 (1)2 T　(2)2 T　(3)见解析
【解析】 (1)根据磁感应强度的定义式可知B== T=2 T。
(2)磁感应强度B是由磁场本身决定的,和导线的长度l、电流I的大小无关,所以该点的磁感应强度是2 T。
(3)无法确定,如果通电导线在磁场中某处不受磁场力,则该处可能没有磁场,也可能该处有磁场,只不过由于通电导线的放置情况造成通电导线不受磁场力。

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