江苏省海门实验学校高中物理 3.1-3.6导学案（无答案）（打包11套）新人教版选修3-1.zip

1§3.1 磁现象和磁场【学习目标】1.了解磁现象，知道磁体、磁极、磁性、磁场等概念，明确磁体之间、磁体与通电导体之间、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.了解电流的磁效应，体会奥斯特发现电流磁效应的重要意义3.了解地磁场的分布情况和地磁两极的特点．【重点、难点】磁场的物质性和基本特性【课前预学】一、磁现象天然磁石和人造磁体都叫做 ，它们都能吸引铁质物体，我们把这种性质叫做 。磁体的各部分磁性强弱不同，磁性最强的区域叫做 ．能够自由转动的磁体，例如悬吊着的磁针，静止时指南的磁极叫做 ，又叫 极；指北的磁极叫做 ，又叫 极．二、电流的磁效应丹麦物理学家 相信，就像电和热、电和光之间存在联系一样，电和磁之间也应该存在联系.1820 年他发现了电流的磁效应，首次揭示了电和磁的联系．三、磁场正像电荷之间的相互作用是通过 发生的，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 发生的．四、地球的磁场地球的地理两极与地磁两极并不重合，因此，磁针并非准确地指向南北，其间有一个夹角，这就是地磁偏角，简称 ．【课堂学习活动】活动一、了解磁现象 电流的磁效应[问题设计]1．取一条形磁铁，用一大头针分别靠近磁铁的两端和中部，观察到的现象是什么？答案 磁铁能够吸引大头针，两端对大头针的吸引力较大，中间部分对大头针的吸引力较小．2．取两个条形磁铁，分别将它们的同名磁极、异名磁极相互靠近，观察到的现象是什么？答案 同名磁极靠近，相互排斥；异名磁极靠近，相互吸引．3．将一通电直导线水平放置在小磁针的上方，分别观察导线东西放置和南北放置两种情况下，小磁针的转动情况．答案 导线东西放置时，小磁针不转动；导线南北放置时，小磁针转动．[要点提炼]1．磁体具有的吸引铁、钴、镍的性质称为磁性，磁体的 磁性最强．22．同名磁极相互 ，异名磁极相互 。3．奥斯特实验(如图)：(1)导线沿 方向放置在小磁针的上方．(2)意义：说明通电导体周围存在着 ，发现了电流的 ，首先揭示了电与磁之 间是有联系的．活动二、了解磁场[问题设计]电荷与电荷之间的相互作用是通过电场发生的，那么磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间的相互作用是如何发生的？答案 [要点提炼]1．磁场：存在于 周围或 周围的一种客观存在的特殊物质．磁体与磁体之间、磁体和通电导体之间、通电导体和通电导体间的相互作用都是通过 发生的．2．基本性质：对放入其中的 或通电导体有力的作用(如图所示)． 3．磁场的产生(1)磁体周围有磁场． (2)电流周围有磁场．活动三、了解地球的磁场[问题设计]指南针是我国古代四大发明之一，它对促进人类航海事业的发展产生了巨大的影响，但在古代指南针为什么指南曾是一个不解之谜，你知道指南针为什么指南吗？答案 因为地球是个大磁体，它对指南针有力的作用．[要点提炼]1．地磁场地球是一个大磁体，存在的磁场叫地磁场．如图所示，地球磁体的 N 极(北极)位于地理 极附近，地球磁体的 S 极(南极)位于地理 极附近． 2．磁偏角地球的地理两极与地磁两极并不重合，水平放置的磁针的指向跟地理子午线之间有一个夹角，这个夹角叫做磁偏角．[延伸思考] 宇宙中的其他天体是否有磁场？答案 有些有磁场，有些没有 磁场．活动四、例题精析：一、对磁现象的认识例 1 下列说法中正确的是( )A．磁场是客观存在的一种物质 3B．磁体上磁性最强的部分叫磁 极，任何磁体都有两个磁极C．将条形磁铁从中间断开,一段是 N 极,另一段是 S 极 D．磁体与磁体间的相互作用是通过磁场发生的，而磁体 与通电导体间以及通电导体与通电导体之间的相互作用不是通过磁场发生的二、对电流磁效应的认识例 2 如图 4 所示，能自由转动的小磁针水平放置在桌面上．当有一束带电粒子沿与磁针指向平行的方向从小磁针 上方水平飞过时，所能观察到的现象是( )A．小磁针不动 B．若是正电荷飞过，小磁针会发生偏转C．若是负电荷飞过，小磁针会发生偏转 D．若是一根通电导线，小磁针会发生偏转三、对地磁场的认识例 3 关于地球的磁场，下列说法正确的是( )A．在地面上放置一个小磁针，小磁针的南极指向 地磁场的南极B．地磁场的南极在地理北极附近C．地球上任何地方的地磁场方向都是和地面平行的D．地球磁偏角的数值在地球上不同地点不同四、电流磁效应及地磁场的综合应用例 4 物理实验都需要有一定的控制条件．奥斯特做电流磁效应实验时，应排除地磁场对实验的影响．关于奥斯特的实验，下列说法中正确的是( )A．该实验必须在地球赤道上进行 B．通电直导线应该竖直放置C．通电直导线应该水平东西方向放置 D．通电直导线应该水平南北方向放置活动五、课堂达标检测：1．(对磁现象的认识)关于磁场，下列说法正确的是( )A．其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2．(对磁现象的认识)磁体与磁体、磁体与通电导体、通电导体与通电导体间的相互作用，以下示意图正确的是( )43．(对电流磁效应的认识)下列有关奥斯特实验说法中正确的是( )A．说明了通电导线对磁体有作用力 B．说明了磁体对通电导线有作用力C．说明了任意两条通电导线之间有作用力 D．奥斯特说明了任意两个磁体之间有作用力4．(对地磁场的认识)地球是一个大磁体：①在地面上放置一个小磁针，小磁针的南极指向地磁场的南极；②地磁场的北极在地理南极附近；③赤道附近地磁场的方向和地面平行；④北半球地磁场方向相对地面是斜向上的；⑤地球上任何地方的地磁场方向都是和地面平行的．以上关于地磁场的描述正确的是( ) A．①②④ B．②③④ C．①⑤ D．②③5．(对地磁场的认识)以下关于地磁场的说法中正确的是( )A．地磁场是地球的 盾牌，起着保护地球上生命的作用B．地磁场的 N 极在地理位置的南极附近，但不与南极重合C．地磁场的方向会随时间的流逝而缓慢变化D．在行星中，只有地球有磁场6．(对 磁场力及超、失重）的认识)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．Mg(M+m)g1§3.2 磁感应强度【学习目标】1. 通过观察、 类比以便理解和掌握磁感应强度的概念。2．理解和掌握磁感应强度的方向和大小、单位。3．能用磁感应强度的定义式进行有关计算。4. 知道什么叫磁感线，会用磁感线来表示磁感应强度。【重点、难点】磁感应强度概念的建立；体会通过比值法定义物理量的方法。【课前预学】1.在电场中的不同位置电场的方向和强弱往往不同，在磁场 中的不同位置场强又有什么特点呢？2.用什么物理量来描述磁场的强弱？（磁感应强度的物理意义？）如何来描述磁场的方向和大小 ？3.磁铁除了对磁体有力的作用，还对哪些物体有力的作用呢？4.磁场对通电导线的作用力可能和哪些因素有关呢？采用什么方法研究呢？5.如何理解磁感应强度 B?比值法定义物理量有什么特点？6. 什么是磁感线？如何会磁感线表示磁感应强度（磁场）？【课堂学习活动】活动一、认识磁感应强度的方向[问题设计]把小磁针放到条形磁铁周围不同的位置，小磁针的指向不同，这说明磁场和电场一样，也是具有“方向性”的．在研究电场的方向时，我们把试探电荷放入电场，并规定正电荷的受力方向为电场强度的方向，那么与此类似，为了描述磁场的方向，我们可以怎么做呢？答案 在磁场中放入小磁针，小磁针在磁场中受力后将会转动．小磁针静止时，它的指向也就确定了，显示出这一点的磁场对小磁针 N 极和 S 极的作用力的方向，据此可以确定该点的磁场方向．[要点提炼]1．物理意义：磁感应强度是描述磁场 的性质的物理量．2．磁感应强度的方向：磁感应强度的方向就是 的方向，即静止时小磁针 极所指的方向。活动二、理解磁感应强度的大小[问题设计]我们从分析电荷在电场中受力情况着手，找到了表示电场强弱的物理量——电场强度．但小磁针有两个磁极，因此不可能测量 N 极受力的大小．由于磁场对通电导线有作用力，我们可以从一小段通电导线的受力来描述磁场的强弱．如图所示，三块相同的蹄形磁铁并列放置，可以认为磁极间的磁场是均匀的，将一根直导线悬挂在磁铁2的两极间，有电流通过时导线将摆动一个角度，通过摆动角度的大小可以比较磁场力的大小，分别接通“2、3”和“1、4”可以改变导线通电部分的长度，电流由外部电路控制．(1)保持导线通电部分的长度不变，改变电流大小， 导线受力情况如何变化？(2)保持电流不变，改变导线通电部分的长度，导线受力情况如何变化？(3)通电导线受力与哪些因素有关？答案 (1)电流越大，导线受力越大．(2)通电导线越长，导线受力越大． (3)精确实验表明，通电导线在磁场中受到的磁场力的大小，既与导线的长度 L 成正比，又与导线中的电流 I 成正比，即与 I 和 L 的乘积成正比，用公式表示为 F＝ BIL，式中 B 为比例系数．[要点提炼]1．磁感应强度的定义及 公式：将电流元 IL 放入磁场，它受到的磁场力 F 与 IL 的 叫磁感应强度，用公式表示为 .2．对磁感应强度的理解(1)磁感应强度是反映磁场强弱的物理量，它是用 法定义的物理量，由磁场自身决定，与是否引入电流元、引入的电流元是否受力及受力大小 。(2)因为通电导线取不同方向时，其受力大小不相同，故在定义磁感应强度时，式中 F 是指通电直导线 磁场放置时受到的磁场力．(3)磁感应强度的方向是该处 的方向，也是小磁针 的 受力方向，而不是该处电流元受力 F 的方向．(4)磁感应强度是矢量，其合成或分解运算遵守 。[延伸思考] 能否认为 B 与 F 成正比，与 IL 乘积成反比？活动四、认识磁感线1.磁感线：在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的 都跟这点的磁感应强度的方向一致，这样的曲线就叫做 磁感线．在磁体两极附近，磁场较 ，磁感线较 ．2.用磁感线来描述磁场、磁感应强度：磁感线的 方向表示磁场的方向（磁感应强度的方向）磁感线的 表示磁场的强弱（磁感应强度的大小）活动五、例题精析：一、对磁感应强度方向的认识例 1 关于磁感应强度的方向，下列说法正确的是( )A．磁感应强度方向就是小磁针 N 极所指的方向 B．磁 感应强度方向与小磁针 N 极的受力方向一致C．磁感应强度的方向就是通电导线的受力方向 D．磁感应强度的方向就是该处磁场的方向二、对磁感应强度概念及公式的理解3例 2 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 成反比FILB．通电导线放在磁场中某点，该点就有磁感应强度，如果将通电导线拿走，该点的磁感应强度就变为零C．通电导线所受磁场力不为零的地方一定存在磁场，通电导线不受磁场力的地方一定不存在磁场(即B＝0)D．磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定针对训练 下列有关磁感应强度的说法中，正确的是( )A．磁感应强度是用来表示磁 场强弱的物理量B．若有一小段通电导体在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零C．若有一小段长为 L、通以电流 I 的导体，在磁场中某处受到的磁场力为 F，则该处磁感应强度的大小一定是FILD．由定义式 B＝ 可知，电流强度 I 越大，导线 L 越长，某点的磁感应强度就越小FIL三、对磁感应强度大小的理解与计算例 3 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5.0×10－2 N．求：(1)这个位置的磁感应强度；(2)如果把通电导线中的电流增大到 5 A 时，这一位置的磁感应强度多大；(3)如果通电导线在磁场中某处不受磁场力，是否能肯定在这里没有磁场？四、对磁感线的认 识例 4 关于磁场和磁感线的描述，正确的说法是( )A．磁感线从磁体的 N 极出发，终止于 S 极 B．磁感线可以表示磁场的方向和强弱C．沿磁感线方向，磁场逐渐减弱D． 因 为 异 名 磁 极 相 互 吸 引 ， 所 以 放 入 通 电 螺 线 管 内 的 小 磁 针 的 N 极 一 定 指 向 螺 线 管 的 S 极活动六、达标检测：1．(磁感应强度的方向)关于磁感应强度的方向和电场强度的方向，下列说法正确的是( )A．电场强度的方向与电荷所受电场力的方向相同B．电场强度的方向与正电荷所受电场力的方向相同C．磁感应强度的方向与小磁针 N 极所受磁场力的方向相同2．(电场强度与磁感应强度的比较)下列说法中正确的是( )A．电荷在电场中某处不受电场力的作用，则该处的电场强度为零4B．一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该处磁感应强度一定为零C．把一个试探电荷放在电场中的某点，它受到的电场力与所带电荷量的比值表示该点电场的强弱D．把一小段通电导线放在磁场中某处，它所受的磁场力与该小段通电导线的长度和电流的乘积的比值表示该处磁场的强弱3．(磁感应强度的大小与计算)现有一段长 L＝0.2 m、通有电流 I＝2.5 A 的直导线，则关于此导线在磁感应强度为 B 的磁场中所受磁场力 F 的情况，下列说法正确的是( )A．如果 B＝2 T，则 F 一定为 1 NB．如果 F＝0，则 B 也一定为零C．如果 B＝4 T，则 F 有可能为 2 ND．当 F 为最大值时，通电导线一定与 B 平行4．(磁感应强度的大小与计算)一根长 20 cm 的通电导线放在磁感 应强度为 0.4 T 的匀强磁场中，导线与磁场方向垂直，若它受到的磁场力为 4×10－3 N，则导线中的电流强度为________ A；若将导线中的电流减小为 0，则该处的磁感应强度为________ T.5．(对磁感线的认识)关于磁感应强度和磁感线，下列说法中错误的是（ ）A．磁感线上某点的切线方向就是该点的磁感线强度的方向 B．磁感线的疏密表示磁感应强度的大小C．匀强磁场的磁感线间隔相等、互相平行 D．磁感就强度是只有大小、没有方向的标量课后作业： 1． （多选）下列关于磁感应强度方向的说法中正确的是( )A．磁场中某点的磁感应强度的方向规定为小磁针静止时 N 极所指的方向B．磁场中某点的磁感应强度的方向与小磁针 S 极在此处的受力方向一致C．磁场中某点的磁感应强度的方向由试探电流元在此处的受力方向决定D．磁感应强度的方向由磁场本身决定，与是否在磁场中放入通电导线无关2.如图所示，在空间某点 A 存在大小、方向恒定的两个磁场 B1、 B2， B1＝3 T， B2＝4 T， A 点的磁感应强度大小为( )A．7 TB．1 TC．5 TD．大于 3 T 小于 4 T53．关于磁感应强度，下列说法中正确的是( )A．若长为 L、电流为 I 的导体在某处受到的磁场力为 F，则该处的磁感应强度必为FILB．由 B＝ 知， B 与 F 成正比，与 IL 成反比FILC．由 B＝ 知，一小段通电导体在某处不受磁场力，说明该处一定无磁场FILD．由 F＝ ILB 知，与磁场方向垂直的一小段通电导体受到的磁场力 F 与 IL 成正比4． （多选）一段电流元放 在同一匀强磁场中的四个位置，如图所示，已知电流元的 电流 I、长度 L 和受力 F，则可以用 表示 磁感应强度 B 的是( )FIL5． （多选）将一小段通电直导线垂直磁场方向放入一匀强磁场中，下列图象能正确反映各物理量间关系的是 （ ） 6．在磁场中的同一位置，先后引入长度相等的直导线 a 和 b， a、 b 导线的方向均与磁场方向垂直，但两导线中的电流不同，因此所受到的力也不相同．下面的四幅图象表示的是导线所受到的力 F 与通过导线的电流 I 的关系． a、 b 各自有一组 F、 I 的数据，在图象中各描出一个点．其中正确的是 ( )7．关于磁感应强度 B、电流 I、导线长 L 和导线所受磁场力 F 的关系，下列说法中正确的是( )6A．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 ND．若 L＝1 m， I＝1 A， F＝1 N，则 B 一定等于 1 T8． （多选）有一段直导线长为 1 cm，通有 5 A 的电流，把它置于磁场中的某点时，受到的磁场力为 0.1 N，则该点的磁感应强度 B 的值可能为( )A．1 T B．0.5 T C．2 T D．2.5 T9.如图所示，通电导线 L 垂直放于匀强磁场(各点的磁感应强度大小和方向均相同)中，导线长 8 m，磁感应强度 B 的值为 2 T，导线所受的力为 32 N，求导线中电流的大小．10．匀强磁场(各点的磁感应强度大小、方向均相同的磁场)中长为 2 cm 的通电导线垂直磁场方向，当通过导线的电流为 2 A 时，它受到的磁场力大小为 4×10－3 N，问：(1)该处的磁感应强度 B 是多大？(2)若电流不变，导线长度减小到 1 cm，则它受到的磁场力 F 和该处的磁感应强度 B 各是多少？1§3.3 几种常见的磁场【学习目标】1．知道什么叫磁感线。2．知道几种常见的磁场（条形、蹄形，直线电流、环形电流、通电螺线管）及磁感线分布的情况3．会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向。4．知道安培分子电流假说，并能解释有关现象5．理解匀强磁场的概念，明确两种情形的匀强磁场【重点、难点】1．会用安培定则判定直线电流、环形电流及通电螺线管的磁场方向.2．知道磁感强度是矢量，空间某点的磁场的叠加遵循平行四边形法则。【课前预学】一、磁感线如果在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致，这样的曲线就叫做磁感线．在磁体两极附近，磁场较强，磁感线较密．二、几种常见的磁场——安培定则的几种表述1．直线电流的磁场方向：右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与 方向一致，弯曲的四指所指的方向就是 。这个规律也叫 定则．2．环形电流的磁场：让右手弯曲的四指与 的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是上磁感线的方向． 3．通电螺线管的磁场：从外部看，通电螺线管的磁场相当于一个 磁铁的磁场，所以用安培定则时，拇指所指的是它的 极的方向．从内部看，拇指所指的方向是螺线管内部的方向。三、安培分子电流假说法国学者安培提出了分子电流假说 ．他认为，在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种环形电流—— ．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 ．四、匀强磁场1 和 处处相同的磁场．匀强磁场的磁感线是一些 的平行直线．2.距离很近的两个异名磁极之间的磁场，通电螺线管内部的磁场（除边缘部分外）都可认为是匀强磁场。【课堂学习活动】活动一、认识磁感线 安培定则[问题设计]在磁场中放一块玻璃板，玻璃板上均匀地撒一层细铁屑，轻敲玻璃板，铁屑就会有规则地排列起来，模拟出磁感线的形状．由实验得到条形磁铁和蹄形磁铁的磁场的磁感线是如何分布的？答案 2[要点提炼]1．磁感线和电场线有何异同点？请完成下列表格。磁感线 电场线引入目的 描述场的强弱和方向疏密意义 场的 切线方向 场的 相似点是否相交 不同点 _____________________ _____________________2．几种电流周围的磁场分布安培定则：（1）判定直线电流的方向跟它的磁感线方向之间的关系时，安培定则表述为：用 握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是 的环绕方 向；（2）判定环形电流和通电螺线管的电流方向和磁感线方向之间的关系时要统一表述为：让弯曲的四指所指方向跟 方向一致，大拇指所指的方向就是环形电流或通电螺线管 磁感线的方向（这里把环形电流看作是一匝的线圈） 。3.地磁场：地球的磁场与条形磁铁的磁场相似，主要特点有： ①地磁场的 在地理南极附近， 在地理北极附近，如图．②地磁场 B 的水平分量(B x)总是从地理 指向 ；而竖直分量(B y)则南、北半球相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下．③在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁场强弱 ，且方向水平向 ．活动二、了解安培分子电流假说[问题设计]磁铁和电流都能产生磁场，而且通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场十分相似，它们的磁场有什么联系？答案 它们的磁场都是由电荷的运动产生的．[要点提炼]1．安培分子电流假说安培认为，物质微粒内的分子电流使它们相当于一个个的 (如图)．直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场特点 无磁极、非匀强且距导线越远处磁场越弱与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场且磁场方向平行于轴线，管外为非匀强磁场，内部较强。环形电流的两侧是 N 极和 S 极且离圆环中心越远，磁场_越弱_安培定则立体图横截面图纵截面图32．应用：可解释磁化与退磁现象。 （1）当铁棒中分子电流的取向 时，铁棒对外显磁性(如图甲)；（2）当铁棒中分子电流的取向变得 时，铁棒对外不显磁性(如图乙)．3．安培分子电流假说揭示了磁现象的电本质：一切磁现象都是由 产生的．活动三、知道匀强磁场 [问题设计]取两块较大的磁铁，让两个平行的异名磁极相对，在距离很近时用细铁屑模拟磁感线的分布，你观察到的结果怎样？答案 磁感线互相平行．[要点提炼]1．匀强磁场的磁感线是一些间隔相同的平行直线．2.匀强磁场是一种理想化的模型，大的异名磁极之间的磁场、通电螺旋管内部（扣除边缘区域）的磁场可以近似看作匀强磁场处理活动四、例题精析：一、对磁感线的认识例 1 关于磁场和磁感线的描述，正确的说法是( )A．磁感线从磁体的 N 极出发，终止于 S 极B．磁感线可以表示磁场的方向和强弱C．沿磁感线方向，磁场逐渐减弱D． 因 为 异 名 磁 极 相 互 吸 引 ， 所 以 放 入 通 电 螺 线 管 内 的 小 磁 针 的 N 极 一 定 指 向 螺 线 管 的 S 极【针对训练】下列关于电场线和磁感线的说法中错误的是（ ）A．静电场的电场线总是从正电荷或无穷远出发，终止于无穷远或负电荷B．磁感线总是从磁体北极出发，到磁体南极终止C．电场中某点的电场强度方向就是电场线的切线方向，也是正电荷所受电场力的方向D．磁场中某点的磁场方向就是磁感线的切线方向，也是小磁针北极在该点的受力方向二、对安培定则的理解与应用例 2 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．【针对训练】画出直线电流的磁场的立体图、俯视图、正视图。4三、对安培分子电流假说的认识例 3 关于磁现象的电本质，下列说法正确的是( )A．除永久磁铁外，一切磁场都是由运动电荷或电流产生的B．根据安培的分子电流假说，在外磁场作用下，物体内部分子电流取向变得大致相同时，物体就被磁化了，两端形成磁极C．一切磁现象都起源于电流或运动电荷，一切磁作用都是电流或运动电荷之间通过磁场而发生的相互作用D．磁就是电，电就是磁；有磁必有电，有电必有磁四、磁感应 强度的叠加：【例 4】如图所示,在 a、b、c 三处垂直纸面放置三根长直通电导线,a、b、c 是等边三角形的三个顶点,电流大小相等,a 处电流在三角形中心 O 点的磁感应强度大小为 B,求 O 处磁感应强度.活动五、达标检测：1．(对磁感线的认识)关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是( )A．磁体之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样， 也是一种客观存在的物质B．磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致C．磁感线总是从磁铁的 N 极出发，到 S 极终止的D．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的2.(安培定则的理解与应用)如图所示,直导线 AB、螺线管 C、电磁铁 D 三者 相距较远,它们的磁场互不影响, 当开关 S 闭合稳定后,则图中小磁针的北极 N（黑色的一端）指示出磁场方向正确的是（ ）5A.a B.b C.c D.d3．(对安培分子电流假说的认识)用安培提出的分子电流假说可以解释的现象是( ) A．永久磁铁的磁场 B．直线电流的磁场C．环形电流的磁场 D．软铁棒被磁化的现象4．(对磁感应强度矢量性的认识)如图所示，在三维直角坐标系中，若一束电子沿 y 轴正向运动，则由此产 生的在 z 轴上 A 点和 x 轴上 B 点的磁场方向是（ ）A.A 点磁场沿 x 轴正方向，B 点磁场沿 z 轴负方向B.A 点磁场沿 x 轴负方向，B 点磁场沿 z 轴正方向C.A 点磁场沿 z 轴正方向，B 点磁场沿 x 轴负方向D.A 点磁场沿 x 轴正方向，B 点磁场沿 z 轴正方向5．(对磁感应强度叠加的认识)如图所示，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． 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．a 点的磁感应强度最大 B．b 点的磁感应强度最大C．c 点的磁感应 强度最大 D．d 点的磁感应强度最大6．取两个完全相同的长导线,用其中一根绕成如图（a）所示的螺线 管,当在该螺线管中通以电流强度为I 的 电流时,测得螺线管内中部的 磁感应强度大小为 B,若将另一根长导线对折后绕 成如图（b）所示的螺线管,并通以电流强度也为 I的电流时,则在螺线管内中部的磁感应强度大小为( ) A.0 B.0.5B C.B D.2B7．实验室里可以用图甲所示的小罗盘估测条形磁铁磁场的磁感应强度.方法如图乙所示,调整罗盘,使小磁针静止时 N 极指向罗盘上的零刻度（即正北方向）,将条形磁铁放在罗盘 附近,使罗盘所在处条形磁铁的 方向处于东西方向上,此时罗盘上的小磁针将转过一定角度.若已知地磁场的水平分量 Bx,为计算罗盘所在 处条形磁铁磁场的磁感应强度 B,则只需知道 ,磁感应强度的表达式为 B= .8．如图所示,同一平面内有两根互相平行的长直导线 1 和 2,通有大小相等、方向相反的电流,a、b 两点与两导线共面,a 点在两导线的中间与两导线的距离均为 r,b 点在导线 2 右侧,与导线 2 的距离也为 r.现6测得 a 点磁感应强度的大小为 B,则去掉导线 1 后,b 点的磁感应强度大小为 ,方向 . 【课后作业】题组一 对磁感线的认识及方向判断1．下列关于电场线和磁感线的说法中， 正确的是( )A．电场线和 磁感线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，同一试探电荷所受的电场力越大；磁感线分布较密的地方， 同一试探电荷所受的磁场力也越大2．如图所示为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是( )A．①③ B．②③C．①④ D．②④3．如图所示， a、 b、 c 三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右侧，当这些小磁针静止时，小磁针 N 极的指向是( )A． a、 b、 c 均向左B． a、 b、 c 均向右C． a 向左， b 向右， c 向右D． a 向右， b 向左， c 向右4．当接通电源后，小磁针 A 按如图所示方向运动，则( )A．小磁针 B 的 N 极向纸外转B．小磁针 B 的 N 极向纸里转C．小磁针 B 不转动D．因电流未标出，所以无法判断小磁针 B 如何转动5．南极考察经常就南极特殊的地理位置进行科学测量． “雪龙号”考察队员一次实验如下：在地球南极附近用弹簧测力计竖直悬挂一未通电螺线管，如图所示．下列说法正确的是( )7A．若将 a 端接电源正极， b 端接电源负极，则弹簧测力计示数将减小B．若将 a 端接电源正极， b 端接电源负极，则弹簧测力计示数将增大C．若将 b 端接电源正极， a 端接电源负极，则弹簧测力计示数将增大D．不论螺线管通电情况如何，弹簧测力计示数均不变题组二 对安培分子电流假说的认识6．关于安培分子电流假说的说法正确的是( )A．安培观察到物质内部有分子电流存在就提出了假说B．为了解释磁铁产生磁场的原因，安培提出了假说C．事实上物质内部并不存在类似的分子电流D．根据后来科学家研究，原子内电子绕核旋转形成环形电流与安培分子电流假说相符7．磁铁在高温下或者受到敲击时会失去磁性，根据安培的分子电流假说，其原因是( )A．分子电流消失B．分子电流的取向变得大致相同C．分子电流的取向变得杂乱8．为了解释地球的磁性，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．在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是( )题组三 磁感应强度矢量的叠加9．如图所示，两根相互平行的长直导线过纸面上的 M、 N 两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流． a、 O、 b 在 M、 N 的连线上， O 为 MN 的中点， c、 d 位于 MN 的中垂线上，且 a、 b、 c、 d到 O 点的距离均相等．关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是( )A． O 点处的磁感应强度为零B． a、 b 两点处的磁感应强度大小相等，方向相 反C． c、 d 两点处的磁感应强度大小相等，方向相同D． a、 c 两点处磁感应强度的方向不同10．在纸面上有一个等边三角形 ABC，在 B、 C 顶点处是通有相同电流的两根长直 导线，导线垂直于纸面放置，电流方向如图 6 所示，每根通电导线在三角形的 A 点产生的磁感应强度大小为 B，则三角形 A 点的磁感应强度大小为______________，方向为______________．若 C 点处的电流方向反向，则 A 点处的磁感应强度大小为________________，方向为________________．8题组四 安培定则的应用11．如图，一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过磁针上方时，磁针的 S 极向纸内偏转，这一束带电粒子可能是（ ）A．向右飞行的正离子B．向左飞行的正离子C．向右飞行的负离子 D．向左飞行的负离子12．一束电子流沿水平面自西向东运动，在电子流的正上方有一点 P，由于电子运动产生的磁场在 P 点的方向为（ ）A．竖直向上 B．竖直向下 C．水平向南 D．水平向北13．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14．如图所示，两根非常靠近且互相垂直的长直导线，当通以如图所示方向的 电流时，电流所产生的磁场在导线所在平面内的哪个区域内方向是一致且向里的（ ）A．区域Ⅰ B．区域Ⅱ C．区域Ⅲ D．区域Ⅳ15．如图所示，一带负电的金属环绕轴 以角速 度 匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是（ ）A．N 极竖直向上 B．N 极竖直向下C．N 极沿轴线向左 D．N 极沿轴线向右16．大致画出图中各电流 的磁场磁感线的分布情况917．在图中，已知磁场的方向，试画出产生相应的磁场的电流方向18． 如图所示为通电螺线管的纵剖面， “×”和“·”分别表示导线中电流垂直纸面流进和流出 ，试画出 a、b、c、d 四个位置上小磁场静止时 N 极指向．19．在下面如图所示的各图中画出导线中通电电流方向或通电导线周围磁感线的方向。其中（a） 、 （b）为平面图， （c） 、 （d）为立体图。20．铁环上绕有绝缘的通电导线，电流方向如图所示，则铁环中心 O 处的磁场方向( )A．向下 B．向上C．垂直于纸面向里 D．垂直于纸面向外101§3.4 磁场对通电导线的作用力(1)【学习目标】 1.知道安培力的概念，会用左手定则判定安培力的方向.2.理解并掌握安培力的计算公式 F=BILsinθ .3.了解磁电式电流表的基本构造及工作原理．【重点、难点】用左手定则判定安培力方向；用公式计算安培力的大小【课前预学】一、安培力的方向通电导线在磁场中所受安培力的方向，与导线、磁感应强度的方向都 ，它的方向可用 判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指 ，并且都与手掌在 ；让磁感线从掌心 ，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是 所受安培力的方向．(如图所示)二、安培力的大小1.垂直于磁场 B 放置、长为 L 的一段导线，当通过的电流为 I 时，它所受的安培力为 F＝ .2.当磁感应强度 B 的方向与导线的方向平行时，导线受力为 .3.当磁感应强度 B 的方向与导线方向成 θ 角时，导线受力为 F＝ .三、磁电式电流表1．磁电式仪表最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈．如图所示，通电线圈在磁场中受到安培力而偏转．线圈偏转的角度越大，被测电流就越大．根据线圈偏转的方向，可以知道被测电流的方向．2．磁电式仪表的优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱(几十微安到几毫安)．【课堂学习活动】活动一、认识安培力的方向[问题设计]按照如图所示进行实验．(1)上下交换磁极的位置以改变磁场方向，导线受力的方向是否改变？(2)改变导线中电流的方向，导线受力的方向是否改变？仔细分析实 验结果，说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？[要点提炼]1．安培力方向、磁场方向、电流方向三者之间满足左手定则．(1)F⊥ B， F⊥ I，即 F 垂直于 B、 I 决定的平面．2(2)磁场方向和电流方向不一定垂直．用左手定则判断安培力方向时，磁感线只要从掌心进 入即可，不一定垂直穿过掌心．2．判断电流磁场方向用安培定则(右手螺旋定则)，确定通电导体在磁场中的受力方向用左手定则．3．推论：平行通电导线之间，同向电流相互 ，反向电流相互 ． 活动二、掌握安培力的大小计算[问题设计]1．在定义磁感应强度时，让一小段通电导线放入磁场，可得 F＝ ILB，此公式的适用条件是什么？2．当导线平行于磁场方向放置时，导线受力为多少？[要点提炼]1．安培力大小的计算公式 F＝ ， θ 为磁 感应强度方向与导线方向的夹角．(1)当 θ ＝90°，即 B 与 I 垂直时， F＝ ；(2)当 θ ＝0°即 B 与 I 平行时， F＝ .2．当导线与磁场垂直时，弯曲导线的有效长度 L，等于连接两端点直线的长度(如图所示)；相应的电流沿 L 由始端流向末端．活动三、了解磁电式电流表1．磁电式电流表的主要构成，由五部分组成：(1)磁性很强的蹄形磁铁；(2)圆柱形铁芯，固定在磁铁的两极间；(3)套在铁芯上可绕轴转动的铝框；(4)绕在铝框上的线圈；3(5)铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针．2．电流表的工作原理．如图所示，磁场的方向总沿着径向均匀辐射地分布，在距轴线等距离处的磁感应强度的大小总是相等的，保证 B 的大小不发生变化，且安培力的方向与线圈垂直．当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，线圈转动螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大，I 与指针偏角θ 成正比，表盘刻度均匀(均匀、不均匀)．所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小．3．优、缺点：优点是灵敏度高，能测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱．活动四、例题精析：一、对安培力方向的判定例 1 画出图中各磁场对通电导线的安培 力的方向规律总结 1.判断安培力的方向，要先明确磁场的方向和电流的方向，用左手定则判断，不要“习惯性”地用错右手．实际上左手定则揭示了磁感应强度、电流、安培力这三个物理量方向之间的关系，知道其中任意两个方向，可以由安培定则判断第三个方向．2．分析安培力方向时，左手定则和安培定则往往同时使用，要特别注意它们的不同：安培定则用来判断电流的磁场方向，用右手；左手定则用来判断电流的受力方向，用左手．【针对训练】如图 所示，棒 ab 均处于静止状态，试分别画出棒 ab 的受力分析示意图。θBＢθBＣθBＡθBＤE F G H4二、对安培力大小的计算例 2 长度为 L、通有电流为 I 的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向如图所示，已知磁感应强度为 B，对于下列各图中，导线所受安培力的大小计算正确的是( )A． F＝ BILcos θ B． F＝ BILcos θ C． F＝ BILsin θ D． F＝ BILsin θ规律总结 1.当磁场方向与电流方向垂直时安培力 F＝ ILB，如果磁场方向和电流方向不垂直，公式应变为F＝ ILB⊥ ， B⊥ 是 B 在垂直于电流方向的分量．2．如果通电导线是弯曲的，则要用其等效长度代入公式计算 ．3．如果是非匀强磁场，原则上把通电导线分为很短的电流元，对电流元用安培力公式，再求矢量和．例 3 如图所示，长为 2l 的直导线折成边长相等、夹角为 60°的 V 形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为 B.当在该导线中通以电流强度为 I 的电流时，该 V 形通电导线受到的安培力大小为( )A．0B．0.5 BIlC． BIlD．2 BIl三、通电导体的综合受力分析问题例 4 如图所示，光滑导 轨与水平面成 α 角，导轨宽为 L.有大小为 B 的匀强磁场，方向垂直导轨面，金属杆长为 L，质量为 m，水平放在导轨上．当回路中通过 电流时，金属杆正好能静止．求：电流的大小为多大？磁感应强度的方向如何？5方法点拨 在实际分析中，安培力、电流方向以及磁场方向构成一个空间直角坐标系，在空间判断安培力的方向有很大的难度，所以在判断一些复杂的安培力方向时都会选择画侧视图的方法，这样使得难以理解的空间作图转化成易于理解的平面作图．【针对训练】质量为 m 的通电细杆 ab 置于倾角为 θ 的导轨上，导轨宽度为 d，杆 ab 与导轨间的动摩擦因数为 μ ．有电流时， ab 恰好在导轨上静止，如图所示；下图是它的四个侧视图， 图中已标出四种可能的匀强磁场方向，其中杆 ab 与导轨之间的摩擦力可能为零的图是（ ）活动五、达标检测：1．(安培力的方向)把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用，关于安培力的方向，下列说法中正确的是( )A．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同B．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直C．安培力的方 向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁感应强度方向垂直D．安培力的方向既跟磁感应强度方向垂直，又跟电流方向垂直62．(安培力的方向判断)如图所示，是在三维空间坐标系中画出的磁感强度 B、电流强度 I 和磁场对电流的作用力 F 之间方向关系图( B、 I、 F 两两垂直)．其中正确的是 ( )3．(安培力的方向判断)赤道上某处有一竖直的避雷针，当带有负电的乌云经过避雷针的上方时，避雷针开始放电，则地磁场对避雷针的作用力的方向为 ( )A．正东 B．正南 C．正西 D．正北 4．(安培力大小的计算及方向判断)把长 L＝0.15 m 的导体棒置于磁感应强度 B＝1.0×10 －2 T 的匀强磁场中，使导体棒和磁场方向垂直，如图所示，若导体棒中的电流 I＝2.0 A，方向向左，则导体棒受到的安培力大小 F＝________ N，安培力的方向为竖直向________．(选填“上”或“下”)5．(通电导体的综合受力分析问题)一根长 L＝0.2 m 的金属棒放在倾角 θ ＝37°的光滑斜面上，并通过I＝5 A 的电流，方向如图所示，整个装置放在磁感应强度 B＝0.6 T 竖直向上的匀强磁场中，金属棒恰能静止在斜面上，则该棒的重力为多少？(sin 37°＝0.6)【课后作业】1．如图所示的匀强磁场中，已经标出了电流 I 和磁场 B 以及磁场对电流作用力 F 三者的方向，其中正确的是( )2．关于通电导线所受安培力 F 的方向、磁感应 强度 B 的方向和电流 I 的方向之间的关系，下列说法正确的是( )A． F、 B、 I 三者必须保持相互垂直 B． F 必须垂直 B、 I，但 B、 I 可以不相互垂直7C． B 必须垂直 F、 I，但 F、 I 可以不相互垂直 D． I 必须垂直 F、 B，但 F、 B 可以不相互垂直3．如图所示，固定不动的绝缘直导线 mn 和可以自由移动的矩形线框 abcd 位于同一平面内， mn 与ad、 bc 边平行且离 ad 边较近．当导线 mn 中通以向上的电流，线框中通以顺时针方向的电流时，线框的运动情况是( )A．向左运动 B．向右运动C．以 mn 为轴转动 D．静止不动4．如图所示，电磁炮是由电源、金属轨道、炮弹和电磁铁组成．当电源接通后，磁场对流过炮弹的电流产生力的作用，使炮弹获得极大的发射速度．下列各俯视图中正确表示磁场 B 方向的是( )5．如图所示，磁场方向竖直向下，通电直导线 ab 由水平位置 1 绕 a 点在竖直平面内转到位置 2，通电导线所受安培力是( )A．数值变大，方向不变 B．数值变小，方向不变C．数值不变，方向改变 D．数值、方向均改变6．如图，一段导线 abcd 位于磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直．线段 ab、 bc 和 cd 的长度均为 L，且∠ abc＝∠ bcd＝135°.流经导线的电流为 I，方向如图中箭头所示．导线段 abcd 所受到的磁场的作用力的合力( )A．方向沿纸面向上，大小为( ＋1) ILB B．方向沿纸面向上，大小为( －1) ILB2 2C．方向沿纸面向下，大小为( ＋1) ILB D．方向沿纸面向下，大小为( －1) ILB2 27．如图所示，一根有质 量的金属棒 MN，两端用细软导线连接后悬于 a、 b 两点，棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从 M 流向 N，此时悬线上有拉力，为了使拉力等于零，可以( )A．适当减小磁感应强度 B．使磁场反向C．适当增大电流 D．使电流反向8．如图所示，用两根轻细悬线将质量为 m、长为 l 的金属棒 ab 悬挂在 c、 d 两处，置于匀强磁场内．当棒中通以从 a 到 b 的电流 I 后，两悬线偏离竖直方向θ 角而处于平衡状态．为了使棒平衡在该位置上，所需的磁场的最小磁感应强度的大小、方向为( )A. tan θ ，竖直向上mgIlB. tan θ ，竖直向下mgIl8C. sin θ ，平行悬线向下mgIlD. sin θ ，平行悬线向上mgIl9．水平面上有电阻不计的 U 形导轨 NMPQ，它们之间的宽度为 L， M 和 P 之间接入电动势为 E 的电源(不计内阻)．现垂直于导轨搁一根质量为 m、电阻为 R 的金属棒 ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为 B，方向与水平面夹角为 θ 且指向右上方，如图所示，问：(1)当 ab 棒静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少？(2)若 B 的大小和方向均能改变，则要使 ab 棒所受支持力为零， B 的大小至少为多少？此时 B 的方向如何？10．如图所示，在与水平方向夹角为 60°的光滑金属导轨间有一电源，在相距 1 m 的平行导轨上放一质量为 m＝0.3 kg 的金属棒 ab，通以从 b→ a、 I＝3 A 的电流，磁场方向竖直向上，这时金属棒恰好静止．求：(1)匀强磁场磁感应强度的大小；(2) ab 棒对导轨的压力．( g＝10 m/s 2)