2021年上海市高二第一学期物理培优讲义第11讲-电流的磁场（新课教案）

学员姓名：                                        学科教师：

年  级：高二                                      辅导科目：物理

授课日期

时    间

A / B / C / D / E / F 段

主    题

电流的磁场--同步

学习目标

1. 知道和了解磁场；
2. 了解地球的磁场；
3. 掌握磁场的表示方法；
4. 理解三种电流的磁场。

教学内容

指南针为什么能够指南北？把小磁针放在磁铁周围会出现什么现象？

一、磁场

【知识梳理】

1、磁场

（1）磁体是通过磁场对铁一类物质发生作用的，磁场和电场一样，是物质存在的另一种形式，是客观存在。

（2）磁体周围空间存在磁场；电流周围空间也存在磁场。
（3）电流周围空间存在磁场，电流是大量运动电荷形成的，所以运动电荷周围空间也有磁场。静止电荷周围空间没有磁场。

磁场存在于磁体、电流、运动电荷周围的空间。

磁场是物质存在的一种形式。磁场对磁体、电流都有磁力作用与用检验电荷检验电场存在一样，可以用小磁针来检验磁场的存在。如图所示为证明通电导线周围有磁场存在——奥斯特实验，以及磁场对电流有力的作用实验。

2、磁场的方向

在电场中，电场方向是人们规定的，同理，人们也规定了磁场的方向。
规定：在磁场中的任意一点小磁针北极受力的方向就是那一点的磁场方向。
确定磁场方向的方法是：将一不受外力的小磁针放入磁场中需测定的位置，当小磁针在该位置静止时，小磁针N极的指向即为该点的磁场方向。
磁体磁场：可以利用同名磁极相斥，异名磁极相吸的方法来判定磁场方向。

3、磁感线
在磁场中画出有方向的曲线表示磁感线，在这些曲线上，每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同。
（1）磁感线上每一点切线方向跟该点磁场方向相同。
（2）磁感线特点
　  1）磁感线的疏密反映磁场的强弱，磁感线越密的地方表示磁场越强，磁感线越疏的地方表示磁场越弱。
　　2）磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向。
　　3）磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线，在磁体外部由N极到S极，在磁体内部由S极到N极。

【例题精讲】

一、磁场方向的判断

例1. 下列说法中正确的是（    ）

A．磁感线可以表示磁场的方向和强弱 

B．磁感线从磁体的N极出发，终止于磁体的S极 

C．磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场 

D．放入通电螺线管内的小磁针，根据异名磁极相吸的原则，小磁针的N极一定指向通电螺线管的S极

【解析】磁感线上每一点切线方向跟该点磁场方向相同，磁感线的疏密反映磁场的强弱。磁感线都是闭合曲线，在磁体外部由N极到S极，在磁体内部由S极到N极。磁铁、电流和运动电荷能产生磁场。在通电螺线管内部，磁感线从S极指向N极，所以放入通电螺线管内的小磁针的N极指向通电螺线管的N极。

【答案】AC

例2. 关于磁场和磁感线的描述，正确的说法有（    ）

A．磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种物质   

B．磁感线可以形象地表现磁场的强弱与方向   

C．磁感线总是从磁铁的北极出发，到南极终止 

D．磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列出的曲线，没有细铁屑的地方就没有磁感线

【解析】磁体是通过磁场对铁一类物质发生作用的。磁感线的疏密反映磁场的强弱。磁感线都是闭合曲线。磁感线表示磁场，磁铁周围存在磁场与周围是否有铁屑无关。

【答案】AB

例3. 如图所示为磁场、磁场作用力演示仪中的赫姆霍兹线圈，当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】根据右手定则可以知道线圈轴线的磁场方向向里，所以小磁场方向向里，所以N级向里。

【答案】A

例4. 如图所示，一束带电粒子沿水平方向沿虚线飞过磁针上方，并与磁针方向平行，能使磁针N极转向读者，那么这束带电粒子可能是（    ）

A．向右飞的正离子                          B．向左飞的负离子

C．向右飞的负离子                          D．向左飞的正离子

【解析】小磁针向外转，根据右手定则所以电流方向向左，向右飞的负粒子，和向左飞的正粒子都是可以的。

【答案】CD

例5. 请标出图中4个小磁针静止时北极所指的方向。

【解析】通过电流的方向判断出通电螺线管右端为N极。画出通电螺线管内外的磁感线，小磁针的N极的方向与磁场方向一致。

【答案】

【巩固测试】

1、磁场的基本性质是对放入其中的磁体产生_______________的作用，磁体间的相互租用是通过____________发生的。

【解析】磁场的基本性质是对放入其中的磁体产生力的作用，磁体间的相互租用是通过磁场发生的。

【答案】力；磁场

2、大量的科学研究表明：磁体的周围确实存在着一种物质，物理学中把这种物质叫做____________。磁场是有方向的，磁场的方向静止时_______极所指的方向。

【解析】磁体周围存在磁场，磁场是客观存在的，磁场的方向静止时小磁针N极所指的方向。

【答案】磁场；N

3、奥斯特实验的重大意义在于它说明了（ ）

A．磁场的存在            B．磁场具有方向性
C．磁体间有相互作用      D．通电导线周围存在磁场

【解析】奥斯特实验的重大意义在于说明了电流周围存在磁场。

【答案】D

二、几种常见的磁场

【知识梳理】

1、地磁场
1．地球本身是一个磁体，附近存在的磁场叫地磁场，地磁的南极在地球北极附近，地磁的北极在地球的南极附近。
2．地磁体周围的磁场分布与条形磁铁周围的磁场分布情况相似。
3．指南针放在地球周围的指南针静止时能够指南北，就是受到了地磁场作用的结果。

2、三种电流的磁场

（1）通电直导线周围的磁场
　　1）安培定则：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，这个规律也叫右手螺旋定则。

  2）磁感线分布如图所示：

　说明：
①通电直导线周围的磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆，实际上电流磁场应为空间图形。
②直线电流的磁场无磁极。
③磁场的强弱与距导线的距离有关，离导线越近磁场越强，离导线越远磁场越弱。
④图中的“×”号表示磁场方向垂直进入纸面，“·”表示磁场方向垂直离开纸面。

（2）环形电流的磁场

1）安培定则：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向。

2）磁感线分布如图所示：

　　
3）几种常用的磁感线不同画法。
　　　　　　　　　　　　
说明：
　　①环形电流的磁场类似于条形磁铁的磁场，其两侧分别是N极和S极。
　　②由于磁感线均为闭合曲线，所以环内、外磁感线条数相等，故环内磁场强，环外磁场弱。
　　③环形电流的磁场在微观上可看成无数根很短的直线电流的磁场的叠加。

（3）通电螺线管的磁场

1）安培定则：用右手握住螺线管，让弯曲时四指的方向跟电流方向一致，大拇指所指的方向就是螺线管中心轴线上的磁感线方向。

2）磁感线分布：如图所示。　

　　　
3）几种常用的磁感线不同的画法。
　　　　　　　　　　

说明：
①通电螺线管的磁场分布：外部与条形磁铁外部的磁场分布情况相同，两端分别为N极和S极。管内（边缘除外）是匀强磁场，磁场分布由S极指向N极。
②环形电流宏观上其实就是只有一匝的通电螺线管，通电螺线管则是由许多匝环形电流串联而成的。因此，通电螺线管的磁场也就是这些环形电流磁场的叠加。
③不管是磁体的磁场还是电流的磁场，其分布都是在立体空间的，要熟练掌握其立体图、纵截面图、横横面图的画法及转换。
（4）匀强磁场
1）定义：在磁场的某个区域内，如果各点的磁感应强度大小和方向都相同，这个区域内的磁场叫做匀强磁场。  

2）磁感线分布特点：间距相同的平行直线。
3）产生：距离很近的两个异名磁极之间的磁场除边缘部分外可以认为是匀强磁场；相隔一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场也是匀强磁场，如图所示：
　　　　　　　　　　　　

【例题精讲】

三．电流周围磁场

例6. 下图为电流产生的磁场示意图，补画出各图中电流方向或磁感线方向。

【解析】单根导线周围磁场的理解。

【答案】

例7. 某同学在北京将一根质量分布均匀的条形磁铁用一条细线悬挂起来，使它平衡并呈水平状态，悬线系住条形磁铁的位置是（   ）

A．磁体的重心处       B．磁铁的某一磁极处

C．磁铁重心的北侧     D．磁铁重心的南侧

【解析】由于地球是一个大磁体，存在地磁场，其磁感线的分布如图所示。在地球表面除了赤道附近的地磁场呈水平方向（和地面平行）外，其它地方的地磁场方向均不沿水平方向。

【答案】C

【巩固测试】

1、有一种理论认为地球的地磁场是由于地球本身带电所引起的．如果认为地球所带的电荷相对地球是静止的，则根据这种理论，地球应该（    ）

A．带正电    B．带负电    C．不带电    D．无法确定

【解析】地磁北极在地理南极,地磁南极在地理北极.因此把地球看作通电螺线管,用右手定则知产生地磁场的电流方向自东向西.而地球自转方向自西向东,与电流方向相反.因此地球带负电。

【答案】B

2、对于磁感线的认识，下列说法正确的是（    ）

A．磁场是由磁感线组成的                       B．画出磁感线的地方一定存在着磁场 
C．磁感线上任一点的切线方向就是该点的磁场方向 D．在有磁场的空间，任何一点只能画出一条磁感线

【解析】磁感线不是实际存在的，所以磁场不是由磁感线组成。磁感线不是实际存在的，是形象描述磁场强弱与方向的，不画磁感线的地方也存在磁场。磁感线上任一点的切线方向就是该点的磁场方向，也可以为磁感应强度的方向。在有磁场的空间内，任何一点都只能画出一条磁感线，磁感线不相交。

【答案】BCD

1、首先发现电流产生磁场的科学家是（    ）

A．富兰克林    B．法拉第    C．安培    D．奥斯特

2、下列关系磁场的说法中，正确的是（    ）

A．磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质

B．磁场是为了解释磁极间相互作用而人为规定的

C．磁极与磁极间是直接发生作用的

D．磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生

3、关于磁感线的概念和性质,以下说法中正确的是（    ）

A．磁感线上各点的切线方向就是小磁针静止时北极的指向
B．磁场中任意两条磁感线有可能相交
C．铁屑在磁场中的分部所形成的曲线就是实际存在的磁感线
D．磁感线总是从磁体的N极发出终止于磁体的S极

4、地球具有磁场，宇宙中的许多天体也有磁场，围绕此话题的下列说法中正确的是（    ）

A．地球上的潮汐现象与地磁场有关     

B．太阳表面的黑子、耀斑和太阳风与太阳磁场有关

C．通过观察月球磁场和月岩磁性推断，月球内部全部是液态物质

D．对火星观察显示，指南针不能在火星上工作

5、以下哪种情况比较正确地反映了奥斯特实验?（   ）

A．电流流向由南向北时，其下方的小磁针N极偏向东边
B．电流流向由南向北时，其下方的小磁针N极偏向西边
C．电流流向由东向西时，其下方的小磁针N极偏向北边
D．电流流向由西向东时，其下方的小磁针N极偏向北边

6、一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过静止的小磁针正上方，这时磁针的N极向纸外方向偏转，这一束带电粒子可能是（    ）

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

7、如图所示，电流从A点分两路对称地通过圆环形支路再汇合于B点，则圆环中心处O点的磁感应强度的方向是（    ）

A．垂直圆环面指向纸内            B．垂直圆环面指向纸外

C．磁感应强度为零                D．条件不足，无法判断

8、如图所示，蹄形磁铁用悬线悬于O点，在磁铁正下方，固定一水平放置的长直导线,当导线中通以自左向右的电流时，蹄形磁铁发生的运动将是垂直纸面向外还是向里偏转（    ）

A．N、S极同时向外偏转         B．N、S极同时向里偏转
C．N极转向外，S极转向里      D．N极转向里，S极转向外

9、大致画出图中各电流的磁场磁感线的分布情况

10、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。

11、奥斯特实验表明，通电导体和磁体一样，周围存在着     ，在磁场中的某一点，小磁针静止时       极所指的方向就是该点的磁场方向。

12、如图所示，可以自由转动的小磁针静止不动时，靠近螺线管的是小磁针    极，若将小磁针放到该通电螺线管内部，小磁针指向与图示位置时的指向相       （填“同”或“反”）。

13、如图所示，螺线管、蹄形铁芯、环形导线三者相距甚远，当开关闭合后小磁针N极(黑色的一端)的指向正确的是（    ）

A．小磁针a的N极指向正确    B．小磁针b的N极指向正确

C．小磁针c的N极指向正确    D．小磁针d的N极指向正确

14、如图所示，一个用毛皮摩擦过的硬橡胶环，当环绕其轴OO′匀速转动时，放置在环的右侧轴线上的小磁针的最后指向是（    ）

A．N极竖直向上        B．N极竖直向下

C．N极水平向左        D．N极水平向右

15、如图所示，为一种电磁起重机，为了安全，它用永久磁铁制成的，它能将杂碎铁块吸住而不掉下来．需要释放铁块时，只要接通电键S铁块便能脱落．若蹄形磁铁的左端为N极，则根据磁铁两臂上所绕的线圈，可断定A端为电源的　　　　　　极（填“+”或“﹣”），当接通电键后，通过线圈的电流产生与永磁铁　　　　　　的磁场        （填“相同”或“相反”）．

【答案】

1、D    2、B    3、A  4、B   5、 B    6、BC    7、C     8、C     9、图略    10、图略   

11、磁场；N    12、N；相同    13、B    14、D    15、+、相反

1、直线电流周围存在着磁场，其磁感线的表示方法及方向下图中正确的有（    ）

2、如图16—1，标出当螺线管通入恒定电流后，放在A、B、C、D的小磁针达到平衡时北极的指向。

3、19世纪20年代，以塞贝克为代表的科学家已认识到：温度差会引起电流。安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度差，从而提出如下假没：地球磁场是由绕地球的环形电流引起的。该假设中电流的方向是（    ）(注：磁子午线是地球磁场N极与S极在地球表面的连线)

A．由西向东垂直磁子午线      B．由东向西垂直磁子午线
C．由南向北沿磁子午线方向    D．由赤道向两极沿磁子午线方向

4、如图16—2所示，3个在同一平面内磁感线的图形中的哪一个最接近于（    ）

(1)通有恒定电流的长直螺线管内的中央区的磁场                        

(2)通有恒定电流的长直导线，并和导线垂直的平面内的磁场                 

(3)与环形电流平面垂直，且通过环心的平面内的磁场                       

5、通电直导线周围的磁场，其磁感线分布和方向用图中哪个图表示最合适（    ）

6、一个通电直导线的磁感线如图所示，一个小磁针被放入磁场中，则小磁针将（    ）

A．顺时针转动    B．向左移动

C．向右移动     D．逆时针转动

7、在建立磁场和磁感线的概念时，先引入电场和电场线，这种处理物理问题的方法都属于（    ）

A．控制变量的方法                       B．观察、实验的方法

  C．等效替代的方法                       D．类比的方法

8、中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图，则下列说法中不正确的是（    ）

A．地理南、北极与地磁场的南、北极不重合

B．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近

C．地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行

D．形成地磁场的原因可能是带负电的地球自转引起的

9、指南针是我国古代四大发明之一．关于指南针，下列说法中不正确的是（    ）

A．指南针可以仅具有一个磁极

B．指南针的指向会受到附近铁块的干扰

C．指南针能指向南北，说明地球具有磁场

D．在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线，导线通电时指南针会偏转

10、在图16—3中，一束带电粒子沿着水平方向平地飞过磁针的上方时，磁针的S极向纸内偏转 ，这一带电粒子束可能是（    ）

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

11、如图16—4所示，在一条直线上有M、N两点，关于这两点的磁场强弱和方向，正确的是（    ）

A．M点强于N点   B．M点弱于N点    

C．方向相同      D．方向相反

12、做奥斯特实验时，把小磁针放在水平的通电直导线的下方，通电后发现小磁针不动，用手拨动一下小磁针，小磁针转动180∘后静止不动，由此可知通电直导线放置情况是（    ）

A．正西南    B．南北向    C．东西向    D．正西北

13、在同一平面上有a、b、c三根等间距平行放置的长直导线，依次载有电流强度为1A、2A和3A的电流，各电流的方向如图所示，则导线a所受的合力方向向            ，导线b所受的合力方向向            。

13题图                  14题图

14、一细长的小磁针，放在一螺旋管的轴线上，N极在管内，S极在管外.若此小磁针可左右自由移动，则当螺旋管通以如图所示电流时，小磁针将怎样移动?

15、关于通电导线在磁场中所受的安培力，下列说法正确的是（    ）

A．安培力的方向就是该处的磁场方向                              

B．安培力的方向一定垂直于磁感线和通电导线所在的平面

C．若通电导线所受的安培力为零.则该处的磁感应强度为零

D．对给定的通电导线在磁场中某处各种取向中，以导线垂直于磁场时所受的安培力最大

【答案】

1、图略    2、图略    3、 B    4、CAB    5、A    6、A   7、D   8、C    9、A    10、BC

11、AC     12、C       12、右 左     13、静止不动    14、略    15、D

同学们有没有看过电磁炮这个动漫，电磁炮与我们以往的火药炮弹有什么不同呢？