1、第十三章 电磁感应与电磁波初步 1.磁场 磁感线 【情境思考】一、电和磁的联系 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。电现象和磁现象间的相似是偶然的吗?那些磁化现象又说明了什么呢?电现象和磁现象存在某种联系吗?必备知识自主学习 提示:电现象和磁现象间的相似不是偶然,电与磁之间存在某种必然的联系。1.电现象和磁现象的相似性:2.电流的磁效应:_奥斯特相信,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着联系,1820年他发现了电流的_,首次揭 示了电和磁的联系。电现象磁现象自然界中存在_电荷和_电荷磁体上存在_极和_极同
2、种电荷相互_,异种电荷相互_同名磁极相互_,异名磁极相互_正 负 S N 排斥 吸引 排斥 吸引 丹麦物理学家 磁效应 二、磁场【情境思考】如图,通电后小磁针会发生偏转,为什么?提示:这说明在通电导线周围存在着一种特殊物质磁场。1.来源:磁体周围和电流周围都存在_,一切磁相互作用都是通过_来实 现的。2.方向:人们规定,在磁场中某一点小磁针_极所受磁力的方向,就是该点磁场 的方向。3.基本性质:对放入其中的_或_有力的作用。磁场 磁场 N 磁体 通电导体 三、磁感线【情境思考】如图,我们可以用电场线来形象地描述电场,那么,类似的,我们用什么来形象地描述磁场呢?提示:我们可以用磁感线来形象地描述
3、磁场。1.定义: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一点的磁场 方向一致,这样的曲线叫作磁感线。2.特点:(1)磁感线的_表示磁场的强弱。(2)磁感线上某点的_表示该点磁感应强度的方向。3.方向:在磁体外部为从_极到_极,磁体内部为从S极到N极。4.物理意义:用来形象描述磁场的假想线,实际上并不存在。疏密程度 切线方向 N S 四、安培定则 1.直线电流的磁场: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_环绕的方向,如图甲。电流 磁感线 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 指的方向就是环形导线轴线上_的方向,如图乙。
4、3.通电螺线管的磁场:右手握住螺线管,让弯曲的四指所指的方向跟_方向 一致,拇指所指的方向就是螺线管_磁感线的方向,或拇指指向螺线管的_ 极,如图丙。环形电流 磁感线 电流 内部 N【易错辨析】(1)天然磁体和人造磁体都能吸引铁质物体。()(2)磁场看不见、摸不着,因此磁场是人们假想的,实际并不存在。()(3)电流与电流的相互作用是通过电场产生的。()(4)磁感线可以用细铁屑来显示,因而是真实存在的。()(5)一环形电流产生的磁场,环内的磁感线与环外的磁感线数目相等。()关键能力合作学习 知识点一 对磁场的再认识 角度1 对磁场的理解 1.磁场的存在:(1)磁体周围。(2)电流周围。2.磁场的
5、客观性:磁场虽然看不见、摸不着,不是由分子、原子组成的,但却是客观存在的。场和实物是物质存在的两种形式。3.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。4.磁场的方向性:有方向,处在磁场中能够自由转动的小磁针N极受力的方向或静止时小磁针N极所指的方向就是该点的磁场方向。【问题探究】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?提示:磁体的周围和电流的周围都存在着磁
6、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】【典例1】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,通电导线对磁体没有力的作用 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【解析】选C。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,磁体和通电导线之间的力的作用是相互的;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C正确。角度2 电场和磁场的比较 比较项目电场磁场不
7、 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,都具有能量提醒:自然界有两种基本的物质形态:实物和场(1)实物即具体的、有形的物质形态,由物质粒子组成。(2)场是物质的另一种存在形态,和实物一样,也是一种客观存在的物质,具有质量、能量、动量等物质的基本属性。【问题探究】如图,自然界中有电场、磁场、重力场等多种场,这些场有什么共同点呢?提示:这些场都看不见、摸不着,不是由实物粒子组成,但都是客观存
8、在的物质,都对放入其中的物体有力的作用。【典例示范】【典例2】下列说法中,正确的是()A.磁极与磁极间的相互作用是通过磁场产生的 B.电流与电流的相互作用是通过电场产生的 C.磁极与电流间的相互作用是通过电场与磁场共同产生的 D.磁场和电场完全相同 【审题关键】序号解题依据信息提取电流与电流之间的相互作用是通过电流所产生的磁场进行传递的磁场力的传递电流与电流或电流与磁极间的相互作用,都是通过磁场传递的不同物质通过磁场进行力的传递电场和磁场是两种不同的场电场和磁场的比较【解析】选A。电流能产生磁场,在电流的周围有磁场存在,不论是磁极与磁极间,还是电流与电流间、磁极与电流间,都有相互作用的磁场力。
9、磁场是一种特殊物质,它的基本特点是对放入磁场中的磁极、电流有磁场力的作用;而电场是电荷周围存在的一种特殊物质,其最基本的特点是对放入电场中的电荷有电场力的作用,而不会对放入静电场中的磁极产生力的作用。因此,磁场和电场是不同的,各具有自己的特点,故只有A正确。【素养训练】1.下列说法正确的是 ()A.磁场最基本的性质是只对处于其中的磁体有力的作用 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的物质形态 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【解析】选C。磁场虽看不见、摸不着,但其是客观存在的,不随人的意志而转移,它是一种特殊的物
10、质形态,最基本的性质是对处于其中的磁体和电流有力的作用。故只有C正确。2.下列关于磁场的说法中,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.磁体与磁体之间是直接发生作用的 D.磁场只能由磁体产生,电流不能产生磁场【解析】选A。磁场和电场都是客观存在的特殊物质,不是人为规定的,A对,B错;磁体与磁体之间是通过磁场发生相互作用的,C错;电流也能产生磁场,D错。3.指南针是我国古代四大发明之一。关于指南针,下列说法正确的是()A.指南针可以仅具有一个磁极 B.指南针的N极正对指向地球的北极 C.指南针的指向会受到附近铁块的干扰 D.在指南针
11、正上方附近沿指针方向放置一直导线,导线通电时指南针不偏转【解析】选C。指南针是一个小磁体,具有N、S两个磁极,因为地磁场的作用,指南针的N极指向地理的北极附近,选项A、B错误。因为指南针本身是一个小磁体,所以会对附近的铁块产生力的作用,同时指南针也会受到反作用力,所以会受铁块干扰,选项C正确。在地磁场中,指南针南北指向,当直导线在指南针正上方平行于指南针南北放置时,通电导线产生的磁场在指南针处是东西方向,所以会使指南针偏转,选项D错误。【加固训练】磁性水雷是用一个可以绕轴转动的小磁针来控制引爆电路的,军舰被地磁场磁化后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()
12、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.磁场对电流的作用原理【解析】选B。军舰被地磁场磁化后变成了磁体,当军舰靠近水雷时,对控制引爆电路的小磁针有力的作用,使小磁针转动引爆水雷。故B项正确。知识点二 对磁感线的再认识 角度1 对磁感线性质的理解 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。【问题探究】如图所示为一
13、条形磁铁的磁感线,则该磁铁的哪端是N极?小磁针的N极在左端还是右端?图中a、b两点哪点的磁场较强?提示:磁感线的方向在磁体外部为从N极到S极,内部为从S极到N极,故该磁铁的右端为N极;由于磁感线上某点的切线方向为该点的磁场方向,同时也是该点处小磁针静止时N极的指向,故小磁针的N极在左端;又因为磁感线的疏密可以表示磁场的强弱,故图中b点的磁场较强。【典例示范】【典例1】关于磁感线和电场线,下列说法中正确的是()A.磁感线是闭合曲线,而静电场线不是闭合曲线 B.磁感线和电场线都是一些互相平行的曲线 C.磁感线起始于N极,终止于S极;电场线起始于正电荷,终止于负电荷 D.磁感线和电场线都只能分别表示
14、磁场和电场的方向【解析】选A。A选项是两种场线的基本特点,A对。只有匀强磁场和匀强电场才满足B选项,B不对。磁感线既然是闭合的就无起点和终点,C不对。两种场线不仅能反映方向,它们的疏密还能反映场的强弱程度,D不对,故选A。角度2 几种常见磁体的磁感线 【典例示范】【典例2】如图所示,表示蹄形磁铁周围的磁感线,磁场中有a、b两点,下列说法正确的是()A.a、b两处的磁场强弱相等 B.a、b两处的磁场强弱不等,b点较强 C.蹄形磁铁的磁感线起始于蹄形磁铁的N极,终止于蹄形磁铁的S极 D.a处没有磁感线,所以该处没有磁场 【解析】选B。由于磁感线较密处磁场较强,由题图可知b处的磁感线较密,a处的磁感
15、线较疏,故b处磁场较强,A错,B对;磁感线是闭合曲线,没有起点和终点,故C错;在没画磁感线的地方,并不表示没有磁场存在,故D错。【素养训练】1.如图所示,假设将一个小磁针放在地球的北极点上,那么小磁针的N极将()A.指北 B.指南 C.竖直向上 D.竖直向下【解析】选D。我们已经知道地球的地理北极点可以近似地认为是地磁的南极,根据磁体的同性相斥,异性相吸,所以小磁针的N极将竖直向下,故D正确。2.下列关于磁场和磁感线的描述中正确的是()A.磁感线可以形象地描述各点磁场的方向 B.磁感线是磁场中客观存在的线 C.磁感线总是从磁铁的N极出发,到S极终止 D.实验中观察到的铁屑的分布就是磁感线【解析
16、】选A。磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向,但它不是客观存在的线,可以用细铁屑模拟。在磁铁外部磁感线由N极到S极,但内部是由S极到N极。故选A。3.(教材二次开发P108【练习与应用】T6变式)已知通电螺线管和条形磁铁的磁感线相似,如图所示:则图中哪个小磁针所在处的磁场较强,为什么?【解析】由题图知,左边小磁针所在处的磁感线较密,故左边小磁针所在处的磁场较强。答案:见解析 【加固训练】1.下列情况中,不可能的是()A.一环形电流产生的磁场,环内的磁感线与环外的磁感线数目相等 B.电流产生的磁场比磁铁产生的磁场强 C.磁感线在空间某处中断 D.某区域各处的磁感线疏密一样【解析】选C。环形电流环
17、内的磁感线与环外的磁感线构成完整的闭合曲线,因此数目相等;电流产生的磁场和磁铁产生的磁场有强有弱;匀强磁场的磁感线疏密一样。所以选项A、B、D是可能的;磁感线在空间不相交、不相切、不中断,故选项C是不可能的。2.磁场中某区域的磁感线如图所示,则()A.a、b两处的磁感应强度的大小不相等,BaBb B.a、b两处的磁感应强度的大小不相等,BaBb C.a、b两处磁场方向一定相同 D.a处没有磁感线,所以磁感应强度为零【解析】选B。由题图可知,b处的磁感线较密,a处的磁感线较疏,所以BaBb,A错误,B正确。磁场中某点的磁场方向与磁感线在该点的切线方向相同,由题图判断,a、b两点磁场方向不同,C错
18、误。磁感线是用来描述磁场的,不可能在存在磁场的区域内全部画出磁感线,D错误。3.如图所示为某磁场的一条磁感线,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。磁感应强度的大小是由磁感线的疏密程度决定的,只给出一条磁感线,无法判断该条磁感线上两点的磁感应强度的大小。知识点三 安培定则及其应用 角度1 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
19、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,方向由N极指向S极提醒:(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)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。【问题探究】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的带电情况是怎样的?提示:由小磁针N极转向纸里知,该处磁场方向向里,由安培定则知,两云尖端之间存在
20、自A向B的电流,则A带正电,B带负电。【典例示范】【典例1】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极向左 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 【解析】选D。由安培定则可知,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,则小磁针在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项错误;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。角度2 安培分子电流假说 1.假说内容
21、:在原子、分子等物质微粒内部,存在着一种环形电流分子电流,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.假说的意义:安培分子电流假说,揭示了磁铁磁性的起源,它使我们认识到:磁铁的磁场和电流的磁场一样,都是由电荷的运动产生的。3.假说对一些现象的解释:(1)磁化:一根铁棒,在未被磁化的时候,内部各分子电流的取向是杂乱无章的,它们的磁场互相抵消,对外界不显磁性;当铁棒受到外界磁场的作用时,各分子电流的取向变得大致相同,铁棒被磁化。(2)消磁:磁体受到高温或猛烈的敲击会失去磁性,这是因为在激烈的热运动或机械振动的影响下,分子电流的取向又变得杂乱了。【典例示范】【典例2】根据安培
22、分子电流假说的思想,磁体和电流的磁场都是运动电荷产生的。根据这种假说,并没有发现有相对地球定向运动的电荷。若地磁场是由于地球自转产生的,以此推断地球应该 ()A.带正电 B.带负电 C.不带电 D.无法确定【解析】选B。由于地磁的N极在地理的南极附近,地磁的S极在地理的北极附近,地球绕地轴自西向东旋转,故可以将地球看作一个绕地轴运动的环形电流,根据安培定则可知右手的拇指指向南方,而弯曲的四指的指向与地球自转的方向相反,弯曲的四指的指向是正电荷运动的方向,与负电荷运动的方向相反,故可以断定地球带负电,故B正确,A、C、D错误。【规律方法】(1)地球的磁场和环形电流的磁场相似,可以把地球等效成一环
23、形电流。(2)如果物体带负电,则用安培定则判断电流方向时,四指弯曲的方向应为物体运动的反方向。【素养训练】1.(母题追问)在【典例1】中,若电源正负极改为未知,并在螺线管右侧放置一小磁针,变成如图所示情形,则下列判断正确的是()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.(教材二次开发P108【练习与应用】T4变式)通电直导线周围的磁感线如图所示,标出导线中的电流方向。【解析】根据安培定则
24、可判断出导线中的电流方向为沿导线向上,如图所示 答案:见解析 3.确定线圈通电后小磁针的转动情况。【解析】由安培定则知,小磁针处的磁场方向为竖直向上,则小磁针的N极应向上转动。答案:见解析【拓展例题】考查内容:安培定则的应用【典例】在三维直角坐标系中,电子从O点沿y轴正方向运动,如图所示,则下列说法正确的是()A.利用安培定则判定电子运动产生的磁场方向时,大拇指应沿电子的运动方向 B.利用安培定则判定电子运动产生的磁场方向时,大拇指应沿电子运动的反方向 C.由电子运动产生的磁场在图示a处沿+x方向 D.由电子运动产生的磁场在图示a处沿-z方向【解析】选B。由安培定则知,伸直的拇指所指的方向与电
25、流的方向一致,与电子运动的方向相反,A错,B对;弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向,在a点的切线方向沿-x方向,所以C错,D错。情境模型素养【生活情境】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。探究:(1)超导体电流的磁场方向与 磁体的磁场方向的关系。(2)超导体的运动状态。【解析】同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,所以电流的磁场方向和磁体的磁场方向相反;磁体悬浮在空中,重力和磁力平衡,故超导体处于平衡状态。答案:(1)相反(2)平衡状态【生产情境】在隧道工程以及矿山爆破作业
26、中,部分未发火的炸药残留在爆炸孔内,很容易引起人身事故。为此,科学家制造了一种专门用于隧道工程以及矿山爆破作业的炸药磁性炸药。在磁性炸药制造的过程中掺入10%的磁性材料钡铁氧体,然后放入磁化机磁化。使用磁性炸药时,遇到不发火的情况可用磁性探测器探测出未发火的炸药。已知掺入的钡铁氧体的消磁温度约为400,炸药的爆炸温度约为2 2403 100,一般炸药引爆温度最高为140 左右。探究:(1)磁性材料在低温下易被磁化还是高温下易被磁化?(2)磁性材料在低温下易被消磁还是高温下易被消磁?【解析】由安培分子电流假说可知,低温情况下,分子运动不剧烈,在外磁场的作用下,分子环形电流的磁极趋向基本一致,因而
27、易被磁化;而高温时,分子剧烈运动,导致趋向基本一致的分子环形电流的磁极重新变得杂乱无章,进而达到消磁目的;即磁性材料高温下容易消磁,低温下容易磁化。答案:(1)低温(2)高温 课堂检测素养达标 1.(教材二次开发P108【练习与应用】T5变式)如图,小磁针放在线圈左侧,且两者处于同一平面内。当在线圈中通入逆时针方向的电流后,小磁针S极的指向是()A.垂直纸面向里 B.向上 C.垂直纸面向外 D.向下【解析】选C。线圈通入逆时针方向的电流,由安培定则知在左侧产生垂直纸面向里的磁场,小磁针S极指向磁场的反方向,知C对。2.磁铁和电流都能产生磁场,而通电螺线管和条形磁铁的磁场十分相似,安培由此提出著
28、名的分子电流假说,关于分子电流假说分析正确的是()A.由于磁铁内部分子的定向移动而形成分子电流导致磁铁周围产生磁场 B.铁棒受到外界磁场作用时,各分子电流的取向变得大致相同,铁棒各处显示出同样强度的磁场 C.高温可以使磁铁失去磁性,而猛烈的敲击则不会使磁铁失去磁性 D.安培分子电流假说揭示出磁场是由电荷的运动产生的【解析】选D。安培分子电流假说主要是提出环形的分子电流导致组成物质的每个微粒都相当于磁体,当这些磁体的磁性方向一致时,整体就形成两个磁极,而铁棒磁化后只有两个磁极的磁性是最强的,选项A、B错误;高温和猛烈的撞击都会使磁铁内部的分子电流取向又变得杂乱无章而导致磁铁失去磁性,选项C错误;
29、分子电流的实质是电子绕原子核旋转产生环形电流,而环形电流产生两个磁极,本质上还是电荷的运动产生了磁场,选项D正确。3.铁棒A能吸引小磁针,铁棒B能排斥小磁针,若将铁棒A靠近铁棒B,下述说法中正确的是()A.A、B一定相互吸引 B.A、B一定相互排斥 C.A、B间有可能无磁场力作用 D.A、B可能相互吸引,也可能相互排斥【解析】选D。小磁针本身有磁性,能够吸引没有磁性的铁棒,故铁棒A可能有磁性,也可能没有磁性(只是在小磁针磁场作用下暂时被磁化的结果)。铁棒B能排斥小磁针,说明铁棒B一定有磁性。若A无磁性,当A靠近B时,在B的磁场作用下也会被磁化而发生相互吸引作用。若A有磁性,则A、B两磁体都分别
30、有N极和S极,当它们的同名磁极互相靠近时,互相排斥;当异名磁极互相靠近时,互相吸引。这说明不论A有无磁性,它们之间总有磁场力的作用,故只有D项正确。4.电流的磁效应揭示了电与磁的关系。下面四幅图中描述磁场方向与电流方向之间的关系,其中磁感线分布正确的是()【解析】选A。根据安培定则可知,因电流方向向上,导线右侧磁场方向垂直纸面向里,而左侧则是垂直纸面向外,故A正确;同理,根据安培定则可知,因电流方向从右旋转到左,则螺线管内部磁场方向由左向右,因此左端是S极,右端是N极,故B错误;同理,根据安培定则可知,因环形电流向里,则环形导线内部磁场方向从右向左,故C错误;因电流竖直向下,依据安培定则可知,
31、磁场方向俯视看应该是顺时针方向,故D错误。5.图中的四幅图为电流产生磁场的分布图,其中正确的是哪几个?【解析】由安培定则可以判断出直线电流产生的磁场的磁感线方向俯视看为逆时针,直线电流产生的磁场的磁感线方向俯视看为顺时针,故正确,错误;同理由安培定则可判断出环形电流和产生的磁场的磁感线方向向右,可判断出正确,错误。故正确的是和。答案:和 课时素养评价 十六 磁场 磁感线【合格性考试】(25分钟60分)一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)1.奥斯特实验说明了()A.磁场的存在 B.磁场的方向性 C.电流可以产生磁场 D.磁体间有相互作用【解析】选C。本题考查了电流的磁效应及奥斯特实验。
32、奥斯特实验中电流能使静止的小磁针发生偏转,说明电流周围存在磁场,即电流产生了磁场。故正确答案为C。2.下列说法中不正确的是()A.磁场是客观存在的一种物质 B.磁体上磁性最强的部分叫磁极 C.磁体或电流在自己周围的空间会产生磁场 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【解析】选D。磁场是存在于磁体和通电导体周围的一种客观存在的物质,磁体与磁体、磁体与通电导体、通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场产生的,故不正确的说法只有D。3.如图所示,在南北方向水平放置的长直导线的正下方,有一个可以自由转动的小磁针。现给直
33、导线通以由b向a的恒定电流I,则小磁针的N极将()A.保持不动 B.向下转动 C.垂直纸面向里转动 D.垂直纸面向外转动 【解析】选D。当通入如题图所示向左的电流时,根据右手螺旋定则可得小磁针处的磁场方向是垂直纸面向外的,由于小磁针静止时N极的指向为磁场的方向,所以小磁针的N极将垂直于纸面向外转动,故A、B、C错误,D正确。4.关于电流的磁场,下列说法中正确的是()A.直线电流的磁场,只分布在垂直于导线的某一个平面上 B.直线电流的磁场的磁感线是一些同心圆,离导线越远磁感线越密 C.通电螺线管的磁感线分布与条形磁铁相似,但管内无磁场 D.通电螺线管的环形电流和直线电流的磁场方向可用安培定则判断
34、【解析】选D。不管是磁体的磁场还是电流的磁场,都是空间分布的,所以A错误;直线电流产生的磁场,离导线越远,磁场越弱,因此磁感线越疏,B错误;磁感线都是闭合曲线,不管是条形磁铁还是螺线管,内部都是由S极到N极,外部都是由N极到S极,故C错误;通电螺线管的环形电流和直线电流的磁场方向可用安培定则判断,选项D正确。5.下列关于小磁针在磁场中静止时的指向,正确的是()【解题指南】解答本题可从以下几个方面考虑:(1)由条形磁铁的磁场分布判断小磁针所在处的磁场方向。(2)由安培定则来确定通电导线及通电螺线管周围的磁场方向。(3)再根据小磁针静止时N极的指向即为磁场方向判断小磁针的指向。【解析】选C。根据同
35、名磁极相斥,异名磁极相吸,小磁针N极应向右,故A错误;右手握住环形电流,四指环绕方向为电流方向,则大拇指方向为内部磁场方向,再由小磁针静止时,N极即为磁场方向,则小磁针N极应向左,故B错误;由安培定则知,用手握住螺线管,使四指所指的方向与电流方向相同,则螺线管的右端为N极,左端为S极,再根据小磁针N极指向即为磁场方向可知,小磁针N极的指向正确,故C正确;根据安培定则可知通电直导线的磁场方向,右边是垂直纸面向里,则小磁针N极应该垂直纸面向里,故D错误。【加固训练】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
36、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。6.下列各图中,电流方向与其产生的磁场方向关系不正确的是()【解析】选A。伸开右手,大拇指所指电流的方向,即竖直向下,弯曲的四指则指磁场方向,即顺时针方向(俯视),那么直导线左边的磁场垂直纸面进入,右边的磁场垂直纸面出来,故A不正确;伸开右手,弯曲的四指所指电流方向,即从左端进入,由右端出来,大拇指所指圆环内部磁场的方向,则磁感线应是向左,故B正确;伸开右手,弯曲的
37、四指所指电流方向,即逆时针(从右向左看),大拇指则指圆环内部磁场的方向,即水平向右,故C正确;伸开右手,大拇指所指电流的方向,即垂直纸面向外,弯曲的四指则指磁场方向,即逆时针方向,故D正确;本题选不正确的,故选A。二、非选择题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)7.(10分)在图中,线圈通电后,磁针的S极指向线圈,则:电源的正极在哪端?【解析】由题图知,通电螺线管产生的磁场左侧为N极,又由安培定则知,螺线管中的电流方向为从右到左,则电源的正极在右端。答案:右端 8.(14分)如图所示,将一根刨光的圆木柱固定在一个木制的圆盘底座C上,将两个内径略大于圆
38、木柱直径、质量均为m的磁环A、B套在圆木柱上,且同名磁极相对,结果磁环A悬浮后静止。已知重力加速度为g。求:这时磁环B对底座C的压力。【解析】以AB整体为研究对象,由平衡条件可知,C对B的支持力为:FN=2mg,方向:竖直向上 再由牛顿第三定律知,B对C的压力大小也是2mg。方向:竖直向下。答案:2mg 方向竖直向下【选择性考试】(15分钟40分)9.(6分)在做“奥斯特实验”时,下列操作中现象最明显的是()A.沿电流方向放置磁针,使磁针在导线的延长线上 B.沿电流方向放置磁针,使磁针在导线的正下方 C.电流沿南北方向的导体放置在磁针的正上方 D.电流沿东西方向的导体放置在磁针的正上方【解析】
39、选C。在做“奥斯特实验”时,为减弱地球磁场的影响,导线应南北放置在小磁针的正上方或正下方,这样电流产生的磁场为东西方向,会使小磁针有明显的偏转。若导线东西放置,电流所产生的磁场为南北方向,小磁针有可能不发生偏转,C正确。10.(6分)如图所示,带负电的金属环绕其轴OO匀速转动时,放在环顶部的小磁针最后将()A.N极竖直向上 B.N极竖直向下 C.N极水平向左 D.小磁针在水平面内转动 【解析】选C。带电金属环形成逆时针电流(从右向左看),根据安培定则可知,通过金属环轴OO处的磁场方向水平向右,小磁针处的磁场方向水平向左,故小磁针N极最后水平指向左方,所以只有选项C正确。11.(6分)如图所示,
40、左边是长直密绕通电螺线管,应用DIS的磁传感器沿螺线管轴线自右向左匀速穿过通电螺线管,能正确反映通电螺线管内部磁感应强度B随x变化规律的是()【解析】选D。从外部逐渐靠近螺线管两端时,磁场逐渐增强,在螺线管内部,磁场基本上是匀强磁场,磁感应强度大于螺线管端点的磁感应强度,螺线管的磁场关于中点对称;故只有D符合题意。【加固训练】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
41、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。12.(22分)1876年美国物理学家罗兰完成了著名的“罗兰实验”。此实验可简化为大量的负电荷加在一个橡胶圆盘边缘上,然后在 圆盘附近悬挂一个小磁针,将圆盘绕中心轴按如图所示方向高速 旋转时,就会发现小磁针发生偏转,忽略地磁场对小磁针的影响。求:(1)圆盘中心轴处的磁场方向;(2)当小磁针位于圆盘的左上方时,它的N极偏转方向;(“左偏”还是“右偏”)(3)当小磁针位于圆盘的左下方时,它的N极偏转方向。(“左偏”还是“右偏”)【解析】(1)圆盘带负电,根据安培定则可知,圆盘中心轴处的磁场方向竖直向上。(2)若小磁针处于圆盘的左上方时,因上
42、方为N极,则小磁针的N极向左偏。(3)若小磁针处于圆盘的左下方时,因下方为S极,则小磁针的N极向右偏。答案:(1)竖直向上(2)左偏(3)右偏【加固训练】一块没有标明南、北极的小磁针,你能想办法判断它的磁极吗?(1)A同学用一个已知磁性的小磁针,立刻得出了结果。你知道他是怎样得出的吗?(2)B同学设计了这样一个方案:他将小磁针固定在小塑料盘中,然后放在水中。他得出的结论也是正确的,你能说出他利用了什么原理吗?【解析】(1)A同学利用磁极与磁极间的相互作用规律:同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。(2)B同学利用了地磁场对小磁针的影响,地理的南极为地磁的北极,地理的北极为地磁的南极。小磁针指地理南极的一端一定是小磁针的S极,指地理北极的一端一定是小磁针的N极。答案:(1)见解析(2)见解析