第2节 用磁感线描述磁场
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三点剖析
一、掌握几种常见磁场磁感线的分布特征
永磁体 直线电线为以导线为圆心的同心圆环，且圆环在靠近导线处较密，在远离导线处稀疏；(３)流 纵截面图，磁感线在导线的一侧垂直纸面向里，另一侧垂直纸面向外，并且磁感线在靠近导线处密集，在远离导线处稀疏. 直线电流的磁场：（1）非匀强磁场，距导线越远处磁场越弱；（2）横截面图，磁感环形电 环形电流的磁场：（1）两侧是N极和S极，离圆环中心越远，磁场越弱；（2）横流 截面图，从左向右看去，构成的平面图，磁感线在圆环内垂直于纸面向外，在圆环外垂直于纸面向里；(3)纵截面图（剖视图），是沿环轴线剖开圆环的平面图示. 通电螺线管 通电螺线管的磁场：（1）其管外部的磁感线和条形磁铁外部的磁感线相似，两端分别是N极和S极；管内部的磁感线跟螺线管的轴线平行，是匀强磁场，方向由南极指向北极；（2）横截面图是从左向右看去构成的平面图，磁感线在螺线管与环形电流的磁感线相似，螺线管内垂直于纸面向外，在螺线管外垂直于纸面向里；(３)纵截面图是沿环轴线剖开螺线管的平面图示. 【例1】 如图5-2-1所示，一带负电的金属环绕轴OO′以角速度Ω匀速旋转，在环左侧A处和环上方B处分别放两个小磁针，平衡后小磁针北极的指向如何?
图5-2-1
解析：带负电金属环旋转时，形成了与运动方向相反的电流. 由安培定则可知，此环形电流在A处产生的磁场作用力向左，所以
A处小磁针北极最后指向左，B处小磁针北极指向右.
答案：A处小磁针北极指向左，B处小磁针北极指向右. 二、磁场方向的确定
1.注意几个方向的一致性：磁感线方向、磁场方向和能自由转动的小磁针静止时N极所指的方向，三者是一致的. 2.安培定则(右手螺旋定则)应用时要注意的几点：
（1）分清“因”和“果”：在判定直线电流的磁场方向时，大拇指指“原因”——电流方向，四指指“结果”——磁场绕向；在判定环形电流磁场的方向时，四指指“原因”——电流绕向，大拇指指“结果”——环内沿中心轴线的磁感线方向，即指N极. （2）优先采用整体法：一个任意形状的电
流(如三角形、矩形)
的磁场，从整体效果上可等效为环形电流的磁场.
【例2】 如图5-2-2表示一个通电螺线管的纵截面，ABCDE在此纵
截面内5个位置上的小磁针是该螺线管通电前的指向，当螺线管通入如图所示的电流时，5个小磁针将怎样转动？
图5-2-2 图5-2-3
解析：判断小磁针
偏转方向的主要依据是磁感线的方向.因小磁
根
针最终静止下来时N极的指向就是该点的磁感线的切向方向.
据安培定则，画出螺线管通电后的磁感线，结合小磁针在磁场中静止时所指的方向进行判定.注意螺线管内部小磁针不能简单地利用磁极间的作用规律判定. 答案：A、C两处小磁针
N极向右转；B、D、E处小磁针
N极向左转，最后如图5-2-3所示.
温馨提示
如何判定通电导线周围的小磁针的转动方向？
(1)认清小磁针所在位置.弄清小磁针是在通电直导线的上方还是下方，左侧还是右侧；是在通电螺线管的内部还是外部，是在螺线管的轴线上还是在螺线管的某一侧. (2)认清小磁针能绕什么样的轴转动.
(3)根据已知的电流方向，利用安培定则判定小磁针所在处的磁场方向(即小磁针所在处的磁感线的切线方向).
(4)由于小磁针N极所受磁场力的方向与所在处的磁场方向相同，所以小磁针的N极将沿着小于180°的角旋转，直到N极的指向与所在点的磁场方向相同为止.在说明小磁针的转动方向时，必须说
明是从什么方向观察的，而且观察的方向应垂直于小磁针的旋转平面.
三、磁感线的理解
1.磁感线是为了形象地研究磁场而人为假设的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线，实验时利用被磁化的铁屑来显示磁感线的分布情况，这只是研究磁感线的一种方法，使得看不见、摸不着的磁场变得具体形象，给研究者带来方便，但是，决不能认为磁感线是由铁屑排列而成的.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，而磁铁周围的磁感线应分布在长、宽、高组成的三维空间内.没有画磁感线的地方，并不表示那里就没有磁场存在，通过磁场中的任一点总能而且只能画出一条磁感线.
2.磁感线不能相交，不能相切，也不能中断.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，磁体内部由S极到
N极.
3.磁感线与电场线的对比
比较项目 ①意义 磁感线 形象地描述磁场方向和相对强弱而假想的线 相②方向 似方向，是磁针N极的受力方向 点 ③疏密 ④特点 表示磁场强弱 在空间不相交、不中断 表示电场强弱 除电荷处外，在空间不相交，不中断 向，是正电荷受电场力的方向 线上各点的切线方向即该点的磁场线上各点的切线方向即该点的电场方电场线 形象地描述电场方向和相对强弱而假想的线 始于正电荷或无穷远处，止于负电荷不同点 是闭合曲线 或无穷远处，是不闭合的曲线 【例3】 关于磁感线的说法，错误的是（ ） A.磁铁的磁感线从N极出发，终止于S极 B.沿磁感线方向磁场逐渐减弱
C.磁感线是自由单极(N极)子在磁场力作用下的运动轨迹 D.磁铁周围小铁屑有规则的排列，正是磁感线真实存在的证明解析：对于磁场磁感线应全面认识其特点.
磁场磁感线应绘成闭合曲线，磁铁的外部磁感线从N极到S极，其内部磁感线从S极到N极.
在同一磁场中，可以通过比较两处磁感线疏密的差异定性比较两处磁场的强弱，而不一定沿磁感线方向磁场减弱.如图5-2-4所示，在图(a)(b)(c)中，沿磁感线方向磁场分别逐渐增强、不变、减弱.
图5-2-4
自由单极在磁场中的运动轨迹与初速度和磁场力有关，不一定与磁感线重合.
磁铁周围小铁屑的排列，只是铁屑所在磁场方向的展现，并不是磁感线真实的体现，磁感线并不客观存在于磁场中. 答案：ABCD 各个击破 类题演练1
竖直放置的环形线圈中心处悬挂着一根可以自由转动的小磁针，磁
针静止时恰好处在线圈平面里，如图5-2-5所示.双刀双掷开关已被接成换向开关.
图5-2-5
（1）当S向右投掷使电路接通时，小磁针将如何偏转？ （2）当S向左投掷使电路接通时，小磁针将如何偏转?
解析：开关S向右投掷使电路闭合后，环形线圈中的电流为顺时针方向，由安培定则可知，环内的磁场方向垂直纸面向里，所以小磁针的N极向纸里转，S极向纸外转.
开关S向左投掷时，环形线圈中的电流为逆时针方向，由安培定则可知，环内的磁场方向垂直纸面向外，所以小磁针的N极向纸外转，S极向纸里转.
答案：（1）向纸里 （2）向纸外 变式演练1
矩形线框ABCD中通入的电流的方向如图5-2-6所示，那么小磁针Ⅰ和Ⅱ将如何转动？
图5-2-6
解析：题图中小磁针Ⅰ的位置在直线电流AB的左方，根据安培定则可以知道，磁针所在点的磁场方向是垂直纸面向里的.因此，它的N极应由图示位置在水平面内绕轴向里转动90°后静止（CD中电流离它较远，对电的作用力可以忽略）.
图中小磁针Ⅱ的位置可以看作是处于单匝的通电螺线管内部，利用右手螺旋定则可以判断出内部磁场方向垂直纸面向外，因此，小磁
针Ⅱ的N极应由图示位置在水平面内绕轴向外转动90°角后静止.当然，把小磁针Ⅱ的位置看作是在AB段直线导体的右方，或BC段直线导体的上方，或CD段直线导体的左方，或DA段直线导体的下方，也都可以得出同样的结论.
答案：小磁针Ⅰ的N极垂直纸面向里传动90°，小磁针Ⅱ的N极垂直纸面向外传动90°. 类题演练2
如图5-2-7所示为通电螺线管的剖面图，“
”和“⊙”分别表示
电流垂直纸面流进和流出，试画出a、b、c、d四个位置上，小磁针静止时N极的指向.
图5-2-7
解析：小磁针静止时，N极的指向，就是该点磁场的方向，该点磁感线的切线方向，所以只要画出通电螺线管的磁感线即可知道小磁针N极的指向，a、b、c、d四个位置上小磁针静止时N极的指向如右图所示. 答案：如解析图 变式演练2
如图5-2-8所示是利用电磁原理造成的充气泵结构示意图，其工作原理类似打点计时器.当电流从电磁铁的接线柱a流入而吸引小磁铁向下运动时，以下选项中正确的是 …（ ）
图5-2-8
A.电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为S极
B.电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为N极 C.电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为N极 D.电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为S极
解析：当电流从a流入电磁铁时，根据右手螺旋定则，判断出电磁铁的上端为S极，此时能吸引小磁铁向下运动，说明小磁铁的下端为N极. 答案：D 类题演练3
下列说法正确的（ ）
A.磁感线从磁体的N极出发，终止于磁体的S极 B.磁感线可以表示磁场的方向和强弱 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：对于磁体的磁感线，在外部从N极到S极，在内部由S极到N极，选项A错误.同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，只适用于磁体外部，小磁针静止时N极沿磁感线的切线方向是普遍适用的，所以D错误. 答案：BC 变式提升3
如图5-2-9所示，弹簧秤下挂一条形磁棒，其中条形磁棒
N极的一部分位于未通电的螺线管内，下列说法正确的是（
）
图5-2-9
A.若将a接电源正极，b接负极，弹簧秤的示数将减小 B.若将a接电源正极，b接负极，弹簧秤的示数将增大 C.若将b接电源正极，a接负极，弹簧秤的示数将增大 D.若将b接电源正极，a接负极，弹簧秤的示数将减小
解析：原磁棒跟螺线管间无相互作用，当a接电源正极，b接负极时，据线圈的缠绕方向，由安培定则可知通电螺线管内部磁感线方向自下而上，其上端相当于一个条形磁体的N极，因同名磁极
相
互排斥，所以磁棒受螺线管向上的斥力，选A.同理，当b接电源正极，a接负极时，通电螺线管上端相当于条形磁体的S极.异名磁极相互吸引，所以磁棒受向下的拉力，选C. 答案：AC
