高中物理 第三章 磁场 第一、二节 我们周围的磁现象 认识磁场教学案 粤教版选修3-1

第一、二节 我们周围的磁现象_认识磁场1.地磁场的N极(北极)位于地理南极附近，地磁场的S极(南极)位于地理北极附近，地磁极与地理极并不重合。2奥斯特发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系。3磁感线上每一点的切线都与该点的磁场方向一致；磁感线的疏密程度反映了磁场的强弱。4判定电流磁场的方向应用安培定则。一、我们周围的磁现象1无处不在的磁(1)人体心脏的生物电流产生微弱的心磁，因而心磁图已经成为发现某些心脏疾病的重要手段。(2)关于信鸽认家的现象，有一种解释说，信鸽是通过地球的磁场来导航的。2地磁场(1)地球由于本身具有磁性而在其周围形成的磁场叫地磁场。(2)地磁场能够使指南针在静止时沿地球的南北方向取向，地球磁体的N极(北极)位于地理南极附近，地球磁体的S极(南极)位于地理北极附近，但地磁极与地理极并不重合。3磁性材料(1)磁性材料：像铁那样磁化后磁性很强的物质叫做铁磁性物质。磁性材料分为硬磁性材料与软磁性材料。按化学成分分为两大类：金属磁性材料和铁氧体。软磁性材料：磁化后容易去磁的物质。硬磁性材料：磁化后不容易去磁的物质。(2)应用：软磁性材料：适用于需要反复磁化的场合，常用来制造半导体收音机的天线磁棒、录音机和录像机的磁头、变压器、电动机、发电机、电磁铁等。硬磁性材料：适用于制成永磁铁(可用于扬声器、话筒等)，并广泛用作磁记录材料(可用于录音机磁带、银行卡、计算机硬盘等)。二、对磁场的认识1电流的磁效应1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系。2磁场的来源磁体和电流的周围。3磁场的客观性磁场虽然看不见，摸不着，但它是客现存在的特殊物质。4磁场的基本特性对处在它里面的磁极和电流有力的作用，即磁体与磁体、电流与电流、磁体与电流之间都有力的作用。三、磁场的描述1磁场的方向在磁场中的任一点，小磁针N极受力的方向，亦即小磁针静止时N极所指的方向，就是该点的磁场方向。2图示磁场(1)磁感线：我们可以用磁感线来描述磁场，所谓磁感线就是在磁场中有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的电场方向都与该点的切线方向一致。(2)直线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来判断：用右手握住导线，让伸直的大拇指指向电流方向，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。3三种常见的电流的磁场分布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，磁场越弱环形电流环内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏通电螺线管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极四、安培分子电流假说1安培分子电流假说法国学者安培认为，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N极和S极。图3112用分子电流假说解释磁体的形成(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(图312甲)，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(图312乙)，铁棒被磁化，两端对外界显示出较强的磁作用，形成磁极。(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。图3121自主思考判一判(1)虽然磁场看不见，摸不着，但是磁场是一种客观存在的物质。()(2)磁体与磁体之间的作用是通过磁场发生的，通电导线与通电导线之间的作用是通过电场发生的。()(3)磁感线是磁场中实际存在的线。()(4)磁感线的方向是从N极指向S极。()(5)地球的两极与地磁的两极间存在一个磁偏角。()2合作探究议一议(1)我国古代四大发明中的“司南”是根据什么原理制成的？提示：根据磁体具有指示南北方向的特征以及地磁场的分布。(2)为什么磁体之间不接触也可以产生相互作用？提示：因为磁体周围存在磁场，而磁场能传递磁体之间的相互作用，从而使磁体与磁体之间相互吸引或相互排斥。(3)在磁场中不画磁感线的地方没有磁场，这种说法对吗？提示：不对。磁感线是为形象地描述磁场而假想的曲线，在磁场中不画磁感线的地方并不能说明该处没有磁场。(4)在用安培定则判定通电直导线、环形电流和通电螺线管的磁感线的方向时，有什么相同点和不同点？提示：相同点：都用右手进行判断。不同点：拇指和四指所指示的物理意义不同，对通电直导线，拇指指向电流的方向，四指指向磁感线的方向。对磁现象及磁场的理解1奥斯特实验的技巧和意义(1)实验时，通电直导线要南北方向水平放置，磁针要与导线平行地放在导线的正下方或正上方，以保证电流的磁场与地磁场方向不同而使小磁针发生转动。(2)由于地磁场使磁针指向南北方向，直导线通电后小磁针改变指向说明通电直导线周围产生了磁场，即电流周围产生磁场，也就是电流的磁效应。2电场与磁场的比较比较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都是不依赖于人的意志而客观存在的特殊特质，具有质量和能量典例在地球赤道上空有一小磁针处于水平静止状态，突然发现小磁针的N极向东偏转，由此可知()A一定是小磁针正东方向有一条形磁铁的S极靠近小磁针B一定是小磁针正北方向有一条形磁铁的S极靠近小磁针C可能是小磁针正上方有电子流自东向西水平通过D可能是小磁针正上方有电子流自南向北水平通过思路点拨 解析正常情况下，由于地磁场的作用，小磁针的N极应指向北方，而小磁针的N极向东偏转，说明小磁针受到外加磁场的作用，可能在小磁针的东方有一条形磁铁的S极靠近小磁针，也可能是在小磁针正上方有电子流自南向北水平通过，产生了由北向南的电流，使小磁针的N极向东偏转。所以选项D正确。答案D静止的电荷只能产生静电场，而运动的电荷形成电流，于是运动的电荷周围能产生磁场。磁体、电流、运动电荷都能在其周围产生磁场，且产生磁场的本质相同。 1最先揭示了电现象和磁现象之间存在着某种联系，发现了电流的磁效应的学者是()A安培B法拉第C奥斯特 D库仑解析：选C最先揭示了电现象和磁现象之间存在着某种联系，发现了电流的磁效应的学者是奥斯特，故选C。2关于磁场，下列说法正确的是()A磁场中某点的磁场方向与小磁针S极在此处的受力方向一致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，想其无则无解析：选C磁场中某点的磁场方向与小磁针N极在此处的受力方向一致，故A错误；磁场是存在于磁体周围的一种特殊物质，它与实物粒子不同，场看不见，摸不到，但又确实存在，通常用人们假想的磁感线来描绘，故B错误，C正确；磁场的存在是客观的，故D错误。3判断两根钢条甲和乙是否有磁性，可将它们的一端靠近小磁针的N极或S极。当钢条甲靠近时，小磁针自动远离，当钢条乙靠近时小磁针自动靠近，则()A两根钢条均有磁性B两根钢条均无磁性C钢条甲一定有磁性，钢条乙一定无磁性D钢条甲一定有磁性，钢条乙可能有磁性解析：选D磁体能吸引铁磁性物质，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，排斥的两者必然都是磁体，吸引时至少有一个是磁体。钢条甲靠近小磁针时，小磁针自动远离，说明它们相互排斥，则甲一定有磁性。当乙靠近小磁针时，它们相互吸引，这时可能有两种情况：一是乙没有磁性，此时属于磁体与铁磁性物质相互吸引；二是乙有磁性，且与小磁针是异名磁极，此时属于异名磁极相互吸引。故D正确。对磁感线及电流的磁场的理解1磁感线与电场线的比较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)不同点闭合曲线起始于正电荷，终止于负电荷2三种电流的磁场的特点对比直线电流环形电流通电螺线管安培定则特点(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，实际上电流的磁场应为空间图形(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(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磁场的叠加(1)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(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1下列各选项中是直线电流、环形电流磁场的磁感线分布图，其中电流方向与磁感线方向关系正确的是()解析：选A电流方向向上，由右手螺旋定则可得磁场为逆时针(从上向下看)，故A正确；电流方向向下，由右手螺旋定则可得磁场为顺时针(从上向下看)，故B错误；图中电流为环形电流，由右手螺旋定则可知内部磁场应向右，故C错误；由右手螺旋定则可知内部磁感线方向向左，故D错误。2(多选)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磁场中的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的曲线，而磁感线是一条闭合的曲线D电场线越密的地方，同一试探电荷所受的电场力越大解析：选CD电场线与磁感线分别是为了形象描述电场、磁场而引入的假想线，实际不存在，A错。两种场线的切线方向均表示相应的场方向，两种场线都不会相交，B错。电场线起始于正电荷、终止于负电荷，而磁感线在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极，组成闭合曲线，C正确。电场线越密，表示该处电场越强，同一试探电荷在此处受电场力越大，D正确。3如图313所示，通电螺线管周围能自由转动的小磁针a、b、c、d已静止，N指向正确的是()图313A小磁针a B小磁针bC小磁针c D小磁针d解析：选C由右手螺旋定则判断出通电螺线管的左端为N极，右端为S极，由同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引知，只有小磁针c的指向正确。地 磁 场1地球本身就是一个大磁体，地磁场的N极在地理南极附近，地磁场的S极在地理北极附近。2在赤道平面上，距离地球表面等高的各点，地磁场强弱程度相同，且方向水平向北。3在北半球上空某点的地磁场的方向斜向下指向北方；在南半球上空某点的地磁场的方向斜向上指向北方。地磁场的水平分量总是从地球南极指向北极，而竖直分量则南北相反，在南半球竖直向上，在北半球竖直向下。典例(多选)下列说法正确的是()A地球是一个巨大的磁体，其N极在地球南极附近，S极在地球北极附近B地球表面磁场的竖直分量在南半球垂直于地面向上，在北半球垂直于地面向下C地球的周围存在着磁场，但地磁的两极与地理的两极并不重合，其间有一个夹角，这就是磁偏角，磁偏角的数值在地球上不同地点是相同的D在地球表面各点磁场强弱相同解析地球周围的磁场分布类似于条形磁铁周围的磁场分布，所以在地球表面赤道上的磁场最弱，选项D错误；在地球上的不同位置，磁偏角的数值是不同的，因此选项C错误。答案AB对地磁场理解的三大误区(1)将地理南北极与地磁场的南北极混淆，误将地理南极(或北极)当做地磁场的南极(或北极)。(2)误认为地理两极与地磁场的两极重合。事实上，两者并不重合，地磁场的两极在地理两极的附近。(3)误认为地球上各点的磁场方向都是和地面平行的。事实上，除赤道外，南北半球的磁场都有竖直分量。 1赤道上放一个指南针，则指南针的南极指向是()A向东B向西C向南 D向北解析：选C地理北极附近是地磁南极，地理南极附近是地磁北极，所以赤道上放一个指南针，则指南针的南极指向一定是向南。2关于地磁场，下列叙述正确的是()A地球的地磁两极与地理的两极重合B我们用指南针确定方向，指南的一极是指南针的北极C地磁的北极与地理南极重合D地磁的北极在地理南极附近解析：选D地球是一个大磁体，其磁场北极(N极)在地理南极附近，磁场南极(S极)在地理北极附近，并不重合。指南针指南的一端应该是磁针的南极(S极)。只有选项D正确。3地球是一个大磁体，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；地磁场的北极在地理南极附近；赤道附近地磁场的方向和地面平行；北半球地磁场方向相对地面是斜向上的；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 BC D解析：选D求解该题应先明确地磁场的特点及地球表面各处地磁场的方向。地面上的小磁针静止时，磁针南极应指向地磁场的北极。地磁场的南极在地理北极附近，地磁场的北极在地理南极附近，因此地磁场的方向在赤道附近和地面平行，北半球地磁场方向相对地面是斜向下的，南半球斜向上方。故D正确。1关于磁场的方向，下列叙述中不正确的是()A磁感线上每一点的切线方向B磁铁内部N极到S极的方向C小磁针静止时北极所指的方向D小磁针北极受力的方向解析：选B规定磁感线上每一点的切线方向与磁场的方向相同，故A正确；磁场的方向在磁铁的内部为S极到N极的方向，磁铁的外部是N极到S极的方向，故B错误；磁场的方向的规定：小磁针静止时北极所指的方向，或小磁针的北极受力的方向，故C、D正确。2关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是()A磁感线只能形象地描述各点磁场的方向B磁极之间的相互作用是通过磁场发生的C磁感线是磁场中客观存在的线D磁感线总是从磁体的北极出发、到南极终止解析：选B磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，磁感线上任意一点的切线方向表示该点的磁场方向，故A错误；磁极与磁极之间、电流与电流之间、磁极与电流之间的作用力是通过磁场发生作用的，故B正确；磁感线是一种假象的曲线，可以形象地描述磁场，故C错误；磁感线是闭合曲线，在磁体外部从N极出发进入S极，内部从S极到N极，故D错误。3下列关于磁感线的叙述，正确的说法是()A磁感线是磁场中确实存在的一种曲线B磁感线是根据磁场的性质人为地画出来的曲线C磁感线总是从N极指向S极D磁感线是由磁场中的铁屑形成的解析：选B磁感线是人们为了方便研究磁场而假想出来的曲线，不是客观存在的，故A错误，B正确；磁感线在磁体外部是从N极指向S极，在磁体内部从S极指向N极，形成一个闭合曲线，C错误；磁感线可以由磁场中的铁屑形成的曲线模拟，但模拟出来的曲线并不是磁感线，因为磁感线并不存在，故D错误。4磁性水雷是用一个可绕轴转动的小磁针来控制起爆电路的，军舰被地磁场磁化后就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()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同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引。当军舰接近磁性水雷时，磁体间的相互作用引起小磁针的转动，从而接通电路，引起爆炸，故B对。5根据安培假设的思想，认为磁场是由运动电荷产生的，这种思想如果对地磁场也适用，那么由此推断，地球应该()A带负电B带正电C不带电 D无法确定解析：选A由于地理北极在地磁南极附近，故地球内部磁场方向由北向南，而地球自转方向是自西向东转，根据安培定则可知地球应是带负电荷。6如图1所示为通电螺线管的纵剖面图，“”和“”分别表示导线中的电流垂直纸面流进和流出，图中四个小磁针(涂黑的一端为N极)静止时的指向一定画错了的是()图1Aa BbCc Dd解析：选B根据右手螺旋定则可知，螺线管的左端为N极，右端为S极，小磁针的N极指向磁感线方向，故小磁针b的N极指向画反了，故选B。7.如图2所示，一个电子沿逆时针方向做匀速圆周运动，则此电子的运动()图2A不产生磁场B产生磁场，圆心处的磁场方向垂直纸面向里C产生磁场，圆心处的磁场方向垂直纸面向外D只在圆的内侧产生磁场解析：选B电子沿逆时针方向转动，形成顺时针方向电流。由安培定则可得，在圆心处的磁场方向垂直纸面向里。8(多选)在通电螺线管内部有一点A，通过A点的磁感线方向是()A从螺线管的N极指向S极B放在该点的小磁针北极受力的方向C从螺线管的S极指向N极D放在该点的小磁针的南极受力的方向解析：选BC在通电螺线管外部磁场方向是从N极到S极，内部是从S极到N极，所以内部A点的磁感线方向是从S极到N极，也和放在该点的小磁针北极受力的方向相同，A、D错误，B、C正确。9如图3所示，a、b、c三枚小磁针分别放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()图3Aa、b、c均向左Ba、b、c均向右Ca向左，b向右，c向右Da向右，b向左，c向右解析：选C根据右手螺旋定则可知，螺线管右端是N极，左端是S极；因小磁针的N极指向磁感线的方向，根据通电螺线管周围的磁场方向可知小磁针N极的指向：a向左，b向右，c向右，故选C。10月球表面周围没有空气，它对物体的引力仅为地球上的，月球表面没有磁场，根据这些特征，在月球上，下列选项中的四种情况能够做到的是()解析：选D既然月球表面没有磁场，那么在月球上就不能用指南针定向，所以A错误；月球表面