高中物理第三章磁场第1节磁现象和磁场第2节磁感应强度教学案新人教版选修3_1

第1节 磁现象和磁场 第2节 磁感应强度一、磁现象及电流的磁效应1磁现象(1)磁性：物质具有吸引铁质物体的性质叫磁性。(2)磁体：天然磁石和人造磁铁都叫做磁体。(3)磁极：磁体的各部分磁性强弱不同，磁性最强的区域叫磁极。能够自由转动的磁体，静止时指南的磁极叫做南极(S极)，指北的磁极叫做北极(N极)。(4)磁极间相互作用规律：自然界中的磁体总存在着两个磁极，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。2电流的磁效应(1)奥斯特实验：把导线沿南北方向放置在指向南北的磁针上方，通电时磁针发生了转动。(2)意义：奥斯特实验发现了电流的磁效应，即电流可以产生磁场，首先揭示了电与磁的联系。注意奥斯特实验证明了电流周围产生磁场，本来是没有条件的，但实际实验时必须考虑地磁场的影响，让通电导线沿南北方向放置，磁场方向与地磁场方向尽量不一致，效果明显。判一判1所有的磁体都有两个磁极()2条形磁铁从中间断开后，仍然有两个磁极，但是若不从中间断开，就不一定有两个磁极()3首先发现电流的磁效应的是丹麦物理学家奥斯特，他发现电流的周围能产生磁场()二、磁场1磁场的基本性质：对放入其中的磁体或通电导线产生力的作用。2磁场的产生(1)永磁体周围存在磁场。(2)电流周围存在磁场电流的磁效应。3. 地磁场(1)地球本身是一个磁体，其周围存在的磁场叫地磁场。地磁场的N极位于地理南极附近，S极位于地理北极附近。地磁场很弱，但自由转动的小磁针能显示出地磁场的作用，这是指南针的原理。(2)地磁场特点地磁场的方向并不是正南正北方向的，即地磁两极与地理两极并不重合。地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近。磁偏角：放在地磁场中静止的小磁针的指向与正南北方向间的夹角就是地磁偏角，也叫磁偏角。如图所示。磁偏角的数值在地球上不同地点是不同的。而且随着地球磁极的缓慢移动，磁偏角也在缓慢变化。(3)宇宙中许多天体都有磁场，太阳表面的黑子、耀斑和太阳风等活动都与磁场有关。月球也曾有过磁场。火星上不像地球那样有一个全球性的磁场，因此指南针不能在火星上工作。注意(1)磁场是客观存在的物质。场和实物是物质存在的两种形式。(2)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。 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电荷周围既能产生电场，又能产生磁场()3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()4地球的两极与地磁场的两极间存在一个磁偏角()三、磁感应强度1磁感应强度：用来描述磁场强弱的物理量。2小磁针：为了研究磁场而引入的检验用的小磁体，它类似于检验电荷。3磁感应强度方向：物理学中规定：小磁针静止时，N极所指的方向为该点的磁感应强度的方向，简称磁场的方向。4电流元：在很短一段通电导线中的电流I与导线长度L的乘积IL。5磁感应强度的大小(1)磁感应强度的大小：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线受到的力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值，用B表示。(2)公式：B。(3)单位：特斯拉，简称特，符号T。1 T1 。说明对磁感应强度的四点理解(1)在定义式B中，通电导线必须垂直于磁场方向放置。因为磁场中某点通电导线受力的大小，除和磁场强弱有关以外，还和导线的方向有关。导线放入磁场中的方向不同，所受磁场力就不相同。当电流方向与B的方向在一条直线上时，导线受力为零。(2)磁感应强度的方向由磁场中小磁针N极所受磁场力方向确定，通电导线受力的方向不是磁场磁感应强度的方向。(3)磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时L应很短很短，IL称作“电流元”，相当于静电场中的“试探电荷”。(4)磁感应强度是矢量，运算遵守平行四边形定则。判一判1小磁针静止时，N极所指的方向，就是磁场的方向()2磁场的方向与磁感应强度方向相反()3由B知，B的大小与F成正比()典型例题例1.下列说法正确的是( )A磁极和磁极之间的相互作用是通过磁场产生的B电流和电流之间的相互作用是通过电场产生的C磁场实质上就是电场，属于同一种物质D磁场并不是真实存在的，而是人们假想出来的解析电流能产生磁场，在其周围存在着磁场，磁体周围也存在着磁场，无论是磁极之间、电流之间，还是磁极和电流之间，都有相互作用的磁场力，并且都是通过磁场产生的，A正确，B错误；电场最基本的性质是对放入其中的电荷有电场力的作用，它不会对放入其中的磁极产生力的作用，并且电场是电荷周围存在的一种特殊物质，而磁场存在于电流和磁体周围，产生机理不同，C错误；磁场能对放入其中的磁极产生力的作用，磁场虽然看不见，摸不着，但是我们可以通过这种力的作用效果认识磁场的客观存在，D错误。答案A即时巩固1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的相互作用而人为引入的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解析：选A磁场和电场一样具有力的性质和能量，是一种客观存在的物质，磁极与磁极间及磁极与电流间均是通过磁场发生作用的，A正确，B、C、D错误。1.地磁场问题的处理要点(1)地理南极正上方磁场方向竖直向上，地理北极正上方磁场方向竖直向下。(2)在赤道正上方，地磁场方向水平向北。(3)在南半球，地磁场方向指向北上方；在北半球，地磁场方向指向北下方。2地磁场的作用由于磁场对运动电荷有力的作用，故射向地球的高速带电粒子，其运动方向会发生变化，不能直接到达地球。因此地磁场对地球生命有保护作用。注意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。典型例题例2.多选下列说法正确的是( )A地球是一个巨大的磁体，其磁体的N极在地球南极附近，磁体的S极在地球北极附近B地球表面的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由地磁场的特点可知，A、B正确；地磁场类似于条形磁铁的磁场，所以在地球表面赤道上的磁场最弱，两极附近地磁场最强，D错误；在地球上不同位置，磁偏角的数值是不同的，C错误。答案AB即时巩固2关于地磁场，下列叙述正确的是( )A地磁两极和地理两极完全重合B我们用指南针确定方向，指南的一端是指南针的北极C地磁北极与地理南极重合D地磁北极在地理南极附近解析：选D地球是一个大磁体，其磁北极(N极)在地理南极附近，磁南极(S极)在地理北极附近，并不重合，指南针指南的一端是指南针的南极(S极)，D正确，A、B、C错误。磁感应强度与电场强度的对比分析 典型例题例3.关于磁感应强度B，下列说法正确的是( )AB与F成正比，与IL成反比BB的大小与F、IL无关C当一段通电导线在空间某处受到的力为零时，该处一定没有磁场D将一段通电导线，保持电流I与导线长L不变，放在同一匀强磁场中，不管如何放置，它受到的力一定相同解析B只是用比值定义法对磁感应强度进行定义，它的大小与F、IL无关，是由磁场本身决定的；通电导线在磁场中受到的力不仅与B、I、L有关，还与它们的方向有关，当导线与磁场方向垂直时受力最大，当导线与磁场方向平行时受力为零，B正确。答案B即时巩固3多选在磁场中有一根长10 cm的通电导线，导线中的电流为5 A，所受的力为5102 N，该磁场的磁感应强度的大小可能是()A0.01 T B0.05 T C0.1 T D0.2 T解析：选CD由题意知，若导线垂直于磁场方向，通电导线电流I5 A，L0.1 m，所受磁场力F5102 N，由公式可得B T0.1 T，若通电导线与磁场不垂直，则B0.1 T，由此知选项C、D正确。1. 如图所示，把一条导线平行地放在磁针的上方附近，当导线中有电流通过时，磁针会发生偏转。发现这个实验现象的物理学家是() 解析：选C牛顿是经典力学的奠基人，爱因斯坦创立了狭义和广义相对论，居里夫人在天然放射性的研究领域有杰出的贡献，奥斯特首先发现了电流的磁效应，正确答案为C。2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，则( )AA、B一定相互吸引BA、B一定相互排斥CA、B之间有可能无磁场力作用DA、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，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相互吸引。若A有磁性，则A、B两磁体都分别有北极和南极，当它们的同名磁极靠近时，相互排斥；当异名磁极靠近时，相互吸引。这说明无论A有无磁性，它们之间总有磁场力的作用，选项D正确。3多选关于磁感应强度方向和电场强度方向，下列说法正确的是( )A电场强度方向与电荷所受电场力方向相同B电场强度与正电荷所受电场力方向相同C磁感应强度方向与小磁针N极所受磁场力方向相同D磁感应强度方向与小磁针静止时N极所指的方向相同解析：选BCD物理学上规定正电荷在电场中的受力方向为该点电场方向，小磁针N极受力的方向为该点的磁场方向，亦即小磁针静止时N极所指的方向，故B、C、D正确。4多选关于地磁场，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不和地面平行D地球磁偏角的数值在地球上不同地点不同解析：选BD小磁针S极指南是因为地磁场N极在地理的南极附近，故A错；地磁场的两极和地理两极相反，故B对；根据地磁场的空间分布，只有赤道上的磁场方向和地面平行，故C错；由于地磁极缓慢移动，地磁偏角随着地点的变化而变化，即使在同一地点的磁偏角大小也随着时间的推移不断变化，故D正确。5一根长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