2019_2020版高中物理第5章磁场与回旋加速器5.1_5.2磁与人类文明怎样描述磁场讲义精练（含解析）沪科版.docx

磁与人类文明 怎样描述磁场学科素养与目标要求物理观念：1.了解磁现象、磁极、磁场等概念，了解地磁场的分布情况和地磁的两极的特点.2.知道磁感线的概念和特点.3.理解磁感应强度的概念，知道磁感应强度是描述磁场的强弱和方向的物理量.4.知道磁通量的概念.科学思维：1.知道磁感线能描述磁场的强弱和方向，知道磁感线是形象地描述磁场的工具.2.明确磁通量的意义并能进行有关计算.科学态度与责任：1.了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响.2.体会奥斯特发现电流磁效应的重要意义.一、地磁场与磁性材料指南针是我国古代四大发明之一，它对人类航海事业的发展产生了巨大的影响，但在古代指南针为什么指南曾是一个不解之谜，你知道为什么吗？答案因为地球是个大磁体，它对指南针有影响.要点总结1.地磁场地球是一个大磁体，周围的磁场叫地磁场.如图1所示，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.图12.磁偏角地磁的两极跟地理的两极并不重合，水平放置的磁针的指向跟地理子午线之间有一个交角，这个交角叫做磁偏角.3.磁性材料(1)磁化：通过人工方法使磁性材料获得磁性的过程.退磁(去磁)：被磁化后的磁性材料在一定条件下失去磁性的过程.(2)软磁性材料：磁化后容易退掉磁性的物质.硬磁性材料：磁化后不容易退掉磁性的物质.延伸思考宇宙中的其他天体周围都有磁场吗？答案有些有磁场，有些没有磁场.例1(多选)(2016北京卷)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，地球周围地磁场分布示意图如图2.结合上述材料，下列说法正确的是()图2A.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.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答案ABD解析地球为一巨大的磁体，地磁场的南、北极在地理上的北极和南极附近，两极并不重合，地球内部也存在磁场，只有赤道附近上空磁场的方向才与地面平行，地磁场的竖直分量在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下，C错误，A、B、D项正确.学科素养例1考查了学生对地磁场知识的了解程度，体现了“物理观念”的学科素养.又通过梦溪笔谈中的这个例子，让学生了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响，体现了“科学态度与责任”的学科素养.二、磁场的形象描述在磁场中放一块玻璃板，玻璃板上均匀地撒一层细铁屑，轻敲玻璃板，铁屑就会有规则地排列起来，模拟出磁感线的形状，由实验得到条形磁铁和蹄形磁铁的磁场的磁感线分布.请定性画出条形磁铁和碲形磁铁周围的磁感线.答案如图所示要点总结1.磁感线：在磁场中画出的一些有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致.磁感线的特点：(1)磁感线上任一点的切线方向表示该点的磁场方向，即静止时小磁针N极所指的方向.(2)磁铁外部的磁感线从N极指向S极，内部从S极指向N极，磁感线是闭合(填“闭合”或“不闭合”)曲线.(3)磁感线的疏密表示磁场强弱，磁感线密集处磁场强，磁感线稀疏处磁场弱.(4)磁感线在空间不相交(填“相交”或“不相交”).(5)磁感线是为了形象地表示磁场而假想的曲线，实际上并不存在.2.匀强磁场磁感线的间距相等、相互平行且指向相同的磁场叫匀强磁场.距离很近的两个异名磁极的中间区域的磁场为匀强磁场.3.磁感线和电场线的比较相同点：都是疏密程度表示场的强弱，切线方向与场的方向一致；都不能相交.不同点：电场线起于正电荷(或无穷远)，终止于无穷远(或负电荷)，不闭合；但磁感线是闭合曲线(填“闭合”或“不闭合”).例2(多选)关于磁场和磁感线的描述，正确的为()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，是真实存在的答案AB解析磁场具有能量，所以是一种物质，A正确；磁感线的疏密程度可表示磁场的强弱，磁感线的方向可表示磁场的方向，B正确；磁感线是闭合曲线，在磁体外部，从磁体的北极出发，进入南极；在磁体内部，从南极指向北极，C错误；用细铁屑在磁铁周围排列出的曲线可以模拟磁感线，但并不是磁感线，磁感线是假想的曲线，D错误.三、磁场的定量描述若在磁场中垂直于磁场方向有一个面积为S1 m2的平面，在磁场强弱不同的情况下，穿过这个平面的磁感线的条数是否相同？磁场的强弱能否用穿过平面的磁感线的条数表示？答案不相同.磁场强时磁感线密，穿过平面的磁感线的条数多.这说明穿过这个平面的磁感线的条数能反映磁场的强弱.要点总结1.磁通量(1)定义：磁场中穿过平面的磁感线的条数叫穿过这个平面的磁通量，用字母表示.(2)单位：国际制单位为韦伯，简称韦，符号是Wb.1 Wb1 Tm2.一匝线圈和n匝同样大小的线圈，当放置方式相同时，磁通量相同(填“相同”或“不同”).(3)磁通量是标量，但有正负，其正负表示磁感线穿过某一面积的方向与规定的正方向是相同还是相反.若有两个相反方向的磁场穿过某一面积时，则穿过这一面积的磁通量为穿过这一面积的磁感线的“净”条数.2.磁感应强度(1)定义：垂直穿过某单位面积上的磁通量.(2)表达式：B.其中S为垂直于磁场方向的平面的面积，若平面与磁场方向不垂直，则S为垂直于磁场方向的投影面积.(3)单位：特斯拉，简称特，符号是T,1 T.(4)方向：磁感应强度是矢量，方向为该点处磁感线的切线方向，也是小磁针静止时N极的指向.3.磁通量的计算公式(匀强磁场)：当线圈平面与磁场垂直时，磁通量BS；当线圈平面与垂直于磁场的平面有一夹角时，穿过线圈的磁通量为BScos .(如图3)图3例3如图4所示，线框面积为S，线框平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直，则穿过线框平面的磁通量为多少？若使线框绕OO轴转过60角，则穿过线框平面的磁通量为多少？若从初始位置转过90角，则穿过线框平面的磁通量为多少？若从初始位置转过180角，则穿过线框平面的磁通量变化了多少？图4答案BSBS02BS解析在题图所示位置时，磁感线与线框平面垂直，1BS.当线框绕OO轴转过60时可以将原图改画成从上面向下看的俯视图，如图所示.2BSBScos 60BS.转过90时，线框由与磁感线垂直变为平行，30.线框转过180时，磁感线仍然垂直穿过线框，但穿过的方向改变了.BSBS2BS.1.(磁感线、磁感应强度)下列说法正确的是()A.磁感线上各点的切线方向就是该点磁场的方向B.磁感线越密，该处磁通量越大C.铁屑能显示磁感线，所以磁感线是真实存在的D.磁通量为零，磁感应强度一定为零答案A2.(地磁场)(多选)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.指南针能够指向南北，说明地球具有磁场C.指南针的指向会受到附近铁块的干扰D.指南针静止时S极的指向，为该处磁场的方向答案BC解析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，选项A错误，选项B正确.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.指南针静止时N极的指向，为该处磁场的方向，选项D错误.3.(磁感应强度)(多选)下列关于磁通量和磁感应强度的说法正确的是()A.磁感应强度的大小与磁通量成正比B.磁感应强度的大小取决于磁场本身C.穿过垂直于磁感应强度方向某面积的磁感线条数等于磁感应强度D.当平面跟磁场方向平行时，穿过这个平面的磁通量必为零答案BD4.(对磁通量的认识及计算)如图5所示，半径为R的圆形线圈共有n匝，其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场，磁场方向垂直于线圈平面.若磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为()图5A.BR2 B.Br2C.nBR2 D.nBr2答案B解析磁通量与线圈匝数无关，且磁感线穿过的面积为r2，并非R2，故B正确.考点一对磁现象及地磁场的认识1.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()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.磁场与电荷间的相互作用规律答案B解析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，B项正确.2.(多选)以下关于地磁场的说法中正确的是()A.地磁场的N极在地理位置的北极附近，但不与北极重合B.地磁场的N极在地理位置的南极附近，但不与南极重合C.地磁场的方向会随时间的流逝而缓慢变化D.在行星中，只有地球有磁场答案BC解析地磁场的N极在地理南极附近，但不与南极重合，有磁偏角，B项正确，A项错误.地磁场的N、S极的位置会缓慢移动，C项正确；在行星中，并不是只有地球有磁场，D项错误.考点二对磁感线的认识3.如图1是条形磁铁的部分磁感线分布示意图，关于图中a、b两点磁场的描述，正确的是()图1A.a点的磁场方向为图中Ba指向B.b点的磁场方向为图中Bb指向C.a点的磁感应强度大于b点的磁感应强度D.a点的磁感应强度小于b点的磁感应强度答案C解析磁感线上某点的切线方向与此点磁场的方向一致，题图中a、b两点的磁场方向均是错误的，故A、B错误；磁感线疏密表示磁场的强弱，a点的磁感线比较密，则a点磁感应强度大于b点的磁感应强度，故C正确，D错误.4.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磁场和电场的方向答案A解析磁感线是闭合曲线，电场线不是闭合曲线，A正确；只有匀强磁场和匀强电场才满足B选项，B错误；磁感线既然是闭合的就无起点和终点，C错误；它们的疏密程度均反映场的强弱程度，D错误.考点三对磁通量、磁感应强度的认识5.下列关于磁感应强度方向的说法中，错误的是()A.磁感线上某点的切线方向就是该点磁感应强度的方向B.某处磁感应强度的方向就是该处小磁针静止时北极所指的方向C.磁感应强度是个标量，没有方向D.某处磁感应强度的方向就是该处磁场的方向答案C解析磁感线是为了形象地描述磁场而人为假想的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同， A正确；如果在磁场中某点放入小磁针，小磁针静止时N极所指的方向就是该点磁感线的切线方向，也就是该点的磁感应强度的方向，B正确；磁感应强度是矢量，有大小也有方向，C错误；磁感应强度是表示磁场大小和方向的物理量，所以某处磁感应强度的方向就是该处磁场的方向，D正确.6.关于磁通量，下列说法中正确的是()A.磁通量不仅有大小而且有方向，所以是矢量B.磁通量越大，磁感应强度越大C.穿过某一面积的磁通量为零，该处磁感应强度不一定为零D.磁通量就是磁感应强度答案C7.如图2所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁体N极附近下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中的位置经过位置下落到位置，且位置和位置都很靠近位置，在这个过程中，线圈中的磁通量()图2A.是增加的 B.是减少的C.先增加，后减少 D.先减少，后增加答案D8.如图3所示，边长为L的n匝正方形线框abcd内部有一边长为的正方形区域的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B.下列说法正确的是()图3A.穿过线框abcd的磁