高中物理 第5章 磁场与回旋加速器 磁与人类文明 怎样描述磁场学案 沪科版选修3-1

学案1磁与人类文明怎样描述磁场学习目标定位 1.知道地磁场的特点，了解磁性材料.2.理解磁感线的概念并熟悉几种典型磁场的磁感线分布规律.3.理解磁通量和磁感应强度的概念，并会用磁通量和磁感应强度描述磁场一、我们生活在天然磁场地磁场中1地球本身是一个磁体，其周围存在着磁场，地磁场的磁南极(S极)在地球的北端，磁北极(N极)在地球的南端地磁场很弱，自由转动的小磁针能显示出地磁场的作用，这也是指南针的原理2磁偏角：地磁的两极跟地理的两极并不重合，地磁轴和地球自转轴两者的夹角约为11，因而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二、形形色色的磁性材料1通过人工方法使磁性材料获得磁性，这个过程叫做磁化磁性材料被磁化后，在一定条件下会失去磁性，这个过程叫做退磁或去磁2磁化后容易退掉磁性的物质叫做软磁性材料，不容易退掉磁性的物质叫做硬磁性材料软磁性材料适用于需要反复磁化的场合，硬磁性材料适合制造永磁铁三、磁场的形象描述1磁感线：在磁场中人为地画出的一些有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的切线方向都与该点磁场方向相间磁感线越密的地方，表示磁场越强；磁感线稀疏的地方，表示磁场弱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四、磁场的定量描述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 Tm2.2磁感应强度：垂直穿过某单位面积上的磁通量叫做磁感应强度用公式表示为B.磁感应强度的方向与该点处磁感线的切线方向一致.一、地磁场问题设计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，它对指南针有影响图1要点提炼1地磁场地球是一个大磁体，其周围存在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2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延伸思考宇宙中的其他天体是否有磁场？答案有些有磁场，有些没有磁场二、磁场的形象描述问题设计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是如何分布的？磁感线有什么特点？磁感线是磁场中真实存在的吗？答案见要点提炼要点提炼1磁感线的特点(1)磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向磁感线的疏密程度表示磁场的强弱(2)磁感线不相交、不相切、不中断、是闭合曲线；在磁体外部，其方向从N极指向S极；在磁体内部，由S极指向N极(3)磁感线是为了形象描述磁场而假想的物理模型，在磁场中并不真实存在，不可认为有磁感线的地方有磁场，没有磁感线的地方没有磁场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，切线方向表示场的方向；都不能相交不同点：电场线起于正电荷，终止于负电荷，不闭合；但磁感线是闭合曲线三、磁场的定量描述问题设计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？该结论说明了什么问题？答案不相同磁场强时磁感线密，穿过的磁感线的条数多这说明穿过这个平面的磁感线的条数多少能反映磁场强弱要点提炼1磁通量是指穿过某一平面的磁感线的条数一匝线圈和n匝同样大小的线圈，当放置方式相同时，磁通量相同2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合磁场的磁感线穿过这一面积的“净”条数图23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方向有一夹角时，穿过线圈的磁通量为BScos_.(如图2)4磁感应强度：(1)垂直穿过某单位面积的磁通量公式：B，其中S为垂直于磁感线的平面的面积如果平面跟磁场方向不垂直，则S为垂直于磁场方向的投影面积(2)磁感应强度的方向为该点处磁感线的切线方向，也是小磁针静止时N极的指向一、对地磁场的认识例1关于地磁场，下列叙述正确的是()A地球的地磁两极和地理两极重合B我们用指南针确定方向，指南针指南的一极是指南针的北极C地磁的北极与地理的南极重合D地磁的北极在地理的南极附近解析地球是一个大磁体，地球的地磁两极与地理两极并不重合，且相对位置在极其缓慢地变化，因此A、C错误；因为地磁北极在地理南极附近，因此，指南针指南的一极应是指南针的南极，其实指南针的南北极就是按其指向来命名的，故B错误，D正确答案D二、对磁场及磁感线的认识例2下列关于磁场和磁感线的描述，正确的有()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，没有细铁屑的地方就没有磁感线解析磁场具有能量，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，从磁铁的北极出发，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，但并不是磁感线没有细铁屑的地方同样可以画出磁感线故D错误故选A、B.答案AB三、对磁通量的认识及计算例3如图3所示，框架面积为S，框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直，则穿过平面的磁通量为_若使框架绕OO转过60角，则穿过框架平面的磁通量为_；若从初始位置转过90角，则穿过框架平面的磁通量为_；若从初始位置转过180角，则穿过框架平面的磁通量的变化量是_图3解析初始位置1BS；框架转过60角时2BSBScos 60BS；框架转过90角时3BSBScos 900；若规定初始位置磁通量为“正”，则框架转过180角时磁感线从反面穿出，故末态磁通量为“负”，即4BS，所以41(BS)BS2BS.答案BSBS02BS1(对地磁场的认识)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()ABC D答案D解析地面上小磁针静止时，南极应指向地磁场的北极，错；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，对；只有在赤道附近地磁场的方向和地面才平行，对，错；地磁场方向在北半球斜向下方，南半球斜向上方，错故正确答案为D.2(对磁场及磁感线的认识)关于磁感线和电场线，下列说法正确的是()A磁感线不是闭合曲线，起始于N极，终止于S极B电场线起始于负电荷，终止于正电荷C电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线D空间某处磁感线、电场线分布越密集，表示该处磁感应强度、电场强度越大答案D解析磁感线是闭合曲线，A错；电场线起始于正电荷，终止于负电荷，B错；电场线和磁感线都不是电场和磁场中实际存在的线，C错；故选D.3(对磁通量的认识及计算)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4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，磁场方向垂直线圈平面若磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为()图4ABR2 BBr2CnBR2 DnBr2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项对题组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起爆电路的，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磁场对电流的作用原理答案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以下关于地磁场的说法中正确的是()A地磁场是地球的盾牌，起着保护地球上生命的作用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ABC解析宇宙中射向地球的高能粒子流如果不受阻碍地射到地球上，会杀死地球上的生命体，正是由于地磁场的保护，使得大量的粒子被偏转，人类和其他生命才得以延续，故A项正确地磁场的N极在地理南极附近，但不与南极重合，有磁偏角，B项正确地磁场的N、S极的位置会缓慢移动，故C项正确在行星中，并不是只有地球有磁场，故D项错误3下列说法中与实际情况相符的是()A地球的磁偏角是一个定值B地磁场的北极在地理位置的北极附近C除了地球外，到目前为止其他星球上还没有发现磁现象D郑和出海远航比哥伦布的远洋探险先使用指南针答案D解析磁偏角随地理位置变化而变化，A错误；地磁场的北极在地理南极附近，B错误；其他星球上也有磁场存在，C错误；我国是最早利用指南针航海的国家，D正确题组二对磁场及磁感线的认识4关于磁感线的描述，下列说法中正确的是()A磁感线可以形象地描述各点磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致B磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的C两条磁感线的空隙处一定不存在磁场D两个磁场叠加的区域，磁感线就一定相交答案A解析磁感线上每一点的切线方向表示磁场方向，即小磁针静止时北极所指的方向，所以A正确；磁感线是为了形象地描述磁场而假想的一组有方向的闭合曲线，实际上并不存在，细铁屑可以显示出其形状，但那并不是磁感线，B错；磁感线的疏密反映磁场的强弱，磁感线是假想的人为画出的曲线，两条磁感线的空隙处也存在磁场，C错；磁感线不相交，D错5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磁场只有在磁体与磁体、磁体与电流发生作用时才产生答案A解析磁场是一种客观存在的物质，磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流间相互作用时都是通过磁场而发生，故B、C、D错误，A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关于磁通量，下列叙述正确的是()A在匀强磁场中，穿过一个平面的磁通量等于磁感应强度与该平面面积的乘积B在匀强磁场中，a线圈的面积比b线圈大，则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的磁通量大C把一个线圈放在M、N两处，若放在M处时穿过线圈的磁通量比放在N处时大，则M处的磁感应强度一定比N处大D同一线圈放在磁感应强度大处，穿过线圈的磁通量不一定大答案D解析在匀强磁场中，穿过一个平面的磁通量