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张家口市第四中学2011-2012学年第二学期文科导学案 第二章 磁场 编写人：樊秀才2.1 指南针与远洋航海学习目标1、了解指南针在远洋航海中的作用，理解科学技术在社会发展中的作用。了解磁学基础知识。2、知道磁感线，知道磁感线上任一点的切线方向就是该点的磁场方向。3、了解磁感线描述条形磁铁、蹄形磁铁的磁场分布情况4、了解地理南北极反向并且不重合，知道磁偏角。学习重点1.知道磁感线，知道磁感线上任一点的切线方向就是该点的磁场方向。2.能画出磁体周围小磁针的受力图学习难点地磁场及磁偏角学习过程一 古代远洋航海的条件：1. 用指南针导航2. 用尾舵掌握航向3. 有效地利用风力。二 磁场1.磁体：具有 的物体，一个磁体具有 个磁极，其中一个称为 极，也叫北极；另一个称为 极，也叫南极。2.磁场： 或 周围存在一种特殊物质，能够传递磁体与磁体，磁体与电流，电流与电流之间的相互作用，这种特殊的物质叫磁场。3.磁场的基本性质： 4.磁场的方向： 三 磁感线：1. 磁感线是为了 而人为假设的曲线。其 反映磁场的强弱；曲线上任何一点的切线方向都跟这一点的 相同（且磁感线互不交叉）。2磁感线的特点：（1）在磁体外部，磁感线都是从 极出来进入 极，在磁体内部磁感线从 极到 极。（2）磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断。（3）磁感线的 表示磁场的强弱，磁感线越密的地方磁场越强。磁场方向正在该点的磁感线的 上。附：几种特殊磁体的磁感线分布参考课本27页画出条形磁铁和蹄形磁铁的磁感线分布示意图四 地磁场1.地球本身是一个大磁场，地磁南极在 附近，地磁北极在 附近，地球两极附近的磁感应强度B=510-5T.2. 磁偏角：磁针并非准确指向南北，磁针指向与地轴有一交角，这个交角叫 ，磁偏角的数值在地球上的不同地点是不同的。3. 宇宙中的许多天体都有磁场，月球，火星没有全球性的磁场，因此指南针不能再月球，火星上工作。4. 地磁场产生的原因： 典型例题：例1.磁感线与电场线的联系与区别电场磁场方向规定小磁针 极受力的方向规定 电荷所受电场力的方向描述工具为形象描述磁场而假想的曲线，实际 存在为形象描述电场而假想的曲线，实际不存在疏密表示强弱， 方向表示磁场方向疏密表示强弱， 方向表示电场方向磁铁外部从N极到S极，内部从S极到N极，形成 曲线始于 电荷，终止于 电荷的非闭合曲线不相交不相交例2、关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是（ ）A磁感线可以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磁感线总是从磁铁的北极出发，到南极终止例3、有两根外形基本相同的铁条，已知其中一根是永磁体，另一根是普通软铁，单凭视觉是无法将它们区分开的.若不用其他任何器材，如何才能把它们区分开来?同步练习：1关于磁感线的下列说法中，正确的是（ ）磁感线是真实存在于磁场中的有方向的曲线磁感线上任一点的切线方向，都跟该点磁场的方向相同磁铁的磁感线从磁铁的北极出发，终止于磁铁的南极磁感线有可能出现相交的情况2下列情况可以肯定钢针没有磁性的是（ ）将钢针的一端接近磁体的北极，两者相互吸引，再将钢针的另一端接近磁体的南极，则两者相互排斥 将钢针的一端接近磁体的北极，两者相互吸引，再将钢针的另一端接近磁体的北极，则两者相互排斥 将钢针的一端接近磁体的北极，两者相互排斥，再将钢针的另一端接近磁体的北极，则两者相互吸引,将钢针的一端接近磁体的北极，两者相互吸引，再将钢针的另一端接近磁体的北极 ,则两者相互吸引 3、下列说法正确的是（ ）磁极间的相互作用是通过磁场发生的磁场和电场一样也是客观存在的的物质磁感线是实际存在的线，可由实验得到磁感线类似于电场线，它总是从磁体的极出发终止于 4. 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南极附近 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早 5.条形磁铁上部一小磁针平衡时N 极指向如图 所示，假定磁铁内部也有一小磁针，平衡时如图所示，则下列说法正确的是（ ) A 磁铁c端是 N 极， d 端是 S 极 B 磁铁c端是 S 极， d 端是 N 极 C 小磁针 a 端是 N 极， b 端是 S 极 D 小磁针 a 端是 S 极， b 端是 N 极6 关于磁感线的概念和性质，以下说法中正确的是 ( ) A 磁感线上各点的切线方向就是各点的磁场方向 B 磁场中任意两条磁感线均不可相交 C 铁屑在磁场中的分布所形成的曲线就是磁感线 D 磁感线总是从磁体的 N 极出发指向磁体的 S 极 2.2 电流的磁场学习目标1、了解奥斯特、安培等科学家的实验研究对人们认识电磁现象所起的重要作用2 会用磁感线描绘直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场 3 会用安培定则判断电流的磁场方向 4 培养识图能力和利用图形解决磁学问题的能力学习重点1. 会用磁感线描绘直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场 2. 会用安培定则判断电流的磁场方向学习难点理解和掌握安培定则学习过程 一.电流的磁效应1. 电现象和磁现象的相似性电现象和磁现象有不少相似的地方，例如：磁体使附近铁棒产生 ，带电体能使附近导体 电荷来，自些界中的磁体有 极，自然界中同样存在 ，而且 电荷相互排斥、 电荷相互吸引， 磁极相互排斥， 磁极相互吸引。2 电流的磁效应： 1820 年， 发现：把一根导线平行地放在磁针的上方，给导线通电时，磁针发生了偏转，说明电流也能产生 ，这个现象称为 。3 电流具有磁效应，证明 和 之间是有联系的 二电流磁场的方向1 直线电流的磁场 ( 1 ）判断方法安培定则：右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向，如图 1 所示 ( 2 ）磁感线分布特点直线电流的磁场可有几种不同的画法，如图 2 所示 图中的“ X ”号表示磁场方向垂直进人纸面，“ ”号表示磁场方向垂直离开纸面 直线电流的磁场无磁极，是非匀强磁场，距导线越远处磁场越弱 2 环形电流的磁场 ( l ）判断方法安培定则：让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向 ( 2 ）磁感线的特点两侧分别是 N 极和 S 极，离圆环中心越远，磁场越弱，画法如图 3 所示3 通电螺线管的磁场 ( 1 ）判断方法：用安培定则来判定 ( 2 ）磁感线特点两端分别是 N 极和 S 极，管内是匀强磁场，管外为非匀强磁场，画法如图 4 所示4 几点说明 ( l ）根据安培定则可知，只要知道了电流方向或电流产生的磁场方向中的一个方向，就可以判断出另一个方向 ( 2 ）通电螺线管外部的磁感线和条形磁铁外部的磁感线相似，也是从 N 极出来，进人 S 极通电螺线管内部的磁感线跟螺线管的轴线平行，方向由 S 极指向 N 极，并和外部的磁感线连接，形成一些环绕电流的闭合曲线 ( 3 ）再对比通电螺线管外部的磁感线和环形电流的磁感线，两者具有非常强的相似性，环形电流可以认为是通电螺线管压缩成单匝之后的产物，而通电螺线管则可以认为是环形电流延展后的产物在处理问题的时候，我们常常可以将两种相互等效转换 ( 4 ）不管是磁体的磁场还是电流的磁场，其分布都在立体空间中，要熟练掌握其立体图、纵截面图、横截面图的画法及转换典型例题例1在做“奥斯特实验”时，下列操作现象最明显的（ ）A 沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的延长线上 B 沿电流方向放置时，使磁针在导线的正下方 C 电流沿南北方向放置在磁针的正上方 D 电流沿东西方向放置在磁针的正上方例2 如图所示，利用安培定则判断电流方向或磁场方向。例3放在通电螺线管里面的小磁针保持静止时，N极的指向是怎样的两位同学的回答相反，甲说，小磁针的位置如图甲所示，因为管内的磁感线向右所以小磁针的 N 极指向右方；乙说，小磁针的位置图乙所示，他的理由是通电螺线管的 N 极在右侧，据异名磁极相吸引可知，小磁针的 S 极指向右方，的看法是怎样的？他们谁的答案错了？错在哪里？同步练习：1奥斯特实验说明了（ ）A 磁场的存在 B 磁场具有方向性 C ，通电导线周围存在磁场 D 磁体间有相互作用 2.下列说法中正确的是（ )A 磁极与电流间的相互作用是磁极的磁场和电流的电场产生的 B 磁极与电流间的相互作用是通过磁场产生的 C 电流与电流间的相互作用是通过电场产生的 D 电流与电流间的相互作用是通过磁场产生的3. 如图所示，带负电的金属环绕轴仪了以某角速度匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是（ )A . N 极竖直向上 C . N 极沿轴线向左 B . N 极竖直向下 D . N 极沿轴线向右4.如图所示，两根非常靠近且互相垂直的长直导线，当通以如图所示方向的电流时，电流所产生的磁场在导线所在平面内的哪个区域内方向是一致且向里的（ ) A 区域 1 B 区域 11 C 区域 m D 区域 W2.3 磁场对通电导线的作用学习目标1.知道什么是安培力，知道决定安培力大小和方向的因素 2 .理解磁感应强度的定义式和物理义3 .会用安培力公式进行简单的分析计算 4 .了解电动机的工作原理学习重点1. 理解磁感应强度的定义式和物理义2. 会用安培力公式进行简单的分析计算学习难点会用安培力公式进行简单的分析计算学习过程一安培力1.定义： 在磁场中受到的力称为安培力。2.大小：通电导线在磁场中受到的安培力的大小，既跟 成正比，又跟导线中的 成正比，以及跟磁场的 成正比。3.公式： 4.适用条件：导线L与磁感应强度B垂直，平行放入时不受安培力。5.方向的判断：左手定则： （1）左手定则说明了磁场方向，电流方向，安培力方向三者之间的关系。（2）三个方向两两互相垂直。二磁感应强度：1.磁场的基本性质：磁场对放入其中的 有力的作用。2.定义：在磁场中 于磁场方向的通电导线，所受的安培力F跟 和 的乘积IL的比值叫做磁感应强度。3.定义式： 4.物理意义：描述 的物理量。5.单位： 符号： 6.性质：磁感应强度是矢量，方向为 三两平行通电直导线的相互作用：1.电流间的相互作用是通过磁场实现的，即电流首先产生磁场，另外一个电流在这个磁场中受到磁场力；同理，另外一个电流产生产生磁场。另外一个电流在这个磁场中受到磁场力。电流产生磁场用右手定则判断方向，磁场力方向用左手定则。2. 同向电流相互 ，反向电流相互 。四电动机1.电动机的主要组成：定子： 转子： 电刷，换向器：将电流持续供给线圈并适时改变流入线圈中电流的方向，确保转子持续旋转。2.原理：通电线圈在磁场中受安培力的作用而旋转。3.应用：录音机，计算机，电动玩具，电力机车，电梯等一切电动装置中都应用了电动机。典型例题:例1下列说法正确的是（ ）A磁场中某处磁感强度的大小，等于长为L，通以电流I的一小段导线放在该处时所受磁场力F与乘积IL的比值B一小段通电导线放在某处如不受磁场力作用，则该处的磁感应强度为零C因为BFIL，所以磁场中某处磁感应强度的大小与放在该处的导线所受磁场力F的大小成正比，与IL的大小成反比D磁场中某处磁感应强度的大小与放在磁场中的通电导线长度、电流大小及所受磁场力的大小均无关2.磁感应强度和电场强度的对比：磁感应强度B电场强度E物理意义定义式场线的性质场的叠加单位IBABIBIBCIBD3如图所示的四种情况，通电导体均置于匀强磁场中，其中通电导线不受安培力的是（ ）同步练习1、下列说法中错误的是( )A.磁场中某处的磁感应强度大小，就是通以电流I、长为的一小段导线放在该处时所受磁场力F与、的乘积的比值B.一小段通电导线放在某处不受磁场力作用，则该处一定没有磁场C.一小段通电导线放在磁场中A处时受磁场力比放在处大，则处磁感应强度比处的磁感应强度大D.因为L，所以某处磁感应强度的大小与放在该处的通电小段导线L乘积成反比2.如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动，当导线通过图示方向电流时，导线的运动情况是（从上往下看）（ ）A顺时针方向转动，同时下降 B顺时针方向转动，同时上升C逆时针方向转动，同时下降 D逆时针方向转动，同时上升abcd3.如图所示，三根通电直导线垂直纸面放置，位于b、c、d处，通电电流大小相同，方向如图。a位于bd中点。则a点的磁感应强度方向是( )A垂直纸面指向纸里B垂直纸面指向纸外C沿纸面由a指向b D沿纸面由a指向c4水平桌面上放条形磁铁，磁铁正中上方吊着导线与磁铁垂直，导线中通入向纸内的电流，如图所示，产生的情况是：( )A悬线上的拉力没有变化；B悬线上的拉力变大；C悬线上的拉力变小； D条形磁铁对桌面压力变小BabI5.如图所示，长L、质量为m的金属杆ab，被两根竖直的金属丝静止吊起，金属杆ab处在方向垂直纸面向里的匀强磁场中当金属杆中通有方向ab的电流I时，每根金属丝的拉力大小为T当金属杆通有方向ba的电流I时，每根金属丝的拉力大小为2T求磁场的磁感应强度B的大小?2.4 磁场对运动电荷的作用学习目标：1.知道什么是洛伦兹力2.知道电荷运动方向与磁感应强度的方向平行时，电荷受到的洛伦兹力最小，等于零；电流方向与磁感应强度方向垂直时，电荷受到的洛伦兹力最大，等于qvB。3.会用左手定则判断洛伦兹力的方向。4.了解电子束的磁偏转原理及其在技术中的应用。学习重点、难点：1、会用公式F=qvB解答有关问题。2、会用左手定则解答有关带电 粒子在磁场中受力方向的问题。学习过程：一、磁场对运动电荷存在作用力1、洛伦兹力：_对_的作用力叫做洛伦兹力。2、通电导线在磁场中所受的_是洛伦兹力的宏观表现。洛伦兹力是 的微观解释。二、洛伦兹力1.方向：洛伦兹力的方向由_定则判定伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，那么大拇指所指的方向就是运动电荷所受的洛伦兹力方向。（1）对于正电荷：四指指向电流方向即指向_。（2）对于负电荷：四指指向电流方向即指向_。2.洛伦兹力的大小洛伦兹力大小计算式：_3、洛伦兹力的特点a、洛伦兹力的方向既垂直于_，又垂直于_，即垂直于_和_组成的平面。b、洛伦兹力对电荷不做功，只改变速度_，不改变速度的_。三电子束的磁偏转：1.偏转轨迹为 2.影响轨迹半径大小的因素为： ， 。由洛伦兹力特提供向心力，即 ，得r= 即 ，得T= 注：带电粒子在磁场中做圆周运动时，其周期与粒子的速度无关。四洛伦兹力的应用：（一）显像管1.显像管工作原理示意图如图所示。2.电子枪的作用： 3.工作原理：显像管工作时，阴极发射电子，加速后电子在偏转磁场作用下打到荧光屏上不同位置，荧光屏因大量电子撞击发光而形成图像。4.扫描：电子束打在荧光屏上的发光点，按一定规则不断在水平方向，竖直方向移动叫扫描。电子束从最上一行扫描到最下一行扫描一遍叫做一场。电视机中每秒进行50场扫描。（二）回旋加速器1.基本构造：如右图所示（1）粒子源 （2）两个D形金属盒 （3）匀强磁场 （4）高频电源（5）粒子引出装置 （6）真空容器2.基本原理：它利用了磁场能改变带电粒子的运动轨迹的原理，一个带电粒子如果以垂直磁感线的方向打进磁场的话它会做圆周运动，向心力由洛伦兹力提供，如果只有个磁场的话它会一直做圆周运动，所以在它两边加上电压，这样，每次它运动到两电板之间时都会被加速。典型例题例1.试判断下图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向.例2. 下列说法正确的是（ ）A运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛伦兹力作用B运动电荷在某处不受洛伦兹力作用，则该处的磁感应强度一定为零C洛伦兹力即不能改变带电粒子的动能，也不能改变带电粒子的动量D洛伦兹力对带电粒子永不做功例3、如图所示，一个带正电q的小带电体处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B，若小带电体的质量为m，为了使它对水平绝缘面正好无压力，应该（ ）A使B的数值增大B使磁场以速率 v，向上移动C使磁场以速率v，向右移动D使磁场以速率v，向左移动课堂练习：abII1如图所示，在铁环上用绝缘导线缠绕两个相同的线圈a和ba、b串联后通入方向如图所示的电流I，一束电子从纸里经铁环中心射向纸外时，电子将 （ ）A向下偏转 B向上偏转 C向左偏转 D向右偏转2关于洛伦兹力的方向，下列说法中正确的是 （ ）A洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷的速度方向，可以不垂直于磁场方向B洛伦兹力的方向总是垂直于磁场方向，可以不垂直于运动电荷的速度方向C洛伦兹力的方向有可能既不垂直于磁场方向，也不垂直于运动电荷的速度方向D洛伦兹力的方向总是既垂直于运动电荷的速度方向，又垂直于磁场方向I3如图所示，在示波管下方有一根水平放置的通电直电线，则示波管中的电子束将 ( )A向上偏转；B向下偏转；C向纸外偏转；D向纸里偏转Iv4如图所示，在通电直导线下方，有一电子沿平行导线方向以速度v开始运动，则（ ）A将沿轨迹I运动，半径越来越小 B将沿轨迹I运动，半径越来越大 C将沿轨迹II运动，半径越来越小 D将沿轨迹II运动，半径越来越大 yzxEBAyzxBEByzxEBCyzxEBD5在如下匀强电场和匀强磁场共存的区域内，电子有可能沿x轴正方向做直线运动的是( )1、磁场和磁性材料学习目的：1、了解磁化与退磁现象及其实质。2、知道磁畴的概念。3.了解磁性材料及其分类4.了解磁性材料的应用及其发展学习重点：磁化与退磁现象及其实质学习难点：理解安培分子电流假说；掌握磁现象的电本质；了解铁磁性材料以及它的一般应用。学习过程：我国是世界上最早发现磁现象的国家，早在战国末年就有磁铁的记载，我国古代的四大发明之一的指南针就是其中之一。指南针的发明为世界的航海业做出了巨大的贡献。在现代，磁现象与日常生活、科技密切相关，本节我们研究一下磁现象的本质。一磁化1.定义：使原来没有磁性的物体获得 的过程叫做磁化。使原来有磁性的物体 磁性的过程叫做退磁。2.磁畴：（1）定义：铁磁性物质是由很多已经 的小区域组成的，这些磁化的小区域叫做磁畴。（2）大小：现代技术证明了磁畴的存在，其大小为 3.实质：（1）磁化：由于外磁场的影响， 的磁化方向 地排列起来。（2）退磁：高温，剧烈震动时，磁畴的 会被打乱。二磁性材料：1.分类（1）按磁化后的磁性强弱来分： ， ， 以及它们的合金，还有一些 磁化后的磁性比其他物质强得多，这些物质叫做磁性物质，也叫强磁性物质。（2）按剩磁强弱来分：a.硬磁性材料:在外磁场撤去后，各磁畴的方向仍能很好地 ，物体具有很强的 。b.软磁性材料:在外磁场撤去后，各磁畴的方向又变得 ，物体没有明显的 。三磁性材料的发展：1.技术的需求推进了 的基础研究。2.半导体收音机的无线磁棒，是用一种叫 的新型磁性材料制造的。3.合金 研制成功，金属磁性材料的应用越来越广。四磁记录1.磁卡背面的黑条，录音机，录像机上用的磁带，电子计算机上用的磁盘都含有磁性录用的磁性材料。2.地磁场留下的记录：地磁场也会对含有 材料的岩石起作用，据推测，地磁场的强度和方向随时间的推移在不断 ，大约每过100万年，地磁场南北极会完全 一次。五、分子电流假说为了说明磁场都是由_产生的，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一个微小磁体，它的两侧相当于两个小磁极，并且这两个磁极跟分子电流不可分割地联系在一起。典型例题例1.关于磁现象的电本质，下列说法中正确的是：（ ）A有磁必有电荷；有电荷必有磁B一切磁现象都起源于电荷或电流，一切磁作用都是电流或运动电荷之间通过磁场而发生的相互作用C除永久磁铁外，一切磁场都是由运动电荷或电流产生的D根据安培的分子环流假说，在外界磁场作用下，物体内部分子电流取向大致相同时，物体就被磁化，两端形成磁极例2简要说明利用银行卡在ATM机上存取款的基本原理。例3.随着社会的发展，信息记录的方法和