物理：3.1《磁现象和磁场》导学案(新人教版选修3-1)

一 磁现象和磁场一 磁现象和磁场 要点导学要点导学 1 本节学习有关磁场的基本知识 通过回顾磁学的发展历史和初中学过的 磁学知识 应该掌握磁场的基本概念 磁感线及其物理意义 知道磁铁 电流 和地球磁场的磁感线分布情况 并会用安培定则判定磁场方向 2 基本磁学概念 磁性 的性质 磁极 磁场 磁体周围空间存在 它的基本性质是对放在其中的磁 体或电流有 的作用 一切磁相互作用都是一种非直接接触的相互作用 必 须通过 来实现 3 描述磁场分布的常用工具 磁感线 描述电场用电场线 描述流体用流线 描述磁场用磁感线 磁感线是指在 磁场中引入的一系列曲线 其上每一点的 方向表示该点的磁场方向 也 是小磁针静止时 的指向 磁感线在磁铁外部由 极到 极 在磁铁内 部由 极到 极 构成一闭合的曲线 磁感线越密处磁场越 磁感线 越疏处磁场越 4 确定电流产生磁场的方向 安培定则 安培定则又称为右手螺旋定则 是确定电流磁场的基本法则 不仅适用于 通电直导线 同时也适用于通电圆环和通电螺线管 对于通电直导线的磁场 使用时大拇指指向表示 方向 弯曲的四指方向表示 的方向 对于通 电圆环或通电螺线管 弯曲的四指方向表示 方向 大拇指的指向表示螺 线管内部的 方向 5 几种常见的磁场的磁感线分布图 直线电流的磁场 如图3 1 1所示为直线电流的磁感线分布图 右手握住直导线 伸直的大拇 指方向与 一致 弯曲的四指方向就是通电直导线在周围空间产生的 的方向 通电直导线在周围产生的磁场是不均匀分布的 垂直于直导线方向 离直 导线越远 磁场 反之越强 环形电流的磁场 如图3 1 2所示 右手弯曲的四指方向与 方向一致 伸直的大拇指的 方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向 大拇指指向磁 的位置 螺线管是由多个环形串联而成 所以通电螺线管与环形电流的磁场的确定 的方法是相同的 运动电荷的磁场 电流是由电荷的定向移动形成的 电流的磁场实质是运动电荷产生的 氢 原子核外的电子由于受到库仑力的作用 绕氢原子核做匀速圆周运动 产生的 电流相当于一个环形电流 由于在一个周期内电子通过环上任意一个截面一次 根据电流强度的定义 电流强度大小为 I e T 圆周运动周期满足 ke2 r2 m 2 T 2r 判断该环形电流的磁场方向时 必须注意 弯曲的四指必须与负电荷运动 的方向相反 即指向正电荷运动的方向 地球磁场 地磁场的磁感线的分布与条形磁铁 通电螺线管的磁场相似 如图3 1 3所 示 与地理南极对应的是地磁北极 与地理北极对应的是地磁南极 不计磁偏 角时 一对条形磁铁组成的磁场分布 如图3 1 4 匀强磁场 如果某个区域里磁感应强度大小 且 相同 这个区域里的磁 场叫做匀强磁场 匀强磁场的磁感线是一组平行且 的直线 匀强磁场是 一种理想化的模型 大的异名磁极之间的磁场 通电螺旋管内部 扣除边缘区 域 的磁场可以近似看作匀强磁场处理 如图3 1 5所示 6 关于磁偏角 指南针并不指向地球的正南和正北 公元11世纪 我国科学家通过长期的 观察发现 指南针的指向并不是地球的正南和正北 而是略微偏离一点 也就 是说地的两极和地磁的两极并不重合 这个偏差 在现代科学技术中可以用磁 偏角来描述 如图3 1 6所示 地理南北极与地磁南北极并不重合 地磁的北极 N 极 在南半球南纬70010 和东经150045 的地方 地磁的南极 S 极 在北半球北纬 70050 和西经960的地方 通过磁针静止位置所作的竖直平面叫做地磁子午面 地磁子午面和地理子 午面做夹的角度叫做磁偏角 实际测量的结果指出 地球各处的磁偏角不同 范例精析范例精析 例例1 1 做奥斯特实验时 把小磁针放在水平的通电直导线的下方 通电后发 现小磁针不动 用手拨动一下小磁针 小磁针转动180o后静止不动 由此可知 通电直导线放置情况是 A 东西向 B 南北向 C 正西南 D 正西北 解析 解析 由于地球磁场的作用 小磁针静止时 N 极指向地球的北极 如果通电 导线是南北方向放置的 则不论电流方向指向南还是指向北 小磁针静止时将 偏离南北方向而指向东西方向 即磁针转动的角度接近900 如果通电导线是东 西方向放置 通以由东向西的电流 则小磁针北极静止时仍然指向地理的北极 如果通以由西向东的电流 则小磁针静止时北极指向地理的南极 所以本题中 的通电导线应东西方向放置 答案 A 是正确的 拓展 拓展 磁针的偏转是由于受到磁场的作用 做奥斯特实验时的磁针既受到地 球磁场的作用 又受到通电直导线的磁场力的作用 如果导线东西方向放置 电流也是在东西方向上 则有可能出小磁针不发生新的偏转 从而误认为电 流不能产生磁场 为了有效地演示电流产生的磁场使小磁针偏转的效果 演示 奥斯特实验时 要求导线南北方向放置 例例2 2 如图3 1 7所示 在全自动洗衣机中 排水阀由程序控制器控制其动 作的 当洗衣机进行排水和脱水工序时电磁铁的线圈通电 使电磁铁的铁心2动 作 牵引排水阀的活塞 排除污水 牵引电磁铁结构如图所示 以下正确的是 A 若 a b 初输入交变电流 铁心2不能吸入线圈中 B 若 a b 初输入交变电流 铁心2能吸入线圈中 C 若某时刻输入控制电流时 a 为正 b 为负 则铁心2的 B 为 S 极 D 若某时刻输入控制电流时 a 为正 b 为负 则铁心2的 B 为 N 极 解析 解析 只要电磁铁通电就具有磁性 就可能吸合铁心 因此答案 B 是正确 的 根据初中学过的右手螺旋定则可知 若输入控制电流时 a 为正 b 为负 则铁心2的右端 B 为 N 极 答案 D 是正确的 拓展 拓展 电磁铁是磁性的一种应用 常用的电磁铁大多做成形 目的是让它 两个磁极可以同时吸引物体 巨大的电磁铁里可以通以强大的电流 从而产生 强大的磁场 充当电磁起重机的提手 吸引起很重的铁块 例例3 已知电流磁场的磁感应线方向或 N S 极方向 请在图3 1 8上标出电 流方向 解析 解析 根据安培定则 各图中的电流方向如图3 1 9所示 拓展 拓展 应用安培定则时 对于通电直导线的磁场 大母指指向表示电流的方向 弯曲的 四指方向表示磁感线的环绕方向 对于通电圆环或通电螺线管 弯曲的四指方向表示电流 方向 大拇指的指向表示螺线管内部的磁感线方向 例例4 如图3 1 10所示的电路中 当开关 S 断开时 螺线管中的小磁针的 N 极指向如图所示 当开关 S 闭合后 试确定小磁针的 N 极指向 解析 解析 由于小磁针放在通电螺线管的内部 就涉及螺线管的内部磁场方向 问题 根据安培定则 螺线管的内部磁感线方向是向左的 所以小磁针静止时 北极应指向左端 拓展 拓展 部分同学用安培定则确定了通电螺线管左端为北极后 就肯定地回 答小磁针静止时 北极应指向右端 这是没有区分内磁场和外磁场的结果 是 受了习惯思维的影响 由于磁感线是闭合的 在内部磁场中 磁感线由南极经 过内部空间回到北极 例例5 电视机显象管的偏转线圈示意图3 1 11 此时电流方向如图所示 试 画出线圈中心的磁场方向 答案 答案 竖直向下 能力训练能力训练 1 首先发现电流产生磁场的科学家是 C A 牛顿 B 阿基米德 C 奥斯特 D 伏特 2 如图3 1 12所示 一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过磁针的上方时 磁针的 S 极向纸内偏转 这一带电粒子束可能是 BC A 向右飞行的正离子束 B 向左飞行的正离子束 C 向右飞行的负离子束 D 向左飞行的负离子束 3 关于磁感线的概念和性质 以下说法中正确的是 A A 磁感线上各点的切线方向就是小磁针静止时北极的指向 B 磁场中任意两条磁感线有可能相交 C 铁屑在磁场中的分布所形成的曲线就是实际存在的磁感线 D 磁感线总是从磁体的 N 极发出终止于磁体的 S 极 4 在图3 1 11中 已知下列各图中的电流方向 请画出相应的磁感线 5 不接触的磁体间的相互作用力 是通过 而发生的 发现电流磁效 应的实验是由物理学家 完成的 磁场 奥斯特 6 如图3 1 12所示 可以自由转动的小磁针静止不动时 靠近螺线管的是 小磁针的 极 若将小磁针放到螺线管内部 小磁针指向与图示位置时的指 向相 填 同 或 反 N 同 7 如图3 1 13所示通电螺线管 试标出它的 N S 极 并在 A 螺线管内部一 点 B C D 四点上各画一小磁针 标出当它们平衡时 N 极的指向 8 如图3 1 14所示 一个电子做逆时针方向的圆周运动 请标出圆心处产 生的磁场方向及小磁针南极的转动方向 9 地球是一个大磁体 1 试在图3 1 15画出地球磁场的磁感线大致分布图 不考虑磁偏角 即 认为磁轴和地轴重合 2 19世纪20年代 以塞贝克 数学家 为代表的科学家已认识到 温度 差会引起电流 安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度差 从而提出如下假设 地球磁场是由地球的环形电流引起的 则该假设中的电流 方向是 注 磁子午线是地球磁场 N 极与 S 极在地球表面的连线 B A 由西向东垂直磁午线 B 由东向西垂直磁子