物理人教版高中必修三（2019年新编）13-1 磁场 磁感线（教案）

13.1磁场磁感线学习目标：1．认识磁现象，知道磁场、磁感线的概念。2．知道磁场是客观存在的物质，了解电流的磁效应。3．了解地磁场的分布、变化，以及对人类生活的影响。重点：1．知道磁极和电流的周围都存在磁场，磁场是一种特殊的物质。2．知道地磁场的特点及应用。难点：磁场概念的形成及磁场的基本性质。知识点一、磁现象1．磁性：物质吸引铁、钴、镍等物质的性质。2．磁体：具有磁性的物体，如磁铁。3．磁极：磁体上磁性最强的区域。（1）任何磁体都有两个磁极，一个叫北极（N极），另一个叫南极（S极）。并且，任何一个磁体都有两个磁极，无论怎样分割磁体，磁极总是成对出现，不存在磁单极。（2）同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。磁极之间不相互接触也能发生力的作用，如图。知识点二、电流的磁效应1．电现象与磁现象的联系：（1）磁体总存在着两个磁极，自然界中存在两种电荷。（2）同种电荷相互排斥，同名磁极相互排斥；异种电荷相互吸引，异名磁极相互吸引。2．奥斯特实验：将导线沿南北方向放置在磁针的上方，通电时磁针发生了转动。3．实验意义：奥斯特实验发现了电流的磁效应，即电流可以产生磁场，首次揭示了电与磁的联系，揭开了人类对电磁现象研究的新纪元。4．对奥斯特实验的理解（1）奥斯特实验方法：①把水平导线沿南北方向放在小磁针的上方，让电流分别由南向北和由北向南通过。②将水平导线移到小磁针的正下方，让电流再次由南向北和由北向南通过。（2）观察到的现象：以上四种情况下小磁针均发生了偏转，但两次偏转的情况有所不同，小磁针稳定后的N极指向正好相反。（3）实验结论：导线通入电流后，小磁针发生了转动，说明小磁针受到了磁场力的作用，可见电可以生磁．但是通入不同方向的电流时小磁针的转动方向不同，说明通入电流的方向不同，产生的磁现象也不一样。（4）注意事项：为了排除地磁场的影响，使实验现象明显，导线应沿南北方向水平放置在小磁针的正上方。【题1】物理实验都需要有一定的控制条件。奥斯特做电流磁效应实验时，应排除地磁场对实验的影响。关于奥斯特的实验，下列说法中正确的是A．该实验必须在地球赤道上进行B．通电直导线应该竖直放置C．通电直导线应该水平东西方向放置D．通电直导线应该水平南北方向放置【答案】D【解析】小磁针静止时指向南北，说明地磁场的方向为南北方向，当导线南北方向放置时，能产生东西方向的磁场，把小磁针放置在该处时，可有明显的偏转，故选项D正确。【题2】在做“奥斯特实验”时，下列操作中现象最明显的是A．沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的延长线上B．沿电流方向放置磁针，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【答案】C【解析】在做“奥斯特实验”时，为减弱地球磁场的影响，导线应南北放置在小磁针的正上方或正下方，这样电流产生的磁场为东西方向，会使小磁针有明显的偏转。若导线东西放置，电流所产生的磁场为南北方向，小磁针有可能不发生偏转，故A、B、D错，C正确。【题3】奥斯特实验说明了A．磁场的存在B．磁场的方向性C．电流可以产生磁场D．磁场间有相互作用【答案】C【解析】奥斯特实验中电流能使静止的小磁针发生偏转，说明电流周围能产生磁场，故正确答案为C。知识点三、磁场1．定义：磁体或电流周围存在的一种特殊物质，能够传递磁体与磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之间的相互作用。2．基本性质：对放入其中的磁体或电流产生力的作用。所有与磁现象有关的相互作用，都是通过磁场发生的，可与电荷间的相互作用相类比。3．产生：（1）永磁体周围。（2）电流的周围（运动电荷的周围）。4．对磁场的理解（1）磁场的基本特性：对处在它里面的磁极或电流有力的作用。（2）磁场的客观性：磁场虽然不是由分子、原子组成的，但它能够对放入其中的磁极、电流产生力的作用，它是客观存在的，虽然我们看不见它，但可以通过很多磁现象感知它的存在，因此它与前面学过的电场一样，也是一种物质。（3）特殊性质：磁场和常见的由分子、原子组成的物质不同，不是以微粒形式存在，而是以一种场的形式存在。（4）运动电荷的磁场：电流是由于电荷做定向移动形成的，因此运动电荷周围不但有电场，同时也产生磁场。（5）磁体与磁体间有力的作用，磁体与可被磁化的非磁体也有磁力的作用，但一定是吸引力。因此，若两物体间磁力是吸引力，则其中必有一个具有磁性，若两物体间是排斥力，则两物体必都有磁性。（6）磁场的方向性：磁场是具有方向的。所谓磁场的方向就是小磁针在磁场中其北极受力的方向，即小磁针静止时其北极所指的方向。【特别提醒】自然界有两种基本的物质形态：实物和场。（1）实物即具体的、有形的物质形态，由物质粒子组成。（2）场是物质的另一种存在形态，和实物一样也是一种客观存在物，具有质量、能量、动量等物质的基本属性。【题4】以下说法正确的是A．磁极与磁极间相互作用是通过磁场产生的B．电流与电流间相互作用是通过电场产生的C．磁极与电流间的相互作用是通过电场与磁场而共同产生的D．磁场和电场是同一种物质【答案】A【解析】电流能产生磁场，在电流的周围就有磁场存在，不论是磁极与磁极间还是电流与电流间、磁极与电流间，都有相互作用的磁场力，磁场是磁现象中的一种特殊物质，它的基本特点是对放入磁场中的磁极、电流有磁场力的作用；而电场是电荷周围存在的一种特殊物质，其最基本的性质是对放入电场中的电荷有电场力的作用，它不会对放入电场中的磁极产生力的作用。因此，磁场和电场是两种不同的物质，各自具有其本身的特点。【题5】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时，下述说法中正确的是A．A、B一定相互吸引B．A、B一定相互排斥C．A、B间可能无磁场力作用D．A、B可能相互吸引，也可能相互排斥【答案】D【解析】磁体可以使原来没有磁性的铁棒磁化而吸引铁棒，也可以是因为两个磁体的异名磁极相互吸引，这是吸引的两种情况，而排斥只有两个磁体间才可能发生。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，只是在小磁针磁场作用下暂时被磁化的结果．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发生相互吸引作用；若A有磁性，则A、B两磁体都分别有北极和南极，当它们的同名磁极互相靠近时，互相排斥；当异名磁极互相靠近时，互相吸引，这说明不论A有无磁性，它们之间总有磁场的作用，故正确答案为D。【题6】如果你看过中央电视台体育频道的围棋讲座就会发现，棋子在竖直放置的棋盘上可以移动，但不会掉下来。原来，棋盘和棋子都是由磁性材料制成的。棋子不会掉落是因为A．质量小，重力可以忽略不计B．受到棋盘对它向上的摩擦力C．棋盘对它的吸引力与重力平衡D．它一方面受到棋盘的吸引，另一方面还受到空气的浮力【答案】【解析】对棋子受力分析如图，据平衡条件，棋子受向上的静摩擦力，且大小等于重力。知识点四、安培定则1．直线电流的磁场：右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向，如图甲所示。2．环形电流的磁场：让右手弯曲的四指与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轴线上磁场的方向，如图乙所示。3．通电螺线管的磁场：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟螺线管电流方向一致，拇指所指的方向就是螺线管轴线上磁场的方向，或拇指指向螺线管的N极，如图丙所示。知识点五、磁感线1．磁场的方向规定：小磁针静止时N极所指的方向。2．磁感线：用来形象地描述磁场的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致。3．磁感线的疏密表示磁场的强弱。【题7】下列关于磁感线的说法正确的是A．磁感线可以形象地描述磁场的强弱与方向B．磁感线总是从磁铁的N极发出，到S极终止C．磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列的曲线，没有细铁屑的地方就没有磁感线D．沿磁感线的方向磁场逐渐减弱【答案】A【解析】磁场是一种看不见的特殊物质，人们为了形象地描绘磁场而引入了磁感线这一假想的曲线，它可以表示磁场的强弱与方向，选项A正确；磁感线都是闭合曲线，选项B错误；磁感线是人们假想的曲线，与有无铁屑无关，选项C错误；磁场的强弱由磁感线的疏密程度表示，而与磁感线的方向无关，选项D错误。4．磁感线的特点（1）为形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在。（2）磁感线的疏密表示磁场的强弱，密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱。（3）磁感线的方向：磁体外部从N极指向S极，磁体内部从S极指向N极。（4）磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断。（5）磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向。5．常见永磁体的磁场条形磁铁蹄形磁铁异名磁极同名磁极6．三种常见的电流的磁场安培定则立体图横截面图纵截面图直线电流以导线上任意点为圆心垂直于导线的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱环形电流内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏通电螺线管内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，由N极指向S极7．磁感线与电场线的比较比较项目磁感线电场线相同点意义为了形象地描述磁场的方向和强弱而假想的线为了形象地描述电场的方向和强弱而假想的线方向线上各点的切线方向就是该点的场方向疏密表示磁场强弱表示电场强弱特点在空间不相交、不相切、不中断除电荷处外，在空间不相交、不相切、不中断不同点闭合曲线始于正电荷或无限远处，止于负电荷或无限远处。不闭合的曲线【题8】（多选）如图所示，螺线管中通有电流，如果在图中的a、b、c三个位置上各放一个小磁针，其中a在螺线管内部，则A．放在a处的小磁针的N极向左B．放在b处的小磁针的N极向右C．放在c处的小磁针的S极向右D．放在a处的小磁针的N极向右【答案】BD【解析】由安培定则，通电螺线管的磁场如图所示，右端为N极，左端为S极，在a点磁场方向向右，则小磁铁在a点时，N极向右，A错误，D正确；在b点磁场方向向右，则磁针在b点时，N极向右，B正确；在c点，磁场方向向右，则磁针在c点时，N极向右，S极向左，C错误。【题9】如图所示为磁场、磁场作用力演示仪中的赫姆霍兹线圈，当在线圈中心处挂上一个小磁针，且与线圈在同一平面内，则当赫姆霍兹线圈中通以如图所示方向的电流时A．小磁针N极向里转B．小磁针N极向外转C．小磁针在纸面内向左摆动D．小磁针在纸面内向右摆动【答案】A【解析】由于线圈中电流沿顺时针方向，根据安培定则可以确定，线圈内部轴线上磁感线方向垂直于纸面向里。而小磁针N极受力方向和磁感线方向相同，故小磁针N极向里转，A正确。知识点六、地球的磁场1．地磁场：地球由于自身具有磁性而在其周围产生的磁场叫做地磁场。地磁场与条形磁铁的磁场相似。2．地磁两极和地理两极的关系：地磁南极（S极）在地理北极附近，地磁北极（N极）在地理南极附近，二者并不重合。3．磁偏角：地磁轴和地球自转轴两者的夹角大约为11°，这个交角叫做磁偏角。4．地磁场特点；条形磁体的磁场相似（1）地磁两极与地理两极并不重合，地磁场的N极在地理南极附近，地理南极正上方磁场方向竖直向上；S极在地理北极附近，地理北极正上方磁场方向竖直向下。（2）地磁场的方向在南半球指向北上方，在北半球指向北下方，与地球表面并不平行。（3）在赤道平面正上方，到地心等距离的各点，磁场的强弱相等，且方向水平向北。5．影响：由于磁场对运动电荷有力的作用，故射向地球的带电粒子，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。6．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。7．地磁场一、二、三一种模型、一个夹角：地球的磁场与条形磁铁的磁场类似，可以将地球看成一个N极在地球南极，S极在地球北极的条形磁铁，地理南北极与地磁南北极并不完全重合，二者之间有一定的夹角，即磁偏角。两个特殊位置：（1）南北极.在地球两极处的磁场方向竖直向上或竖直向下，该处的指南针将竖直向上指或竖直向下指.（2）赤道.在赤道处的磁场方向水平向北。三种作用：（1）保护地球免受宇宙射线的危害；（2）指明方向，用于导航；（3）据磁异常探矿等。【特别提醒】地球上不同的地点地磁场的方向不同，水平分量由南指向北，竖直分量在南半球竖直向上，在北半球竖直向下，因此当涉及到地磁场的问题时，要注意明确在地球上的位置。【题10】地球是一个大磁体：①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；②地磁场的北极在地理南极附近；③赤道附近地磁场的方向和地面平行；④北半球地磁场方向相对地面是斜向上的；⑤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A．①②④B．②③④C．①⑤ D．②③【答案】D【解析】本题考查地球磁场的特点与分布，地球的磁场与条形磁铁的磁场相似，主要有三个特点：（1）地磁场的N极在地理南极附近，S极在地理北极附近，磁感线分布如图所示。（2）地磁场B的水平分量（Bx）总是从地理南极指向北极，而竖直分量（By）则南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球