高中物理老教材讲义：第3章 1 磁现象和磁场

1磁现象和磁场[学习目标]1.了解磁现象，知道磁体、磁极、磁性、磁场等概念，明确磁体之间、磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间的相互作用是通过磁场发生的.2.了解电流的磁效应，体会奥斯特发现电流的磁效应的重要意义.3.了解地磁场的分布情况和地磁两极的特点．一、磁现象1．磁性：物体具有的吸引铁质物体的性质．2．磁极：磁体的各部分磁性强弱不同，磁性最强的区域叫磁极．(1)磁体有两个磁极，一个叫N极(又叫北极)，另一个叫S极(又叫南极)．(2)同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引．二、电流的磁效应1．奥斯特实验：把导线沿南北方向放置在指向南北的磁针上方，通电时磁针发生了偏转．2．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．三、磁场1．磁体与磁体之间、磁体与通电导体、通电导体与通电导体之间都能产生相互作用．这些相互作用是通过磁场发生的．2．磁体、通电导体周围都存在着磁场．磁场是一种看不见、摸不着的特殊物质．四、地球的磁场1．地磁场：地球本身是一个磁体，N极位于地理南极附近，S极位于地理北极附近．2．磁偏角：小磁针的指向与地理子午线(经线)之间的夹角．判断下列说法的正误．(1)首先发现电流的磁效应的是丹麦物理学家奥斯特．(√)(2)任何两个磁体之间产生的磁场力总是大小相等、方向相反．(√)(3)单独一个带电体可以只带正电荷(或负电荷)，同样磁体也可以只有N极或S极．(×)(4)磁极和磁极之间的相互作用是通过磁场产生的．(√)(5)电流和电流之间的相互作用是通过电场产生的．(×)(6)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．(×)一、磁现象磁场(1)取一个条形磁铁，把一枚大头针分别靠近磁铁的两端和中部，观察到什么现象？(2)取两个条形磁铁，分别将它们的同名磁极、异名磁极相互靠近，观察到什么现象？(3)如图1所示，通电导线放在磁铁附近，悬挂导线的细线偏离竖直方向，说明通电导线受到力的作用，磁铁对通电导线的作用力是如何产生的？图1答案(2)将条形磁铁的同名磁极靠近，相互排斥；将条形磁铁的异名磁极靠近，相互吸引．(3)是通过磁场产生的．1．磁场的客观性：磁场与电场一样，也是一种物质，是一种看不见而又客观存在的特殊物质．存在于磁体、通电导线、运动电荷、变化电场、地球的周围．2．磁场的基本性质：对放入其中的磁极、电流、运动的电荷有力的作用．磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流间的相互作用都是通过磁场发生的．例1(多选)下列说法正确的是()A．磁场是客观存在的一种物质B．磁体上磁性最强的区域叫磁极C．磁体或电流在自己周围的空间会产生磁场D．磁体与磁体间的相互作用是通过磁场发生的，而磁体与通电导体间以及通电导体与通电导体之间的相互作用不是通过磁场发生的答案ABC解析磁场是存在于磁体和通电导体周围的一种客观存在的物质，磁体与磁体、磁体与通电针对训练1(多选)关于磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间的相互作用，以下示意图正确的是()A．磁体eq\x(磁场)磁体B．磁体eq\x(磁场)通电导体C．通电导体eq\x(电场)通电导体D．通电导体eq\x(磁场)通电导体答案ABD解析磁体与磁体、磁体与通电导体、通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的，故A、B、D正确，C错误．二、电流的磁效应将一通电直导线水平放置在小磁针的上方，在导线东西放置和南北放置两种情况下，小磁针是否转动？答案导线东西放置时，小磁针不转动；导线南北放置时，小磁针转动．1．奥斯特实验1820年，丹麦物理学家奥斯特发现，沿南北方向放置的导线通电后，其下方的小磁针发生了偏转，如图2所示．图22．实验的注意事项在做奥斯特实验时，为排除地磁场的影响，导线应南北放置．因为地磁场使小磁针静止时指向南北方向，若导线东西放置，小磁针不偏转．3．电流的磁效应的意义电流的磁效应的发现，首次揭示了电与磁之间的联系，掀开了人类对电磁现象研究的新纪元．例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解析奥斯特发现电流周围存在磁场，对小磁针有磁场力作用，但地磁场也对小磁针有磁场力作用(指向南北)，所以为了避免地磁场的影响，要将导线南北放置，若偏转则说明是通电导线的磁场引起的，且小磁针应放置在导线的正下方或正上方，不能在导线的延长线上，故A、B、D错误，C正确．针对训练2(2019·大连市期中)某同学做奥斯特实验时，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，稍微用手拨动一下小磁针，小磁针转动180°后静止不动，由此可知，通电直导线在小磁针处产生的磁场方向是()A．自东向西 B．自南向北C．自西向东 D．自北向南答案D解析通电前小磁针指南北方向，通电后小磁针不动，说明通电直导线在小磁针处产生的磁场方向还在南北方向；稍微用手拨动一下小磁针，小磁针转动180°后静止不动，说明通电直导线在小磁针处产生的磁场与地磁场方向相反，故D项正确．三、地球的磁场指南针是我国古代四大发明之一，它对促进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，你知道指南针为什么指南吗？答案因为地球是个大磁体，它对指南针有力的作用．1．地磁场的方向地磁N极位于地理南极附近，地磁S极位于地理北极附近，但它们位置的差别不是很大，因此我们一般认为：(1)地理南极正上方磁场方向竖直向上，地理北极正上方磁场方向竖直向下．(2)在赤道正上方，距离地球表面高度相等的点，磁场的强弱相同，且方向水平向北．(3)在南半球，地磁场方向向北偏向上方；在北半球，地磁场方向向北偏向下方．说明在北半球，地磁场的方向可分解为水平向北和竖直向下；在南半球，地磁场的方向可分解为水平向北和竖直向上．2．磁偏角的形成磁偏角是小磁针的指向与正南、正北方向间的夹角，磁偏角的存在是因为地球的地理两极与地磁两极并不重合，小磁针静止时，它的两极分别指向地磁两极而不是地理两极．3．地磁场的作用由于磁场对运动电荷有力的作用，故射向地球的带电粒子的运动方向会发生变化，不能到达地面．因此，地磁场对地球生命有保护作用．例3(多选)(2019·扬州市高二上期末)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3.结合上述材料，下列说法正确的是()图3A．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；且地球内部也存在磁场，只有赤道正上方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正确．1．(对磁场的认识)(多选)关于磁场，下列说法正确的是()A．磁场和电场一样，是一种客观存在的特殊物质B．磁场的基本性质是对处于其中的磁体或通电导体有力的作用C．磁场是看不见、摸不着、实际不存在的，是人们假想出来的一种物质D．磁场是磁体周围或通电导体周围存在的一种物质，有小磁针放入其中时，存在磁场；无小磁针放入其中时，磁场不存在答案AB解析磁场和电场都是客观存在的特殊物质，磁场的基本性质是对放入其中的磁体或通电导体有力的作用，A、B正确；磁场虽然看不见、摸不着，但是它是客观存在的，C、D错误．2．(地磁场、电流磁效应)(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．在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线，导线通电时指南针不偏转答案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．在地磁场中，指南针南北指向，当直导线在指南针正上方平行于指南针南北放置时，通电导线产生的磁场在指南针处是东西方向，所以会使指南针偏转，选项D错误．3．(电流的磁效应)(多选)如图4所示，通电直导线处在蹄形磁铁两极间，受到力F的作用发生摆动，以下说法正确的是()图4A．这个力F是通过磁场产生的B．这个力F没有反作用力C．这个力F的反作用力作用在通电导线上D．这个力F的反作用力作用在蹄形磁铁上答案AD解析蹄形磁铁通过磁铁的磁场对通电导线产生了力的作用，同时通电导线也通过导线的磁场对蹄形磁铁产生了力的作用．4．(地磁场)地球是一个大磁体，它的磁场分布情况与一个条形磁铁的磁场分布情况相似，下列说法正确的是()A．地磁场的方向是沿地球上经线方向的B．地磁场的方向是与地面平行的C．地磁场的方向是从北向南方向的D．地磁场的方向是从南向北方向的答案D考点一磁现象与磁场1．(多选)某同学身边有一个长铁条，为了检验它是否具有磁性，该同学用它的一端靠近能自由转动的小磁针．下列给出了几种可能产生的现象以及相应结论，其中正确的是()A．若小磁针被吸引过来，则说明长铁条一定有磁性B．若小磁针被吸引过来，则长铁条可能没有磁性C．若小磁针被推开，则说明长铁条一定有磁性D．若小磁针被推开，则长铁条可能没有磁性答案BC解析因为磁铁有吸引铁质物体的性质，小磁针有磁性，可吸引长铁条，故若小磁针被吸引过来，长铁条可能没有磁性，选项A错，B对；根据同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引可知，选项C对，D错．2．实验表明磁体能吸引一元硬币，对这种现象解释正确的是()A．硬币一定是铁做的，因为磁体能吸引铁B．硬币一定是铝做的，因为磁体能吸引铝C．磁体的磁性越强，能吸引的物质种类越多D．硬币中含有磁性材料，磁化后能被吸引答案D解析磁体能吸引铁、钴、镍等物质，并不是仅吸引铁，故A错．磁体不能吸引铜、铝等物质，故B错．磁体能吸引的物质种类与磁性强弱无关，故C错．一元硬币为钢芯镀镍，镍是磁性材料，磁化后能被吸引，故D对．3.如图1所示，弹簧测力计下挂一铁球，将弹簧测力计自左向右从条形磁铁上方缓慢移动时，弹簧测力计的示数()图1A．不变B．逐渐减小C．先减小后增大D．先增大后减小答案C解析磁铁上磁极的磁性最强，对铁球的吸引力最大，所以铁球自左向右移动时，所受磁铁的引力先减小后增大，弹簧测力计的示数也随之先减小后增大，故选C.4．(多选)如图2所示，关于磁铁、电流间的相互作用，下列说法正确的是()图2A．甲图中，电流不产生磁场，电流对小磁针力的作用是通过小磁针的磁场发生的B．乙图中，磁体对通电导线的力的作用是通过磁体的磁场发生的C．丙图中电流间的相互作用是通过电流的磁场发生的D．丙图中电流间的相互作用是通过电荷的电场发生的答案BC解析题图甲中，电流对小磁针力的作用是通过电流的磁场发生的；题图乙中，磁体对通电导线的力的作用是通过磁体的磁场发生的；题图丙中，电流对另一个电流力的作用是通过该电流的磁场发生的，综上所述，选项B、C正确．考点二电流的磁效应5．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．磁体间有相互作用答案C解析奥斯特实验中电流能使静止的小磁针发生偏转，说明电流周围存在磁场，即电流可以产生磁场，选项C正确．6.如图3所示，小磁针正上方的直导线与小磁针平行，当导线中有电流时，小磁针会发生偏转．首先观察到这个实验现象的物理学家是()图3A．物理学家伽利略 B．天文学家开普勒C．物理学家牛顿 D．物理学家奥斯特答案D解析发现电流的磁效应的科学家是奥斯特，故选D.考点三地磁场7．(2019·徐州市高二期中)指南针是我国古代的四大发明之一．司南是春秋战国时期发明的一种指南针，如图4所示．它由青铜盘和磁勺组成，磁勺放置在青铜盘的中心，可以自由转动．由于受地磁场作用，司南的磁勺尾静止时指向南方．下列说法正确的是()图4A．磁勺能够指示方向，是利用了地磁场对磁勺的作用B．磁勺的指向不会受到附近磁铁的干扰C．磁勺的指向不会受到附近铁块的干扰D．磁勺的N极位于司南的磁勺尾部答案A8．地球是一个大磁体，关于地磁场有以下几种说法：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．以上描述正确的是()A．①②④B．②③④C．①⑤D．②③答案D解析在地面上放一个小磁针，小磁针的南极指向地磁场的北极，地球的地磁两极与地理两极不重合且相反分布，北半球地磁场方向指向北斜向下，南半球地