2017-2018学年高中物理 第三章 磁场 第1讲 磁现象 磁场学案 教科版选修3-1.doc

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第1讲 磁现象 磁场 [目标定位]　1.了解人类对磁现象的认识与应用.2.了解磁场是客观存在的物质，知道磁感线的概念，并能记住几种常见磁场的磁感线分布特点.3.会用安培定则判断电流周围的磁场方向． 一、磁现象 1．我们的祖先在春秋战国时期已发现天然磁石具有吸引铁的现象和指示南北方向的特征． 2．奥斯特发现的电流磁效应翻开了研究电与磁相互关系的新篇章，法拉第发现的电磁感应现象打开了电气化技术时代的大门． 3．某些磁性物质能够把磁场对它的作用记录下来，长久保存并在一定条件下复现． 4．某些动物对地球磁场非常敏感，人体器官也存在磁性． 例1　如图1所示，能自由转动的小磁针水平放置在桌面上．当有一束带电粒子沿与磁针指向平行的方向从小磁针上方水平飞过时，所能观察到的现象是(　　) 图1 A．小磁针不动 B．若是正电荷飞过，小磁针会发生偏转 C．若是负电荷飞过，小磁针会发生偏转 D．若是一根通电导线，小磁针会发生偏转 解析　电流是由运动电荷产生的，当电荷在小磁针上方运动时也会形成电流，从而形成磁场．运动的正、负电荷形成的两种磁场是等效的，均会使小磁针发生转动，故B、C、D均正确． 答案　BCD  二、磁场和磁感线 1．磁场 (1)定义：磁体周围和电流周围都有磁场，一切磁相互作用都是通过磁场来实现的． (2)基本性质：对放入其中的磁体或电流有力的作用． (3)磁场的方向：人们规定，在磁场中某一点小磁针N极所受磁力的方向，就是该点磁场的方向． 2．磁感线 (1)定义：用来形象地描述磁场的方向和强弱的假想的有方向的曲线． (2)特点： ①磁感线上每一点的切线方向为该点的磁场方向． ②磁感线的疏密表示磁场的强弱，曲线疏的地方磁场弱，曲线密的地方磁场强． 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．(填“N”或“S”) ④磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断． 深度思考 (1)用磁感线描述磁场时，总有一些区域没有磁感线通过，这些区域是否一定没有磁场存在？ (2)倘若空间某区域的磁场是由两个或两个以上的磁体或电流产生的，用磁感线描述该区域的磁场时，磁感线能否相交？ 答案　(1)不是．用磁感线描述磁场时，只是定性地画出一些磁感线用来描述该区域的磁场分布，不可能让所有的区域都有磁感线通过，没有磁感线通过的区域仍然可以有磁场分布． (2)不能．若多个磁体或电流的磁场在空间某区域叠加，磁感线描述的是叠加后的合磁场的磁感线分布情况，不能认为该区域有多条磁感线相交． 例2　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．磁极与磁极间是直接发生作用的 D．磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生 解析　磁场和电场一样，是客观存在的物质，磁极与磁极、磁极与电流、电流与电流之间的作用都是通过磁场产生的，选项A正确． 答案　A 磁体的周围和电流的周围都存在磁场．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，但却是一种客观存在的物质． 例3　 关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是(　　) A．磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止的 B．磁感线可以形象地描述各磁场的强弱和方向，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 C．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的 D．两个磁场的叠加区域，磁感线可能相交 解析　条形磁铁内部磁感线的方向是从S极指向N极，A不正确；磁感线上每一点切线方向表示磁场方向，磁感线的疏密表示磁场的强弱，小磁针静止时北极受力方向和静止时北极的指向均为磁场方向，选项B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，选项C不正确；叠加区域合磁场的 方向也具有唯一性，故磁感线不可能相交，D选项错误． 答案　B 磁感线与电场线的比较： 比较项目 磁感线 静电场的电场线 相同点 方向 线上各点的切线方向就是该点的磁场方向 线上各点的切线方向就是该点的电场方向 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 始于正电荷或无穷远处，止于负电荷或无穷远处，不闭合的曲线 三、几种常见的磁场 1．磁体周围的磁场(如图2所示) 图2 2．电流周围的磁场 (1)直线电流的磁场 安培定则：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．这个规律也叫右手螺旋定则. 安培定则 立体图 横截面图 纵截面图 以导线上任意点为圆心的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱 (2)环形电流的磁场 环形电流的磁场可用另一种形式的安培定则表示：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感线的方向． 安培定则 立体图 横截面图 纵截面图 内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏 (3)通电螺线管的磁场 通电螺线管是由许多匝环形电流串联而成的．所以环形电流的安培定则也可以用来判定通电螺线管的磁场，这时拇指所指的方向就是螺线管内部磁场的方向. 安培定则 立体图 横截面图 纵截面图 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 深度思考 磁体和电流都可以产生磁场，环形电流和通电螺线管的磁场与哪种磁体的磁场相似？ 答案　环形电流相当于小磁针，通电螺线管相当于条形磁铁． 例4　 如图3所示，分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针静止时N极的指向或磁感线方向．请画出对应的磁感线(标上方向)或电流方向． 图3 解析　如果已知电流的方向，可用右手螺旋定则判断磁感线的方向．如果已知小磁针静止时N极指向，那么小磁针N极所指方向就是磁感线方向． 答案　用安培定则来判断，分别如下列各图所示． 1．(对磁场的理解)磁性是物质的一种普遍属性，大到宇宙星体，小到电子、质子等微观粒子，几乎都有磁性，地球就是一个巨大的磁体．在一些生物体内也会含有微量磁性物质，鸽子就是利用这种体内外磁性的相互作用来辨别方向的．若在鸽子身上绑一块永久磁铁，且其产生的磁场比附近的地磁场强的多，则在长距离飞行中(　　) A．鸽子仍能如平时一样辨别方向 B．鸽子会比平时更容易辨别方向 C．鸽子会迷失方向 D．不能确定鸽子是否会迷失方向 答案　C 2．(对磁场的理解)(多选)关于磁场，下列说法正确的是(　　) A．其基本性质是对处于其中的磁体或电流有力的作用 B．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 C．磁场是客观存在的一种特殊物质形态 D．磁场的存在与否决定于人的思想，想其有则有，想其无则无 答案　AC 解析　磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流有力的作用，A正确．磁场虽然看不见、摸不着，但是它是客观存在的，B、D错误，C正确． 3．(对磁感线的理解)如图4所示的磁场中同一条磁感线(方向未标出)上有a、b两点，这两点处的磁感应强度(　　) 图4 A．大小相等，方向不同 B．大小不等，方向相同 C．大小相等，方向相同 D．大小不等，方向不同 答案　B 解析　如题图，a点处磁感线比b点处磁感线密，则a点的磁感应强度大于b点的磁感应强度，而某点的切线方向即为该点的磁感应强度的方向．因此它们的方向相同．故B正确，A、C、D错误． 4．(安培定则的理解和应用)(多选)如图5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(　　) 图5 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项错误，D项正确；在b点磁场方向向右，则磁针在b点时，N极向右，B项正确；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项错误． 题组一　磁现象和磁场 1．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 2．如图1所示，一根条形磁铁，左端为S极，右端为N极．下列表示从S极到N极磁性强弱变化情况的图像中正确的是(　　) 图1 答案　C 解析　条形磁铁两极磁性最强，中间磁性最弱，故磁性强弱变化曲线如C选项所示． 3．把铁棒甲的一端靠近铁棒乙的中部，发现两者吸引，而把乙的一端靠近甲的中部时，两者互不吸引，则(　　) A．甲有磁性，乙无磁性 B．甲无磁性，乙有磁性 C．甲、乙都有磁性 D．甲、乙都无磁性 答案　A 解析　磁体具有磁性，能够吸引铁质物体，磁体各个部分的磁性强弱不同，条形磁体两端的磁性最强，叫做磁极，中间的磁性最弱，几乎没有．当铁棒甲的一端靠近铁棒乙的中部，两者互相吸引，说明甲是磁体，具有磁性；把铁棒乙的一端靠近铁棒甲的中部，两者不能相互吸引，说明乙不是磁体，没有磁性． 4．(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． 5．如果你看CCTV－5的围棋讲座，就会发现棋子都是由磁性材料制成的．棋子不会掉下来是因为(　　) 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力，另一方面还受到空气的浮力 答案　B 解析　棋子受力如图所示，磁性棋子受到棋盘的吸引力而对棋盘产生压力，棋盘对棋子有弹力，重力使棋子有向下滑动的趋势，因此棋子受到棋盘对它向上的静摩擦力，此力和重力平衡，使棋子不会掉下来(由于空气浮力远小于重力，故可以忽略不计)．故选B. 6．(多选)月球表面周围没有空气，它对物体的引力仅为地球上的，月球表面没有磁场，根据这些特征，在月球上，图中的四种情况不能够做到的是(　　) 答案　ABC 解析　既然月球表面没有磁场，那么在月球上就不能用指南针定向，所以选项A不能够做到；月球表面周围没有空气，所以无法使用电风扇吹风，而声音也无法传播，所以选项B、C均不能够做到，只有选项D能够做到． 题组二　磁感线及安培定则的应用 7．(多选)关于电场和磁场，下列说法正确的是(　　) A．我们虽然不能用手触摸到电场的存在，却可以用试探电荷去探测它的存在和强弱 B．电场线和磁感线是可以形象描述场强强弱和方向的客观存在的曲线 C．磁感线和电场线一样都是闭合的曲线 D．磁体之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，都是客观存在的物质 答案　AD 解析　 电场和磁场都是客观存在的物质，电场线和磁感线都是假想的曲线，实际并不存在．电场线和磁感线的最大区别在于：磁感线是闭合的，而电场线不是闭合的． 8．(多选)下列图表示磁场的磁感线，依图分析磁场中a点的磁场比b点的磁场强的是(　　) 答案　AC 解析　磁感线的疏密可表示磁场的强弱． 9．如图2所示为某磁场的一条磁感线，其上有A、B两点，则(　　) 图2 A．A点的磁场一定强 B．B点的磁场一定强 C．因为磁感线是直线，A、B两点的磁场一样强 D．条件不足，无法判断 答案　D 解析　由磁场中一根磁感线无法判断磁场强弱． 10．(多选)关于电流的磁场，下列说法正确的是(　　) A．直线电流的磁场只分布在垂直于导线的某一个平面内 B．直线电流的磁感线是一些同心圆，距离导线越远处磁感线越疏 C．通电螺线管外部的磁场分布与条形磁铁相同，在螺线管内部无磁场 D．直线电流、环形电流、通电螺线管的磁场方向都可以用安培定则来判定 答案　BD 解析　通电直导线周围有磁场，磁场的磁感线位于跟导线垂直的平面内，与导线垂直的平面有无数个，因此整个导线周围都有磁场，如图只是画出了其中一个平面内磁场的磁感线，所以选项A错误；跟导线垂直的某一个平面内，磁感线分布并不均匀，离导线越近，磁感线越密集，反之，越稀疏，故选项B正确；将小磁针放在螺线管的内部和外部，都受到磁场力作用而发生偏转，这说明通电螺线管的内部和外部都有磁场，选项C错误；安培定则是描述电流以及电流产生的磁场方向的规律，选项D正确．  11.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，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图3.结合上述材料，下列说法不正确的是(　　) 图3 A．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．地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用 答案　C 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，只有赤道上空磁场的方向才与地面平行；对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子的速度方向与地磁场方向不会平行，一定受到地磁场力的作用，故C项说法不正确的． 12．如图4所示，a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右侧，当这些小磁针静止时，小磁针N极的指向是(　　) 图4 A．a、b、c均向左 B．a、b、c均向右 C．a向左，b向右，c向右 D．a向右，b向左，c向右 答案　C 解析　小磁针静止时N极的指向与该点磁感线方向相同，如果a、b、c三处磁感线方向确定，那么三枚小磁针静止时N极的指向也就确定了．所以，只要画出通电螺线管的磁感线如图所示，即可知a磁针的N极向左，b磁针的N极向右，c磁针的N极向右．