2017-2018學(xué)年高中物理 第三章 磁場 1 磁現(xiàn)象 磁場學(xué)案 教科版選修3-1

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1、 1.磁現(xiàn)象　磁場 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1.了解我國古代在磁現(xiàn)象方面的研究成果及其對人類文明的推動和影響． 2．知道磁場的概念，理解一切磁相互作用都是通過磁場來實(shí)現(xiàn)的．(重點(diǎn)) 3．知道磁感線，會用磁感線描述磁體和電流周圍的磁場．(重點(diǎn)) 4．會用安培定則判斷直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管周圍的磁場方向．(重點(diǎn)、難點(diǎn)) 　　磁 現(xiàn) 象 和 磁 場 1．磁體間的相互作用：天然磁石和人造磁鐵，都具有吸引鐵的現(xiàn)象和指示南北方向的特征，利用磁體對鐵、鈷、鎳的吸引力，人們做成了門吸、提包扣，帶磁性的螺絲刀等，利用指示南北方向的特征人們發(fā)明了指南針，并用于

2、航海． 2．電與磁的相互聯(lián)系：奧斯特發(fā)現(xiàn)的電流磁效應(yīng)，翻開了研究電與磁相互關(guān)系的新篇章，法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象打開了電氣技術(shù)時(shí)代的大門，利用電與磁的相互聯(lián)系，人們發(fā)明了喇叭、耳機(jī)、電動機(jī)等． 3．信息技術(shù)中的磁現(xiàn)象：某些磁性物質(zhì)能夠把磁場對它的作用記錄下來，于是人們制成了信息的磁存儲部件或設(shè)備，如磁帶、磁盤、磁鼓、磁卡等． 4．生物體中的磁現(xiàn)象：研究表明，磁現(xiàn)象廣泛存在于生命活動之中，人體器官也存在磁性，利用生物體中的磁現(xiàn)象診斷疾?。喝缧拇艌D、腦磁圖等． 5．磁場：磁體周圍和電流周圍都存在磁場，一切磁相互作用都是通過磁場來實(shí)現(xiàn)的． 人們規(guī)定，在磁場中某一點(diǎn)小磁針N極所受磁力的方向，

3、就是該點(diǎn)磁場的方向． 1．磁與電緊密聯(lián)系，有磁必有電，有電必有磁．(×) 2．奧斯特電流的磁效應(yīng)說明了磁場可以產(chǎn)生電流．(×) 3．磁場不是真實(shí)存在的，而是一種理想化的模型．(×) 把一個磁體從中間分開后每一部分各有一個磁極嗎？ 【提示】　把一個磁體從中間分開后每一部分還是各有兩個磁極． 如圖3-1-1所示，物理學(xué)家奧斯特通過該裝置得出了電流磁效應(yīng)． (1)小磁針?biāo)椒胖?，若?dǎo)線中沒有通電流，靜止時(shí)它的N極指向何方？ (2)若給導(dǎo)線通電時(shí)，小磁針發(fā)生了明顯的偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)線應(yīng)該如何放置？小磁針為何會在導(dǎo)線通電時(shí)發(fā)生偏轉(zhuǎn)？ 圖3-1-1 【提示】　(1)導(dǎo)線沒有

4、通電時(shí)，N極指向北方． (2)導(dǎo)線應(yīng)沿南北方向水平放置在小磁針上方． 原因是電流可以產(chǎn)生磁場． 1．電流的磁場 1820年丹麥物理學(xué)家奧斯特首先發(fā)現(xiàn)：電流周圍存在磁場——電流的磁效應(yīng)． 2．磁場的客觀性 磁場是磁體和電流周圍存在的一種特殊物質(zhì)，它雖然看不見、摸不著，但它能夠?qū)Ψ湃肫渲械拇艠O、電流產(chǎn)生力的作用，它是客觀存在的． 3．磁場的存在形式 磁場和常見的由分子、原子組成的物質(zhì)不同，不是以微粒的形式存在，而是以場的形式存在． 4．磁場的基本性質(zhì) 磁極與磁極之間，磁極與電流之間，電流與電流之間都是通過磁場相互作用的，基本性質(zhì)是對放入其中的磁體或電流能產(chǎn)生力的作用．

5、 　(多選)關(guān)于磁場和電場，下列說法中正確的是(　　) A．磁場和電場一樣，是同一種物質(zhì) B．磁場的最基本特性是對處在磁場中的磁極或電流有磁場力的作用 C．磁體與通電導(dǎo)體之間的相互作用是通過磁場進(jìn)行的 D．電流與電流之間的相互作用是通過電場進(jìn)行的 【解析】　磁場與電場的基本性質(zhì)不同、產(chǎn)生的原因不同，因此不是同一種物質(zhì)．故A錯誤．磁場的基本特性是對放入其中的磁極或電流有力的作用，B正確．磁體與磁體之間、磁體與電流之間、電流與電流之間都是通過磁場相互作用的，C正確D錯誤． 【答案】　BC 　實(shí)驗(yàn)表明：磁體能吸引一元硬幣，對這種現(xiàn)象解釋正確的是(　　) A．硬幣一定是鐵做的，因?yàn)榇朋w

6、能吸引鐵 B．硬幣一定是鋁做的，因?yàn)榇朋w能吸引鋁 C．磁體的磁性越強(qiáng)，能吸引的物質(zhì)種類越多 D．硬幣中含有磁性材料，磁化后能被吸引 【解析】　一元硬幣為鋼芯鍍鎳，鋼和鎳都是磁性材料，放在磁體的磁場中能夠被磁化，因而能夠被磁體吸引，故D正確． 【答案】　D 　如果你看過中央電視臺體育頻道的圍棋講座就會發(fā)現(xiàn)，棋子在豎直放置的棋盤上可以移動，但不會掉下來．原來，棋盤和棋子都是由磁性材料制成的．棋子不會掉落是因?yàn)?　　) 【導(dǎo)學(xué)號：96322058】 A．質(zhì)量小，重力可以忽略不計(jì) B．受到棋盤對它向上的摩擦力 C．棋盤對它有吸引力且與重力平衡 D．它一方面受到棋盤的吸引，另一方面還

7、受到空氣的浮力 【解析】　棋子受力如圖所示，磁性棋子受到棋盤的吸引力而對棋盤產(chǎn)生壓力，棋盤對棋子有向外的彈力．重力使得棋子有向下滑動的趨勢，因此棋子受到棋盤向上的靜摩擦力，此力和重力平衡，使得棋子不會掉下來．由于空氣浮力遠(yuǎn)小于重力，故可以忽略不計(jì)． 【答案】　B 磁 感 線 和 電 流 的 磁 場 1．磁感線 (1)物理意義：用來形象地描述磁場的強(qiáng)弱和方向的工具，并不真正存在． (2)描述方法：磁感線上每一點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的磁場方向，曲線的疏密表示磁場的強(qiáng)弱． 2．安培定則 (1)直線電流：右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向指向電流的方向，彎曲的四指所指的

8、方向就是磁感線的環(huán)繞方向．如圖3-1-1所示． 圖3-1-1 (2)環(huán)形電流和通電螺線管：讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上磁感線的方向或螺線管內(nèi)部磁感線的方向．如圖3-1-2甲、乙所示． 　　　　　 甲　　　　　　　　　　　乙 圖3-1-2 1．磁感線從磁體N極出發(fā)，到S極終止．(×) 2．通電螺線管的磁場分布類似于條形磁鐵．(√) 3．伸直的大拇指所指的方向是電流的方向．(×) 在用安培定則判斷通電直導(dǎo)線和通電螺線管的磁感線方向時(shí)，大拇指和四指的指向所代表的意義相同嗎？ 【提示】　不相同．在判定通電直導(dǎo)線磁感線的方向

9、時(shí)，大拇指指向電流的方向，四指指向磁感線的方向．在判定通電螺線管磁感線的方向時(shí)，四指指向電流的環(huán)繞方向，大拇指指向螺線管內(nèi)部磁感線的方向． 如圖3-1-3所示是電路沒接通時(shí)兩個小磁針的指向． 圖3-1-3 探討1：接通后，兩個小磁針的N極指向一致嗎？ 【提示】　不一致． 探討2：　同名磁極相互排斥、異名磁極相互吸引的規(guī)律在螺線管內(nèi)部適用嗎？ 【提示】　不適用． 1．常見永磁體的磁場(如圖3-1-4) 條形磁鐵　蹄形磁鐵 異名磁極　同名磁極 圖3-1-4 2．常見的三種電流磁感線分布 安培定則 立體圖 橫截面圖 縱截面圖 直線電流

10、 環(huán)形電流 內(nèi)部磁場比環(huán)外強(qiáng)，磁感線越向外越稀疏 通電螺線管 　如圖3-1-5所示，直流電源跟一個線圈連接成閉合回路，線圈的上方和右側(cè)各有一個可以自由轉(zhuǎn)動的小磁針，由圖得出的結(jié)論正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：96322059】 圖3-1-5 A．小磁針的c端為N極，電源的a端為正極 B．小磁針的c端為N極，電源的a端為負(fù)極 C．小磁針的d端為N極，電源的a端為正極 D．小磁針的d端為N極，電源的a端為負(fù)極 【解析】　根據(jù)小磁針的N極方向可以確定通電線圈外部上方磁場的方向，然后應(yīng)用安培定則確定線圈中的電流方向，從而判斷電源的a端為負(fù)極

11、，同時(shí)判斷d為N極．正確答案是D. 【答案】　D 　關(guān)于磁感線與電場線的描述，下列說法正確的是(　　) A．電場線起止于電荷，磁感線起止于磁極 B．電場線一定不閉合，磁感線一定是閉合的 C．磁感線是小磁針在磁場力作用下的運(yùn)動軌跡 D．沿磁感線方向磁場逐漸減弱 【解析】　磁感線沒有起點(diǎn)也沒有終點(diǎn)，是閉合的曲線；靜電場中的電場線不是閉合曲線，始于正電荷(或無窮遠(yuǎn))，止于負(fù)電荷(或無窮遠(yuǎn)處)．選項(xiàng)B正確． 【答案】　B 　下列是直線電流周圍的磁場，其磁感線分布和方向用下列哪個圖來表示最合適(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：96322060】 【解析】　由安培定則可判斷A、C錯誤．直線電流周

12、圍的磁感線的分布，由近及遠(yuǎn)的變化是由密逐漸變疏，而不是等距的同心圓，B錯誤，D正確． 【答案】　D 判斷磁場方向的四種方法 1．根據(jù)磁感線分布情況判斷，若已知磁感線的分布情況，磁感線上某點(diǎn)的切線方向即為該點(diǎn)的磁場方向． 2．根據(jù)小磁針靜止時(shí)的指向判斷，小磁針靜止時(shí)N極的指向即為該點(diǎn)的磁場方向．若小磁針正在運(yùn)動或其指向還受其他力的影響，則不能根據(jù)小磁針的指向進(jìn)行判斷． 3．根據(jù)安培定則判斷電流的磁場方向，若磁場是由電流產(chǎn)生的，則可以根據(jù)安培定則進(jìn)行判斷． 4．根據(jù)磁體的磁極判斷，在磁體外部的磁場方向由N極指向S極，在磁體內(nèi)部的磁場方向由S極指向N極，據(jù)此可以判斷出磁場的大致方

13、向． 學(xué)業(yè)分層測評(十五) (建議用時(shí)：45分鐘) 1．如圖3-1-6所示，把一條導(dǎo)線平行放在磁針的上方附近，當(dāng)導(dǎo)線中有電流通過時(shí)，磁針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)．發(fā)現(xiàn)這個實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的物理學(xué)家(　　) 圖3-1-6 A．奧斯特 B．安培 C．伽利略 D．牛頓 【解析】　電流周圍存在磁場，即電流的磁效應(yīng)是由奧斯特發(fā)現(xiàn)的，A正確． 【答案】　A 2．關(guān)于磁感線的概念，下列說法不正確的是(　　) A．磁感線上各點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場方向 B．磁場中任意兩條磁感線都不相交 C．磁感線和電場線一樣都是不封閉曲線 D．通過恒定電流的螺線管內(nèi)部磁場的磁感線都平行于螺線管的

14、軸線方向 【解析】　磁感線上每一點(diǎn)的切線方向都與該點(diǎn)的磁場方向一致，任意兩條磁感線都不相交，磁感線是閉合曲線，而電場線不閉合，故A、B說法正確，C說法不正確．通電螺線管內(nèi)部的磁感線方向都由S極指向N極且平行于螺線管的軸線，故D說法正確． 【答案】　C 3．(多選)下列各選項(xiàng)圖表示磁場的磁感線，據(jù)圖分析磁場中a點(diǎn)的磁場比b點(diǎn)的磁場強(qiáng)的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：96322150】 【解析】　磁感線的疏密表示磁場的強(qiáng)弱，磁感線分布越密的地方，磁場越強(qiáng)，磁感線分布越疏的地方，磁場越弱，故A、C圖中a點(diǎn)的磁場比b點(diǎn)的磁場強(qiáng)，A、C正確． 【答案】　AC 4．如圖3-1-7所示，為演示電流對磁

15、針作用力的實(shí)驗(yàn)，圖中所示的小磁針跟它上方的導(dǎo)線平行．當(dāng)閉合開關(guān)時(shí)可觀察到的現(xiàn)象是(　　) 圖3-1-7 A．小磁針N極垂直紙面向里偏轉(zhuǎn) B．小磁針N極垂直紙面向外偏轉(zhuǎn) C．小磁針N極向上偏轉(zhuǎn) D．小磁針N極向下偏轉(zhuǎn) 【解析】　根據(jù)安培定則，小磁針上方的導(dǎo)線下方的磁場方向是垂直紙面向里，所以小磁針N極垂直紙面向里偏轉(zhuǎn)，所以正確答案是A. 【答案】　A 5．為了解釋地球的磁性，19世紀(jì)安培假設(shè)：地球的磁場是由繞過地心的軸的環(huán)形電流I引起的．在下列四個圖中，正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是 (　　) 【解析】　根據(jù)地磁場的分布情況可知，地球的地理北極在地磁場的南極附近，

16、地球的地理南極在地磁場的北極附近，根據(jù)安培定則可判斷出環(huán)形電流的方向，B正確． 【答案】　B 6．如圖3-1-8所示，圓環(huán)上帶有大量的負(fù)電荷，當(dāng)圓環(huán)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動時(shí)，a、b、c三枚小磁針都要發(fā)生轉(zhuǎn)動，以下說法正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：96322151】 圖3-1-8 A．a(chǎn)、b、c的N極都向紙里轉(zhuǎn) B．b的N極向紙外轉(zhuǎn)，而a、c的N極向紙里轉(zhuǎn) C．b、c的N極都向紙里轉(zhuǎn)，而a的N極向紙外轉(zhuǎn) D．b的N極向紙里轉(zhuǎn)，而a、c的N極向紙外轉(zhuǎn) 【解析】　帶負(fù)電圓環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動，形成逆時(shí)針方向的等效電流，根據(jù)安培定則，判斷出環(huán)內(nèi)外磁場方向，可知小磁針轉(zhuǎn)動方向． 【答案】　B

17、 7．(多選)南極考察隊(duì)隊(duì)員在地球南極附近用彈簧秤豎直懸掛一未通電螺線管，如圖3-1-9所示．下列說法正確的是(　　) 圖3-1-9 A．若將a端接電源正極，b端接電源負(fù)極，則彈簧秤示數(shù)將減小 B．若將a端接電源正極，b端接電源負(fù)極，則彈簧秤示數(shù)將增大 C．若將b端接電源正極，a端接電源負(fù)極，則彈簧秤示數(shù)將增大 D．不論螺線管通電情況如何，彈簧秤示數(shù)均不變 【解析】　一方面，可以將地球等效處理為一個大條形磁鐵，地理南極附近相當(dāng)于磁鐵的N極，因而在地理南極附近地磁場方向近似豎直向上，如圖所示；另一方面，可利用安培定則確定通電螺線管在其周圍產(chǎn)生的磁場方向，再根據(jù)“同名磁極相斥，異名

18、磁極相吸”的規(guī)律判定通電螺線管與地球之間的作用情況．正確選項(xiàng)為A、C. 【答案】　AC 8．如圖3-1-10所示，a、b是直線電流的磁場，c、d是環(huán)形電流的磁場，e、f是螺線管電流的磁場，試在各圖中補(bǔ)畫出電流方向或磁感線方向． 圖3-1-10 【解析】　根據(jù)安培定則，可以確定a中電流方向垂直紙面向里，b中電流的方向從下向上，c中電流方向是逆時(shí)針，d中磁感線的方向向下，e中磁感線的方向向左，f中磁感線的方向向右． 【答案】　見解析 9．如圖3-1-11所示，一個帶負(fù)電的橡膠圓盤處在豎直面內(nèi)，可以繞過其圓心的水平軸高速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)它不動時(shí)放在它左側(cè)軸線上的小磁針處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)橡膠

19、盤從左向右看逆時(shí)針高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，小磁針N極的指向(　　) 圖3-1-11 A．不偏轉(zhuǎn) B．向左偏 C．向右偏 D．向紙內(nèi)偏 【解析】　當(dāng)橡膠盤轉(zhuǎn)起來后，形成了環(huán)形電流(電流方向與轉(zhuǎn)動方向相反)，便在盤的周圍產(chǎn)生磁場，由安培定則可判定小磁針?biāo)谖恢锰幍拇艌龇较蜓剌S線向右，故小磁針的N極將向右偏轉(zhuǎn)． 【答案】　C 10．如圖3-1-12所示是三根平行直導(dǎo)線的截面圖，若它們的電流大小都相同，且ab＝ac＝ad，則a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：96322152】 圖3-1-12 A．垂直紙面指向紙里　　 B．垂直紙面指向紙外 C．沿紙面由a指向b D．沿紙面由a指

20、向d 【解析】　每根導(dǎo)線在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，關(guān)鍵是確定每根導(dǎo)線在a處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，由矢量合成法則求合磁感應(yīng)強(qiáng)度，判知選項(xiàng)D正確． 【答案】　D 11．科學(xué)研究表明，地球自西向東的自轉(zhuǎn)速度正在變慢．假如地球的磁場是由地球表面帶電引起的，則可以斷定(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：96322153】 A．地球表面帶正電，由于地球自轉(zhuǎn)變慢，地磁場將變?nèi)? B．地球表面帶正電，由于地球自轉(zhuǎn)變慢，地磁場將變強(qiáng) C．地球表面帶負(fù)電，由于地球自轉(zhuǎn)變慢，地磁場將變?nèi)? D．地球表面帶負(fù)電，由于地球自轉(zhuǎn)變慢，地磁場將變強(qiáng) 【解析】　地球的磁場類似于通電螺線管的磁場．地理的南極是地磁N極，

21、地理北極是地磁S極．按照安培定則，可以看出要有自東向西的電流才符合，那么必然是由于地球表面帶負(fù)電自西向東旋轉(zhuǎn)引起的．由于地球自轉(zhuǎn)變慢，相當(dāng)于電流減弱，地磁場將變?nèi)酰蔬x項(xiàng)C正確． 【答案】　C 12．在圖3-1-13所示的裝置中，有兩個薄鐵片(舌簧片)ab和cd，它們的外端固定在一塊木板上，里端相互交疊但相隔一段很小的距離，舌簧片連接在一個有燈泡的電路中．如果拿一根條形磁鐵平行地靠近舌簧片，小燈泡就亮起來．如果讓磁鐵在上面的水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，小燈泡就一閃一閃地發(fā)光．為什么？ 圖3-1-13 【解析】　當(dāng)條形磁鐵平行地靠近舌簧片，兩個舌簧片都被磁化，而且b、c兩端是異名磁極，相互吸引而接觸，使電路接通，小燈泡就亮起來．如果讓磁鐵在上面的水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)到與舌簧片平行時(shí)，兩舌簧片由于被磁化而相互吸引，電路接通，小燈泡發(fā)光；當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)到與舌簧片垂直時(shí)，兩舌簧片退磁而相互分開，電路斷開，小燈泡熄滅．若磁鐵不停地轉(zhuǎn)動，則兩舌簧片時(shí)而被磁化，時(shí)而退磁，b、c兩端時(shí)而相互吸引接觸，時(shí)而分開，電路時(shí)通時(shí)斷，小燈泡就一閃一閃地發(fā)光． 【答案】　見解析 11