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

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第1講 磁現(xiàn)象 磁場 [目標(biāo)定位]　1.了解人類對磁現(xiàn)象的認(rèn)識與應(yīng)用.2.了解磁場是客觀存在的物質(zhì)，知道磁感線的概念，并能記住幾種常見磁場的磁感線分布特點(diǎn).3.會用安培定則判斷電流周圍的磁場方向． 一、磁現(xiàn)象 1．我們的祖先在春秋戰(zhàn)國時期已發(fā)現(xiàn)天然磁石具有吸引鐵的現(xiàn)象和指示南北方向的特征． 2．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)象打開了電氣化技術(shù)時代的大門． 3．某些磁性物質(zhì)能夠把磁場對它的作用記錄下來，長久保存并在一定條件下復(fù)現(xiàn)． 4．某些動物對地球磁場非常敏感，人體器官也存在磁性． 例1　如圖1所示，能自由轉(zhuǎn)動的小磁針?biāo)椒胖迷谧烂嫔希?dāng)有一束帶電粒子沿與磁針指向平行的方向從小磁針上方水平飛過時，所能觀察到的現(xiàn)象是(　　) 圖1 A．小磁針不動 B．若是正電荷飛過，小磁針會發(fā)生偏轉(zhuǎn) C．若是負(fù)電荷飛過，小磁針會發(fā)生偏轉(zhuǎn) D．若是一根通電導(dǎo)線，小磁針會發(fā)生偏轉(zhuǎn) 解析　電流是由運(yùn)動電荷產(chǎn)生的，當(dāng)電荷在小磁針上方運(yùn)動時也會形成電流，從而形成磁場．運(yùn)動的正、負(fù)電荷形成的兩種磁場是等效的，均會使小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動，故B、C、D均正確． 答案　BCD  二、磁場和磁感線 1．磁場 (1)定義：磁體周圍和電流周圍都有磁場，一切磁相互作用都是通過磁場來實現(xiàn)的． (2)基本性質(zhì)：對放入其中的磁體或電流有力的作用． (3)磁場的方向：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，就是該點(diǎn)磁場的方向． 2．磁感線 (1)定義：用來形象地描述磁場的方向和強(qiáng)弱的假想的有方向的曲線． (2)特點(diǎn)： ①磁感線上每一點(diǎn)的切線方向為該點(diǎn)的磁場方向． ②磁感線的疏密表示磁場的強(qiáng)弱，曲線疏的地方磁場弱，曲線密的地方磁場強(qiáng)． ③磁感線的方向：磁體外部從N極指向S極，磁體內(nèi)部從S極指向N極．(填“N”或“S”) ④磁感線閉合而不相交，不相切，也不中斷． 深度思考 (1)用磁感線描述磁場時，總有一些區(qū)域沒有磁感線通過，這些區(qū)域是否一定沒有磁場存在？ (2)倘若空間某區(qū)域的磁場是由兩個或兩個以上的磁體或電流產(chǎn)生的，用磁感線描述該區(qū)域的磁場時，磁感線能否相交？ 答案　(1)不是．用磁感線描述磁場時，只是定性地畫出一些磁感線用來描述該區(qū)域的磁場分布，不可能讓所有的區(qū)域都有磁感線通過，沒有磁感線通過的區(qū)域仍然可以有磁場分布． (2)不能．若多個磁體或電流的磁場在空間某區(qū)域疊加，磁感線描述的是疊加后的合磁場的磁感線分布情況，不能認(rèn)為該區(qū)域有多條磁感線相交． 例2　下列關(guān)于磁場的說法中，正確的是(　　) A．磁場和電場一樣，是客觀存在的特殊物質(zhì) B．磁場是為了解釋磁極間相互作用而人為規(guī)定的 C．磁極與磁極間是直接發(fā)生作用的 D．磁場只有在磁極與磁極、磁極與電流發(fā)生作用時才產(chǎn)生 解析　磁場和電場一樣，是客觀存在的物質(zhì)，磁極與磁極、磁極與電流、電流與電流之間的作用都是通過磁場產(chǎn)生的，選項A正確． 答案　A 磁體的周圍和電流的周圍都存在磁場．磁場和常見的由分子、原子組成的物質(zhì)不同，不是以微粒形式存在，但卻是一種客觀存在的物質(zhì)． 例3　 關(guān)于磁場和磁感線的描述，下列說法中正確的是(　　) A．磁感線總是從磁鐵的N極出發(fā)，到S極終止的 B．磁感線可以形象地描述各磁場的強(qiáng)弱和方向，它每一點(diǎn)的切線方向都和小磁針放在該點(diǎn)靜止時北極所指的方向一致 C．磁感線可以用細(xì)鐵屑來顯示，因而是真實存在的 D．兩個磁場的疊加區(qū)域，磁感線可能相交 解析　條形磁鐵內(nèi)部磁感線的方向是從S極指向N極，A不正確；磁感線上每一點(diǎn)切線方向表示磁場方向，磁感線的疏密表示磁場的強(qiáng)弱，小磁針靜止時北極受力方向和靜止時北極的指向均為磁場方向，選項B正確；磁感線是為了形象地描述磁場而假想的一組有方向的閉合曲線，實際上并不存在，選項C不正確；疊加區(qū)域合磁場的 方向也具有唯一性，故磁感線不可能相交，D選項錯誤． 答案　B 磁感線與電場線的比較： 比較項目 磁感線 靜電場的電場線 相同點(diǎn) 方向 線上各點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場方向 線上各點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的電場方向 疏密 表示磁場強(qiáng)弱 表示電場強(qiáng)弱 特點(diǎn) 在空間不相交、不相切、不中斷 除電荷處外，在空間不相交、不相切、不中斷 不同點(diǎn) 閉合曲線 始于正電荷或無窮遠(yuǎn)處，止于負(fù)電荷或無窮遠(yuǎn)處，不閉合的曲線 三、幾種常見的磁場 1．磁體周圍的磁場(如圖2所示) 圖2 2．電流周圍的磁場 (1)直線電流的磁場 安培定則：右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向．這個規(guī)律也叫右手螺旋定則. 安培定則 立體圖 橫截面圖 縱截面圖 以導(dǎo)線上任意點(diǎn)為圓心的多組同心圓，越向外越稀疏，磁場越弱 (2)環(huán)形電流的磁場 環(huán)形電流的磁場可用另一種形式的安培定則表示：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． 安培定則 立體圖 橫截面圖 縱截面圖 內(nèi)部磁場比環(huán)外強(qiáng)，磁感線越向外越稀疏 (3)通電螺線管的磁場 通電螺線管是由許多匝環(huán)形電流串聯(lián)而成的．所以環(huán)形電流的安培定則也可以用來判定通電螺線管的磁場，這時拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁場的方向. 安培定則 立體圖 橫截面圖 縱截面圖 內(nèi)部為勻強(qiáng)磁場且比外部強(qiáng)，方向由S極指向N極，外部類似條形磁鐵，由N極指向S極 深度思考 磁體和電流都可以產(chǎn)生磁場，環(huán)形電流和通電螺線管的磁場與哪種磁體的磁場相似？ 答案　環(huán)形電流相當(dāng)于小磁針，通電螺線管相當(dāng)于條形磁鐵． 例4　 如圖3所示，分別給出了導(dǎo)線中的電流方向或磁場中某處小磁針靜止時N極的指向或磁感線方向．請畫出對應(yīng)的磁感線(標(biāo)上方向)或電流方向． 圖3 解析　如果已知電流的方向，可用右手螺旋定則判斷磁感線的方向．如果已知小磁針靜止時N極指向，那么小磁針N極所指方向就是磁感線方向． 答案　用安培定則來判斷，分別如下列各圖所示． 1．(對磁場的理解)磁性是物質(zhì)的一種普遍屬性，大到宇宙星體，小到電子、質(zhì)子等微觀粒子，幾乎都有磁性，地球就是一個巨大的磁體．在一些生物體內(nèi)也會含有微量磁性物質(zhì)，鴿子就是利用這種體內(nèi)外磁性的相互作用來辨別方向的．若在鴿子身上綁一塊永久磁鐵，且其產(chǎn)生的磁場比附近的地磁場強(qiáng)的多，則在長距離飛行中(　　) A．鴿子仍能如平時一樣辨別方向 B．鴿子會比平時更容易辨別方向 C．鴿子會迷失方向 D．不能確定鴿子是否會迷失方向 答案　C 2．(對磁場的理解)(多選)關(guān)于磁場，下列說法正確的是(　　) A．其基本性質(zhì)是對處于其中的磁體或電流有力的作用 B．磁場是看不見、摸不著、實際不存在的，是人們假想出來的一種物質(zhì) C．磁場是客觀存在的一種特殊物質(zhì)形態(tài) D．磁場的存在與否決定于人的思想，想其有則有，想其無則無 答案　AC 解析　磁場的基本性質(zhì)是對放入其中的磁體或電流有力的作用，A正確．磁場雖然看不見、摸不著，但是它是客觀存在的，B、D錯誤，C正確． 3．(對磁感線的理解)如圖4所示的磁場中同一條磁感線(方向未標(biāo)出)上有a、b兩點(diǎn)，這兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度(　　) 圖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　如題圖，a點(diǎn)處磁感線比b點(diǎn)處磁感線密，則a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大于b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，而某點(diǎn)的切線方向即為該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向．因此它們的方向相同．故B正確，A、C、D錯誤． 4．(安培定則的理解和應(yīng)用)(多選)如圖5所示，螺線管中通有電流，如果在圖中的a、b、c三個位置上各放一個小磁針，其中a在螺線管內(nèi)部，則(　　) 圖5 A．放在a處的小磁針的N極向左 B．放在b處的小磁針的N極向右 C．放在c處的小磁針的S極向右 D．放在a處的小磁針的N極向右 答案　BD 解析　由安培定則，通電螺線管的磁場如圖所示，右端為N極，左端為S極，在a點(diǎn)磁場方向向右，則小磁鐵在a點(diǎn)時，N極向右，A項錯誤，D項正確；在b點(diǎn)磁場方向向右，則磁針在b點(diǎn)時，N極向右，B項正確；在c點(diǎn)，磁場方向向右，則磁針在c點(diǎn)時，N極向右，S極向左，C項錯誤． 題組一　磁現(xiàn)象和磁場 1．鐵棒A能吸引小磁針，鐵棒B能排斥小磁針，若將鐵棒A靠近鐵棒B時，下述說法中正確的是(　　) A．A、B一定相互吸引 B．A、B一定相互排斥 C．A、B間可能無磁場力作用 D．A、B可能相互吸引，也可能相互排斥 答案　D 2．如圖1所示，一根條形磁鐵，左端為S極，右端為N極．下列表示從S極到N極磁性強(qiáng)弱變化情況的圖像中正確的是(　　) 圖1 答案　C 解析　條形磁鐵兩極磁性最強(qiáng)，中間磁性最弱，故磁性強(qiáng)弱變化曲線如C選項所示． 3．把鐵棒甲的一端靠近鐵棒乙的中部，發(fā)現(xiàn)兩者吸引，而把乙的一端靠近甲的中部時，兩者互不吸引，則(　　) A．甲有磁性，乙無磁性 B．甲無磁性，乙有磁性 C．甲、乙都有磁性 D．甲、乙都無磁性 答案　A 解析　磁體具有磁性，能夠吸引鐵質(zhì)物體，磁體各個部分的磁性強(qiáng)弱不同，條形磁體兩端的磁性最強(qiáng)，叫做磁極，中間的磁性最弱，幾乎沒有．當(dāng)鐵棒甲的一端靠近鐵棒乙的中部，兩者互相吸引，說明甲是磁體，具有磁性；把鐵棒乙的一端靠近鐵棒甲的中部，兩者不能相互吸引，說明乙不是磁體，沒有磁性． 4．(多選)某同學(xué)身邊有一個長鐵條，為了檢驗它是否具有磁性，該同學(xué)用它的一端靠近能自由轉(zhuǎn)動的小磁針．下列給出了幾種可能產(chǎn)生的現(xiàn)象以及相應(yīng)結(jié)論，其中正確的是(　　) A．若小磁針被吸引過來，則說明長鐵條一定有磁性 B．若小磁針被吸引過來，則長鐵條可能沒有磁性 C．若小磁針被推開，則說明長鐵條一定有磁性 D．若小磁針被推開，則長鐵條可能沒有磁性 答案　BC 解析　因為磁鐵有吸引鐵質(zhì)物體的性質(zhì)，小磁針有磁性，可吸引長鐵條，故長鐵條可能沒有磁性，選項A錯，B對；根據(jù)同名磁極相互排斥、異名磁極相互吸引可知，選項C對，D錯． 5．如果你看CCTV－5的圍棋講座，就會發(fā)現(xiàn)棋子都是由磁性材料制成的．棋子不會掉下來是因為(　　) A．質(zhì)量小，重力可以忽略不計 B．受到棋盤對它向上的摩擦力 C．棋盤對它的吸引力與重力平衡 D．它一方面受到棋盤的吸引力，另一方面還受到空氣的浮力 答案　B 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，棋盤對棋子有彈力，重力使棋子有向下滑動的趨勢，因此棋子受到棋盤對它向上的靜摩擦力，此力和重力平衡，使棋子不會掉下來(由于空氣浮力遠(yuǎn)小于重力，故可以忽略不計)．故選B. 6．(多選)月球表面周圍沒有空氣，它對物體的引力僅為地球上的，月球表面沒有磁場，根據(jù)這些特征，在月球上，圖中的四種情況不能夠做到的是(　　) 答案　ABC 解析　既然月球表面沒有磁場，那么在月球上就不能用指南針定向，所以選項A不能夠做到；月球表面周圍沒有空氣，所以無法使用電風(fēng)扇吹風(fēng)，而聲音也無法傳播，所以選項B、C均不能夠做到，只有選項D能夠做到． 題組二　磁感線及安培定則的應(yīng)用 7．(多選)關(guān)于電場和磁場，下列說法正確的是(　　) A．我們雖然不能用手觸摸到電場的存在，卻可以用試探電荷去探測它的存在和強(qiáng)弱 B．電場線和磁感線是可以形象描述場強(qiáng)強(qiáng)弱和方向的客觀存在的曲線 C．磁感線和電場線一樣都是閉合的曲線 D．磁體之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的，磁場和電場一樣，都是客觀存在的物質(zhì) 答案　AD 解析　 電場和磁場都是客觀存在的物質(zhì)，電場線和磁感線都是假想的曲線，實際并不存在．電場線和磁感線的最大區(qū)別在于：磁感線是閉合的，而電場線不是閉合的． 8．(多選)下列圖表示磁場的磁感線，依圖分析磁場中a點(diǎn)的磁場比b點(diǎn)的磁場強(qiáng)的是(　　) 答案　AC 解析　磁感線的疏密可表示磁場的強(qiáng)弱． 9．如圖2所示為某磁場的一條磁感線，其上有A、B兩點(diǎn)，則(　　) 圖2 A．A點(diǎn)的磁場一定強(qiáng) B．B點(diǎn)的磁場一定強(qiáng) C．因為磁感線是直線，A、B兩點(diǎn)的磁場一樣強(qiáng) D．條件不足，無法判斷 答案　D 解析　由磁場中一根磁感線無法判斷磁場強(qiáng)弱． 10．(多選)關(guān)于電流的磁場，下列說法正確的是(　　) A．直線電流的磁場只分布在垂直于導(dǎo)線的某一個平面內(nèi) B．直線電流的磁感線是一些同心圓，距離導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁感線越疏 C．通電螺線管外部的磁場分布與條形磁鐵相同，在螺線管內(nèi)部無磁場 D．直線電流、環(huán)形電流、通電螺線管的磁場方向都可以用安培定則來判定 答案　BD 解析　通電直導(dǎo)線周圍有磁場，磁場的磁感線位于跟導(dǎo)線垂直的平面內(nèi)，與導(dǎo)線垂直的平面有無數(shù)個，因此整個導(dǎo)線周圍都有磁場，如圖只是畫出了其中一個平面內(nèi)磁場的磁感線，所以選項A錯誤；跟導(dǎo)線垂直的某一個平面內(nèi)，磁感線分布并不均勻，離導(dǎo)線越近，磁感線越密集，反之，越稀疏，故選項B正確；將小磁針放在螺線管的內(nèi)部和外部，都受到磁場力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這說明通電螺線管的內(nèi)部和外部都有磁場，選項C錯誤；安培定則是描述電流以及電流產(chǎn)生的磁場方向的規(guī)律，選項D正確．  11.中國宋代科學(xué)家沈括在《夢溪筆談》中最早記載了地磁偏角：“以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也．”進(jìn)一步研究表明，地球周圍地磁場的磁感線分布示意如圖3.結(jié)合上述材料，下列說法不正確的是(　　) 圖3 A．地理南、北極與地磁場的南、北極不重合 B．地球內(nèi)部也存在磁場，地磁南極在地理北極附近 C．地球表面任意位置的地磁場方向都與地面平行 D．地磁場對射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子有力的作用 答案　C 解析　地球為一巨大的磁體，地磁場的南、北極在地理上的北極和南極附近，兩極并不重合；且地球內(nèi)部也存 在磁場，只有赤道上空磁場的方向才與地面平行；對射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子的速度方向與地磁場方向不會平行，一定受到地磁場力的作用，故C項說法不正確的． 12．如圖4所示，a、b、c三枚小磁針分別在通電螺線管的正上方、管內(nèi)和右側(cè)，當(dāng)這些小磁針靜止時，小磁針N極的指向是(　　) 圖4 A．a(chǎn)、b、c均向左 B．a(chǎn)、b、c均向右 C．a(chǎn)向左，b向右，c向右 D．a(chǎn)向右，b向左，c向右 答案　C 解析　小磁針靜止時N極的指向與該點(diǎn)磁感線方向相同，如果a、b、c三處磁感線方向確定，那么三枚小磁針靜止時N極的指向也就確定了．所以，只要畫出通電螺線管的磁感線如圖所示，即可知a磁針的N極向左，b磁針的N極向右，c磁針的N極向右．