（山東省專用）2018-2019學年高中物理 第三章 磁場 第1節(jié) 磁現(xiàn)象和磁場講義（含解析）新人教版選修3-1.doc

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第1節(jié)磁現(xiàn)象和磁場 1.磁體是具有磁性的物體，磁體有N、S兩個極，同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。 2．奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應，首次揭示了電與磁的聯(lián)系。 3．磁場是一種特殊的物質(zhì)，它對放入其中的磁體、電流有力的作用。 4．地球的地理兩極與地磁兩極并不重合，因此，磁針并非準確地指向南北，其間有一個夾角，這就是地磁偏角，簡稱磁偏角。 5．火星上沒有一個全球性的磁場，所以指南針在火星上不能工作。 一、磁現(xiàn)象及電流的磁效應 1．磁現(xiàn)象 (1)磁性：物質(zhì)具有吸引鐵質(zhì)物體的性質(zhì)叫磁性。 (2)磁體：天然磁石和人造磁鐵都叫做磁體。 (3)磁極：磁體的各部分磁性強弱不同，磁性最強的區(qū)域叫磁極。能夠自由轉(zhuǎn)動的磁體，靜止時指南的磁極叫做南極(S極)，指北的磁極叫做北極(N極)。 (4)磁極間相互作用規(guī)律：自然界中的磁體總存在著兩個磁極，同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。 2．電流的磁效應 (1)奧斯特實驗：把導線沿南北方向放置在指向南北的磁針上方，通電時磁針發(fā)生了轉(zhuǎn)動。 (2)意義：奧斯特實驗發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應，即電流可以產(chǎn)生磁場，首先揭示了電與磁的聯(lián)系。 二、磁場 1．磁體、電流間的相互作用 (1)磁體與磁體間存在相互作用。 (2)通電導線對磁體有作用力，磁體對通電導線也有作用力。 (3)兩條通電導線之間也有作用力。 2．磁場 (1)定義：磁體與磁體之間，磁體與通電導線之間，以及通電導線與通電導線之間的相互作用，是通過磁場發(fā)生的，磁場是磁體或電流周圍一種看不見、摸不著的特殊物質(zhì)。 (2)基本性質(zhì)：對放入其中的磁體或通電導線有力的作用。 三、地球的磁場 1．地磁場 地球本身是一個磁體，N極位于地理南極附近，S極位于地理北極附近。自由轉(zhuǎn)動的小磁針能顯示出地磁場的方向，這就是指南針的原理。 2．磁偏角 小磁針的指向與正南方向之間的夾角。 3．太陽、月亮、其他行星等許多天體都有磁場。 1．自主思考——判一判 (1)奧斯特實驗說明了磁場可以產(chǎn)生電流。() (2)天然磁體與人造磁體都能吸引鐵質(zhì)物體。(√) (3)單獨一個帶電體可以只帶正電荷(或負電荷)，同樣磁體也可以只有N極或S極。() (4)地磁場能使小磁針的兩極指向正南正北。() (5)地理的南北極與地磁的南北極并不重合，地磁的北極在地理北極附近。() (6)磁場的基本性質(zhì)是對處在磁場中的磁極或電流有力的作用。(√) 2．合作探究——議一議 (1)若將一條形磁體從中間截開后，是不是一部分為北極，另一部分為南極？ 提示：不是，磁體從中間分開后，成為兩個小磁體，任何一磁體均有兩個磁極。 (2)指南針是我國古代四大發(fā)明之一，現(xiàn)在你知道指南針為什么指南嗎？ 提示：地磁場方向由南指向北 ，水平放置的小磁針處于地磁場中，在地磁場作用下，靜止時N極指北，S極指南。 對磁場和奧斯特實驗的理解 1．電場與磁場的比較 電場 磁場 場源 電荷 磁體、電流、運動電荷 基本性質(zhì) 對放入其中的電荷有電場力的作用 對放入其中的磁體、通電導線有磁場力的作用 相同點 磁場和電場都是客觀存在的特殊物質(zhì)，都具有能量 2．奧斯特實驗 (1)實驗時，通電直導線要南北方向水平放置，磁針要與導線平行地放在導線的正下方或正上方。以保證電流的磁場與地磁場方向不同而使小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動。 (2)由于地磁場使磁針指向南北方向，直導線通電后小磁針改變指向說明通電直導線周圍產(chǎn)生了磁場，即電流周圍產(chǎn)生磁場，也就是電流的磁效應。 1．奧斯特實驗說明了(　　) A．磁場的存在　　　　　 B．磁場的方向性 C．電流可以產(chǎn)生磁場 D．磁體間有相互作用 解析：選C　奧斯特實驗中電流能使靜止的小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明電流周圍存在磁場，即電流產(chǎn)生了磁場。故正確答案為C。 2．[多選]關(guān)于磁鐵、電流間的相互作用，下列說法正確的是(　　) A．甲圖中，電流不產(chǎn)生磁場，電流對小磁針力的作用是通過小磁針的磁場發(fā)生的 B．乙圖中，磁體對通電導線的力是通過磁體的磁場發(fā)生的 C．丙圖中電流間的相互作用是通過電流的磁場發(fā)生的 D．丙圖中電流間的相互作用是通過電荷的電場發(fā)生的 解析：選BC　導線中的電流對小磁針的作用、磁體對電流的作用、電流之間的相互作用都是通過磁場發(fā)生的，故B、C均正確。 3．以下說法中正確的是(　　) 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．磁場和電場是同一種物質(zhì) 解析：選A　磁場是客觀存在于磁極或電流周圍的一種物質(zhì)，是不以人的意志為轉(zhuǎn)移的，A對，B錯；磁極與磁極之間、磁極與電流之間、電流與電流之間的作用都是通過磁場發(fā)生的，并不需要物體之間直接接觸，C錯；磁場是一種特殊物質(zhì)，它的基本特點是對放入磁場中的磁極、電流有磁場力的作用；而電場是電荷周圍存在的一種特殊物質(zhì)，其最基本的性質(zhì)是對放入電場中的電荷有電場力的作用，但它不會對放入電場中的磁極產(chǎn)生力的作用，因此，磁場和電場是兩種不同的物質(zhì)，各自具有其本身的特點，D錯。 對地磁場的理解 1．地磁場的方向 地磁N極位于地理南極附近，地磁S極位于地理北極附近，但它們位置的差別不是很大，因此我們一般認為： (1)地理南極正上方磁場方向豎直向上，地理北極正上方磁場方向豎直向下。 (2)在赤道正上方，距離地球表面高度相等的點，磁場的強弱相同，且方向水平向北。 (3)在南半球，地磁場方向向北偏向上方；在北半球，地磁場方向向北偏向下方。 2．磁偏角的形成 磁偏角是小磁針的指向與正南、正北方向間的夾角，磁偏角的存在是因為地球的地理兩極與地磁兩極并不重合，小磁針靜止時，它的兩極分別指向地磁兩極而不是地理兩極，所以產(chǎn)生了磁偏角。 3．地磁場的作用 由于磁場對運動電荷有力的作用，故射向地球的帶電粒子，其運動方向會發(fā)生變化，不能到達地球。因此，地磁場對地球生命有保護作用。 [典例]　地球是一個大磁體，①在地面上放置一個小磁針，小磁針的南極指向地磁場的南極；②地磁場的北極在地理南極附近；③赤道附近地磁場的方向和地面平行；④北半球地磁場方向相對地面是斜向上的；⑤地球上任何地方的地磁場方向都是和地面平行的。以上關(guān)于地磁場的描述正確的是(　　) A．①②④　　　　　　 B．②③④ C．①⑤ D．②③ [解析]　求解該題應先明確地磁場的特點及地球表面各處地磁場的方向。地面上的小磁針靜止時，磁針南極應指向地磁場的北極。地磁場的南極在地理北極附近，地磁場的北極在地理南極附近，因此地磁場的方向在赤道附近和地面平行，北半球地磁場方向相對地面是斜向下的，南半球斜向上方。 [答案]　D 對地磁場理解的三大誤區(qū) (1)將地理南北極與地磁場的南北極混淆，誤將地理南極(或北極)當作地磁場的南極(或北極)。 (2)誤認為地理兩極與地磁場的兩極位置重合。事實上，兩者位置并不重合，地磁場的兩極在地理兩極的附近。 (3)誤認為地球上各點的磁場方向都是和地面平行的。事實上，除赤道外，南北半球的磁場都有豎直分量?！　　　? 1．如圖所示，假設將一個小磁針放在地球的北極點上，那么小磁針的N極將(　　) A．指北　　　　 B．指南 C．豎直向上 D．豎直向下 解析：選D　我們已經(jīng)知道地球的地理北極點上可以近似地認為是地磁的南極，根據(jù)磁體的同性相斥，異性相吸，所以小磁針的N極將豎直向下，故選D。 2．[多選]下列說法正確的是(　　) A．地球是一個巨大的磁體，其N極在地球南極附近，S極在地球北極附近 B．地球表面的磁場的豎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 C．地球的周圍存在著磁場，但地磁的兩極與地理的兩極并不重合，其間有一個夾角，這就是磁偏角，磁偏角的數(shù)值在地球上不同地點是相同的 D．在地球表面各點磁場強弱相同 解析：選AB　地磁場類似于條形磁鐵的磁場，所以在地球表面赤道上的磁場最弱，選項D不正確。在地球上不同位置，磁偏角的數(shù)值是不同的，因此C不正確。故選A、B。 1．實驗表明：磁體能吸引一元硬幣，對這種現(xiàn)象的解釋正確的是(　　) A．硬幣一定是鐵做的，因為磁體能吸引鐵 B．硬幣一定是鋁做的，因為磁體能吸引鋁 C．磁體的磁性越強，能夠吸引的物質(zhì)種類越多 D．硬幣中含有磁性材料，磁化后能夠被吸引 解析：選D　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獲得磁性，因而能夠被磁體吸引，故選項D正確。 2．為了判斷一根鋼鋸條是否有磁性，某同學用它的一端靠近一個能自由轉(zhuǎn)動的小磁針，下列給出了幾種可能產(chǎn)生的現(xiàn)象及相應的結(jié)論，其中正確的是(　　) A．若小磁針的一端被推開，則鋸條一定有磁性 B．若小磁針的一端被吸引過來，則鋸條一定有磁性 C．若小磁針的一端被吸引過來，則鋸條一定沒有磁性 D．若小磁針的一端被推開，不能確定鋸條是否有磁性 解析：A　若小磁針的一端被推開，根據(jù)同名磁極相互排斥，則鋸條一定有磁性，故A正確，D錯誤；若小磁針的一端被吸引，則鋸條可能沒有磁性，也可能是異名磁極間的相互吸引，故不能確定鋸條有沒有磁性，故B、C錯誤。 3．[多選]如圖所示，通電直導線處在蹄形磁鐵兩極間，受到力F的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，以下說法正確的是(　　) A．這個力F是通過磁場產(chǎn)生的 B．這個力F沒有反作用力 C．這個力F的反作用力作用在通電導線上 D．這個力F的反作用力作用在蹄形磁鐵上 解析：選AD　這個力是通過磁場產(chǎn)生的，故A正確；產(chǎn)生磁場的物體就是施力物體，蹄形磁鐵是產(chǎn)生這個磁場的物體，力F的反作用力作用在施力物體上，即作用在蹄形磁鐵上，故B、C錯誤，D正確。 4．如果你看過中央電視臺體育頻道的象棋講座，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 解析：選B　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(由于空氣浮力遠小于重力，故可以忽略不計)。選項B正確。 5.舉世矚目的上海磁懸浮列車線是世界上第一條投入商業(yè)運營的磁懸浮列車線，其全程共30 km，列車最高速度可達552 km/h，單向運行約8 min。磁懸浮列車底部裝有電磁鐵，軌道地面上則安裝有線圈。通過地面線圈與列車上的電磁鐵之間的排斥力使列車懸浮起來。地面線圈的上端磁極極性與列車上的電磁鐵下端極性總保持(　　) A．相同　　　　　　 B．相反 C．不能確定 D．以上均不對 解析：選A　磁懸浮列車采用磁場力使列車與軌道分離并懸浮起來，減小摩擦阻力，地面線圈與列車上的電磁鐵間存在斥力，相對的磁極極性應相同。 6．指南針是我國古代的四大發(fā)明之一。司南是春秋戰(zhàn)國時期發(fā)明的一種指南針，如圖所示。它由青銅盤和磁勺組成，磁勺放置在青銅盤的中心，可以自由轉(zhuǎn)動。由于受地磁場作用，司南的磁勺尾靜止時指向南方。下列說法中正確的是(　　) A．磁勺能夠指示方向，是利用了地磁場對磁勺的作用 B．磁勺的指向不會受到附近磁鐵的干擾 C．磁勺的指向不會受到附近鐵塊的干擾 D．磁勺的N極位于司南的磁勺尾部 解析：選A　司南能夠指示南北，是由于地球具有磁場，地磁場是南北指向，故A正確；司南的指向會受到附近磁鐵和鐵塊的干擾，故B、C錯誤；由于司南的磁勺尾靜止時指向南方，所以磁勺的S極位于司南的磁勺尾部，故D錯誤。 7．物理實驗都需要有一定的控制條件。奧斯特做電流磁效應實驗時，應排除地磁場對實驗的影響。關(guān)于奧斯特的實驗，下列說法中正確的是(　　) A．該實驗必須在地球赤道上進行 B．通電直導線應該豎直放置 C．通電直導線應該水平東西方向放置 D．通電直導線應該水平南北方向放置 解析：選D　小磁針靜止時指向南北，說明地磁場的方向為南北方向，當導線南北方向放置時，能產(chǎn)生東西方向的磁場，把小磁針放置在該處時，可有明顯的偏轉(zhuǎn)，故選D。 8．下列關(guān)于磁場的說法中正確的是(　　) A．磁體周圍的磁場看不見、摸不著，所以磁場不是客觀存在的 B．將小磁針放在磁體附近，小磁針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)是因為受到磁場力的作用 C．把磁體放在真空中，磁場就消失了 D．當磁體周圍撒上鐵屑時才能形成磁場，不撒鐵屑磁場就消失 解析：選B　理解磁場的物質(zhì)性時應與電場類比，磁場看不見、摸不著，但不會因主觀意志而存在或消失，磁場與電場一樣，都是場物質(zhì)。磁場是磁體、電流或運動電荷周圍存在的一種特殊物質(zhì)。說它“特殊”，是因為它和我們常見的以分子、原子、離子組成的物質(zhì)不同，它不是以微粒形式存在，而是以一種“場”的形式存在；說它是“物質(zhì)”，是因為它和我們常見的實物一樣，能對放在其中的磁體、電流和運動電荷有力的作用。因此我們說磁場是和我們常見的桌子、房屋、水和空氣一樣，是一種客觀存在的物質(zhì)。雖然它看不見、摸不著，但可以通過它的基本性質(zhì)反映出來。 9．磁性水雷是用一個可以繞軸轉(zhuǎn)動的小磁針來控制起爆電路的，軍艦被地磁場磁化后就變成了一個浮動的磁體，當軍艦接近磁性水雷時，就會引起水雷的爆炸，其依據(jù)是(　　) A．磁體的吸鐵性 B．磁極間的相互作用規(guī)律 C．電荷間的相互作用規(guī)律 D．磁場具有方向性 解析：選B　磁性水雷中的小磁針靜止時，一端指南，一端指北，水雷不會爆炸，軍艦被地磁場磁化后就變成了一個浮動的磁體，當軍艦接近磁性水雷時，由磁極間的相互作用(同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引)知，就會使水雷中的小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動，而觸發(fā)水雷發(fā)生爆炸，故B正確。 10．在地球赤道上空有一小磁針處于水平靜止狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)小磁針的N極突然向東偏轉(zhuǎn)，由此可知(　　) A．一定是小磁針正東方向有一條形磁鐵的N極靠近小磁針 B．一定是小磁針正北方向有一條形磁鐵的S極靠近小磁針 C．可能是小磁針正上方有電子流自東向西水平通過 D．可能是小磁針正上方有電子流自南向北水平通過 解析：選D　正常情況下，由于地磁場的作用，小磁針的N極應指向北方，而小磁針的N極向東偏轉(zhuǎn)，說明小磁針受到外加磁場的作用，可能在小磁針的東方有一條形磁鐵的S極靠近小磁針，也可能是在小磁針正上方有電子流自南向北水平通過，產(chǎn)生了由北向南的電流，使小磁針的N極向東偏轉(zhuǎn)。所以選項D正確。 11．關(guān)于月球上的物理現(xiàn)象和規(guī)律，同學們提出了很多問題和猜想，有關(guān)月球有無磁場，同學們提出了自己的猜想和檢驗猜想的實驗方案： (1)取一小磁針用細線懸掛在月球表面附近，如果它靜止時指向某一方向，則可表明月球周圍存在磁場。 (2)小磁針靜止時，它的N極指向就是“月磁”的北極。你認為這個實驗方案中有沒有需要改進或改正的地方，如有請改進或改正。 解析：(1)小磁針靜止時指向某一方向，說明月球周圍存在磁場。 (2)小磁針靜止時，它的N極指向就是“月磁”的南極。有需改進的地方，即應在不同的地點多做幾次實驗，觀察小磁針是否總是指向某一個方向。 答案：見解析 12.如圖所示是醫(yī)生用來取出病人吞下的金屬物品的儀器。當儀器頂部接觸金屬物品時，醫(yī)生將手控環(huán)內(nèi)推，再拉出整條塑料管，你能說出這種儀器的原理嗎？如果小孩不慎吞下的是易拉罐環(huán)或一個回形針，哪種物體可以用這種儀器取出來？ 解析：當儀器頂部接觸金屬物品時，醫(yī)生將手控環(huán)內(nèi)推，儀器內(nèi)的活動永久磁鐵向前接觸金屬物品，能將鐵制物品吸引，然后拉出塑料管并將物體取出?；匦吾樖氰F制的，能被磁鐵吸引，而易拉罐環(huán)一般是鋁制品，不能被吸引，所以回形針可以用這種儀器取出來。 答案： 見解析