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

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第1講 磁現(xiàn)象 磁場(chǎng) [目標(biāo)定位]　1.了解人類對(duì)磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)與應(yīng)用.2.了解磁場(chǎng)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(chǎng)的磁感線分布特點(diǎn).3.會(huì)用安培定則判斷電流周圍的磁場(chǎng)方向． 一、磁現(xiàn)象 1．我們的祖先在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)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(shí)代的大門． 3．某些磁性物質(zhì)能夠把磁場(chǎng)對(duì)它的作用記錄下來(lái)，長(zhǎng)久保存并在一定條件下復(fù)現(xiàn)． 4．某些動(dòng)物對(duì)地球磁場(chǎng)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(dòng)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(guò)時(shí)，所能觀察到的現(xiàn)象是(　　) 圖1 A．小磁針不動(dòng) B．若是正電荷飛過(guò)，小磁針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) C．若是負(fù)電荷飛過(guò)，小磁針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) D．若是一根通電導(dǎo)線，小磁針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) 解析　電流是由運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的，當(dāng)電荷在小磁針上方運(yùn)動(dòng)時(shí)也會(huì)形成電流，從而形成磁場(chǎng)．運(yùn)動(dòng)的正、負(fù)電荷形成的兩種磁場(chǎng)是等效的，均會(huì)使小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，故B、C、D均正確． 答案　BCD  二、磁場(chǎng)和磁感線 1．磁場(chǎng) (1)定義：磁體周圍和電流周圍都有磁場(chǎng)，一切磁相互作用都是通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的． (2)基本性質(zhì)：對(duì)放入其中的磁體或電流有力的作用． (3)磁場(chǎng)的方向：人們規(guī)定，在磁場(chǎng)中某一點(diǎn)小磁針N極所受磁力的方向，就是該點(diǎn)磁場(chǎng)的方向． 2．磁感線 (1)定義：用來(lái)形象地描述磁場(chǎng)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?yàn)樵擖c(diǎn)的磁場(chǎng)方向． ②磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，曲線疏的地方磁場(chǎng)弱，曲線密的地方磁場(chǎng)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(chǎng)時(shí)，總有一些區(qū)域沒(méi)有磁感線通過(guò)，這些區(qū)域是否一定沒(méi)有磁場(chǎng)存在？ (2)倘若空間某區(qū)域的磁場(chǎng)是由兩個(gè)或兩個(gè)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(chǎng)時(shí)，磁感線能否相交？ 答案　(1)不是．用磁感線描述磁場(chǎng)時(shí)，只是定性地畫出一些磁感線用來(lái)描述該區(qū)域的磁場(chǎng)分布，不可能讓所有的區(qū)域都有磁感線通過(guò)，沒(méi)有磁感線通過(guò)的區(qū)域仍然可以有磁場(chǎng)分布． (2)不能．若多個(gè)磁體或電流的磁場(chǎng)在空間某區(qū)域疊加，磁感線描述的是疊加后的合磁場(chǎng)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(chǎng)的說(shuō)法中，正確的是(　　) A．磁場(chǎng)和電場(chǎng)一樣，是客觀存在的特殊物質(zhì) B．磁場(chǎng)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(chǎng)只有在磁極與磁極、磁極與電流發(fā)生作用時(shí)才產(chǎn)生 解析　磁場(chǎng)和電場(chǎng)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(guò)磁場(chǎng)產(chǎn)生的，選項(xiàng)A正確． 答案　A 磁體的周圍和電流的周圍都存在磁場(chǎng)．磁場(chǎng)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(chǎng)和磁感線的描述，下列說(shuō)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(chǎng)的強(qiáng)弱和方向，它每一點(diǎn)的切線方向都和小磁針?lè)旁谠擖c(diǎn)靜止時(shí)北極所指的方向一致 C．磁感線可以用細(xì)鐵屑來(lái)顯示，因而是真實(shí)存在的 D．兩個(gè)磁場(chǎng)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(chǎng)方向，磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，小磁針靜止時(shí)北極受力方向和靜止時(shí)北極的指向均為磁場(chǎng)方向，選項(xiàng)B正確；磁感線是為了形象地描述磁場(chǎng)而假想的一組有方向的閉合曲線，實(shí)際上并不存在，選項(xiàng)C不正確；疊加區(qū)域合磁場(chǎng)的 方向也具有唯一性，故磁感線不可能相交，D選項(xiàng)錯(cuò)誤． 答案　B 磁感線與電場(chǎng)線的比較： 比較項(xiàng)目 磁感線 靜電場(chǎng)的電場(chǎng)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(chǎng)方向 線上各點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的電場(chǎng)方向 疏密 表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱 表示電場(chǎng)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(wú)窮遠(yuǎn)處，止于負(fù)電荷或無(wú)窮遠(yuǎn)處，不閉合的曲線 三、幾種常見的磁場(chǎng) 1．磁體周圍的磁場(chǎng)(如圖2所示) 圖2 2．電流周圍的磁場(chǎng) (1)直線電流的磁場(chǎng) 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(gè)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(chǎng)越弱 (2)環(huán)形電流的磁場(chǎng) 環(huán)形電流的磁場(chǎng)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(chǎng)比環(huán)外強(qiáng)，磁感線越向外越稀疏 (3)通電螺線管的磁場(chǎng) 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(lái)判定通電螺線管的磁場(chǎng)，這時(shí)拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)，環(huán)形電流和通電螺線管的磁場(chǎng)與哪種磁體的磁場(chǎng)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(chǎng)中某處小磁針靜止時(shí)N極的指向或磁感線方向．請(qǐng)畫出對(duì)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(shí)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(lái)判斷，分別如下列各圖所示． 1．(對(duì)磁場(chǎng)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(gè)巨大的磁體．在一些生物體內(nèi)也會(huì)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(lái)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(chǎng)比附近的地磁場(chǎng)強(qiáng)的多，則在長(zhǎng)距離飛行中(　　) A．鴿子仍能如平時(shí)一樣辨別方向 B．鴿子會(huì)比平時(shí)更容易辨別方向 C．鴿子會(huì)迷失方向 D．不能確定鴿子是否會(huì)迷失方向 答案　C 2．(對(duì)磁場(chǎng)的理解)(多選)關(guān)于磁場(chǎng)，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．其基本性質(zhì)是對(duì)處于其中的磁體或電流有力的作用 B．磁場(chǎng)是看不見、摸不著、實(shí)際不存在的，是人們假想出來(lái)的一種物質(zhì) C．磁場(chǎng)是客觀存在的一種特殊物質(zhì)形態(tài) D．磁場(chǎng)的存在與否決定于人的思想，想其有則有，想其無(wú)則無(wú) 答案　AC 解析　磁場(chǎng)的基本性質(zhì)是對(duì)放入其中的磁體或電流有力的作用，A正確．磁場(chǎng)雖然看不見、摸不著，但是它是客觀存在的，B、D錯(cuò)誤，C正確． 3．(對(duì)磁感線的理解)如圖4所示的磁場(chǎng)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(cuò)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(gè)位置上各放一個(gè)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(chǎng)如圖所示，右端為N極，左端為S極，在a點(diǎn)磁場(chǎng)方向向右，則小磁鐵在a點(diǎn)時(shí)，N極向右，A項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確；在b點(diǎn)磁場(chǎng)方向向右，則磁針在b點(diǎn)時(shí)，N極向右，B項(xiàng)正確；在c點(diǎn)，磁場(chǎng)方向向右，則磁針在c點(diǎn)時(shí)，N極向右，S極向左，C項(xiàng)錯(cuò)誤． 題組一　磁現(xiàn)象和磁場(chǎng) 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(shí)，下述說(shuō)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(wú)磁場(chǎng)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(xiàng)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(shí)，兩者互不吸引，則(　　) A．甲有磁性，乙無(wú)磁性 B．甲無(wú)磁性，乙有磁性 C．甲、乙都有磁性 D．甲、乙都無(wú)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(gè)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(méi)有．當(dāng)鐵棒甲的一端靠近鐵棒乙的中部，兩者互相吸引，說(shuō)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(shuō)明乙不是磁體，沒(méi)有磁性． 4．(多選)某同學(xué)身邊有一個(gè)長(zhǎng)鐵條，為了檢驗(yàn)它是否具有磁性，該同學(xué)用它的一端靠近能自由轉(zhuǎn)動(dòng)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(guò)來(lái)，則說(shuō)明長(zhǎng)鐵條一定有磁性 B．若小磁針被吸引過(guò)來(lái)，則長(zhǎng)鐵條可能沒(méi)有磁性 C．若小磁針被推開，則說(shuō)明長(zhǎng)鐵條一定有磁性 D．若小磁針被推開，則長(zhǎng)鐵條可能沒(méi)有磁性 答案　BC 解析　因?yàn)榇盆F有吸引鐵質(zhì)物體的性質(zhì)，小磁針有磁性，可吸引長(zhǎng)鐵條，故長(zhǎng)鐵條可能沒(méi)有磁性，選項(xiàng)A錯(cuò)，B對(duì)；根據(jù)同名磁極相互排斥、異名磁極相互吸引可知，選項(xiàng)C對(duì)，D錯(cuò)． 5．如果你看CCTV－5的圍棋講座，就會(huì)發(fā)現(xiàn)棋子都是由磁性材料制成的．棋子不會(huì)掉下來(lái)是因?yàn)?　　) A．質(zhì)量小，重力可以忽略不計(jì) B．受到棋盤對(duì)它向上的摩擦力 C．棋盤對(duì)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(duì)棋盤產(chǎn)生壓力，棋盤對(duì)棋子有彈力，重力使棋子有向下滑動(dòng)的趨勢(shì)，因此棋子受到棋盤對(duì)它向上的靜摩擦力，此力和重力平衡，使棋子不會(huì)掉下來(lái)(由于空氣浮力遠(yuǎn)小于重力，故可以忽略不計(jì))．故選B. 6．(多選)月球表面周圍沒(méi)有空氣，它對(duì)物體的引力僅為地球上的，月球表面沒(méi)有磁場(chǎng)，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(méi)有磁場(chǎng)，那么在月球上就不能用指南針定向，所以選項(xiàng)A不能夠做到；月球表面周圍沒(méi)有空氣，所以無(wú)法使用電風(fēng)扇吹風(fēng)，而聲音也無(wú)法傳播，所以選項(xiàng)B、C均不能夠做到，只有選項(xiàng)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(chǎng)和磁場(chǎng)，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．我們雖然不能用手觸摸到電場(chǎng)的存在，卻可以用試探電荷去探測(cè)它的存在和強(qiáng)弱 B．電場(chǎng)線和磁感線是可以形象描述場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)弱和方向的客觀存在的曲線 C．磁感線和電場(chǎng)線一樣都是閉合的曲線 D．磁體之間的相互作用是通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生的，磁場(chǎng)和電場(chǎng)一樣，都是客觀存在的物質(zhì) 答案　AD 解析　 電場(chǎng)和磁場(chǎng)都是客觀存在的物質(zhì)，電場(chǎng)線和磁感線都是假想的曲線，實(shí)際并不存在．電場(chǎng)線和磁感線的最大區(qū)別在于：磁感線是閉合的，而電場(chǎng)線不是閉合的． 8．(多選)下列圖表示磁場(chǎng)的磁感線，依圖分析磁場(chǎng)中a點(diǎn)的磁場(chǎng)比b點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)的是(　　) 答案　AC 解析　磁感線的疏密可表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱． 9．如圖2所示為某磁場(chǎng)的一條磁感線，其上有A、B兩點(diǎn)，則(　　) 圖2 A．A點(diǎn)的磁場(chǎng)一定強(qiáng) B．B點(diǎn)的磁場(chǎng)一定強(qiáng) C．因?yàn)榇鸥芯€是直線，A、B兩點(diǎn)的磁場(chǎng)一樣強(qiáng) D．條件不足，無(wú)法判斷 答案　D 解析　由磁場(chǎng)中一根磁感線無(wú)法判斷磁場(chǎng)強(qiáng)弱． 10．(多選)關(guān)于電流的磁場(chǎng)，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．直線電流的磁場(chǎng)只分布在垂直于導(dǎo)線的某一個(gè)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(chǎng)分布與條形磁鐵相同，在螺線管內(nèi)部無(wú)磁場(chǎng) D．直線電流、環(huán)形電流、通電螺線管的磁場(chǎng)方向都可以用安培定則來(lái)判定 答案　BD 解析　通電直導(dǎo)線周圍有磁場(chǎng)，磁場(chǎng)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(wú)數(shù)個(gè)，因此整個(gè)導(dǎo)線周圍都有磁場(chǎng)，如圖只是畫出了其中一個(gè)平面內(nèi)磁場(chǎng)的磁感線，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；跟導(dǎo)線垂直的某一個(gè)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(xiàng)B正確；將小磁針?lè)旁诼菥€管的內(nèi)部和外部，都受到磁場(chǎng)力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這說(shuō)明通電螺線管的內(nèi)部和外部都有磁場(chǎng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；安培定則是描述電流以及電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向的規(guī)律，選項(xiàng)D正確．  11.中國(guó)宋代科學(xué)家沈括在《夢(mèng)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(chǎng)的磁感線分布示意如圖3.結(jié)合上述材料，下列說(shuō)法不正確的是(　　) 圖3 A．地理南、北極與地磁場(chǎng)的南、北極不重合 B．地球內(nèi)部也存在磁場(chǎng)，地磁南極在地理北極附近 C．地球表面任意位置的地磁場(chǎng)方向都與地面平行 D．地磁場(chǎng)對(duì)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?yàn)橐痪薮蟮拇朋w，地磁場(chǎng)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(chǎng)，只有赤道上空磁場(chǎng)的方向才與地面平行；對(duì)射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子的速度方向與地磁場(chǎng)方向不會(huì)平行，一定受到地磁場(chǎng)力的作用，故C項(xiàng)說(shuō)法不正確的． 12．如圖4所示，a、b、c三枚小磁針?lè)謩e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(shí)，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(shí)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(shí)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．