2021-2022高中物理3-1学案：第3章 1磁现象和磁场

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精PAGE23-版权所有@高考资源网学必求其心得，业必贵于专精1磁现象和磁场［学习目标]1。[物理观念]知道磁场的概念,认识磁场是客观存在的物质.2。［物理观念]了解磁现象及电流的磁效应.3．[科学方法]利用类比的方法，通过电场的客观存在性去理解磁场的客观存在性.4。［科学方法]通过类比的学习方法，体会磁现象的广泛存在性、应用性。一、磁现象1．磁性：磁体吸引铁质物体的性质。2．磁极：磁体上磁性最强的区域。(1)北极：自由转动的磁体，静止时指北的磁极，又叫N极.（2）南极：自由转动的磁体，静止时指南的磁极,又叫S极。（3)同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。二、电流的磁效应1．奥斯特实验将导线沿南北方向放置在磁针的上方,通电时磁针发生了转动.2．奥斯特实验发现了电流的磁效应，即电流可以产生磁场,首次揭示了电与磁的联系。三、磁场1．定义：磁体与磁体之间,磁体与通电导体之间，以及通电导体与通电导体之间的相互作用，都是通过磁场发生的。2．基本性质:对放入其中的磁体或电流有力的作用。四、地磁场1．地磁场：地球本身是一个磁体，N极位于地理南极附近，S极位于地理北极附近。（如图所示)2．磁偏角:地球的地理两极与地磁两极并不重合，因此，磁针并非准确的指向南北,其间有一个夹角，这就是地磁偏角，简称磁偏角。磁偏角的数值在地球上的不同地点是不同的。1．思考判断（正确的打“√",错误的打“×”)（1)天然磁体和人造磁体都能吸引铁质物体. (√）(2）磁场看不见、摸不着，因此磁场是人们假想的,实际并不存在。 (×)(3)电荷周围既能产生电场,又能产生磁场. (×）（4)地磁场的N极在地理北极，S极在地理南极。 (×）2．下列说法中正确的是（）A．磁极与磁极间的相互作用是通过磁场产生的B．电流与电流的相互作用是通过电场产生的C．磁极与电流间的相互作用是通过电场与磁场共同产生的D．磁场和电场完全相同A[电流能产生磁场，在电流的周围有磁场存在，不论是磁极与磁极间，还是电流与电流间、磁极与电流间，都有相互作用的磁场力。磁场是一种特殊物质，它的基本特点是对放入磁场中的磁极、电流有磁场力的作用；而电场是电荷周围存在的一种特殊物质,其最基本的特点是对放入电场中的电荷有电场力的作用,而不会对放入静电场中的磁极产生力的作用。因此,磁场和电场是不同的，各具有自己的特点。正确答案是A。］对磁场和电流磁效应的理解1。磁场的存在:磁体的周围、电流的周围都存在磁场.2．磁场的客观性：磁场虽然看不见、摸不着,不是由分子、原子组成的，但却是客观存在的。场和实物是物质存在的两种形式。3．磁场的基本性质：对放入其中的磁体或电流有力的作用。磁体与磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之间的相互作用都是通过磁场发生的。4．磁场的方向性：有方向,处在磁场中能够自由转动的磁针,静止时N极的指向即小磁针N极的受力方向就是该处的磁场方向.5．奥斯特的实验(1）实验装置如图所示。（2)实验现象:当给导线通电时,与导线平行放置的小磁针发生转动。（3)实验结论：电流具有磁效应，即电流可以产生磁场。1磁体和电流周围的磁场是同一种性质的场，具有相同的特点和基本性质。2场是物质的另一种存在形式，和实物一样，也是一种客观存在的物质，具有质量、能量等物质的基本属性.【例1】（多选）关于磁铁、电流间的相互作用，下列说法正确的是（)甲乙丙A．甲图中，电流不产生磁场，电流对小磁针力的作用是通过小磁针的磁场发生的B．乙图中，磁体对通电导线的力是通过磁体的磁场发生的C．丙图中电流间的相互作用是通过电流的磁场发生的D．丙图中电流间的相互作用是通过电荷的电场发生的思路点拨:(1)磁体和电流的周围都存在磁场。（2）磁场对放入其中的磁体或电流有力的作用。BC［甲图中，电流对小磁针力的作用是通过电流的磁场发生的；乙图中，磁体对通电导线力的作用是通过磁体的磁场发生的；丙图中，电流对另一个电流力的作用是通过该电流的磁场发生的。综上所述，选项B、C正确。]自然界有两种基本的物质形态：实物和场(1)实物即具体的、有形的物质形态，由物质粒子组成。(2)场是物质的另一种存在形态，和实物一样，也是一种客观存在的物质,具有质量、能量、动量等物质的基本属性。eq\o（［跟进训练])1．物理实验都需要有一定的控制条件，奥斯特做电流磁效应实验时就应排除地磁场对实验的影响。下列关于奥斯特实验的说法正确的是(）A．该实验必须在地球赤道上进行B．通电直导线必须竖直放置C．通电直导线应该水平东西方向放置D．通电直导线可以水平南北方向放置D［地磁场的N极在地理的南极附近，地磁场的S极在地理的北极附近,地磁场方向由南指向北，小磁针N极在地磁场的作用下会自动指向北方，因此通电直导线可以水平南北方向放置，这样小磁针在通电直导线周围磁场的作用下指向东西方向，表明电流周围有磁场，通电直导线不一定放置在地球赤道上，故D正确。］对地磁场的理解1.地磁场的特点地磁场的方向并不是正南正北方向，即地磁两极与地理两极并不重合.地磁南极在地理北极附近,地磁北极在地理南极附近。地磁场方向与正南正北方向间有一夹角,叫磁偏角.2．地磁场问题的处理要点（1）地理南极正上方磁场方向竖直向上，地理北极正上方磁场方向竖直向下。（2）在赤道正上方,地磁场方向水平向北。（3）在南半球，地磁场方向指向北上方；在北半球,地磁场方向指向北下方.3．地磁场的作用由于磁场对运动电荷有力的作用,故射向地球的高速带电粒子，其运动方向会发生变化,不能直接到达地球。因此地磁场对地球上的生命有保护作用（第5节学习).【例2】一科考船进行环球科考活动从北极附近出发,一路向南直到南极附近，沿途不断测量地磁场的大小和方向,他的测量结果可能是（)A．地磁场的大小一直不变，磁场方向始终沿正南、正北方向B．地磁场的大小不断变化，磁场方向始终沿正南、正北方向C．地磁场的大小一直不变，磁场的方向与正南、正北方向间有一较小的偏角D．地磁场的大小不断变化,磁场的方向与正南、正北方向间有一较小的偏角思路点拨：弄清楚以下两个问题是解题的关键:(1）磁体周围什么位置磁场最强？（2）地磁两极与地理两极有什么关系？D［由于地磁两极与地理两极不重合，所以磁场的方向不沿正南、正北方向;由于地磁场类似于条形磁铁的磁场，所以在地球表面不同位置的磁场强弱不同。综上所述，选项D正确。]对地磁场理解的三大误区(1)将地理南北极与地磁场的南北极混淆，误将地理南极(或北极)当做地磁场的南极(或北极）。（2）误认为地理两极与地磁场的两极重合。事实上，两者并不重合,地磁场的两极在地理两极的附近。（3）误认为地球上各点的磁场方向都是和地面平行的。事实上，除赤道外，南北半球的磁场都有竖直分量。eq\o（[跟进训练］)2．（多选)指南针是我国古代四大发明之一.关于指南针，下列说法正确的是()A．指南针可以仅具有一个磁极B．指南针能够指向南北，说明地球具有磁场C．指南针的指向会受到附近铁块的干扰D．在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线，导线通电时指南针不偏转BC［指南针是一个小磁体，具有N、S两个磁极，因为地磁场的作用，指南针的N极指向地理的北极，选项A错误,选项B正确。因为指南针本身是一个小磁体,所以会对附近的铁块产生力的作用，同时指南针也会受到反作用力，所以会受铁块干扰，选项C正确.在地磁场中,指南针南北指向，当直导线在指南针正上方平行于指南针南北放置时，通电导线产生的磁场在指南针处是东西方向，所以会使指南针偏转，选项D错误.］1．［物理观念]对磁场的理解，磁场的基本性质。2．[科学思维］对地磁场的认识及理解.1．奥斯特实验说明了()A．磁场的存在 B．磁场的方向性C．电流可以产生磁场 D．磁体间有相互作用C[本题考查了电流的磁效应及奥斯特实验。奥斯特实验中电流能使静止的小磁针发生偏转，说明电流周围存在磁场，即电流产生了磁场。故正确答案为C。]2．在做“奥斯特实验"时,下列操作中现象最明显的是（)A．沿导线方向放置磁针，使磁针在导线的延长线上B．垂直导线方向放置磁针，使磁针在导线的正下方C．导线沿南北方向放置在磁针的正上方D．导线沿东西方向放置在磁针的正上方C［根据右手螺旋定则，导线一侧的磁场方向大体与导线垂直，为了使现象明显，应该将小磁针放置在导线一侧，且平行导线方向放置小磁针。又由于小磁针只能在水平面内转动，所以应该将小磁针放置在导线下方或上方，即将小磁针和导线放置在同一竖直面内,而不能将小磁针和导线放置在同一水平面内。由于地球的磁场是沿南北方向的,为了使实验现象明显,应该使电流的磁场不沿南北方向，最好沿与南北方向夹角最大的东西方向，所以应在南北方向放置导线，故选C.］3．如图所示,假如将一个小磁针放在地球的北极附近的磁极上方，那么小磁针的N极将()A．指北 B．指南C．竖直向上 D．竖直向下D［地球北极附近的磁极是地磁的S极,其上方磁场方向竖直向下，故小磁针的N极将竖直向下，选项D正确。]2磁感应强度[学习目标]1.［物理观念]认识磁感应强度的概念及物理意义.2.［物理观念］理解磁感应强度的方向、大小、定义式和单位。(重点）3。［科学方法］进一步体会如何通过比值定义法定义物理量。（难点）一、磁感应强度1．物理意义：描述磁场强弱和方向的物理量。2．方向:小磁针静止时N极所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向,简称为磁场方向.二、磁感应强度的大小1．电流元:很短的一段通电导线中的电流I与导线长度的乘积。2．控制变量法探究影响通电导线受力的因素如图所示，三块相同的蹄形磁铁，并列放在桌上，直导线所在处的磁场认为是均匀的。（1)保持长度不变，改变电流大小，观察直导线摆动角度大小来比较磁场力大小。(2）保持电流大小不变，改变磁场中导线长度,通过观察直导线摆动角度大小比较磁场力大小。(3）实验结论：直导线与磁场垂直时，它受力大小既与导线的长度L成正比，又与导线中的电流I成正比。3．磁感应强度的大小在磁场中垂直于磁场方向放置的通电导线，所受的磁场力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度.4．公式：B＝eq\f（F，IL)5．单位:国际单位是特斯拉，简称特，国际符号是T,1T＝1eq\f（N，A·m)。1．思考判断(正确的打“√"，错误的打“×”)(1)磁场的方向就是小磁针静止时所受合力的方向。 (×）（2)电流为I，长度为L的通电导线放入磁感应强度为B的磁场中受力的大小一定是F＝ILB。 (×）(3）磁场中某处的磁感应强度大小与有无小磁针无关，与有无通电导线也无关. （√）(4）公式B＝eq\f(F,IL）说明B与F成正比，与IL成反比。 （×)2．下列关于磁场中某点磁感应强度的方向的说法不正确的是（)A．该点的磁场的方向B．该点小磁针静止时N极所指方向C．该点小磁针N极的受力方向D．该点小磁针S极的受力方向D［磁场方向为小磁针N极受力方向，或者说小磁针静止时N极所指方向，同时磁感应强度方向就是磁场的方向。］3．下列说法中正确的是（)A．磁场中某一点的磁感应强度可以这样测定:把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力F与该导线的长度L、通过的电流I乘积的比值,即B＝eq\f(F,IL）B．通电导线在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零C．磁感应强度B＝eq\f(F,IL）只是定义式，它的大小取决于场源以及导线在磁场中的位置，与F、I、L以及通电导线在磁场中的方向无关D．通电导线所受磁场力的方向就是磁场的方向C［根据磁感应强度的定义，通电导线应为“在磁场中垂直于磁场方向的通电导线”，只有在这个方向导线所受磁场力才最大，本题A选项未注明导线放置的方向，所以是错误的。通电导线若放置方向与磁场平行时，不受磁场力作用,所以B选项也是错误的。在磁场场源稳定的情况下，磁场内各点的磁感应强度(含大小和方向)都是唯一确定的，与放入的检验通电导线无关，选项C正确。磁场力方向与磁感应强度方向垂直，选项D错误。］对磁感应强度的理解1.公式B＝eq\f（F，IL）是磁感应强度的定义式，是用比值法定义的,磁感应强度B的大小只决定于磁场本身的性质，而与F、I、L均无关。2．在定义式B＝eq\f（F,IL）中,通电导线必须垂直于磁场方向放置。因为磁场中某点通电导线所受力的大小,除和磁场强弱有关以外，还和导线的方向有关。导线放入磁场中的方向不同，所受磁场力也不相同。通电导线受磁场力为零的地方,磁感应强度B的大小不一定为零。3．磁感应强度是矢量，运算遵守平行四边形定则。(1)通电导线所受磁场力的方向不是磁场磁感应强度的方向。（2）磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时L应很短很短，IL称作“电流元"，相当于静电场中的“点电荷"。【例1】（多选）把一小段通电直导线垂直磁场方向放入一匀强磁场中，图中能正确反映各量间关系的是()ABCDBC［磁感应强度的大小和方向由磁场自身决定，不随F或IL的变化而变化，故B正确，D错误；当导线垂直于磁场放置时，有B＝eq\f（F，IL)，即F＝ILB。所以B不变的情况下F与IL成正比，故A错误，C正确.]正确理解比值定义法（1）定义B＝eq\f（F，IL）是比值定义法，这种定义物理量的方法实质就是一种测量方法，被测量点的磁感应强度与测量方法无关.(2)定义a＝eq\f（Δv,Δt）、E＝eq\f（F，q）也是比值定义法，被测量的物理量也与测量方法无关，不是由定义式中的两个物理量决定的。eq\o（［跟进训练］）1．磁场中放一与磁场方向垂直的电流元，通入的电流是2.5A，导线长1cm,它受到的安培力为5×10－2N.问:(1)这个位置的磁感应强度是多大？（2）如果把通电导线中的电流增大到5A时,这一点的磁感应强度是多大？(3)如果通电导线在磁场中某处不受磁场力,是否可以肯定这里没有磁场？[解析](1）由磁感应强度的定义式得B＝eq\f(F,IL）＝eq\f(5×10－2N，2。5A×1×10－2m）＝2T。（2)磁感应强度B是由磁场和空间位置(点）决定的,和导线的长度L、电流I的大小无关，所以该点的磁感应强度为2T.（3)如果通电导线在磁场中某处不受磁场力，则有两种可能:①该处没有磁场；②该处有磁场，但通电导线与磁场平行.所以不能确定。[答案］（1)2T（2)2T(3）不能确定磁感应强度B与电场强度E的比较电场强度E磁感应强度B定义的依据①电场对电荷q有作用力F②对电场中任一点，F∝q，eq\f(F，q)＝恒量（由电场决定）③对不同点，一般来说恒量的值不同④比值eq\f（F,q)可表示电场的强弱①磁场对直线电流I有作用力F②对磁场中任一点，F与磁场方向、电流方向有关，只考虑电流方向垂直于磁场方向的情况时,F∝IL，eq\f（F，IL）＝恒量(由磁场决定)③对不同点，一般来说恒量的值不同④比值eq\f(F,IL)可表示磁场的强弱定义式E＝eq\f(F，q）B＝eq\f(F，IL）物理意义描述电场的强弱和方向表征磁场的强弱和方向方向该点正电荷的受力方向小磁针N极的受力方向场的叠加遵循矢量的平行四边形定则遵循矢量的平行四边形定则单位1N/C＝1V/m1T＝1N/（A·m）【例2】下列关于磁感应强度的方向和电场强度的方向的说法中，不正确的是()A．电场强度的方向与电荷所受的电场力的方向相同B．电场强度的方向与正电荷所受的电场力的方向相同C．磁感应强度的方向与小磁针N极所受磁场力的方向相同D．磁感应强度的方向与小磁针静止时N极所指的方向相同思路点拨：A[电场强度的方向就是正电荷所受的电场力的方向，磁感应强度的方向是小磁针N极所受磁场力的方向或小磁针静止时N极所指的方向。故只有A项错误.］eq\o([跟进训练］）2．关于磁感应强度B＝eq\f（F，IL）和电场强度E＝eq\f(F，q)，下列说法中正确的是（)A．一小段通电直导线在某处不受磁场力作用,说明此处一定无磁场B．一试探电荷在某处不受电场力作用，说明此处一定无电场C．一小段通电导线在磁场中所受磁场力越大，说明此处的磁场越强D．磁感应强度的方向与该处一小段通电导线所受磁场力的方向可能相同B［一小段通电导线在某处不受磁场力，可能是由于导线与磁场平行，而该处