2018-2019版学案导学高中物理选修3-1教科版配套文档：第三章 磁场1

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精1磁现象磁场[学习目标]1。了解人类对磁现象的认识与应用.2.了解磁场是客观存在的物质,知道磁感线及其物理意义。3.会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管周围的磁场方向．一、磁现象1．我国古代对磁现象的认识及应用(1）春秋战国时期最早发现并记载了天然磁石具有吸引铁的现象和指示南北方向的特征．（2)北宋时期发明了指南针,并很快用于航海．(3)磁石治疗疾病，《史记》、《本草纲目》中均有记载．2．电与磁相互联系现象的发现及第二次产业革命（1)奥斯特发现了电流磁效应．（2）法拉第发现了电磁感应现象，打开了电气化技术时代的大门,导致了人类历史上的第二次产业革命．3．信息技术中的磁现象（1)原理：某些磁性物质能够把磁场对它的作用记录下来，长久保存且能在一定条件下复现．(2）应用：制成磁存储部件或设备，如磁带、磁盘、磁鼓、磁卡等．4．生物体中的磁现象(1）鸽子识归巢、候鸟辨迁途、海龟找“故乡"均可能与这些动物对地球磁场的敏感有关．（2）人体器官也存在磁性．（3）医院里使用的核磁共振断层成像装置等．二、磁场1．磁体和电流周围都存在着磁场,一切磁相互作用都是通过磁场来实现的．2．磁感线（1）定义：磁感线是一些假想的有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向为该点的磁场方向，曲线的疏密表示磁场的强弱，曲线疏的地方磁场弱，曲线密的地方磁场强．（2)物理意义:形象地描述磁场的强弱和方向．(3）磁场的方向：在磁场中某一点小磁针N极所受磁力的方向,就是该点磁场的方向．3．几种常见的磁场（1)磁体周围的磁场(如图1）图1(2)电流周围的磁场磁感线的方向由安培定则判定①通电直导线(或直线电流）周围的磁场用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向跟电流方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向，如图2所示．图2②环形电流或通电螺线管周围的磁场让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向或通电螺线管的N极，如图3所示．图3［即学即用]判断下列说法的正误．（1）首先发现电流的磁效应的是丹麦物理学家奥斯特，他发现电流的周围能产生磁场．(√)(2）大磁铁的磁性较强，对小磁针的作用力大，但小磁针对大磁铁的磁场力较小．（×）(3)任何两个磁体之间产生的磁场力总是大小相等、方向相反．（√)（4）磁极和磁极之间的相互作用是通过磁场产生的．（√)(5）通电直导线周围磁场的磁感线是以导线为圆心的圆．（√)(6）通电螺线管周围的磁场类似于条形磁铁周围的磁场．（√)(7）无论是直线电流、环形电流还是通电螺线管的磁场，用安培定则判断时，大拇指指的都是磁场方向．（×)一、磁场和磁感线[导学探究](1)电荷与电荷之间的相互作用是通过电场产生的,那么磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间的相互作用是如何发生的?（2）在玻璃板上撒一层细铁屑，放入磁铁的磁场中，轻敲玻璃板，由细铁屑的分布可以模拟磁感线的形状，由实验得到条形磁铁和蹄形磁铁的磁场的磁感线是如何分布的？磁感线有什么特点？磁感线是磁场中真实存在的吗？答案(1)都是通过磁场发生的．(2）磁感线的分布和特点见［知识深化]．磁感线实际不存在，是假想的曲线．[知识深化]1．磁场是存在于磁体周围或电流周围的一种客观存在的特殊物质．磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间、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．磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流有力的作用．3．磁感线的特点（1)为形象描述磁场而引入的假想曲线,实际并不存在．(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱，密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱．(3)磁感线的方向：磁体外部从N极指向S极，磁体内部从S极指向N极．(4）磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断．例1下列关于磁场的说法中,正确的是（)A．磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质B．磁场是为了解释磁极间相互作用而人为规定的C．磁极与磁极间是直接发生作用的D．磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生答案A解析磁场和电场一样，是客观存在的物质，磁极与磁极、磁极与电流、电流与电流之间的作用都是通过磁场产生的,选项A正确．例2关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是()A．磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止的B．磁感线可以形象地描述各磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致C．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的D．两个磁场的叠加区域，磁感线可能相交答案B解析磁感线是闭合曲线，A不正确;磁感线上每一点切线方向表示该点磁场方向,磁感线的疏密表示磁场的强弱,小磁针静止时北极受力方向和静止时北极的指向均为磁场方向,选项B正确；磁感线是为了形象地描述磁场而假想的一组有方向的闭合曲线，实际上并不存在,选项C不正确；叠加区域合磁场的方向也具有唯一性，故磁感线不可能相交，D选项错误．二、电流的磁场安培定则常见电流的磁场安培定则立体图横截面图纵截面图直线电流以导线上任意点为圆心垂直于导线的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱环形电流内部磁场比环外强,磁感线越向外越稀疏通电螺线管内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，由N极指向S极例3电路没接通时两枚小磁针方向如图4所示,试确定电路接通后两枚小磁针的转向及最后的指向．图4答案见解析解析接通电源后,螺线管的磁场为：内部从左指向右，外部从右指向左，如图所示，故小磁针1逆时针转动至N极水平向左,小磁针2顺时针转动至N极水平向右．小磁针在磁场中受力的判断方法1．当小磁针处于磁体产生的磁场中，或环形电流、通电螺线管外部时,可根据同名磁极相斥,异名磁极相吸来判断小磁针的受力方向．2．当小磁针处于直线电流的磁场中或处于环形电流、通电螺线管内部时，应该根据小磁针N极所指方向与通过该点的磁感线的切线方向相同，来判断小磁针的受力方向．针对训练当导线中分别通以图示方向的电流，小磁针静止时北极指向读者的是（)答案C解析通电直导线电流从左向右，根据右手螺旋定则,则有小磁针所处的位置磁场方向垂直纸面向里，所以小磁针静止时北极背离读者,故A错误;通电直导线电流竖直向上，根据右手螺旋定则,磁场的方向为逆时针（从上向下看)，因此小磁针静止时北极背离读者，故B错误;环形导线的电流方向如题图C所示，根据右手螺旋定则,则有小磁针所处的位置磁场方向垂直纸面向外，所以小磁针静止时北极指向读者,故C正确;根据右手螺旋定则，结合电流的方向，则通电螺线管的内部磁场方向由右向左，则小磁针静止时北极指向左，故D错误．三、磁现象的电本质安培分子电流假说图5(1）法国学者安培提出：在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种环形电流——分子电流．分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极．(如图5所示)（2)当铁棒中分子电流的取向大致相同时，铁棒对外显磁性(如图6甲);当铁棒中分子电流的取向变得杂乱无章时，铁棒对外不显磁性（如图乙）．图6(3）安培分子电流假说说明一切磁现象都是由电荷的运动产生的．例4（多选)关于磁现象的电本质，下列说法正确的是()A．除永久磁铁外，一切磁场都是由运动电荷或电流产生的B．根据安培分子电流假说，在外磁场作用下，物体内部分子电流取向变得大致相同时，物体就被磁化了，两端形成磁极C．一切磁现象都起源于电流或运动电荷，一切磁作用都是电流或运动电荷之间通过磁场而发生的相互作用D．磁就是电，电就是磁;有磁必有电,有电必有磁答案BC解析永久磁铁的磁场也是由运动电荷（分子电流即电子绕原子核的运动形成的电流）产生的,故A错误．没有磁性的物体内部分子电流的取向是杂乱无章的,分子电流产生的磁场相互抵消，但当受到外界磁场的作用力时分子电流的取向变得大致相同时，分子电流产生的磁场相互加强,物体就被磁化了，两端形成磁极，故B正确．由安培分子电流假说知C正确．磁和电是两种不同的物质，故磁是磁,电是电，故D错误．四、地磁场1．地球本身就是一个大磁体，地磁场的N极在地理南极附近，地磁场的S极在地理北极附近．2．在赤道平面上，距离地球表面等高的各点，地磁场强弱程度相同，且方向水平向北．3．在北半球上空某点的地磁场的方向斜向下指向北方；在南半球上空某点的地磁场的方向斜向上指向北方．地磁场的水平分量总是从地球南极指向北极,而竖直分量则南北相反，在南半球竖直向上,在北半球竖直向下．例5（多选)下列说法正确的是（）A．地球是一个巨大的磁体,地磁场的N极在地球南极附近，地磁场的S极在地球北极附近B．地球表面磁场的竖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．地球的周围存在着磁场，但地磁的两极与地理的两极并不重合，其间有一个夹角，这就是磁偏角，磁偏角的数值在地球上不同地点是相同的D．在地球表面各点磁场强弱相同答案AB解析地球周围的磁场分布类似于条形磁铁周围的磁场分布，所以在地球表面赤道上的磁场最弱，选项D错误；在地球上的不同位置，磁偏角的数值是不同的，因此选项C错误．1。(磁感线的理解）如图7是条形磁铁的部分磁感线分布示意图，关于图中a、b两点磁场的描述，正确的是（）图7A．a点的磁场方向为图中Ba指向B．b点的磁场方向为图中Bb指向C．a点的磁场比b点的磁场强D．a点的磁场比b点的磁场弱答案C解析磁感线上某点的切线方向表示该点磁场的方向，图中a、b两点的磁场方向均是错误的，故A、B错误．磁感线疏密表示磁场的强弱,a点的磁感线比较密，则a点的磁场比b点的磁场强，故C正确，D错误．2．(安培定则的应用）如图所示为电流产生磁场的分布图,其中正确的是(）答案D解析电流方向向上，由右手螺旋定则可得磁场为逆时针(从上向下看)，故A错误；电流方向向下，由右手螺旋定则可得磁场为顺时针(从上向下看)，故B错误;图C、D中电流为环形电流，由右手螺旋定则可知,内部磁场应向右，故C错误，故D正确．3.（安培定则的应用）通电螺线管内有一在磁场力作用下静止的小磁针，磁针指向如图8所示，则()图8A．螺线管的P端为N极，a接电源的正极B．螺线管的P端为N极，a接电源的负极C．螺线管的P端为S极，a接电源的正极D．螺线管的P端为S极，a接电源的负极答案B解析通电螺线管内轴线的磁场方向水平向左，则P端为N极，由安培定则知，b接电源正极，选项B正确．4．（磁现象的电本质）（多选）用安培提出的分子电流假说可以解释的现象是(）A．永久磁铁的磁场 B．直线电流的磁场C．环形电流的磁场 D．软铁棒被磁化的现象答案AD解析安培分子电流假说是安培为解释磁体的磁现象而提出来的，所以选项A、D是正确的；而通电导线周围的磁场是由其内部自由电荷定向移动产生的宏观电流而产生的．分子电流和宏观电流虽然都是运动电荷引起的,但产生的原因是不同的．考点一磁场和磁感线1．（多选）关于磁场和磁感线的描述，正确的说法有()A．磁极之间的相互作用是通过磁场发生的,磁场和电场一样,也是一种物质B．磁感线可以形象地表示磁场的强弱与方向C．磁感线总是从磁铁的北极出发，到南极终止D．磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列出的曲线,没有细铁屑的地方就没有磁感线答案AB解析磁极之间的相互作用是通过磁场发生的,磁场具有能量,所以是一种物质,A正确；磁感线的疏密程度可表示磁场的强弱,磁感线的切线方向可表示磁场的方向，B正确；磁感线是闭合曲线，在磁体外部，从磁体的北极出发，到南极终止；在磁体内部,从南极指向北极，C错误；用细铁屑在磁铁周围排列出的曲线可以模拟磁感线,但并不是磁感线．没有细铁屑的地方同样可以画出磁感线，故D错误．2．关于磁感线与静电场中电场线的描述，下列说法正确的是()A．电场线起止于电荷，磁感线起止于磁极B．电场线一定是不闭合的，磁感线一定是闭合的C．磁感线是自由小磁针在磁场力作用下的运动轨迹D．电场线和磁感线实际上均存在，只是肉眼看不到答案B解析磁感线没有起点也没有终点，是闭合的曲线．静电场中的电场线不是闭合曲线，起始于正电荷（或无穷远处），止于无穷远处(或负电荷）,故A错误，B正确；磁感线是曲线时,小磁针在磁场力作用下的运动轨迹并不与其重合，故选项C错误;电场线和磁感线都是为了描述抽象的场而人为引入的曲线，实际上并不存在,选项D错误．考点二电流的磁场安培定则3．如图1所示,小磁针正上方的直导线与小磁针平行，当导线中有电流时，小磁针会发生偏转．首先观察到这个实验现象的物理学家和观察到的现象是（)图2A．物理学家伽利略，小磁针的N极垂直转向纸内B．天文学家开普勒，小磁针的S极垂直转向纸内C．物理学家牛顿,但小磁针静止不动D．物理学家奥斯特，小磁针的N极垂直转向纸内答案D解析发现电流的磁效应的科学家是奥斯特，根据右手螺旋定则和小磁针N极所指的方向为该点磁场方向可知D对．故选D。4．做奥斯特实验时，要观察到小磁针明显的偏转现象,下列方法可行的是（）A．将导线沿东西方向放置，磁针放在导线的延长线上B．将导线沿东西方向放置，磁针放在导线的下方C．将导线沿南北方向放置，磁针放在导线的延长线上D．将导线沿南北方向放置,磁针放在导线的下方答案D解析由于小磁针受到地磁场的作用，要指南北方向,为了观察到明显的偏转现象，应使电流产生的磁场方向为东西方向,故应将直导线沿南北方向放置，当小磁针发生偏转时,说明了磁场的存在，故选D。

5．磁铁的磁性变弱，需要充磁．充磁的方式有两种，图2甲是将条形磁铁穿在通电螺线管中，图乙是将条形磁铁夹在电磁铁之间，a、b和c、d接直流电源，下列接线正确的是(充磁时应使外力磁场与磁铁的磁场方向相同）（）图2A．a接电源正极，b接电源负极,c接电源正极,d接电源负极B．a接电源正极,b接电源负极，c接电源负极,d接电源正极C．a接电源负极，b接电源正极,c接电源正极，d接电源负极D．a接电源负极，b接电源正极，c接电源负极，d接电源正极答案B解析题图甲中,因磁铁在螺线管的内部，应使螺线管内磁感线方向从右向左(左端是N极,右端是S极），由安培定则可判定,a接电源正极，b接电源负极；题图乙中，同理可知，右端是螺线管N极，左端是S极，由安培定则可判定c接电源负极，d接电源正极，B选项正确．6。如图3所示，O处有一通电直导线，其中的电流方向垂直于纸面向里,图形abcd为以O点为同心圆的两段圆弧a和c与两个半径b和d构成的扇形，则以下说法中正确的是（）图3A．该通电直导线所产生的磁场方向如图中的b或d所示，且离O点越远，磁场越强B．该通电直导线所产生的磁场方向如图中的b或d所示，且离O点越远，磁场越弱C．该通电直导线所产生的磁场方向如图中的a或c所示，且离O点越远，磁场越强D．该通电直导线所产生的磁场方向如图中的a或c所示,且离O点越远，磁场越弱答案D解析由安培定则可知，通电直导线周围的磁感线是以通电导线为圆心的一些同心圆，题给通电直导线产生的磁场方向如图中a或c箭头所示，且离通电直导线越远，磁场越弱，故选项D正确．7.如图4所示为磁场、磁场作用力演示仪中的赫姆霍兹线圈，在线圈中心处挂上一个小磁针，且与线圈在同一平面内，则当赫姆霍兹线圈中通以如图所示方向的电流时（）图4A．小磁针N极向里转B．小磁针N极向外转C．小磁针在纸面内向左摆动D．小磁针在纸面内向右摆动答案A解析由于线圈中电流沿顺时针方向，根据安培定则可以确定,线圈内部轴线上磁感线方向垂直于纸面向里．而小磁针N极受力方向和磁感线方向相同，故小磁针N极向里转．8．如图5所示,直导线AB、螺线管C、电磁铁D三者相距较远，认为它们的磁场互不影响，当开关S闭合后，小磁针N极(黑色一端）的指向正确的是（）图5A．aB．bC．cD．d答案B解析由右手螺旋定则可知，直导线AB的磁场方向（从上往下看）为逆时针方向,根据小磁针静止时N极的指向即为磁场的方向，则有a磁针方向错误;而通电螺线管左端为S极，右端为N极，因此c磁针方向错误，b磁针的方向正确；对于电磁铁D，左端相当于N极，右端相当于S极,故d磁针的方向错误，故选B.9．如图6所示,若一束电子沿y轴正方向移动，则在z轴上某点A的磁场方向应该(）图6A．沿x轴的正方向 B．沿x轴的负方向C．沿z轴的正方向 D．沿z轴的负方向答案B解析电子沿y轴正方向移动,相当于电流方向沿y轴负方向，根据安培定则可判断在z轴上A点的磁场方向应该沿x轴的负方向，故选项B正