高中物理粤教版选修31学案第1讲我们周围的磁现象认识磁场

/11/11/[目标定位]1.了解磁现象，磁性材料；知道地磁场的分布、变化及对人类生活的影响.2.知道磁场的概念，明确磁体之间、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通过磁场发生的.3.知道磁感线的定义，记住几种特殊磁场的磁感线分布，学会用安培定则判断电流的磁场方向.4.了解电流的磁效应；了解安培分子电流假说．一、地磁场和磁性材料1．地磁场(1)地磁场：地球由于本身具有磁性而在其周围形成的磁场．指南针就是利用地磁场指南的原理制成的(2)如图1所示，地球磁体的N极(北极)位于地理南极附近，地球磁体的S极(南极)位于地理北极附近．(填“南极”或“北极”)图12．磁性材料(1)定义：通常指磁化后磁性很强的物质．(2)分类①按去磁的难易来分：硬磁性材料和软磁性材料．磁化后容易去磁的物质叫软磁性材料，不容易去磁的物质叫硬磁性材料．②按化学成分来分：金属磁性材料与铁氧体．例1如图2所示，假设将一个小磁针放在地球的北极点上，那么小磁针的N极将()图2A．指北B．指南C．竖直向上D．竖直向下解析地磁场的分布规律与条形磁铁类似，在地理北极附近，地磁场竖直向下，此处小磁针的N极应竖直向下，D对．答案D虽然地磁两极与地理两极并不重合，但它们的位置相对来说差别不是很大.因此，一般我们认为：?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，距离地球表面高度相等的点，磁场的强弱相同，且方向水平向北.?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.二、磁场及其方向1．磁场(1)磁场的产生：①磁体周围有磁场；②电流周围有磁场，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应．(2)基本性质：对放入其中的磁体或电流有力的作用．2．磁场的方向在磁场中的任一点，小磁针北极受力的方向，亦即小磁针静止时北极所指的方向，就是该点的磁场方向．例2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．答案A磁体的周围和电流的周围都存在磁场.磁场和常见的由分子、原子组成的物质不同，不是以微粒形式存在，但却是一种客观存在的特殊物质.三、磁感线1．定义：在磁场中画出的一些有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的切线方向都与该点的磁场方向一致．2．特点：(1)磁感线的疏密程度表示磁场的强弱．(2)磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向．(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．(填“N”或“S”)(4)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断．3．几种常见磁场的磁感线分布(1)磁铁的磁感线分布(2)直线电流磁场的磁感线分布安培定则：用右手握住导线，让伸直的大拇指指向电流的方向，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向．这个规律也叫右手螺旋定则.安培定则立体图横截面图纵截面图以导线上任意点为圆心的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱(3)环形电流磁场的磁感线分布环形电流的磁场可用安培定则表示：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.安培定则立体图横截面图纵截面图内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏(4)通电螺线管磁场的磁感线分布通电螺线管是由许多匝环形电流串联而成的．所以环形电流的安培定则也可以用来判定通电螺线管的磁场，这时拇指所指的方向就是螺线管内部磁场的方向.安培定则立体图横截面图纵截面图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极深度思考(1)用磁感线描述磁场时，总有一些区域没有磁感线通过，这些区域是否一定没有磁场存在？(2)磁体和电流都可以产生磁场，环形电流和通电螺线管的磁场与哪种磁体的磁场相似？答案(1)不是．用磁感线描述磁场时，只是定性地画出一些磁感线用来描述该区域的磁场分布，不可能让所有的区域都有磁感线通过，没有磁感线通过的区域仍然可以有磁场分布．(2)环形电流相当于小磁针，通电螺线管相当于条形磁铁．例3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．两个磁场的的叠加区域，磁感线可能相交解析条形磁铁内部磁感线的方向是从S极指向N极，A错误；磁感线上每一点切线方向表示磁场方向，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错误；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，选项D错误．答案B磁感线与电场线的比较：比较项目磁感线静电场的电场线相同点方向线上各点的切线方向就是该点的磁场方向线上各点的切线方向就是该点的电场方向疏密表示磁场强弱表示电场强弱特点在空间不相交、不相切、不中断除电荷处外，在空间不相交、不相切、不中断不同点闭合曲线始于正电荷或无穷远处，止于负电荷或无穷远处，不闭合的曲线例4如图3所示，分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针静止时N极的指向或磁感线方向．请画出对应的磁感线(标上方向)或电流方向．图3解析如果已知电流的方向，可用右手螺旋定则判断磁感线的方向．如果已知小磁针静止时N极指向，那么小磁针N极所指方向就是磁感线方向．用安培定则来判断，分别如下列各图所示．答案见解析图四、安培分子电流假说1．内容：任何物质的分子中都存在环形电流——分子电流，分子电流使每个物质分子都成为一个微小的磁体．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4甲所示)；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(如图乙所示)，所以磁体在高温或受到猛烈撞击时，将会退磁．图43．安培分子电流假说揭示了磁现象的电本质：一切磁现象都是由电荷的运动产生的．例5用安培分子电流假说解释下列现象不正确的是()A．未被磁化的铁棒内部分子电流取向杂乱无章，磁场相互抵消对外不显磁性B．未被磁化的铁棒放到磁场中，各分子电流在磁场作用下取向变得大致相同，铁棒被磁化，两端对外显示较强的磁作用，形成磁极C．磁铁受到高温或猛烈撞击时失去磁性，这是因为激烈的热运动或震动使分子电流取向变得杂乱无章了D．通电直导线中的电流和环形电流都是分子电流形成的解析分子电流假说是安培为解释磁体的磁现象而提出的，易知选项A、B、C都对；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，D错．答案D1．(对地磁场的理解)(多选)关于地球的磁场，下列说法正确的是()A．在地面上放置一个小磁针，小磁针的南极指向地磁场的南极B．地磁场的南极在地理北极附近C．地球上任何地方的地磁场方向都是和地面平行的D．地球磁偏角的数值在地球上不同地点是不同的答案BD解析在地面上放置一个小磁针，小磁针的南极指向地理南极，即地磁北极，故A错误；地磁场的南极在地理北极附近，地磁场的北极在地理南极附近，故B正确；地磁场不是匀强磁场，与地面不一定平行，如图所示，故C错误；地球的地理两极与地磁两极并不重合，因此，小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；磁偏角的数值在地球上不同地点是不同的，故D正确．2．(对磁场的理解)(多选)关于磁场，下列说法正确的是()A．其基本性质是对处于其中的磁体或电流有力的作用B．磁场是看不见、摸不着、实际不存在的，是人们假想出来的一种物质C．磁场是客观存在的一种特殊物质D．磁场的存在与否决定于人的思想，想其有则有，想其无则无答案AC解析磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流有力的作用，A正确．磁场虽然看不见、摸不着，但是它是客观存在的，B、D错误，C正确．3．(对磁感线的理解)如图5所示为某磁场中的一条磁感线，其上有A、B两点，则()图5A．A点的磁场一定强B．B点的磁场一定强C．因为磁感线是直线，A、B两点的磁场一样强D．条件不足，无法判断答案D解析由磁场中一根磁感线无法判断磁场强弱．4．(安培定则的理解和应用)(多选)如图6所示，螺线管中通有电流，如果在图中的a、b、c三个位置上各放一个小磁针，其中a在螺线管内部，则()图6A．放在a处的小磁针的N极向左B．放在b处的小磁针的N极向右C．放在c处的小磁针的S极向右D．放在a处的小磁针的N极向右答案BD解析由安培定则可知，通电螺线管的磁场如图所示，右端为N极，左端为S极，在a点磁场方向向右，则小磁针在a点时，N极向右，A项错误，D项正确；在b点磁场方向向右，则磁针在b点时，N极向右，B项正确；在c点，磁场方向向右，则磁针在c点时，N极向右，S极向左，C项错误.题组一磁现象和磁场1．在奥斯特电流磁效应的实验中，通电直导线应该()A．平行南北方向，在小磁针正上方B．平行东西方向，在小磁针正上方C．东南方向，在小磁针正上方D．西南方向，在小磁针正上方答案A2．如图1所示，一根条形磁铁，左端为S极，右端为N极．下列表示从S极到N极磁性强弱变化情况的图象中正确的是()图1答案C解析条形磁铁两极磁性最强，中间磁性最弱，故磁性强弱变化曲线如C选项所示．3．(多选)如图2所示，能自由转动的小磁针水平放置在桌面上．当有一束带电粒子沿与磁针指向平行的方向从小磁针上方水平飞过时，所能观察到的现象是()图2A．小磁针不动B．若是正电荷飞过，小磁针会发生偏转C．若是负电荷飞过，小磁针会发生偏转D．若是一根通电导线，小磁针会发生偏转答案BCD解析电流是由运动电荷产生的，当电荷在小磁针上方运动时也会形成电流，从而形成磁场．运动的正、负电荷形成的两种磁场是等效的，均会使小磁针发生转动，故B、C、D均正确．4．磁性是物质的一种普遍属性，大到宇宙星体，小到电子、质子等微观粒子，几乎都有磁性，地球就是一个巨大的磁体．在一些生物体内也会含有微量磁性物质，鸽子就是利用这种体内外磁性的相互作用来辨别方向的．若在鸽子身上绑一块永久磁铁，且其产生的磁场比附近的地磁场强的多，则在长距离飞行中()A．鸽子仍能如平时一样辨别方向B．鸽子会比平时更容易辨别方向C．鸽子会迷失方向D．不能确定鸽子是否会迷失方向答案C5．关于磁场，下列说法不正确的是()A．电荷周围一定存在磁场B．电流周围一定存在磁场C．同名磁极和同种电荷一样相互排斥D．通电导线之间通过磁场产生相互作用答案A解析运动电荷和电流周围存在磁场，而静止电荷周围没有磁场，A错，B对；同种电荷和同名磁极都是相互排斥，C对；磁体和磁体之间、通电导体和磁体之间、通电导体和通电导体之间都通过磁场产生相互作用，D对．6．下列关于磁场的说法中正确的是()A．磁体周围的磁场看不见、摸不着，所以磁场不是客观存在的B．将小磁针放在磁体附近，小磁针会发生偏转是因为受到磁场力的作用C．把磁体放在真空中，磁场就消失了D．当磁体周围撒上铁屑时才能形成磁场，不撒铁屑磁场就消失答案B题组二磁感线及安培定则的应用7．(多选)关于电场和磁场，下列说法正确的是()A．我们虽然不能用手触摸到电场的存在，却可以用试探电荷去探测它的存在和强弱B．电场线和磁感线是可以形象描述场强强弱和方向的客观存在的曲线C．磁感线和电场线一样都是闭合的曲线D．磁体之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，都是客观存在的物质答案AD解析电场和磁场都是客观存在的物质，电场线和磁感线都是假想的曲线，实际并不存在．电场线和磁感线的最大区别在于：磁感线是闭合的，而电场线不是闭合的．8．如图3所示为电流产生磁场的分布图，下列分布图正确的是()图3A．①③B．②③C．①④ D．②④答案C解析由安培定则可以判断出直线电流产生的磁场方向，①正确、②错误．③和④为环形电流，注意让弯曲的四指指向电流的方向，可判断出④正确、③错误．故正确选项为C.9．如图4所示，a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右侧，当这些小磁针静止时，小磁针N极的指向是()图4A．a、b、c均向左B．a、b、c均向右C．a向左，b向右，c向右D．a向右，b向左，c向右答案C解析小磁针静止时N极的指向与该点磁感线方向相同，如果a、b、c三处磁感线方向确定，那么三枚小磁针静止时N极的指向也就确定了．所以，只要画出通电螺线管的磁感线如图所示，即可知a磁针的N极向左，b磁针的N极向右，c磁针的N极向右．题组三安培分子电流假说10．安培观察到通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场很相似，提出了分子电流假说．他认为，在原子、分子等物质微粒内部，存在着一种环形电流——分子电流(分子电流实际上是由原子内部电子的绕核运动形成的)，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)下列将分子电流(箭头表示电子运动方向)等效为小磁体的图示中正确的是()图5答案B解析做圆周运动的电荷带负电，则环形电流方向相反，根据安培定则可知其左侧为N极，选项B对．11．科学研究表明，地球自西向东的自转速度正在变慢．假如地球的磁场是由地球表面带电引起的，则可以断定()A．地球表面带正电，由于地球自转变慢，地磁场将变弱B．地球表面带正电，由于地球自转变慢，地磁场将变强C．地球表面带负电，由于地球自转变慢，地磁场将变弱D．地球表面带负电，由于地球自转变慢，地