2024-2025高中物理第三章磁场第1节磁现象和磁场讲义+习题含解析新人教版选修3-1

PAGEPAGE11第1节磁现象和磁场1．了解磁现象，知道磁体、磁极、磁性、磁场等概念，明确磁体与磁体之间、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通过磁场发生的，相识磁场是客观存在的。2．了解电流的磁效应，了解奥斯特发觉电流的磁效应的重要意义。3．了解地磁场的分布状况和地磁两极的特点。一、磁现象和电流的磁效应1．磁现象(1)磁性：磁体吸引eq\o(□,\s\up3(01))铁质物体的性质。(2)磁极：磁体上磁性eq\o(□,\s\up3(02))最强的区域。①北极：能够自由转动的磁体，静止时指eq\o(□,\s\up3(03))北的磁极，又叫N极。②南极：能够自由转动的磁体，静止时指eq\o(□,\s\up3(04))南的磁极，又叫S极。2．电流的磁效应(1)发觉：1820年，丹麦物理学家eq\o(□,\s\up3(05))奥斯特在一次讲课中，把导线沿南北方向放置在一个带玻璃罩的指南针的上方，通电时磁针转动了。(2)试验意义：电流磁效应的发觉，首次揭示了eq\o(□,\s\up3(06))电与磁之间的联系，揭开了人类对电磁现象探讨的新纪元。二、磁场1．电流、磁体间的相互作用(1)磁体与磁体间存在相互作用。(2)通电导线对磁体有作用力，磁体对通电导线也有作用力。(3)两条通电导线之间也有作用力。2．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，是通过eq\o(□,\s\up3(01))磁场发生的，eq\o(□,\s\up3(02))磁场是磁体或电流四周一种看不见、摸不着的特别物质。(2)基本性质：能对放入其中的eq\o(□,\s\up3(03))磁体或eq\o(□,\s\up3(04))通电导线产生力的作用。3．地磁场(1)地磁场：地球本身是一个磁体，N极位于地理eq\o(□,\s\up3(05))南极旁边，S极位于地理eq\o(□,\s\up3(06))北极旁边。自由转动的小磁针能显示出地磁场的方向，这就是指南针的原理。(2)磁偏角：eq\o(□,\s\up3(07))小磁针的指向与正南、正北方向之间的夹角。指南针在火星上能做导航设备吗？提示：火星上没有一个全球性的磁场，所以指南针不能在火星上工作。(1)奥斯特试验说明白磁场可以产生电流。()(2)自然磁体与人造磁体都能吸引铁质物体。()(3)单独一个带电体可以只带正电荷(或负电荷)，同样磁体也可以只有N极或S极。()(4)地磁场能使小磁针的两极指向正南、正北。()(5)地理的南北极与地磁的南北极并不重合，地磁的北极在地理北极旁边。()(6)磁场的基本性质是对处在磁场中的磁体或电流有力的作用。()提示：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×(6)√课堂任务磁现象电流的磁效应细致视察下面图片，细致参加“师生互动”。活动1：取一个条形磁铁，用一枚大头针分别靠近磁铁的两端，视察到什么现象？提示：大头针靠近磁铁会被吸引。活动2：取两个条形磁铁，分别将它们的同名磁极、异名磁极相互靠近，视察到什么现象？提示：同名磁极靠近时相互排斥，异名磁极靠近时相互吸引。活动3：上图中的现象是什么？这个现象是谁最先发觉的？提示：上图显示出小磁针在通电导线作用下旋转了，这个现象最先是奥斯特发觉的，被叫做奥斯特试验。活动4：奥斯特试验说明白什么？提示：没有通电直导线时，能够自由转动的磁针总是指向南北方向，有通电直导线后小磁针变更指向，说明通电直导线对磁针有力的作用。活动5：探讨、沟通、展示，得出结论。(1)磁体南北极能够自由转动的磁体，静止时指南的那个磁极叫南极或S极，指北的那个磁极叫北极或N极。(2)磁化和磁极作用①磁化：使原来没有磁性的物体在磁体或电流的作用下获得磁性的过程。磁化后的物体具有南北两极。②磁极作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。(3)奥斯特试验(电流的磁效应)奥斯特试验说明白电流与磁体之间有力的作用。例1物理试验都须要有肯定的限制条件。关于奥斯特试验，下列说法中正确的是()A．该试验必需在地球赤道上进行B．通电直导线应当竖直放置C．通电直导线应当水平东西方向放置D．通电直导线应当水平南北方向放置(1)假如导线没有通电，小磁针静止时指向什么方向？提示：南北方向。(2)怎么才能最大限度说明小磁针的偏转是由于电流的作用？提示：小磁针原来指向南北，在电流的作用下应使其向东西偏转。[规范解答]小磁针原来静止时指向南北，当直导线中通有电流时，小磁针从南北指向向东西指向偏转才能最大限度说明偏转是由于电流的作用，又因为小磁针最终静止时与导线垂直，所以导线应沿水平南北方向放置，这样才有明显的偏转，故D正确；假如直导线竖直放置或沿水平东西方向放置，通电流后小磁针仍旧指向南北，B、C错误；由以上分析知，只要无电流时小磁针能指南北，就能做该试验，A错误。[完备答案]D在奥斯特试验中，只有通电导线南北放置，小磁针的偏转最明显，但通电导线不是南北方向放置时，小磁针也会受到力的作用，只是为了试验效果，我们选择南北方向放置通电导线。eq\a\vs4\al([变式训练1])铁棒A能吸引小磁针，铁棒B能排斥小磁针，若将铁棒A靠近铁棒B时，下述说法中正确的是()A．A、B肯定相互吸引B．A、B肯定相互排斥C．A、B间可能无磁力作用D．A、B可能相互吸引，也可能相互排斥答案D解析小磁针本身有磁性，能够吸引没有磁性的铁棒，故铁棒A可能有磁性，也可能没有磁性。铁棒B能排斥小磁针，说明铁棒B肯定有磁性，若A无磁性，当A靠近B时，在B的作用下会被磁化而发生相互吸引作用；若A有磁性，则A、B两磁体都分别有北极和南极，当它们的同名磁极相互靠近时，相互排斥，当异名磁极相互靠近时，相互吸引，这说明不论A有无磁性，它们之间总有力的作用，故正确答案为D。课堂任务磁场细致视察下列图片，细致参加“师生互动”。活动1：甲图小磁针和条形磁体并没有相互接触，它们是通过什么产生作用力的？提示：电荷之间的相互作用是通过电场发生的，所以甲图中是通过磁场产生作用力的。活动2：乙图中是通过什么发生作用的？提示：说明电流四周存在磁场，而磁体四周也存在磁场，于是磁体和电流之间产生作用力，故通电导体受力而发生了运动。活动3：丙图中是通过什么发生作用的？提示：尽管两条导线都不是磁体，但是在它们的四周都存在磁场，两根导线分别受到对方的磁场力的作用。活动4：探讨、沟通、展示，得出结论。(1)磁场①定义：磁体或电流四周存在一种特别物质，能够传递磁体与磁体之间、磁体和电流之间、电流和电流之间的相互作用，这种特别的物质叫磁场。②磁场的基本性质：对放入其中的磁体或电流有力的作用。③磁场的产生：a.磁体四周存在磁场；b.电流四周存在磁场——电流的磁效应。④磁场与电场的比较电场磁场场源电荷磁体、电流、运动电荷(相当于电流)基本性质对放入其中的电荷有电场力的作用对放入其中的磁体、通电导线有磁场力的作用相同点磁场和电场都是客观存在的特别物质，都具有能量(2)地磁场的分析①地球上不同的地点地磁场的方向不同，因此当涉及到地磁场的问题时，要留意明确在地球上的位置。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磁场和电场一样也可以分解：地磁场水平重量始终由南指向北，竖直重量在南半球竖直向上，在北半球竖直向下。例2如图，关于磁体、电流间的相互作用，下列说法正确的是()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电流发生的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(1)只有磁体四周才有磁场吗？提示：不是。电流的四周也存在磁场。(2)电流与电流之间的作用力是通过电场发生的吗？提示：不是。是通过磁场发生的。[规范解答]磁体和电流四周都存在着磁场，图中导线中的电流对小磁针的作用、磁体对电流的作用、电流之间的相互作用都是通过磁场发生的，故C正确。[完备答案]C分析磁体与磁体间及磁体与导体间力的作用的依据(1)磁场产生于磁体四周及通电导体四周。(2)磁场的基本性质是磁场对放入其中的磁体及通电导体有力的作用。eq\a\vs4\al([变式训练2])(多选)如图所示，通电直导线处在蹄形磁铁两极间，受到力F的作用发生摇摆，以下说法正确的是()A．这个力F是通过磁场产生的B．这个力F没有反作用力C．这个力F的反作用力作用在通电导线上D．这个力F的反作用力作用在蹄形磁铁上答案AD解析蹄形磁铁通过磁场对通电导线产生了力的作用，同时通电导线也通过磁场对蹄形磁铁产生了力的作用。A、D正确。A组：合格性水平训练1．(奥斯特试验)物理学中的自由落体规律、万有引力定律、静止点电荷之间的相互作用规律和电流磁效应分别由不同的物理学家探究发觉，他们依次是()A．伽利略、牛顿、库仑和奥斯特B．牛顿、安培、洛伦兹和奥斯特C．伽利略、卡文迪许、库仑和安培D．开普勒、伽利略、库仑和洛伦兹答案A解析伽利略发觉了自由落体规律，牛顿提出了万有引力定律，库仑发觉了静止点电荷之间的相互作用规律，奥斯特发觉了电流的磁效应，A正确。2．(磁现象)磁铁吸引小铁钉与摩擦过的塑料尺吸引毛发碎纸屑两现象比较，下列说法正确的是()A．两者都是电现象B．两者都是磁现象C．前者是电现象，后者是磁现象D．前者是磁现象，后者是电现象答案D解析磁铁吸引小铁钉是靠磁铁的磁场把铁钉磁化而作用的，是磁现象；摩擦过的塑料尺上带有电荷，使四周产生电场而吸引毛发碎纸屑，是电现象。D正确。3.(地磁场)如图所示，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()A．指北B．指南C．竖直向上D．竖直向下答案D解析我们已经知道地球的地理北极点可以近似地认为是地磁的南极，依据磁极同性相斥、异性相吸，小磁针的N极将竖直向下，故选D。4．(磁场作用力)使不带电的两个物体相互靠近，但不接触，下列说法中正确的是()A．若没有相互作用，则两个物体都不是磁体B．若相互吸引，则只能有一个是磁体C．若相互吸引，则两个物体都是磁体D．若相互排斥，则两个物体都是磁体答案D解析若两个物体没有相互作用，则两个物体可能都不是磁体，也可能一个是磁体另一个不是铁质物体，A错误；若两个物体相互吸引，则可能两个物体都是磁体，也可能两个物体中一个是磁体另一个不是磁体(但应为铁质物体)，B、C错误；若两物体相互排斥，则两个物体必定都是磁体，D正确。5．(电流磁效应)推断一段导线中是否有直流电流通过，手边若有几组器材，其中最为可用的是()A．被磁化的缝衣针及细棉线B．带电的小纸球及细棉线C．小灯泡及导线D．蹄形磁铁及细棉线答案A解析被磁化的缝衣针相当于小磁针，用细棉线吊起后放在导线四周，能偏转说明导线中有电流通过，A符合题意。6．(对磁场的相识)下列关于磁场的说法中正确的是()A．磁体四周的磁场看不见、摸不着，所以磁场不是客观存在的B．将小磁针放在磁体旁边，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，磁场就消逝了D．当磁体四周撒上铁屑时才能形成磁场，不撒铁屑磁场就消逝答案B解析磁体四周存在磁场，磁场看不见、摸不着，但与电场一样，都是一种客观存在的特别物质，与磁体是否放在真空中、四周是否撒铁屑无关，A、C、D错误；将小磁针放在磁体旁边，磁体产生的磁场对小磁针产生力的作用，使小磁针发生偏转，B正确。7．(地磁场)信鸽有惊人的远距离分辨方向的本事。为了弄清信鸽原委靠什么来推断方向，科学家们曾经做过这样一个试验：把几百只训练有素的信鸽分成两组，在一组信鸽的翅膀下缚了一块小磁铁，而在另一组信鸽的翅膀下缚一块大小相同的铜块，然后把它们带到离鸽舍数千米至数十千米的地方，逐批放飞，结果绝大部分缚铜块的信鸽飞回到鸽舍，而缚着磁铁的信鸽却全部飞散了，这一试验证明白人们的一个猜想——信鸽超群的认路本事是依靠于()A．信鸽的视力和对地形地貌极强的记忆力B．信鸽对地磁场的感应C．信鸽放射并接收反射回来的超声波D．信鸽放射并接收反射回来的次声波答案B解析信鸽翅膀下的磁铁影响了信鸽对地磁场方向的推断，影响了飞行方向，B正确。8．(磁化)如图所示，弹簧测力计下挂一铁球，将弹簧测力计缓慢向上移动时，弹簧测力计的示数()A．不变B．渐渐减小C．先减小再增大D．先增大再减小答案B解析弹簧测力计向上移动时，铁球受到的磁场力渐渐减小，因此弹簧测力计的示数减小。B正确。9.(磁化)如图所示为一电磁选矿机的示意图，其中M为矿石漏斗，D为电磁铁。在开矿中，所开采出的矿石有含铁矿石和非含铁矿石，那么矿石经过选矿机后，落入B槽中的矿石是________，落入A槽中的矿石是________。答案含铁矿石非含铁矿石解析含铁矿石被电磁铁D磁化吸引，故落入B槽；非含铁矿石不受D的作用，故落入A槽。B组：等级性水平训练10．(地磁场)下列说法正确的是()A．地球是一个巨大的磁体，其S极在地球南极旁边，N极在地球北极旁边B．地球表面的磁场的竖直重量在南半球竖直向上，在北半球竖直向下C．地球的四周存在着磁场，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B解析地磁场的N极在地球南极旁边，S极在地球北极旁边，A错误。地磁场类似于条形磁铁的磁场，由磁场方向的分析可知B正确。在地球表面赤道上的磁场最弱，两极最强，D错误。在地球上不同位置，磁偏角的数值是不同的，因此C错误。11．(综合)如图所示，A为电磁铁，C为胶木大秤盘，A和C(包括支架)的总质量为M，B为铁片，质量为m，整个装置用轻绳悬挂于O点，当电磁铁通电，铁片被吸引上升过程中，轻绳上拉力F的大小为()A．F＝mg B．Mg＜F＜(M＋m)gC．F＝(M＋m)g D．F＞(M＋m)g答案D解析A、C受重力Mg，绳的拉力F，B给A的磁场力f1，B受力为重力mg和A给B的磁场力f2，对A、C(包括支架)由平衡条件有：F＝Mg＋f1，对B由牛顿其次定律有：f2－mg＝ma(a＞0)，由牛顿第三定律有f1＝f2，联立解得F＝Mg＋m(g＋a)＞(M＋m)g。该题亦可用超重规律分析：以A、B、C组成的系统为探讨对象，整个系统处于超重状态，故F＞(M＋m)g，