2017-2018学年高中物理 第三章 磁场 1 磁现象 磁场学案 教科版选修3-1

1.磁现象磁场学 习 目 标知 识 脉 络1.了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的推动和影响2知道磁场的概念，理解一切磁相互作用都是通过磁场来实现的(重点)3知道磁感线，会用磁感线描述磁体和电流周围的磁场(重点)4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(重点、难点)磁 现 象 和 磁 场1磁体间的相互作用：天然磁石和人造磁铁，都具有吸引铁的现象和指示南北方向的特征，利用磁体对铁、钴、镍的吸引力，人们做成了门吸、提包扣，带磁性的螺丝刀等，利用指示南北方向的特征人们发明了指南针，并用于航海2电与磁的相互联系：奥斯特发现的电流磁效应，翻开了研究电与磁相互关系的新篇章，法拉第发现的电磁感应现象打开了电气技术时代的大门，利用电与磁的相互联系，人们发明了喇叭、耳机、电动机等3信息技术中的磁现象：某些磁性物质能够把磁场对它的作用记录下来，于是人们制成了信息的磁存储部件或设备，如磁带、磁盘、磁鼓、磁卡等4生物体中的磁现象：研究表明，磁现象广泛存在于生命活动之中，人体器官也存在磁性，利用生物体中的磁现象诊断疾病：如心磁图、脑磁图等5磁场：磁体周围和电流周围都存在磁场，一切磁相互作用都是通过磁场来实现的人们规定，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1磁与电紧密联系，有磁必有电，有电必有磁()2奥斯特电流的磁效应说明了磁场可以产生电流()3磁场不是真实存在的，而是一种理想化的模型()把一个磁体从中间分开后每一部分各有一个磁极吗？【提示】把一个磁体从中间分开后每一部分还是各有两个磁极如图311所示，物理学家奥斯特通过该装置得出了电流磁效应(1)小磁针水平放置，若导线中没有通电流，静止时它的N极指向何方？(2)若给导线通电时，小磁针发生了明显的偏转，导线应该如何放置？小磁针为何会在导线通电时发生偏转？图311【提示】(1)导线没有通电时，N极指向北方(2)导线应沿南北方向水平放置在小磁针上方原因是电流可以产生磁场1电流的磁场1820年丹麦物理学家奥斯特首先发现：电流周围存在磁场电流的磁效应2磁场的客观性磁场是磁体和电流周围存在的一种特殊物质，它虽然看不见、摸不着，但它能够对放入其中的磁极、电流产生力的作用，它是客观存在的3磁场的存在形式磁场和常见的由分子、原子组成的物质不同，不是以微粒的形式存在，而是以场的形式存在4磁场的基本性质磁极与磁极之间，磁极与电流之间，电流与电流之间都是通过磁场相互作用的，基本性质是对放入其中的磁体或电流能产生力的作用(多选)关于磁场和电场，下列说法中正确的是()A磁场和电场一样，是同一种物质B磁场的最基本特性是对处在磁场中的磁极或电流有磁场力的作用C磁体与通电导体之间的相互作用是通过磁场进行的D电流与电流之间的相互作用是通过电场进行的【解析】磁场与电场的基本性质不同、产生的原因不同，因此不是同一种物质故A错误磁场的基本特性是对放入其中的磁极或电流有力的作用，B正确磁体与磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之间都是通过磁场相互作用的，C正确D错误【答案】BC实验表明：磁体能吸引一元硬币，对这种现象解释正确的是()A硬币一定是铁做的，因为磁体能吸引铁B硬币一定是铝做的，因为磁体能吸引铝C磁体的磁性越强，能吸引的物质种类越多D硬币中含有磁性材料，磁化后能被吸引【解析】一元硬币为钢芯镀镍，钢和镍都是磁性材料，放在磁体的磁场中能够被磁化，因而能够被磁体吸引，故D正确【答案】D如果你看过中央电视台体育频道的围棋讲座就会发现，棋子在竖直放置的棋盘上可以移动，但不会掉下来原来，棋盘和棋子都是由磁性材料制成的棋子不会掉落是因为() 【导学号：96322058】A质量小，重力可以忽略不计B受到棋盘对它向上的摩擦力C棋盘对它有吸引力且与重力平衡D它一方面受到棋盘的吸引，另一方面还受到空气的浮力【解析】棋子受力如图所示，磁性棋子受到棋盘的吸引力而对棋盘产生压力，棋盘对棋子有向外的弹力重力使得棋子有向下滑动的趋势，因此棋子受到棋盘向上的静摩擦力，此力和重力平衡，使得棋子不会掉下来由于空气浮力远小于重力，故可以忽略不计【答案】B磁 感 线 和 电 流 的 磁 场1磁感线(1)物理意义：用来形象地描述磁场的强弱和方向的工具，并不真正存在(2)描述方法：磁感线上每一点的切线方向表示该点的磁场方向，曲线的疏密表示磁场的强弱2安培定则(1)直线电流：右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向指向电流的方向，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向如图311所示图311(2)环形电流和通电螺线管：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螺线管内部磁感线的方向如图312甲、乙所示甲乙图3121磁感线从磁体N极出发，到S极终止()2通电螺线管的磁场分布类似于条形磁铁()3伸直的大拇指所指的方向是电流的方向()在用安培定则判断通电直导线和通电螺线管的磁感线方向时，大拇指和四指的指向所代表的意义相同吗？【提示】不相同在判定通电直导线磁感线的方向时，大拇指指向电流的方向，四指指向磁感线的方向在判定通电螺线管磁感线的方向时，四指指向电流的环绕方向，大拇指指向螺线管内部磁感线的方向如图313所示是电路没接通时两个小磁针的指向图313探讨1：接通后，两个小磁针的N极指向一致吗？【提示】不一致探讨2：同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引的规律在螺线管内部适用吗？【提示】不适用1常见永磁体的磁场(如图314)条形磁铁蹄形磁铁 异名磁极同名磁极图3142常见的三种电流磁感线分布安培定则立体图横截面图纵截面图直线电流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如图315所示，直流电源跟一个线圈连接成闭合回路，线圈的上方和右侧各有一个可以自由转动的小磁针，由图得出的结论正确的是()【导学号：96322059】图315A小磁针的c端为N极，电源的a端为正极B小磁针的c端为N极，电源的a端为负极C小磁针的d端为N极，电源的a端为正极D小磁针的d端为N极，电源的a端为负极【解析】根据小磁针的N极方向可以确定通电线圈外部上方磁场的方向，然后应用安培定则确定线圈中的电流方向，从而判断电源的a端为负极，同时判断d为N极正确答案是D.【答案】D关于磁感线与电场线的描述，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电场线一定不闭合，磁感线一定是闭合的C磁感线是小磁针在磁场力作用下的运动轨迹D沿磁感线方向磁场逐渐减弱【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，始于正电荷(或无穷远)，止于负电荷(或无穷远处)选项B正确【答案】B下列是直线电流周围的磁场，其磁感线分布和方向用下列哪个图来表示最合适() 【导学号：96322060】【解析】由安培定则可判断A、C错误直线电流周围的磁感线的分布，由近及远的变化是由密逐渐变疏，而不是等距的同心圆，B错误，D正确【答案】D判断磁场方向的四种方法1根据磁感线分布情况判断，若已知磁感线的分布情况，磁感线上某点的切线方向即为该点的磁场方向2根据小磁针静止时的指向判断，小磁针静止时N极的指向即为该点的磁场方向若小磁针正在运动或其指向还受其他力的影响，则不能根据小磁针的指向进行判断3根据安培定则判断电流的磁场方向，若磁场是由电流产生的，则可以根据安培定则进行判断4根据磁体的磁极判断，在磁体外部的磁场方向由N极指向S极，在磁体内部的磁场方向由S极指向N极，据此可以判断出磁场的大致方向学业分层测评(十五) (建议用时：45分钟) 1如图316所示，把一条导线平行放在磁针的上方附近，当导线中有电流通过时，磁针会发生偏转发现这个实验现象的物理学家()图316A奥斯特B安培C伽利略D牛顿【解析】电流周围存在磁场，即电流的磁效应是由奥斯特发现的，A正确【答案】A2关于磁感线的概念，下列说法不正确的是()A磁感线上各点的切线方向就是该点的磁场方向B磁场中任意两条磁感线都不相交 C磁感线和电场线一样都是不封闭曲线D通过恒定电流的螺线管内部磁场的磁感线都平行于螺线管的轴线方向【解析】磁感线上每一点的切线方向都与该点的磁场方向一致，任意两条磁感线都不相交，磁感线是闭合曲线，而电场线不闭合，故A、B说法正确，C说法不正确通电螺线管内部的磁感线方向都由S极指向N极且平行于螺线管的轴线，故D说法正确【答案】C3(多选)下列各选项图表示磁场的磁感线，据图分析磁场中a点的磁场比b点的磁场强的是() 【导学号：96322150】【解析】磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线分布越密的地方，磁场越强，磁感线分布越疏的地方，磁场越弱，故A、C图中a点的磁场比b点的磁场强，A、C正确【答案】AC4如图317所示，为演示电流对磁针作用力的实验，图中所示的小磁针跟它上方的导线平行当闭合开关时可观察到的现象是()图317A小磁针N极垂直纸面向里偏转B小磁针N极垂直纸面向外偏转C小磁针N极向上偏转D小磁针N极向下偏转【解析】根据安培定则，小磁针上方的导线下方的磁场方向是垂直纸面向里，所以小磁针N极垂直纸面向里偏转，所以正确答案是A.【答案】A5为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是()【解析】根据地磁场的分布情况可知，地球的地理北极在地磁场的南极附近，地球的地理南极在地磁场的北极附近，根据安培定则可判断出环形电流的方向，B正确【答案】B6如图318所示，圆环上带有大量的负电荷，当圆环沿顺时针方向转动时，a、b、c三枚小磁针都要发生转动，以下说法正确的是() 【导学号：96322151】图318Aa、b、c的N极都向纸里转Bb的N极向纸外转，而a、c的N极向纸里转Cb、c的N极都向纸里转，而a的N极向纸外转Db的N极向纸里转，而a、c的N极向纸外转【解析】带负电圆环顺时针转动，形成逆时针方向的等效电流，根据安培定则，判断出环内外磁场方向，可知小磁针转动方向【答案】B7(多选)南极考察队队员在地球南极附近用弹簧秤竖直悬挂一未通电螺线管，如图319所示下列说法正确的是()图319A若将a端接电源正极，b端接电源负极，则弹簧秤示数将减小B若将a端接电源正极，b端接电源负极，则弹簧秤示数将增大C若将b端接电源正极，a端接电源负极，则弹簧秤示数将增大D不论螺线管通电情况如何，弹簧秤示数均不变【解析】一方面，可以将地球等效处理为一个大条形磁铁，地理南极附近相当于磁铁的N极，因而在地理南极附近地磁场方向近似竖直向上，如图所示；另一方面，可利用安培定则确定通电螺线管在其周围产生的磁场方向，再根据“同名磁极相斥，异名磁极相吸”的规律判定通电螺线管与地球之间的作用情况正确选项为A、C.【答案】AC8如图3110所示，a、b是直线电流的磁场，c、d是环形电流的磁场，e、f是螺线管电流的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向图3110【解析】根据安培定则，可以确定a中电流方向垂直纸面向里，b中电流的方向从下向上，c中电流方向是逆时针，d中磁感线的方向向下，e中磁感线的方向向左，f中磁感线的方向向右【答案】见解析9如图3111所示，一个带负电的橡胶圆盘处在竖直面内，可以绕过其圆心的水平轴高速旋转，当它不动时放在它左侧轴线上的小磁针处于静止状态，当橡胶盘从左向右看逆时针高速旋转时，小磁针N极的指向()图3111A不偏转B向左偏C向右偏D向纸内偏【解析】当橡胶盘转起来后，形成了环形电流(电流方向与转动方向相反)，便在盘的周围产生磁场，由安培定则可判定小磁针所在位置处的磁场方向沿轴线向右，故小磁针的N极将向右偏转【答案】C10如图3112所示是三根平行直导线的截面图，若它们的电流大小都相同，且abacad，则a点的磁感应强度的方向是() 【导学号：96322152】图3112A垂直纸面指向纸里B垂直纸面指向纸外C沿纸面由a指向bD沿纸面由a指向d【解析】每根导线在a点产生的磁感应强度大小相等，关键是确定每根导线在a处产生的磁感应强度的方向，由矢量合成法则求合磁感应强度，判知选项D正确【答案】D11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() 【导学号：96322153】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，地磁场将变强【解析】地球的磁场类似于通电螺线管的磁场地理的南极是地磁N极，地理北极是地磁S极按照安培定则，可以看出要有自东向西的电流才符合，那么必然是由于地球表面带负电自西向东旋转引起的由于地球自转变慢，相当于电流减弱，地磁场将变弱，故选项C正确【答案】C12在图3113所示的装置中，有两个薄铁片(舌簧片)ab和cd，它们的外端固定在一块木板上，里端相互交叠但相隔一段很小的距离，舌簧片连接在一个有灯泡的电路中如果拿一根条形磁铁平行地靠近舌簧片，小灯泡就亮起来如果让磁铁在上面的水平面内转动，小灯泡就一闪一闪地发光为什么？图3113【解析】当条形磁铁平行地靠近舌簧片，两个舌簧片都被磁化，而且b、c两端是异名磁极，相互吸引而接触，使电路接通，小灯泡就亮起来如果让磁铁在上面的水平面内转动，当磁铁转到与舌簧片平行时，两舌簧片由于被磁化而相互吸引，电路接通，小灯泡发光；当磁铁转到与舌簧片垂直时，两舌簧片退磁而相互分开，电路断开，小灯泡熄灭若磁铁不停地转动，则两舌簧片时而被磁化，时而退磁，b、c两端时而相互吸引接触，时而分开，电路时通时断，小灯泡就一闪一闪地发光【答案】见解析11