高中物理 第2章 磁及其应用 第3节 电生磁的探索及价值 第4节 磁的应用及其意义教师用书 鲁科版选修11.docx

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高中物理第2章磁及其应用第3节电生磁的探索及价值第4节磁的应用及其意义教师用书鲁科版选修11

第3节　电生磁的探索及价值

第4节　磁的应用及其意义

课　标　解　读

重　点　难　点

1.了解奥斯特发现电流磁效应的历程．

2.知道安培定则，能用安培定则判定电流周围磁场的磁感线方向．

3.了解分子电流假说，能解释生活中磁化和去磁的有关现象．

4.了解指南针的发展历程和对航海事业的推动作用．

5.了解磁记录技术的应用及其意义．

6.知道磁悬浮列车的基本原理，了解它作为理想交通工具所具有的优势.

1.电流的磁效应，安培定则的应用磁现象的电本质，磁的应用．（重点）

2.磁现象电本质的理解．（难点）

奥斯特的伟大发现及其科学价值

1.基本知识

（1）哲学思想的魅力：

丹麦物理学家奥斯特深受康德哲学思想的影响，坚信自然力统一，电与磁一定存在着某种联系，电一定能够转化为磁．

（2）电生磁的探究：

1820年首次实验成功：

通过实验的方式得出了通电导线的周围存在着磁场，从而揭示了电与磁的内在联系．

2．思考判断

（1）法国物理学家安培深受启发，研究提出了安培定律，奠定了电动力学的基础．（√）

（2）奥斯特的发现“打开了黑暗领域的大门”．（√）

电流的磁效应

1.基本知识

电流的周围存在着磁场，电流磁场的方向可用安培定则来判定．

（1）直线电流的磁场

安培定则：

用右手握住通电直导线，使伸直拇指的方向与电流的方向一致，则四指弯曲的方向就是电流周围磁感线的环绕方向，如图231所示．

图231

（2）环形电流的磁场

安培定则：

让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形载流导线中心轴线上磁感线的方向，如图232所示．

图232

（3）通电螺线管的磁场

安培定则：

用右手握住螺线管，让弯曲的四指的方向跟电流的方向一致，则拇指所指的方向就是螺线管内部的磁感线的方向．也就是说，拇指指向通电螺线管的北极．如图233所示．

图233

2．思考判断

（1）通电螺线管内部的磁感线的方向从N极指向S极．（×）

（2）磁感线总是由N极出发指向S极．（×）

3．探究交流

通电直导线与通电螺线管应用右手螺旋定则来判定磁感线的方向，那么在这两种情况下，大拇指与四指所代表的指向意义相同吗？

【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，四指的指向代表磁感线的方向．在判定通电螺线管磁感线时，四指指向电流的环绕方向，大拇指指向代表螺线管内部磁感线的方向.

探索磁效应产生的秘密

1.基本知识

（1）安培分子电流假说：

安培认为，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，分子的两侧相当于两个磁极．如图234所示．

图234

（2）磁现象的解释：

没有磁性的物体，分子电流的取向杂乱无章，分子电流的磁性彼此抵消，总体对外不显磁性．本来没有磁性的铁钉在外磁场的作用下，内部分子电流取向大致相同，内部的磁性相互抵消，两端显示出较强的磁性来．形成磁极，使没有磁性的物体具有磁性的过程叫做磁化．使磁体失去磁性的过程叫做消磁或去磁．

2．思考判断

（1）安培环流假说揭示了磁现象的电本质．（√）

（2）振动、高温都能使得分子电流取向变得杂乱无章，使有磁性的物体消磁．（√）

磁的应用及其意义

1.基本知识

（1）指南针：

司南是世界上最早的指南工具．在司南的基础上人们进行创新，又先后制成了一些新的指南工具，如指南鱼、指南针等．

（2）利用磁可以记忆声音、图像和数据等信息，随着技术的发展，人们所熟知的磁记录从磁带到磁鼓、磁盘、记忆棒、磁卡等．

（3）磁悬浮列车主要有两种形式：

常规磁铁吸引式悬浮和超导排斥式悬浮．

2．思考判断

（1）指南针自南宋开始用于航海．（×）

（2）被广泛应用的磁卡是一种磁记录介质片．（√）

安培定则与电流的磁场

【问题导思】　

1．应用什么法则判定不同电流的磁场方向？

【提示】　安培定则．

2．通电螺线管内部的磁感线分布有什么特点？

【提示】　是匀强磁场．

三种电流磁场的判断比较见下表

直线电流磁场

环形电流磁场

通电螺线管的磁场

特点

无磁极，非匀强，距导线越远处磁场越弱

环形电流两侧分别是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场越弱

与条形磁铁的磁场相似，两端分别是N极和S极，管内是匀强磁场，磁场最强，管外为非匀强磁场

安培定则图示

立体图

横截面图

纵截面图

1．图中的“×”号表示磁场方向垂直纸面向里，“·”号表示磁场方向垂直纸面向外．

2．图中只是表示出了磁感线的方向，对磁感线的疏密没有具体表示．

3．应用安培定则判定电流周围磁场的方向时，直线电流是判定导线之外磁场的方向，环形电流和通电螺线管判定的是线圈轴线上磁场的方向．

　两根非常靠近且互相垂直的长直导线如图所示，当通以如图所示方向的电流时，导线平面内两电流所产生的磁场，在哪些区域内是一致的？

图235

【审题指导】　利用安培定则来判断．

【解析】　通电长直导线周围的磁感线是一系列不等距同心圆，其方向由安培定则确定：

如图所示：

I1产生的磁场方向在其上方指向纸外，下方指向纸内；I2产生的磁场方向在其左方指向纸内，右方指向纸外，这样可以确定A、C区域两电流产生的磁场方向是一致的．

【答案】　A、C区域中的两电流产生的磁场方向一致

通电直导线周围磁场可以通过安培定则进行描述，在某些空间内如果同时存在着多个磁场，则在该区域内的磁场应该是多个磁场的矢量和，即磁场可以进行叠加．

1．通电直导线周围的磁场，其磁场线分布和方向用图中哪个图表示最合适

（　　）

【解析】　由安培定则可知通电直导线形成的磁场的磁感线是围绕直导线的逆时针方向的同心圆，且向外逐渐变稀，所以选项A正确．

【答案】　A

磁现象的电本质

【问题导思】　

1．磁现象的电本质是什么？

【提示】　一切磁场都是运动电荷产生的．

2．磁化和退磁现象的原因是什么？

【提示】　分子电流的排列规律发生变化．

1．安培分子电流假说：

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粒子都成为微小的磁体，它的两侧是极性不同的两个磁极．

2．利用安培分子电流假说解释磁现象

（1）磁化：

一般情况下物质内部分子电流的取向是杂乱无章的，它们的作用互相抵消，对外不显磁性，在有外加磁场的作用时，某些物质内部各分子电流的取向变得大致相同，各分子电流的磁场互相叠加，对外显示较强的磁作用，在两端形成两极．

（2）退磁：

永磁体之所以具有磁性，是因为它内部的分子电流本来就排列整齐，当永磁体受到高温或猛烈的敲击时会失去磁性，这是因为激烈的热作用（或振动）使分子电流的排列又杂乱无章了．对外不显磁性．

　关于磁现象的电本质，下列说法正确的是（　　）

A．磁与电紧密联系，有磁必有电，有电必有磁

B．不管是磁体的磁场还是电流的磁场都起源于电荷的运动

C．永久磁铁的磁性不是由运动电荷产生的

D．根据安培分子电流假说可知，磁体内分子电流总是存在的，因此任何磁体都不会失去磁性

【审题指导】　本题考查对磁现象电本质的理解．

【解析】　安培分子电流假说从微观的角度揭示了磁铁磁性的本质，它使人们认识到，磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷运动产生的．故B正确．

【答案】　B

2．一根软铁棒放在磁铁附近会被磁化，这是因为在外磁场的作用下（　　）

A．软铁棒中产生了分子电流

B．软铁棒中分子电流消失了

C．软铁棒中分子电流的取向变得杂乱无章

D．软铁棒中分子电流的取向变得大致相同

【解析】　软铁棒中的分子电流一直存在，并不因为外界的影响而产生或消失，只是未被磁化时，内部分子电流杂乱无章，对外不显磁性，被磁化时各分子电流的取向变得大致相同，两端显示较强的磁性，故D正确．

【答案】　D

【备课资源】（教师用书独具）

电磁继电器

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流、较低的电压去控制较大的电流、较高的电压的一种“自动开关”．故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用．

电磁继电器一般由电磁铁、衔铁、弹簧片、触点等组成，其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成，只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，衔铁就会在电磁铁吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯．从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合，当线圈断电后，电磁铁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力下返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合．这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的．对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：

继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”.

1．下列说法中正确的是（　　）

A．一切磁现象都源于电流或运动电荷

B．静止的电荷也能产生磁场

C．永磁体的磁场是固有的，与运动电荷或电流无关

D．在外磁场作用下物体内分子电流取向大致相同时物体就被磁化

【解析】　磁体的磁场起源于内部的分子电流，电流周围的磁场起源于运动电荷的定向移动．磁体的磁场和电流的磁场一样，都源于电荷的运动．故A、D选项正确．

【答案】　AD

2．下列说法正确的是（　　）

A．指南针S极可指正南方向

B．指南针N极可指正南方向

C．指南针最早是我国发明的

D．指南针是哥伦布发明的

【解析】　指南针的S极可以指南，但并不能指正南，与正南方向有一定的磁偏角，所以选项A、B错．指南针最早是由我国古代人民发明的，它的出现为哥伦布“发现新大陆”创造了必要条件，所以选项C对，选项D错．

【答案】　C

3．下列应用中应该使用硬磁材料的是（　　）

A．变压器的铁芯　　　B．磁带录音机的磁带

C．电脑软盘D．扬声器用的磁铁

【解析】　硬磁材料是指不容易去掉磁性的物质．而变压器铁芯、磁带、软盘需要反复磁化，要用软磁性材料，故只有D正确．

【答案】　D

4．如图236所示，甲图是直线电流的磁场，乙图是环形电流的磁场，丙图是通电螺线管，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向．

甲　　　　　　　乙　　　　　　　丙

图236

【解析】　根据安培定则，可以确定甲中电流方向垂直纸面向里；乙中电流方向是逆时针；丙中磁感线方向螺线管内部向左，螺线管外部由左向右．

【答案】　见解析

学业达标测评（七）

（建议用时：

45分钟）

1．如图237所示，关于奥斯特实验的意义，下列说法中正确的是（　　）

图237

A．发现电流的热效应，从而揭示电流做功的本质

B．指出磁场对电流的作用力，为后人进而发明电动机奠定基础

C．发现电磁感应现象，为后人进而发明发电机奠定基础

D．发现通电导体周围存在磁场，从而把磁现象和电现象联系起来

【解析】　奥斯特实验，发现通电导体周围存在磁场，从而把磁现象和电现象联系起来．

【答案】　D

2．以下情况中能比较正确地反映奥斯特实验结果的是（　　）

【导学号：

31870018】

A．电流由南向北时，其下方的小磁针N极偏向东边

B．电流由东向西时，其下方的小磁针N极偏向南边

C．电流由南向北时，其下方的小磁针N极偏向西边

D．电流由东向西时，其下方的小磁针N极偏向北边

【解析】　电流沿南北方向时，其下方小磁针才沿东西方向，没有电流或电流沿东西方向时其下方小磁针都沿南北方向，由安培定则可判定B、C项正确．

【答案】　BC

3.如图238所示为磁场、磁场作用力演示仪中的亥姆霍兹线圈，在线圈中心处挂上一个小磁针，且与线圈在同一平面内，则当亥姆霍兹线圈中通以如图所示方向的电流时，则（　　）

图238

A．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

【解析】　由安培定则可知，螺线管内部的磁感线向里，小磁针N极的受力方向即为该处的磁场方向．

【答案】　A

4．我国古代所用的导航工具罗盘的工作原理是（　　）

A．同名磁极相斥，异名磁极相吸

B．磁场的方向为小磁针静止时北极的受力方向

C．磁体的磁场磁极处最强

D．磁感线是闭合的曲线

【解析】　地球是个大磁场，并且地理北极与地磁南极基本重合，罗盘相当于小磁针，当罗盘静止时，在地磁场的作用下其N极指北．所以选项B正确．

【答案】　B

5．下列说法正确的是（　　）

A．电铃中的电磁铁可以用永磁体代替

B．磁化的过程是一种物质分子变成另外一种物质分子的过程

C．磁化和消磁是物体内部分子电流的取向发生变化

D．磁体及电流的磁性都源于电荷的运动

【解析】　根据电铃需要用电路的通断控制小锤的运动可知电铃只能用电磁铁，故选项A错，根据安培分子电流假说可分析判断选项B错误，选项C正确，选项D正确．

【答案】　CD

6．如图239所示是云层之间闪电的模拟图，图中A、B是位于南、北方向带有电荷的两块雷雨云，在放电的过程中，两云的尖端之间形成了一个放电通道，发现位于通道正上方的小磁针N极转向纸里，S极转向纸外，则关于A、B的带电情况说法中，正确的是（　　）

图239

A．带同种电荷　　　　B．带异种电荷

C．B带正电D．A带正电

【解析】　云层间的闪电必须发生在异种电荷之间，且放电过程中在放电通道上形成等效电流．由于闪电必须发生在异种电荷之间，故选项A错误，选项B正确．由题意知，放电过程相当于有电流从小磁针的下方通过，由小磁针N极转向纸里可知，小磁针所在处的磁场方向指向纸里，由于该位置在等效电流上方，故由安培定则可知电流方向由A→B，则A带正电，B带负电，即选项D正确．

【答案】　BD

7．下列说法中正确的是（　　）

A．录音带就是利用磁性材料来记录声音信息的

B．现在使用的银行卡可以与强磁体放在一起

C．磁悬浮列车只能借助磁体间的斥力实现悬浮

D．指南针是中国古代四大发明之一

【解析】　录音带是利用磁性材料来记录声音信号的，选项A对．我们使用的各种磁卡不能与强磁体放在一起，否则会使磁卡上磁性材料记录的信息产生错误或丢失，故选项B错．磁悬浮列车既可以通过吸引力来悬浮，也可以利用排斥力来悬浮，故选项C错．指南针是中国古代四大发明之一，选项D对．

【答案】　AD

8．下列物品中必须用到磁性材料的是（　　）

A．DVD碟片B．计算机上的磁盘

C．IC电话卡D．喝水用的搪瓷杯子

【解析】　DVD光盘是塑料做成的，IC电话卡内部是集成电路，喝水用的杯子可以用非磁性材料，故只有B正确．

【答案】　B

9．通电螺线管内有一在磁场力作用下处于静止的小磁针，磁针指向如图2310所示，则（　　）

图2310

A．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

【解析】　由小磁针静止时N极指向可判定螺线管内部磁场方向由Q指向P，由安培定则可判定P端为N极，电流由b流入螺线管，即b接电源正极，a接负极，故B项正确．

【答案】　B

10．若地磁场是由地球表面带电产生的，则地球表面带电情况为（　　）

A．正电

B．负电

C．南半球为正电，北半球为负电

D．无法确定

【解析】　由于地磁场的N极在地理南极附近，由安培定则可知，环形电流的方向为由东向西．但由于地球的自转方向为自西向东，所以地球表面必须带负电．

【答案】　B

11．在图2311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2311

【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

12．利用电流的磁效应，可以用小磁针和一些导线做成一种简便的灵敏电表（如图2312所示），用它可以检查电路或电器是否有断路的地方．使用的时候，先转动底板，使磁针静止的方向跟它上方的导线方向平行，然后用两支表笔去接触要检查的电路的两端，从磁针是否偏转就能知道电路中是否有断路的地方．试说明这种电表的原理．

图2312

【解析】　我们知道直线电流产生的磁场的磁感线是一系列以导线上各点为圆心的同心圆，放在导线上面的磁针将受到磁场力的作用，方向与导线垂直．因此，为了检测导线中是否有电流，使用前需要把磁针调整到与导线平行的位置，如果两表笔接触电路时，磁针偏转，说明导线中有电流通过，电路导通；如果两表笔接触电路，磁针不偏转，则电路中存在断路．

【答案】　见解析