学年高中物理第三章磁场第1节磁现象和磁场学案新人教版.docx
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学年高中物理第三章磁场第1节磁现象和磁场学案新人教版
第1节 磁现象和磁场
1．知道磁体与磁体之间、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． 2．了解电流的磁效应及其发现过程． 3．了解地磁场的分布情况和地磁两极的特点．
一、磁现象、电流的磁效应
1．天然磁石和人造磁体都叫做永磁体，它们都能吸引铁质物体，我们把这种性质叫做磁性．
2．磁体的各部分磁性强弱不同，磁性最强的区域叫做磁极．能够自由转动的磁体，例如悬吊着的磁针，静止时指南的磁极叫做南极，又叫S极；指北的磁极叫做北极，又叫N极．同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引．
3．丹麦物理学家奥斯特于1820年发现了电流的磁效应，首次揭示了电和磁的联系．
二、磁场、地球的磁场
1．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，都是通过磁场发生的．
2．磁体、通电导体周围都存在磁场．磁场是物质存在的一种形式，是看不见、摸不着、但却真实存在的特殊物质．
3．地磁场：
地球本身是一个磁体，N极位于地理南极附近，S极位于地理北极附近．
4．磁偏角：
地球的地理两极与地磁两极并不重合，因此，磁针并非准确地指向南北，其间有一个夹角，这就是地磁偏角，简称磁偏角．
判一判
（1）磁场是看不见、摸不着的一种物质．（ ）
（2）我国古代四大发明中，涉及磁现象应用的发明是指南针和造纸术．（ ）
（3）电荷与电荷之间的相互作用是通过电场发生的，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．（ ）
（4）指南针是我国古代四大发明之一，它对促进人类航海事业的发展产生了巨大的影响，指南针指南是因为地球是个大磁体，它对指南针有力的作用．（ ）
（5）地球是一个大磁体，存在的磁场叫地磁场．地球的地理两极与地磁两极重合．（ ）
提示：
（1）√
（2）× （3）√ （4）√ （5）×
想一想 指南针指向南方的是N极还是S极？
地球上任何位置都可以用指南针辨别方向吗？
提示：
由于地磁场方向由南向北，故指南针指向南方的是S极．由于地磁南北两极点的磁场方向竖直，故指南针可能指向其他方向，不能准确指向南方．另外受人为的强磁场的干扰，地磁场对指南针起不了决定作用，此时指南针也不能确定方向．
做一做 （2018·武威高二检测）在做奥斯特实验时，下列操作中现象最明显的是（ ）
A．沿导线方向放置磁针，使磁针在导线的延长线上
B．垂直导线方向放置磁针，使磁针在导线的正下方
C．导线沿南北方向放置在磁针的正上方
D．导线沿东西方向放置在磁针的正上方
提示：
选C．根据右手螺旋定则，导线一侧的磁场方向大体与导线垂直，为了使现象明显，应该将小磁针放置在导线一侧，且平行导线方向放置小磁针．又由于小磁针只能在水平面内转动，所以应该将小磁针放置在导线下方或上方，即将小磁针和导线放置在同一竖直面内，而不能将小磁针和导线放置在同一水平面内．由于地球的磁场是沿南北方向的，为了使实验现象明显，应该使电流的磁场不沿南北方向，最好沿与南北方向夹角最大的东西方向，所以应在南北方向放置导线．故选C．
对磁场和电流磁效应的理解
1．磁场的性质
（1）客观存在性：
与电场一样，也是一种物质，是一种看不见而又客观存在的特殊物质．存在于磁体、通电导线、运动电荷、变化电场、地球的周围．
（2）方向性：
人类规定，磁场中任一点小磁针北极（N极）的受力方向（或小磁针静止时N极的指向）为该处的磁场方向．
（3）基本性质：
对放入其中的磁极、电流、运动的电荷有力的作用，而且磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流间的相互作用都是通过磁场发生的．
2．奥斯特的实验
（1）实验装置如图所示．
（2）实验现象：
当给导线通电时，与导线平行放置的小磁针发生转动．
（3）实验结论：
电流具有磁效应，即电流可以产生磁场．
命题视角1 对磁场的理解
下列关于磁场的说法中，正确的是（ ）
A．只有磁铁周围才存在磁场
B．磁场是为了解释磁极间的相互作用而人为规定的
C．磁场只有在磁极与磁极、磁极和通电导线发生作用时才产生
D．磁极与磁极之间、磁极与通电导线之间、通电导线与通电导线之间都是通过磁场发生相互作用的
[解析] 磁铁和电流周围都有磁场，A错误；磁场是一种客观存在的物质，B、C错误；磁极与磁极之间、磁极与通电导线之间、通电导线与通电导线之间都是通过磁场发生相互作用的，D正确．
[答案] D
命题视角2 对电流磁效应的理解
（多选）（2018·宿州高二检测）关于磁铁、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磁场发生的
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
[思路点拨]电流的周围也存在磁场．
[解析] 甲图中，电流对小磁针力的作用是通过电流的磁场发生的；乙图中，磁体对通电导线力的作用是通过磁体的磁场发生的；丙图中，电流对另一个电流力的作用是通过该电流的磁场发生的．综上所述，选项B、C正确．
[答案] BC
使奥斯特实验现象更明显的六种方法
（1）导线南北方向放置．
（2）导线不通电流时，使小磁针与导线在同一竖直面内．
（3）选用磁性较强的小磁针．
（4）适当增大导线中的电流．
（5）适当减小导线与小磁针的距离．
（6）观察开关突然闭合时小磁针的转动情况，只要小磁针动了，就说明电流对小磁针发生了力的作用，不必计较小磁针重新静止时与原来相比转过了多大的角度．
【题组突破】
1．实验表明：
磁体能吸引一元硬币．对这种现象的解释正确的是（ ）
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：
选D．我国第五套人民币中的一元硬币的材料为钢芯镀镍，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，故选项D正确．
2．
如图所示是医生用来取出病人吞下的金属物品的仪器．当仪器顶部接触金属物品时，医生将手控环内推，再拉出整条塑料管．
（1）你能说出这种仪器的原理吗？
（2）如果小孩不慎吞下的是易拉罐拉环或一个回形针，哪种物体可以用这种仪器取出来？
（3）如果把活动永磁铁换成电磁铁，你认为是不是更实用呢？
解析：
（1）当仪器顶部接触金属物品时，将手控环内推，其上的活动永磁铁使固铁磁化，磁化后吸引铁磁性金属物品，然后拉出整条塑料管，即可把这种金属物品取出．
（2）由于磁铁只能吸引铁磁性物质，而易拉罐拉环是铝合金材料的，不是铁磁性物质，所以不能取出；而回形针是由铁磁性物质制成的，可以用此仪器取出．
（3）电磁铁的磁性强弱可以随电流的变化而变化，如果是误吞了比较重的铁磁性物体，可通过调节电流大小使磁性增强，把它取出来．故使用电磁铁会更实用一些．
答案：
见解析
对地磁场的认识
1．地磁场的方向
（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，地磁场方向向北偏向上方；在北半球，地磁场方向向北偏向下方．
2．磁偏角的形成：
磁偏角是小磁针的指向与正南、正北方向间的夹角．磁偏角的存在是因为地球的地理两极与地磁两极并不重合，小磁针静止时，它的两极分别指向地磁两极而不是地理两极，所以产生了磁偏角．
【题组过关】
1．（多选）下列说法正确的是（ ）
A．地球是一个巨大的磁体，其磁体的N极在地球南极附近，磁体的S极在地球北极附近
B．地球表面的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
解析：
选AB．地磁场类似于条形磁铁的磁场，所以在地球表面赤道上的磁场最弱，D不正确．在地球上不同位置，磁偏角的数值是不同的，因此C不正确．故选A、B．
2．
中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：
“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也．”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图所示．结合上述材料，下列说法不正确的是（ ）
A．地理南、北极与地磁场的南、北极不重合
B．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近
C．地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行
D．地球对磁石的作用是通过磁场发生的
解析：
选C．由“常微偏东，不全南也”和题图知，地理南、北极与地磁场的南、北极不重合，地磁的南极在地理北极附近，地球是一个巨大的磁体，因此地球内部也存在磁场，故选项A、B的说法正确．从题图中磁感线的分布可以看出，在地球表面某些位置（如南极、北极附近）磁感线不与地面平行，故选项C的说法不正确．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，是通过磁场发生的，故选项D的说法正确．
磁现象与力学知识的结合问题
磁力的四个性质
（1）普遍性：
磁力与重力、弹力等一样，都是一种作用力，满足所有力的运算规则及受力平衡和牛顿第二定律．
（2）条件性：
磁力只发生在磁体与铁磁性物质间，或者磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流之间．
（3）相互性：
磁力的作用是相互的，同名磁极间为斥力，异名磁极间为引力，磁体与电流间的力也是作用力和反作用力，即磁力满足牛顿第三定律．
（4）方向性：
N极受力方向与该处磁场方向相同，S极受力方向与该处磁场方向相反．
【题组过关】
1．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，如图所示．原来，棋盘和棋子都是由磁性材料做成的．棋子不会掉落是因为（ ）
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．棋盘对它的吸引力与重力平衡
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：
选B．
棋子受力分析如图所示，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，从而使棋子受到棋盘向上的静摩擦力，此力和重力平衡，使得棋子不会滑下来．由于空气浮力远小于重力，故可忽略不计．
2．
如图所示，A为电磁铁，C为胶木秤盘，A和C（包括支架）的总质量为M，B为铁片，质量为m，当电磁铁通电时，在铁片被吸引上升的过程中，轻绳上拉力F的大小为（ ）
A．F＝Mg
B．mgC．F＝（M＋m）g
D．F>（M＋m）g
解析：
选D．在铁片B上升的过程中，轻绳上的拉力F大小等于A、C的重力Mg和B对A的引力F′引之和．在铁片B上升的过程中，对B，有F引－mg＝ma，所以F引＝mg＋ma．由牛顿第三定律可知，B对A的引力F′引与A对B的引力F引大小相等、方向相反，所以F＝Mg＋mg＋ma．
[随堂检测]
1．（多选）（高考全国卷Ⅱ）指南针是我国古代四大发明之一．关于指南针，下列说法正确的是（ ）
A．指南针可以仅具有一个磁极
B．指南针能够指向南北，说明地球具有磁场
C．指南针的指向会受到附近铁块的干扰
D．在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线，导线通电时指南针不偏转
解析：
选BC．指南针是一个小磁体，具有N、S两个磁极，因为地磁场的作用，指南针的N极指向地理的北极，选项A错误，选项B正确．因为指南针本身是一个小磁体，所以会对附近的铁块产生力的作用，同时指南针也会受到反作用力，所以会受铁块干扰，选项C正确．在地磁场中，指南针南北指向，当直导线在指南针正上方平行于指南针南北放置时，通电导线产生的磁场在指南针处是东西方向，所以会使指南针偏转，选项D错误．
2．（多选）（2018·山东青岛二中月考）为了判断一根钢锯条是否有磁性，某同学用它的一端靠近一个能自由转动的小磁针．下列给出了几种可能产生的现象及相应的结论，其中正确的是（ ）
A．若小磁针的一端被推开，则锯条一定有磁性
B．若小磁针的一端被吸引过来，则锯条一定有磁性
C．若小磁针的一端被吸引过来，不能确定锯条是否有磁性
D．若小磁针的一端被推开，不能确定锯条是否有磁性
解析：
选AC．若发生排斥现象，则锯条一定有磁性．若发生吸引现象，则锯条可能有磁性，也可能无磁性，故选A、C．
3．雪龙号南极科考船从南极出发，赴澳大利亚海域附近参与MH370搜寻工作，若沿途不断测量地磁场的强弱和方向，测量结果可能是（ ）
A．地磁场的大小一直不变，磁场方向始终沿正南、正北方向
B．地磁场的大小不断变化，磁场方向始终沿正南、正北方向
C．地磁场的大小一直不变，磁场的方向与正南、正北方向间有一较小的偏角
D．地磁场的大小不断变化，磁场的方向与正南、正北方向间有一较小的偏角
解析：
选D．磁极附近磁场最强，故磁场大小不断变化．地磁场N极在地理南极附近，但不重合，故D正确．
4．如图所示，弹簧测力计下挂一铁球，将弹簧测力计自左向右逐渐移动时，弹簧测力计的示数（ ）
A．不变 B．逐渐减小
C．先减小再增大D．先增大再减小
解析：
选C．磁体上磁性强弱并不一样，实验证明，磁体两端（磁极）处的磁性最强，而中间的磁性最弱，因而铁球在条形磁铁的N极和S极处受到的吸引力最大，在正中央处受到的吸引力最小，C正确．
[课时作业][学生用书P149（单独成册）]
一、单项选择题
1．奥斯特实验说明了（ ）
A．磁场的存在B．磁场的方向性
C．电流可以产生磁场D．磁场间有相互作用
解析：
选C．奥斯特实验中电流能使静止的小磁针发生偏转，说明电流周围能产生磁场，故正确答案为C．
2．以下说法中正确的是（ ）
A．磁极与磁极间的相互作用是通过磁场产生的
B．电流与电流间的相互作用是通过电场产生的
C．磁极与电流间的相互作用是通过电场与磁场而共同产生的
D．磁场和电场是同一种物质
解析：
选A．电流能产生磁场，在电流的周围就有磁场的存在，不论是磁极与磁极间、电流与电流间还是磁极与电流间，都有相互作用的磁场力．磁场是一种特殊物质，它的基本特点是对放入磁场中的磁极、电流有磁场力的作用；而电场是电荷周围存在的一种特殊物质，其最基本的性质是对放入电场中的电荷有电场力的作用，但它不会对放入电场中的磁极产生力的作用，因此，磁场和电场是两种不同的物质，各自具有其本身的特点．故选A．
3．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
解析：
选D．地球的北极点是地磁场的S极附近，此处的磁感线竖直向下，故此处小磁针的N极竖直向下，故选D．
4．如图所示，甲、乙、丙、丁四幅图中，四个相同的磁体都处于静止状态（弹簧都处于拉伸状态），则（ ）
A．对地面压力最大的是丙
B．对地面压力最大的是甲
C．对地面压力最大的是甲、丙、丁
D．对地面压力最大的是丙、丁
解析：
选D．对磁体整体受力分析，由平衡条件可知，判断D正确．
5．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，几乎都会有磁性，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的辨别方向
C．鸽子会迷失方向
D．不能确定鸽子是否会迷失方向
解析：
选C．永久磁铁会产生磁场，该磁场干扰鸽子识别地磁场，影响鸽子通过地磁场识别方向，所以鸽子会迷失方向，C是正确的．
6．现有甲、乙两根钢棒，当把甲的一端靠近乙的中部时，没有力的作用；而把乙的一端靠近甲的中部时，二者相互吸引，则（ ）
A．甲有磁性，乙无磁性
B．甲无磁性，乙有磁性
C．甲、乙均无磁性
D．甲、乙均有磁性
解析：
选B．条形磁体两端磁性最强，中部磁性最弱，当甲的一端对乙中部没有力，说明甲一定没有磁性，但不能判定乙是否有磁性，而乙的一端对甲中部有吸引力，则可判定乙有磁性，故选B．
二、多项选择题
7．下列关于磁场的说法正确的是（ ）
A．最基本的性质是对处于其中的磁体和电流有力的作用
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的物质形态
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
解析：
选AC．磁场虽看不见、摸不着，但其是客观存在的，不随人的意志而转移，它是一种特殊的物质形态，最基本的性质是对处于其中的磁体和电流有力的作用．
8．以下关于地磁场的说法中正确的是（ ）
A．地磁场是地球的盾牌，起着保护地球上生命的作用
B．地磁场的N极在地理位置的南极附近，但不与南极重合
C．地磁场的方向会随时间的流逝而缓慢变化
D．在行星中，只有地球有磁场
解析：
选ABC．宇宙中射向地球的高能粒子流如果不受阻碍地射到地球上，会杀死地球上的生命体，正是由于地磁场的保护，使得大量的粒子被偏转，人类和其他生命才得以延续，故A项正确．地磁场的N极在地理南极附近，但不与南极重合，有地磁偏角，B项正确．地磁场的N、S极的位置会缓慢移动，故C项正确．在行星中，并不是只有地球有磁场，故D项错误．
9．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．赤道上方的磁场方向与地面不平行
D．地球磁偏角的数值在地球上不同地点是不同的
解析：
选BD．小磁针S极指南是因为地磁的N极在地理的南极附近，A错误．地磁场的两极和地理两极是相反的，B正确．依据地磁场的空间分布，只有赤道上方的磁场方向和地面平行，C错误．地球的磁偏角在地球上的不同地点是不同的，地球两磁极的位置也是变化的，D正确．
10．如图为一种用电磁原理制作的充气泵的结构示意图．其工作原理类似打点计时器．当电流从电磁铁的接线处a流入，吸引小磁铁向下运动时，以下选项中正确的是（ ）
A．小磁铁的下端为N极
B．小磁铁的下端为S极
C．电磁铁的上端为N极
D．电磁铁的上端为S极
解析：
选AD．由安培定则知电磁铁的上端为S极，下端为N极，根据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引的规律可知，小磁铁的下端为N极，B、C错误，A、D正确．
三、非选择题
11．一块没有标明南、北极的小磁针，你能想办法判断它的磁极吗？
（1）A同学用一个已知磁性的小磁针，立刻得出了结果．你知道他利用了什么原理吗？
（2）B同学设计了这样一个方案：
他将小磁针固定在小塑料盘中，然后放在水中．他的结论也是正确的，你能说出他利用了什么原理吗？
答案：
（1）A同学利用磁体磁极间的相互作用规律：
同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引
（2）B同学利用了地磁场的影响，地磁的北极在地理南极附近，地磁的南极在地理的北极附近．小磁针静止时指地理南极的一端一定是小磁针的S极
12．两个完全相同的条形磁铁，放在平板AB上，磁铁的N、S极如图所示，开始时平板及磁铁皆处于水平位置，且静止不动．
a．现将AB突然竖直向上平移（平板与磁铁之间始终接触），并使之停在A″B″处，结果发现两条形磁铁吸在了一起．
b．如果将AB从原来位置突然竖直向下平移，并使之停在位置A′B′处，结果发现两条形磁铁也吸在了一起，请回答下列问题：
（1）开始时两磁铁静止不动，磁铁间的相互作用力是________力（填“吸引”或“排斥”）；右侧的磁铁受到的静摩擦力的方向向________．
（2）在a过程中磁铁开始滑动时，平板正在向上加速还是向上减速？
（3）在b过程中磁铁开始滑动时，平板正在向下加速还是向下减速？
解析：
（1）由题图知两磁铁间是异名磁极相对，故磁铁间的相互作用力是吸引力；右侧磁铁静止受力平衡，而左侧磁铁对它的吸引力向左，故右侧的磁铁受到的静摩擦力的方向向右．
（2）平板向上运动时，两磁铁吸在了一起，说明磁铁受到的摩擦力减小，支持力减小，磁铁处于失重状态，故平板向上做减速运动，加速度方向向下．
（3）平板向下运动时，两磁铁也吸在了一起，说明磁铁仍处于失重状态，故平板向下做加速运动．
答案：
（1）吸引 右
（2）向上减速 （3）向下加速
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