人教版物理选修31练习第三章第12节 磁现象和磁场 磁感应强度.docx

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人教版物理选修31练习第三章第12节磁现象和磁场磁感应强度

一、磁现象及电流的磁效应┄┄┄┄┄┄┄┄①

1．磁现象

（1）磁性：

物质具有吸引铁质物体的性质叫磁性。

（2）磁体：

天然磁石和人造磁铁都叫做磁体。

（3）磁极：

磁体的各部分磁性强弱不同，磁性最强的区域叫磁极。

能够自由转动的磁体，静止时指南的磁极叫做南极（S极），指北的磁极叫做北极（N极）。

（4）磁极间相互作用规律：

自然界中的磁体总存在着两个磁极，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。

2．电流的磁效应

（1）奥斯特实验：

把导线沿南北方向放置在一个带玻璃罩的指南针的上方，通电时磁针发生了转动。

（2）意义：

奥斯特实验发现了电流的磁效应，即电流可以产生磁场，首次揭示了电与磁的联系。

[注意]

奥斯特实验证明了电流周围产生磁场，本来是没有条件的，但实际实验时必须考虑地磁场的影响，让通电导线沿南北方向放置，磁场方向与地磁场方向尽量不一致，效果明显。

①[判一判]

1．所有的磁体都有两个磁极（√）

2．条形磁铁从中间断开后，仍然有两个磁极，但是若不从中间断开，就不一定有两个磁极（×）

3．首先发现电流的磁效应的是丹麦物理学家奥斯特，他发现电流的周围能产生磁场（√）

二、磁场┄┄┄┄┄┄┄┄②

1．磁场的基本性质：

对放入其中的磁体或通电导体产生力的作用。

2．磁场的产生

（1）永磁体周围存在磁场。

（2）电流周围存在磁场——电流的磁效应。

3．地磁场

（1）地球本身是一个磁体，其周围存在的磁场叫地磁场。

地磁场的N极位于地理南极附近，S极位于地理北极附近。

地磁场很弱，但自由转动的小磁针能显示出地磁场的作用，这是指南针的原理。

（2）地磁场特点

①地磁场的方向并不是正南正北方向的，即地磁两极与地理两极并不重合。

地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近。

②磁偏角：

放在地磁场中静止的小磁针的指向与正南北方向间的夹角就是地磁偏角，也叫磁偏角。

如图所示。

磁偏角的数值在地球上不同地点是不同的。

而且随着地球磁极的缓慢移动，磁偏角也在缓慢变化。

（3）宇宙中许多天体都有磁场，太阳表面的黑子、耀斑和太阳风等活动都与磁场有关。

月球也曾有过磁场。

火星上不像地球那样有一个全球性的磁场，因此指南针不能在火星上工作。

[注意]

（1）磁场是客观存在的物质。

场和实物是物质存在的两种形式。

（2）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。

②[判一判]

1．虽然磁场看不见，摸不着，但是磁场是一种客观存在的物质（√）

2．电荷周围既能产生电场，又能产生磁场（×）

3．磁体与磁体之间的作用是通过磁场发生的，通电导线与通电导线之间的作用是通过电场发生的（×）

4．地球的两极与地磁场的两极间存在一个磁偏角（√）

三、磁感应强度┄┄┄┄┄┄┄┄③

1．磁感应强度：

用来描述磁场强弱的物理量。

2．小磁针：

为了研究磁场而引入的检验用的小磁体，它类似于检验电荷。

3．磁感应强度方向：

物理学中规定：

小磁针静止时N极所指的方向为该点的磁感应强度的方向，简称磁场的方向。

4．电流元：

在很短一段通电导线中的电流I与导线长度L的乘积IL。

5．磁感应强度的大小

（1）磁感应强度的大小：

在磁场中垂直于磁场方向的通电导线受到的力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值，用B表示。

（2）公式：

B＝

。

（3）单位：

特斯拉，简称特，符号T。

1T＝1

。

[说明]　对磁感应强度的四点理解

（1）在定义式B＝

中，通电导线必须垂直于磁场方向放置。

因为磁场中某点通电导线受力的大小，除和磁场强弱有关以外，还和导线的方向有关。

导线放入磁场中的方向不同，所受磁场力就不同。

当电流方向与B的方向在一条直线上时，导线受力为零。

（2）磁感应强度的方向由磁场中小磁针N极所受磁场力方向确定，通电导线受力的方向不是磁场磁感应强度的方向。

（3）磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时L应很短很短，IL称作“电流元”，相当于静电场中的“试探电荷”。

（4）磁感应强度是矢量，运算遵守平行四边形定则。

③[判一判]

1．小磁针静止时，N极所指的方向，就是磁场的方向（√）

2．磁场的方向与磁感应强度方向相反（×）

3．由B＝

知，B的大小与F成正比（×）

电场与磁场的对比分析

电场

磁场

不同点

产生

电荷周围

磁体、通电导体、运动电荷周围

基本性质

对放入其中的电荷有电场力的作用

对放入其中的磁极、通电导体有磁场力的作用

相同点

磁场和电场都是不依赖于人的意志而客观存在的特殊物质

[典型例题]

例1.下列说法正确的是（　　）

A．磁体和磁体之间的相互作用是通过磁场产生的

B．通电导体和通电导体之间的相互作用是通过电场产生的

C．磁场实质上就是电场，属于同一种物质

D．磁场并不是真实存在的，而是人们假想出来的

[解析]　通电导体能产生磁场，在其周围存在着磁场，磁体周围也存在着磁场，无论是磁体之间、通电导体之间，还是磁体和通电导体之间，都有相互作用的磁场力，并且都是通过磁场产生的，A正确，B错误；电场最基本的性质是对放入其中的电荷有电场力的作用，它不会对放入其中的磁体产生力的作用，并且电场是电荷周围存在的一种特殊物质，而磁场存在于通电导体和磁体周围，产生机理不同，C错误；磁场能对放入其中的磁体产生力的作用，磁场虽然看不见，摸不着，但是我们可以通过这种力的作用效果认识磁场的客观存在，D错误。

[答案]　A

[即时巩固]

1．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．磁场是为了解释磁体间的相互作用而人为引入的

C．磁体与磁体间是直接发生作用的

D．磁场只有在磁体与磁体、磁体与通电导体发生作用时才产生

解析：

选A　磁场和电场一样具有力的性质和能量，是一种客观存在的物质，磁体与磁体间及磁体与通电导体间均是通过磁场发生作用的，磁场是客观存在的，即使没有发生相互作用，磁场仍然存在，A正确，B、C、D错误。

1.地磁场问题的处理要点

（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，地磁场方向水平向北。

（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。

2．地磁场的作用

由于磁场对运动电荷有力的作用，故射向地球的高速带电粒子，其运动方向会发生变化，不能直接到达地球。

因此地磁场对地球生命有保护作用。

[注意]　对地磁场理解的三大误区

（1）将地理南北极与地磁场的南北极混淆，误将地理南极（或北极）当做地磁场的南极（或北极）。

（2）误认为地理两极与地磁场的两极重合。

事实上，两者并不重合，地磁场的两极在地理两极的附近。

（3）误认为地球上各点的磁场方向都是和地面平行的。

事实上，除赤道外，南北半球的磁场都有竖直分量。

[典型例题]

例2.[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]　由地磁场的特点可知，A、B正确；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，两极附近地磁场最强，D错误；在地球上不同位置，磁偏角的数值是不同的，C错误。

[答案]　AB

[即时巩固]

2．关于地磁场，下列叙述正确的是（　　）

A．地磁两极和地理两极完全重合

B．我们用指南针确定方向，指南的一端是指南针的北极

C．地磁北极与地理南极重合

D．地磁北极在地理南极附近

解析：

选D　地球是一个大磁体，其磁北极（N极）在地理南极附近，磁南极（S极）在地理北极附近，并不重合，指南针指南的一端是指南针的南极（S极），D正确，A、B、C错误。

磁感应强度与电场强度的对比分析

磁感应强度

电场强度

产生

磁极或通电导体周围激发磁场

电荷周围激发电场

定义方式

引入电流元IL，跟电流元无关

引入试探电荷q，跟试探电荷无关

大小

B＝

，磁感应强度在数值上等于垂直于磁场方向上长为1m、电流为1A的导体所受磁场力的大小

E＝

，电场强度在数值上等于单位电荷所受静电力的大小

方向

规定为小磁针N极在磁场中所受磁场力的方向

规定为正电荷在电场中受到的静电力的方向

物理意义

描述磁场强弱的物理量

描述电场强弱的物理量

场的叠加

合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度B的矢量和

合场强等于各个电场的电场强度E的矢量和

适用范围

任何静磁场

任何静电场

[典型例题]

例3.关于磁场和磁感应强度，下列说法正确的是（　　）

A．由B＝

可知，B与F成正比，与IL成反比

B．通电导线放在磁场中某点，该点就有磁感应强度，如果将通电导线拿走，该点的磁感应强度就变为零

C．通电导线所受磁场力不为零的地方一定存在磁场，通电导线不受磁场力的地方一定不存在磁场（即B＝0）

D．磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定

[解析]　B＝

是磁感应强度的比值定义式，B与F、IL均没有关系，故A错误；无论磁场中的某点有没有通电导线，该点的磁感应强度都存在，故B错误；通电导线平行于磁场方向放置在磁场中时，通电导线在该处不受磁场力，故C错误；磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定，故D正确。

[答案]　D

[即时巩固]

3．[多选]在磁场中有一根长10cm的通电导线，导线中的电流为5A，所受的力为5×10－2N，该磁场的磁感应强度的大小可能是（　　）

A．0.01TB．0.05T

C．0.1TD．0.2T

解析：

选CD　由题意知，若导线垂直于磁场方向，通电导线电流I＝5A，L＝0.1m，所受磁场力F＝5×10－2N，由公式可得B＝

＝

T＝0.1T，若通电导线与磁场不垂直，则B>0.1T，由此知选项C、D正确。

1．奥斯特实验说明了（　　）

A．电流周围空间存在磁场

B．磁体周围空间存在磁场

C．磁体间有相互作用

D．电与磁没有联系

解析：

选A　奥斯特将通电导线放于小磁针上方时，发现小磁针发生了偏转，说明了通电导线周围存在着磁场，即电流可以产生磁场。

故B、C、D错误，A正确。

2．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，则（　　）

A．A、B一定相互吸引

B．A、B一定相互排斥

C．A、B之间有可能无磁场力作用

D．A、B可能相互吸引，也可能相互排斥

解析：

选D　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一定有磁性。

若A无磁性，当A靠近B时，在B的磁场作用下也会被磁化而相互吸引。

若A有磁性，则A、B两磁体都分别有北极和南极，当它们的同名磁极靠近时，相互排斥；当异名磁极靠近时，相互吸引。

这说明无论A有无磁性，它们之间总有磁场力，选项D正确。

3．[多选]关于磁感应强度方向和电场强度方向，下列说法正确的是（　　）

A．电场强度方向与电荷所受电场力方向相同

B．电场强度与正电荷所受电场力方向相同

C．磁感应强度方向与小磁针N极所受磁场力方向相同

D．磁感应强度方向与小磁针静止时N极所指的方向相同

解析：

选BCD　物理学上规定正电荷在电场中的受力方向为该点电场方向，小磁针N极受力的方向为该点的磁场方向，亦即小磁针静止时N极所指的方向，故B、C、D正确。

4．[多选]关于地磁场，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不和地面平行

D．地球磁偏角的数值在地球上不同地点不同

解析：

选BD　小磁针S极指南是因为地磁场N极在地理的南极附近，故A错；地磁场的两极和地理两极相反，故B对；根据地磁场的空间分布，只有赤道上的磁场方向和地面平行，故C错；由于地磁极缓慢移动，地磁偏角随着地点的变化而变化，即使在同一地点的磁偏角大小也随着时间的推移不断变化，故D正确。

5．垂直磁场方向放入匀强磁场的通电导线长L＝1cm，电流强度I＝10A，若它所受的磁场力F＝0.05N，求：

（1）该磁场的磁感应强度B是多少？

（2）若导线中电流强度变为5A，磁感应强度B是多少？

解析：

（1）根据F＝BIL，得B＝

＝0.5T。

（2）磁场的磁感应强度由磁场本身决定，不随通电导线电流的变化而变化，故B＝0.5T。

答案：

（1）0.5T　

（2）0.5T

[基础练]

一、选择题

1．磁场中任一点的磁场方向，是指小磁针在磁场中（　　）

A．受磁场力的方向

B．北极所受磁场力的方向

C．南极所受磁场力的方向

D．北极所指的方向

解析：

选B　磁场中某一点的磁场方向规定为小磁针北极所受磁场力的方向，或小磁针静止时北极所指的方向，与南极所受磁场力的方向相反，故B正确，A、C、D错误。

2．关于磁场和磁现象的说法正确的是（　　）

A．在地球表面，地磁场的方向总是与地面平行

B．若通电导线放到磁场中不受力，则该处的磁感应强度为零

C．把小磁针从中间分开就可以得到独立的N、S极

D．奥斯特的电流实验说明电磁是有联系的

解析：

选D　在地球表面，赤道上的地磁场的方向总是与地面平行，在其他地方地磁场都有竖直分量，选项A错误；若通电导线放到磁场中不受力，可能是其电流与磁场方向平行，而该处的磁感应强度不一定为零，选项B错误；把小磁针从中间分开后，每一部分仍然有一个N极和S极，不可以得到独立的N、S极，选项C错误；奥斯特的电流实验说明电磁是有联系的，选项D正确。

3．在做“奥斯特实验”时，下列操作中现象最明显的是（　　）

A．沿电流方向放置小磁针，使小磁针在导线的延长线上

B．沿电流方向放置小磁针，使小磁针在导线的正下方

C．导线沿南北方向放置在小磁针的正上方

D．导线沿东西方向放置在小磁针的正上方

解析：

选C　把导线沿南北方向放置在地磁场中处于静止状态的小磁针的正上方，通电时小磁针发生明显的偏转，是由于南北方向放置的通电导线的正下方产生的磁场恰好是东西方向，C正确。

4．[多选]将一小段通电直导线垂直磁场方向放入一匀强磁场中，下列图象能正确反映各量间关系的是图中的（　　）

解析：

选BC　匀强磁场各处的磁感应强度的大小和方向相同，不随F或IL而发生变化，B正确，D错误；由于导线垂直于磁场，有B＝

，即F＝ILB，可见在B不变的情况下F与IL成正比，A错误，C正确。

5．在实验精度要求不高的情况下，可利用罗盘来测量电流产生磁场的磁感应强度，具体做法是：

在一根南北方向放置的直导线正下方10cm处放一个罗盘。

导线没有通电时罗盘的指针（小磁针的N极）指向北方；当给导线通入电流时，导线在其正下方产生东西指向的磁场，此时罗盘的指针偏转一定角度，根据偏转角度即可测定电流磁场的磁感应强度。

现已测出此地的地磁场水平分量为5.0×10－5T，通电后罗盘指针停在北偏东60°的位置，如图所示。

由此测出该通电直导线在其正下方10cm处产生磁场的磁感应强度大小约为（　　）

A．5.0×10－5T　　　　　B．1.0×10－4T

C．8.66×10－5TD．7.07×10－5T

解析：

选C　如图所示为磁场的分布图，则该位置产生的磁感应强度B2的大小B2＝B1tan60°≈8.66×10－5T。

二、非选择题

6．在磁场中某一点放入一通电导线，导线与磁场垂直，导线长为L＝1cm，电流I＝5A，所受磁场力大小F＝5×10－2N。

求：

（1）这点的磁感应强度是多大？

若电流增加为10A，所受磁场力为多大？

（2）若让导线与磁场平行，这点的磁感应强度多大？

解析：

（1）B＝

＝

T＝1T

电流增加为10A时受到的磁场力

F1＝BI1L＝1×10×1×10－2N＝0.1N

（2）磁感应强度B是磁场本身的性质，与F、I、L无关。

若导线与磁场平行，磁感应强度不变仍为1T。

答案：

（1）1T　0.1N　

（2）1T

[提能练]

一、选择题

1．下列说法正确的是（　　）

A．磁场中某点的磁感应强度的大小和方向与放在该点的导体受力情况无关

B．磁场看不见、摸不着，实际不存在，是人们假想出来的一种物质

C．磁场中某点的磁感应强度的方向就是放在该点的一段通电导体的受力方向

D．磁场中某点的试探电流元不受磁场力作用时，该点磁感应强度大小为零

解析：

选A　磁场中某点的磁感应强度的大小只由磁场本身来决定，与放在该点的导体受力情况无关，选项A正确；磁场虽然看不见、摸不着，但是磁场是实际存在的一种物质，选项B错误；磁场中某点的磁感应强度的方向与放在该点的一段通电导体的受力方向垂直，选项C错误；试探电流元在磁场中某点不受磁场力，可能是电流方向与磁场平行，该点磁感应强度不一定为零，选项D错误。

2．磁性水雷是用一个可以绕轴转动的小磁针来控制起爆电路的，军舰被地磁场磁化后变成了一个浮动的磁体，当军舰接近磁性水雷时，就会引起水雷的爆炸，其依据是（　　）

A．磁体的吸铁性

B．磁极间的相互作用规律

C．电荷间的相互作用规律

D．磁场对电流的作用原理

解析：

选B　军舰被地磁场磁化后变成了磁体，当军舰靠近水雷时，对控制引爆电路的小磁针有力的作用，使小磁针转动引爆水雷，B项正确。

3．有高超认路本领的信鸽究竟靠什么辨别方向呢？

科学家们曾做过这样一个实验：

把几百只训练有素的信鸽分成两组，在一组信鸽的翅膀下各缚一块小磁铁，而在另一组信鸽的翅膀下各缚一块大小相同的铜块，然后把它们带到离鸽舍一定距离的地方放飞，结果绝大部分缚铜块的信鸽飞回鸽舍，而缚磁铁的信鸽全部飞散了。

人们对上述问题提出了如下猜想，科学家的实验支持了哪种猜想（　　）

A．信鸽对地形地貌有极强的记忆力

B．信鸽能发射并接收某种超声波

C．信鸽能发射并接收某种次声波

D．信鸽体内有某种磁性物质，它能借助地磁场辨别方向

解析：

选D　信鸽所缚的小磁铁所产生的磁场扰乱了它靠体内磁性物质借助地磁场辨别方向的能力，所以缚磁铁的一组信鸽全部飞散，D正确。

4．把长度为L、电流为I都相同的一小段电流元放入某磁场中的A、B两点，电流元在A点受到的磁场力较大，则（　　）

A．A点的磁感应强度一定大于B点的磁感应强度

B．A、B两点磁感应强度可能相等

C．A、B两点磁感应强度一定不相等

D．A点磁感应强度一定小于B点磁感应强度

解析：

选B　由于电流元方向和磁场方向关系不确定，所以无法比较A、B两点的磁感应强度，故B正确。

二、非选择题

5．金属滑杆ab连着弹簧，水平地放置在两根互相平行的光滑金属导轨cd、ef上，垂直于cd与ef的方向上有匀强磁场，磁场方向如图所示。

闭合开关S，弹簧伸长了2cm，测得电路中电流为5A，已知弹簧的劲度系数为20N/m，ab的长为L＝0.1m。

求此匀强磁场的磁感应强度的大小。

解析：

弹簧的弹力F弹＝kx

金属杆所受的磁场力F＝BIL

由平衡条件知F＝F弹

即BIL＝kx

故B＝

＝0.8T。

答案：

0.8T

6．匀强磁场（各点的磁感应强度大小、方向均不变的磁场）中长2cm的通电导线垂直磁场方向，当通过导线的电流为2A时，它受到的磁场力大小为4×10－3N，问：

（1）该处的磁感应强度B是多大？

（2）若电流不变，导线长度减小到1cm，则它受到的磁场力F和该处的磁感应强度B各是多少？

（3）若导线长不变，电流增大为5A，则它受到的磁场力F和该处的磁感应强度B各是多少？

解析：

（1）根据磁感应强度的定义

B＝

＝

T＝0.1T。

（2）匀强磁场中该点的磁感应强度由磁场本身来决定，不因导线长度的改变而改变，因此，B＝0.1T。

根据磁感应强度的定义B＝

可得，导线长度减小到1cm，则它受到的磁场力

F＝BIL′＝0.1×2×1×10－2N＝2×10－3N。

（3）匀强磁场中该点的磁感应强度也不因电流的改变而改变，因此，B＝0.1T。

根据磁感应强度的定义B＝

可得，电流增大为5A，则它受到的磁场力

F＝BI′L＝0.1×5×2×10－2N＝10－2N。

答案

（1）0.1T　

（2）2×10－3N　0.1T

（3）10－2N　0.1T