学年高中物理 第三章 磁场 第1节 磁现象 磁场教学案 教科版选修31.docx

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学年高中物理第三章磁场第1节磁现象磁场教学案教科版选修31

第1节磁现象__磁场

1．奥斯特发现了电流的磁效应，首次揭示了电与

磁间的相互关系。

2．磁体和电流周围都存在磁场，磁场对磁极和电

流有力的作用，一切磁作用都是通过磁场来实

现的。

3．磁感线是为了形象地描述磁场由法拉第首先引

入的，磁感线的疏密程度可以描述磁场的强

弱，磁感线的切线方向表示磁场的方向。

4．电流周围的磁场方向可以用安培定则判定。

磁

体外部磁感线由N极出发指向S极，内部由S

极指向N极，磁感线是闭合曲线。

一、磁现象

1．我国古代对磁现象的认识及应用

（1）春秋战国记载的天然磁石吸引铁的现象和指示南北方向的特征。

（2）北宋时期发明了指南针，并很快用于航海。

（3）磁石治疗疾病，《史记》、《本草纲目》中均有记载。

2．电与磁相互联系现象的发现及第二次产业革命

（1）奥斯特发现了电流磁效应。

（2）法拉第发现了电磁感应现象，打开了电气化技术时代的大门，导致了人类历史上的第二次产业革命。

3．信息技术中的磁现象

（1）原理：

磁性物质能够把磁场对它的作用记录下来，长久保存且能在一定条件下复现。

（2）应用：

制成磁存储部件或设备，如磁带、磁盘、磁鼓、磁卡等。

4．生物体中的磁现象

（1）鸽子识归巢、候鸟辨迁途、海龟找“故乡”均可能与这些动物对地球磁场的敏感有关。

（2）人体器官也存在磁性。

（3）医院里使用的核磁共振断层成像装置等。

二、磁　场

1．磁场

磁体、电流周围存在磁场。

2．磁场的基本特性

对处在它里面的磁极或电流有力的作用，一切磁相互作用都是通过磁场来实现的。

3．磁感线

（1）定义：

磁感线是一些假想的有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向为该点的磁场方向，曲线的疏密表示磁场的强弱，曲线疏的地方磁场弱，曲线密的地方磁场强。

（2）物理意义：

形象地描述磁场的强弱和方向。

（3）磁场的方向：

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。

4．几种常见的磁场

（1）磁体周围的磁场

图311

（2）电流周围的磁场

①安培定则

a．通电直导线（或直线电流）周围的磁场

用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向跟电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向。

b．环形电流或螺线管周围的磁场

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通电螺线管的N极。

②三种常见的电流的磁场分布

安培定则

立体图

横截面图

纵截面图

直线

电流

以导线上任意点为圆心垂直于导线的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱

环形

电流

环内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏

通电螺线管

管内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，由N极指向S极

（3）地磁场

①地球是个大磁体，其内部和外部都存在磁场，如图312所示。

地轴的地理北极用Ng表示，地磁场南极用Sm表示。

地磁南、北极的连线SmNm偏离地轴约为11.5°。

图312

②地磁场特点

在赤道附近，地磁场沿水平方向，在地磁南极和北极，地磁场沿竖直方向，在其他地方，地磁场与水平面成一定角度叫磁倾角。

1．自主思考——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）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。

（×）

（3）磁感线是磁场中实际存在的线。

（×）

（4）磁感线的方向是从N极指向S极。

（×）

（5）地球的两极与地磁的两极间存在一个磁偏角。

（√）

2．合作探究——议一议

（1）我国古代四大发明中的“司南”是根据什么原理制成的？

提示：

根据磁体具有指示南北方向的特征以及地磁场的分布。

（2）为什么磁体之间不接触也可以产生相互作用？

提示：

因为磁体周围存在磁场，而磁场能传递磁体之间的相互作用，从而使磁体与磁体之间相互吸引或相互排斥。

（3）在磁场中不画磁感线的地方没有磁场，这种说法对吗？

提示：

不对。

磁感线是为形象地描述磁场而假想的曲线，在磁场中不画磁感线的地方并不能说明该处没有磁场。

（4）在用安培定则判定通电直导线、环形电流和通电螺线管的磁感线的方向时，有什么相同点和不同点？

提示：

相同点：

都用右手进行判断。

不同点：

拇指和四指所指示的物理意义不同，对通电直导线，拇指指向电流的方向，四指指向磁感线的方向。

对磁现象及磁场的理解

1．奥斯特实验的技巧和意义

（1）实验时，通电直导线要南北方向水平放置，磁针要与导线平行地放在导线的正下方或正上方，以保证电流的磁场与地磁场方向不同而使小磁针发生转动。

（2）由于地磁场使磁针指向南北方向，直导线通电后小磁针改变指向说明通电直导线周围产生了磁场，即电流周围产生磁场，也就是电流的磁效应。

2．电场与磁场的比较

比较项目

电场

磁场

不同点

产生

电荷周围

磁体、电流、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、电流有磁场力的作用

作用

特点

对放入其中的磁体无力的作用

对放入其中的静止电荷无力的作用

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特质，具有质量和能量

[典例]　在地球赤道上空有一小磁针处于水平静止状态，突然发现小磁针的N极向东偏转，由此可知（　　）

A．一定是小磁针正东方向有一条形磁铁的S极靠近小磁针

B．一定是小磁针正北方向有一条形磁铁的S极靠近小磁针

C．可能是小磁针正上方有电子流自东向西水平通过

D．可能是小磁针正上方有电子流自南向北水平通过

[思路点拨]

[解析]　正常情况下，由于地磁场的作用，小磁针的N极应指向北方，而小磁针的N极向东偏转，说明小磁针受到外加磁场的作用，可能在小磁针的东方有一条形磁铁的S极靠近小磁针，也可能是在小磁针正上方有电子流自南向北水平通过，产生了由北向南的电流，使小磁针的N极向东偏转。

所以选项D正确。

[答案]　D

静止的电荷只能产生静电场，而运动的电荷形成电流，于是运动的电荷周围能产生磁场。

磁体、电流、运动电荷都能在其周围产生磁场，且产生磁场的本质相同。

1．最先揭示了电现象和磁现象之间存在着某种联系，发现了电流的磁效应的学者是（　　）

A．安培　　　　　　　　B．法拉第

C．奥斯特D．库仑

解析：

选C　最先揭示了电现象和磁现象之间存在着某种联系，发现了电流的磁效应的学者是奥斯特，故选C。

2．关于磁场，下列说法正确的是（　　）

A．磁场中某点的磁场方向与小磁针S极在此处的受力方向一致

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C　磁场中某点的磁场方向与小磁针N极在此处的受力方向一致，故A错误；磁场是存在于磁体周围的一种特殊物质，它与实物粒子不同，场看不见，摸不到，但又确实存在，通常用人们假想的磁感线来描绘，故B错误，C正确；磁场的存在是客观的，故D错误。

3．判断两根钢条甲和乙是否有磁性，可将它们的一端靠近小磁针的N极或S极。

当钢条甲靠近时，小磁针自动远离，当钢条乙靠近时小磁针自动靠近，则（　　）

A．两根钢条均有磁性

B．两根钢条均无磁性

C．钢条甲一定有磁性，钢条乙一定无磁性

D．钢条甲一定有磁性，钢条乙可能有磁性

解析：

选D　磁体能吸引铁磁性物质，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，排斥的两者必然都是磁体，吸引时至少有一个是磁体。

钢条甲靠近小磁针时，小磁针自动远离，说明它们相互排斥，则甲一定有磁性。

当乙靠近小磁针时，它们相互吸引，这时可能有两种情况：

一是乙没有磁性，此时属于磁体与铁磁性物质相互吸引；二是乙有磁性，且与小磁针是异名磁极，此时属于异名磁极相互吸引。

故D正确。

对磁感线及电流的磁场的理解

1．磁感线与电场线的比较

磁感线

电场线

相似点

引入目的

形象描述场而引入的假想线，实际不存在

疏密

场的强弱

切线方向

场的方向

相交

不能相交（电场中无电荷空间不相交）

不同点

闭合曲线

起始于正电荷，终止于负电荷

2．三种电流的磁场的特点对比

直线电流

环形电流

通电螺线管

安培

定则

特点

（1）通电直导线周围的磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆，实际上电流的磁场应为空间图形

（2）直线电流的磁场无磁极

（3）磁场的强弱与距导线的距离有关。

离导线越近，磁场越强；离导线越远，磁场越弱

（1）环形电流的磁场类似于条形磁铁的磁场，其两侧分别是N极和S极

（2）由于磁感线均为闭合曲线，所以环内、外磁感线条数相等，故环内磁场强，环外磁场弱

（3）环形电流的磁场在微观上可看成无数根很短的直线电流磁场的叠加

（1）内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，由N极指向S极

（2）环形电流宏观上其实就是只有一匝的通电螺线管，通电螺线管则是由许多匝环形电流串联而成的。

因此，通电螺线管的磁场也就是这些环形电流磁场的叠加

1．下列各选项中是直线电流、环形电流磁场的磁感线分布图，其中电流方向与磁感线方向关系正确的是（　　）

解析：

选A　电流方向向上，由右手螺旋定则可得磁场为逆时针（从上向下看），故A正确；电流方向向下，由右手螺旋定则可得磁场为顺时针（从上向下看），故B错误；图中电流为环形电流，由右手螺旋定则可知内部磁场应向右，故C错误；由右手螺旋定则可知内部磁感线方向向左，故D错误。

2．（多选）下列关于电场线和磁感线的说法中，正确的是（　　）

A．电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线

B．磁场中的两条磁感线一定不相交，但在复杂电场中的电场线是可以相交的

C．电场线是一条不闭合的曲线，而磁感线是一条闭合的曲线

D．电场线越密的地方，同一试探电荷所受的电场力越大

解析：

选CD　电场线与磁感线分别是为了形象描述电场、磁场而引入的假想线，实际不存在，A错。

两种场线的切线方向均表示相应的场方向，两种场线都不会相交，B错。

电场线起始于正电荷、终止于负电荷，而磁感线在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极，组成闭合曲线，C正确。

电场线越密，表示该处电场越强，同一试探电荷在此处受电场力越大，D正确。

3．如图313所示，通电螺线管周围能自由转动的小磁针a、b、c、d已静止，N指向正确的是（　　）

图313

A．小磁针a　B．小磁针b

C．小磁针cD．小磁针d

解析：

选C　由右手螺旋定则判断出通电螺线管的左端为N极，右端为S极，由同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引知，只有小磁针c的指向正确。

地磁场

1．地球本身就是一个大磁体，地磁场的N极在地理南极附近，地磁场的S极在地理北极附近。

2．在赤道平面上，距离地球表面等高的各点，地磁场强弱程度相同，且方向水平向北。

3．在北半球上空某点的地磁场的方向斜向下指向北方；在南半球上空某点的地磁场的方向斜向上指向北方。

地磁场的水平分量总是从地球南极指向北极，而竖直分量则南北相反，在南半球竖直向上，在北半球竖直向下。

[典例]　（多选）下列说法正确的是（　　）

A．地球是一个巨大的磁体，其N极在地球南极附近，S极在地球北极附近

B．地球表面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]　地球周围的磁场分布类似于条形磁铁周围的磁场分布，所以在地球表面赤道上的磁场最弱，选项D错误；在地球上的不同位置，磁偏角的数值是不同的，因此选项C错误。

[答案]　AB

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。

1．赤道上放一个指南针，则指南针的南极指向是（　　）

A．向东　　B．向西　　C．向南　　D．向北

解析：

选C　地理北极附近是地磁南极，地理南极附近是地磁北极，所以赤道上放一个指南针，则指南针的南极指向一定是向南。

2．关于地磁场，下列叙述正确的是（　　）

A．地球的地磁两极与地理的两极重合

B．我们用指南针确定方向，指南的一极是指南针的北极

C．地磁的北极与地理南极重合

D．地磁的北极在地理南极附近

解析：

选D　地球是一个大磁体，其磁场北极（N极）在地理南极附近，磁场南极（S极）在地理北极附近，并不重合。

指南针指南的一端应该是磁针的南极（S极）。

只有选项D正确。

3．地球是一个大磁体，①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；②地磁场的北极在地理南极附近；③赤道附近地磁场的方向和地面平行；④北半球地磁场方向相对地面是斜向上的；⑤地球上任何地方的地磁场方向都是和地面平行的。

以上关于地磁场的描述正确的是（　　）

A．①②④B．②③④C．①⑤D．②③

解析：

选D　求解该题应先明确地磁场的特点及地球表面各处地磁场的方向。

地面上的小磁针静止时，磁针南极应指向地磁场的北极。

地磁场的南极在地理北极附近，地磁场的北极在地理南极附近，因此地磁场的方向在赤道附近和地面平行，北半球地磁场方向相对地面是斜向下的，南半球斜向上方。

故D正确。

1．关于磁场的方向，下列叙述中不正确的是（　　）

A．磁感线上每一点的切线方向

B．磁铁内部N极到S极的方向

C．小磁针静止时北极所指的方向

D．小磁针北极受力的方向

解析：

选B　规定磁感线上每一点的切线方向与磁场的方向相同，故A正确；磁场的方向在磁铁的内部为S极到N极的方向，磁铁的外部是N极到S极的方向，故B错误；磁场的方向的规定：

小磁针静止时北极所指的方向，或小磁针的北极受力的方向，故C、D正确。

2．关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是（　　）

A．磁感线只能形象地描述各点磁场的方向

B．磁极之间的相互作用是通过磁场发生的

C．磁感线是磁场中客观存在的线

D．磁感线总是从磁体的北极出发、到南极终止

解析：

选B　磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，磁感线上任意一点的切线方向表示该点的磁场方向，故A错误；磁极与磁极之间、电流与电流之间、磁极与电流之间的作用力是通过磁场发生作用的，故B正确；磁感线是一种假象的曲线，可以形象地描述磁场，故C错误；磁感线是闭合曲线，在磁体外部从N极出发进入S极，内部从S极到N极，故D错误。

3．下列关于磁感线的叙述，正确的说法是（　　）

A．磁感线是磁场中确实存在的一种曲线

B．磁感线是根据磁场的性质人为地画出来的曲线

C．磁感线总是从N极指向S极

D．磁感线是由磁场中的铁屑形成的

解析：

选B　磁感线是人们为了方便研究磁场而假想出来的曲线，不是客观存在的，故A错误，B正确；磁感线在磁体外部是从N极指向S极，在磁体内部从S极指向N极，形成一个闭合曲线，C错误；磁感线可以由磁场中的铁屑形成的曲线模拟，但模拟出来的曲线并不是磁感线，因为磁感线并不存在，故D错误。

4．磁性水雷是用一个可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就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　同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引。

当军舰接近磁性水雷时，磁体间的相互作用引起小磁针的转动，从而接通电路，引起爆炸，故B对。

5．把一根长直导线平行地放在磁针的正上方附近，当导线中有电流通过时，磁针会发生偏转。

首先观察到这个实验现象的物理学家是（　　）

A．奥斯特　　　　　　　　B．爱因斯坦

C．牛顿D．伽利略

解析：

选A　奥斯特发现了电流的磁效应，即把一根长直导线平行地放在磁针的正上方附近，当导线中有电流通过时，磁针会发生偏转，故A正确。

6．如图1所示为通电螺线管的纵剖面图，“⊗”和“⊙”分别表示导线中的电流垂直纸面流进和流出，图中四个小磁针（涂黑的一端为N极）静止时的指向一定画错了的是（　　）

图1

A．aB．b

C．cD．d

解析：

选B　根据右手螺旋定则可知，螺线管的左端为N极，右端为S极，小磁针的N极指向磁感线方向，故小磁针b的N极指向画反了，故选B。

7.如图2所示，一个电子沿逆时针方向做匀速圆周运动，则此电子的运动（　　）

图2

A．不产生磁场

B．产生磁场，圆心处的磁场方向垂直纸面向里

C．产生磁场，圆心处的磁场方向垂直纸面向外

D．只在圆的内侧产生磁场

解析：

选B　电子沿逆时针方向转动，形成顺时针方向电流。

由安培定则可得，在圆心处的磁场方向垂直纸面向里。

8．（多选）在通电螺线管内部有一点A，通过A点的磁感线方向是（　　）

A．从螺线管的N极指向S极

B．放在该点的小磁针北极受力的方向

C．从螺线管的S极指向N极

D．放在该点的小磁针的南极受力的方向

解析：

选BC　在通电螺线管外部磁场方向是从N极到S极，内部是从S极到N极，所以内部A点的磁感线方向是从S极到N极，也和放在该点的小磁针北极受力的方向相同，A、D错误，B、C正确。

9．如图3所示，a、b、c三枚小磁针分别放在通电螺线管的正上方、管内和右侧。

当这些小磁针静止时，小磁针N极的指向（　　）

图3

A．a、b、c均向左

B．a、b、c均向右

C．a向左，b向右，c向右

D．a向右，b向左，c向右

解析：

选C　根据右手螺旋定则可知，螺线管右端是N极，左端是S极；因小磁针的N极指向磁感线的方向，根据通电螺线管周围的磁场方向可知小磁针N极的指向：

a向左，b向右，c向右，故选C。

10．月球表面周围没有空气，它对物体的引力仅为地球上的

，月球表面没有磁场，根据这些特征，在月球上，下列选项中的四种情况能够做到的是（　　）

解析：

选D　既然月球表面没有磁场，那么在月球上就不能用指南针定向，所以A错误；月球表面周围没有空气，所以无法使用电风扇吹风，而声音的传播需要介质，所以B、C均不对，只有选项D正确。

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。

你知道他是怎样得出的吗？

（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？

解析：

（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，地理的南极附近为地磁的北极，地理的北极附近为地磁的南极。

小磁针指地理南极的一端一定是小磁针的S极，指地理北极的一端一定是小磁针的N极。

答案：

见解析

12.如果小朋友误吞了金属类物品于腹腔内，如何把它取出来呢？

某同学在学习了磁场之后，设计出了这样一个仪器，如图4所示。

当仪器顶部接触金属物品时，将手控环内推，再拉出整条塑料管。

图4

（1）你能说出这种仪器的原理吗？

（2）如果小朋友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，固铁磁化后能吸引磁性金属物品，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体，而易拉罐拉环是铝合金材料，不是铁磁性物质，因此不能取出；回形针是铁磁性物体，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金属物品，可通过调节电流大小使磁性增强，从而顺利把金属物品取出来，故使用电磁铁应更实用一些。

答案：

见解析