高二物理選修3-1磁場(chǎng)講義.doc

磁場(chǎng)第1節(jié) 我們周?chē)拇努F(xiàn)象知識(shí)點(diǎn)回顧：1、地磁場(chǎng)（1）地球磁體的北（N）極位于地理南極附近，地球磁體的南（S）極位于地理 北 極附近。（2）地球磁體的磁場(chǎng)分布與 條形 磁鐵的磁場(chǎng)相似。（3）地磁兩極與地理兩極并不完全重合，存在 偏差 。2、磁性材料（1）按去磁的難易程度劃分可分為 硬磁性材料和軟磁性材料 。（2）按材料所含化學(xué)成分劃分可分為 和 。（3）硬磁性材料剩磁 明顯 ，常用來(lái)制造 等。（4）軟磁性材料剩磁 不明顯 ，常用來(lái)制造 等。知識(shí)點(diǎn)1：磁現(xiàn)象一切與磁有關(guān)的現(xiàn)象都可稱(chēng)為磁現(xiàn)象。磁在我們的生活、生產(chǎn)和科技中有著廣泛的應(yīng)用，歸納大致分為：（1） 利用磁體對(duì)鐵、鈷、鎳等磁性物質(zhì)的吸引力；（2） 利用磁體對(duì)通電線圈的作用力；（3） 利用磁化現(xiàn)象記錄信息。知識(shí)點(diǎn)2：地磁場(chǎng)（重點(diǎn)）地球由于本身具有磁性而在其周?chē)纬傻拇艌?chǎng)叫地磁場(chǎng)。關(guān)于地磁場(chǎng)的起源，目前還沒(méi)有令人滿(mǎn)意的答案。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，地磁場(chǎng)是由于地核中熔融金屬的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，而且熔融金屬運(yùn)動(dòng)方向的變化會(huì)引起地磁場(chǎng)方向的變化?？茖W(xué)研究發(fā)現(xiàn)，從地球形成迄今的漫長(zhǎng)年代里，地磁極曾多次發(fā)生極性倒轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。地磁場(chǎng)具有這樣的特點(diǎn)：（1） 地磁北極在地理南極附近，地磁南極在地理北極附近；（2） 地磁場(chǎng)與條形磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)相似，但地磁場(chǎng)磁性很弱；（3） 地磁場(chǎng)對(duì)宇宙射線的作用，保護(hù)生命（極光、宇宙射線的傷害）；地磁場(chǎng)對(duì)生物活動(dòng)的影響（遷徙動(dòng)物的走南闖北如信鴿，但候鳥(niǎo)南飛確是受氣候的影響的，不是磁場(chǎng)）拓展：地磁兩極與地理兩極并不重合，存在地磁偏角。這種現(xiàn)象最早是由我國(guó)北宋的學(xué)者沈括在夢(mèng)溪筆談中提出的，比西方早400多年。并不是所有的天體都有和地球一樣的磁性，如火星就沒(méi)有磁性知識(shí)點(diǎn)3：磁性材料磁性材料一般指鐵磁性物質(zhì)。按去磁的難易程度，磁性材料可分為硬磁性材料和軟磁性材料。硬磁性材料具有很強(qiáng)的剩磁，不易去磁，一般用于制造永磁體，如揚(yáng)聲器、計(jì)算機(jī)硬盤(pán)、信用卡、飯卡等；軟磁性材料沒(méi)有明顯的剩磁，退磁快，常用于制造電磁鐵、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、磁頭等。易忽略點(diǎn)：怎樣區(qū)分磁性材料如何判斷給定的物體是采用硬磁性材料還是軟磁性材料是學(xué)習(xí)中容易出錯(cuò)的地方。解決此類(lèi)問(wèn)題關(guān)鍵有兩點(diǎn)：1、 明確所給物體的功能和原理；2、 熟悉這兩種磁性材料的特點(diǎn)。練習(xí)：1、下列有關(guān)磁的應(yīng)用中利用磁化現(xiàn)象記錄信息的是（ ）A、門(mén)吸 B、磁帶 C、磁石治病 D、磁懸浮2、為了判斷一根鋼棒有無(wú)磁性，采取了下列幾種辦法，你認(rèn)為哪種辦法可以認(rèn)定鋼棒沒(méi)有磁性（ ）A、將鋼棒的一端接近磁針的北極，兩者相互吸引，再將鋼棒的另一端接近磁針的南極，兩者相互排斥。B、將鋼棒的一端接近磁針的北極，兩者相互排斥，將鋼棒的另一端接近磁針的北極時(shí)，兩者相互吸引。C、將鋼棒的一端接近磁針的北極時(shí)，兩者相互吸引，將鋼棒的另一端接近磁針的南極時(shí)，兩者相互吸引。D、將鋼棒的一端接近磁針的北極時(shí)，兩者相互吸引，將鋼棒的另一端接近磁針的北極時(shí)，兩者相互吸引。第二節(jié) 認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)知識(shí)點(diǎn)1：磁場(chǎng)（重點(diǎn)）實(shí)物和場(chǎng)是物質(zhì)存在的兩種不同形式，磁場(chǎng)和電場(chǎng)一樣，都是客觀存在的一種特殊物質(zhì)。一、 磁場(chǎng)客觀存在于磁體、電流周?chē)朋w和電流通過(guò)磁場(chǎng)傳遞相互作用。二、 磁場(chǎng)的基本性質(zhì)：對(duì)放入其中的磁體或電流產(chǎn)生力的作用。磁極和磁極之間、磁場(chǎng)和電流之間、電流和電流之間的相互作用都是通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)傳遞的三、 磁場(chǎng)有強(qiáng)弱和方向，可以用磁感線形象地描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向，也可以用小磁針受力方向來(lái)描述磁場(chǎng)的方向。物理學(xué)規(guī)定，磁場(chǎng)的方向即小磁針N極受力的方向，亦即小磁針靜止時(shí)N極指向。四、 磁場(chǎng)是媒介物：磁極間、電流間、磁極與電流間的相互作用是通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生的。 知識(shí)點(diǎn)2：磁感線（重點(diǎn)）在磁場(chǎng)中每一點(diǎn)，磁場(chǎng)都有確定的大小和方向，物理學(xué)中用磁感線形象地描述磁場(chǎng)。所謂磁感線就是為了使人們更形象更直觀地描述磁場(chǎng)，而引入的一系列有方向的曲線：（1）磁感線的定義在磁場(chǎng)中畫(huà)出一些曲線，使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致，這樣的曲線叫做磁感線。（2）特點(diǎn)： A、磁感線是閉合曲線，磁鐵外部的磁感線是從北極出來(lái)，回到磁鐵的南極，內(nèi)部是從南極到北極.B、每條磁感線都是閉合曲線，任意兩條磁感線不相交。C、磁感線上每一點(diǎn)的切線方向都表示該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。D、磁感線的疏密程度表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小注意：磁感線是為了形象地描述磁場(chǎng)而引入的數(shù)學(xué)工具，最早是由英國(guó)物理學(xué)家法拉第提出的，并不真實(shí)存在，實(shí)驗(yàn)時(shí)常用被磁化的鐵屑來(lái)顯示磁感線的分布，但絕不能認(rèn)為磁感線是由細(xì)鐵屑組成的。磁感線是閉合的，磁場(chǎng)中未畫(huà)磁感線的空間，磁場(chǎng)照樣存在，磁感線不相交。磁感線和電場(chǎng)線的區(qū)別項(xiàng)目磁感線電場(chǎng)線相似點(diǎn)意義形象地描述磁場(chǎng)方向和相對(duì)強(qiáng)弱而遐想的線形象地描述電場(chǎng)方向和相對(duì)強(qiáng)弱而遐想的線方向線上各點(diǎn)的切線方向即為該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，是小磁針N極的受力方向線上各點(diǎn)的切線方向即為該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，是正電荷受力方向疏密表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱表示電場(chǎng)強(qiáng)弱特點(diǎn)在空間不相交、不中斷除電荷外，在空間不相交、不中斷不同點(diǎn)不同點(diǎn)是閉合曲線靜電場(chǎng)線始于正電荷或無(wú)窮遠(yuǎn)處，止于負(fù)電荷或無(wú)窮遠(yuǎn)，是不閉合曲線知識(shí)點(diǎn)3：安培定則（重點(diǎn)）法國(guó)物理學(xué)家安培通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出了用于判斷電流的磁場(chǎng)分布的法則安培定則，又稱(chēng)為右手螺旋定則?？捎糜谂袛嘀本€電流、環(huán)形電流和通電螺線管的磁感線分布。直線電流的方向和磁感線方向之間的關(guān)系可用安培定則（也叫右手螺旋定則）來(lái)判定：用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向.幾種常見(jiàn)磁場(chǎng)的磁感線的分布（1）條形磁鐵和碲形磁鐵的磁感線條形磁鐵和蹄形磁鐵是兩種最常見(jiàn)的磁體，如圖所示的是這兩種磁體在平面內(nèi)的磁感線形狀，其實(shí)它們的磁感線分布在整個(gè)空間內(nèi)，而且磁感線是閉合的，它們的內(nèi)部都有磁感線分布。（2）通電直導(dǎo)線磁場(chǎng)的磁感線通電直導(dǎo)線磁場(chǎng)的磁感線的形狀與分布如圖所示，通電直導(dǎo)線磁場(chǎng)的磁感線是一組組以導(dǎo)線上各點(diǎn)為圓心的同心圓。需要指出的是，通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)是不均勻的，越靠近導(dǎo)線，磁場(chǎng)越強(qiáng)，磁感線越密。電流的方向與磁感線方向的關(guān)系可以用安培定則來(lái)判斷，如圖所示。用右手握住直導(dǎo)線，伸直的大拇指與電流方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。（3）環(huán)形電流磁場(chǎng)的磁感線環(huán)形電流磁場(chǎng)的磁感線是一些圍繞環(huán)形導(dǎo)線的閉合曲線，在環(huán)形的中心軸上，由對(duì)稱(chēng)性可知，磁感線是與環(huán)形導(dǎo)線的平面垂直的一條直線。如圖甲所示，環(huán)形電流方向與磁感線方向的關(guān)系也可以用右手定則來(lái)判斷，如圖乙所示，讓右手彎曲的四指和環(huán)形電流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是圓環(huán)軸線上磁感線的方向；如圖丙所示，讓右手握住部分環(huán)形導(dǎo)線，伸直的大拇指與電流方向一致，則四指所指的方向就是圍繞環(huán)形導(dǎo)線的磁感線的方向。（4）通電螺線管的磁感線通電螺線管表現(xiàn)出來(lái)的磁性很像一根條形磁鐵，一端相當(dāng)于北極（N），另一端相當(dāng)于南極（S），形成的磁感線在通電螺線管的外部從北極（N）出來(lái)進(jìn)入南極（S），通電螺線管內(nèi)部具有磁場(chǎng)，磁感線方向與管軸線平行，方向都是由S極指向N極，并與外部磁感線連接形成一些閉合曲線，其方向也可用安培定則判斷，用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致，那么大拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向，如圖所示。（5）地磁場(chǎng)的磁感線地磁場(chǎng)的南北極與地理上的南北極剛好相反，所以磁感線從地理的南極出來(lái)進(jìn)入地理的北極如圖所示。知識(shí)點(diǎn)4：分子電流假說(shuō)1.內(nèi)容：法國(guó)物理學(xué)家安培受到通電螺線管外磁場(chǎng)與條形磁鐵的磁場(chǎng)相似的啟發(fā)，提出了著名的分子電流假說(shuō)：任何物質(zhì)的分子中都存在環(huán)形電流分子電流，分子電流使每個(gè)物質(zhì)分子都成為一個(gè)微小的磁體，如圖。2.解釋?zhuān)喊才嗟姆肿与娏骷僬f(shuō)對(duì)有關(guān)磁現(xiàn)象的解釋?zhuān)海?） 磁化現(xiàn)象：一軟鐵棒，在未被磁化時(shí)，內(nèi)部各分子電流的取向雜亂無(wú)章，它們的磁場(chǎng)相互抵消，對(duì)外不顯磁性。當(dāng)軟鐵棒受到外界磁場(chǎng)的作用時(shí)，各分子電流取向變得大致相同，兩端顯示較強(qiáng)的磁作用，形成磁極，軟鐵棒就被磁化了。（2） 消磁：磁體在高溫或猛烈敲擊下，即在激烈的熱運(yùn)動(dòng)或機(jī)械運(yùn)動(dòng)影響下，分子電流取向變得雜亂無(wú)章了，磁體磁性消失。拓展：（1）假說(shuō)是一種常用的科學(xué)研究方法，在安培的時(shí)代，人們不知道物質(zhì)內(nèi)部為什么會(huì)有分子電流，20世紀(jì)后，隨著電子的發(fā)現(xiàn)，人們認(rèn)識(shí)到，原子內(nèi)部帶電粒子的不停運(yùn)動(dòng)即對(duì)應(yīng)安培所說(shuō)的分子電流，分子電流假說(shuō)已經(jīng)成為真理，揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)。（2）需要指出的是并非所有的磁場(chǎng)都是由電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，變化的電場(chǎng)可以產(chǎn)生磁場(chǎng)。（3）磁現(xiàn)象的電本質(zhì)：磁鐵和電流的磁場(chǎng)本質(zhì)上都是運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的易錯(cuò)點(diǎn)：磁體內(nèi)部小磁針指向在判斷小磁針處于磁體內(nèi)部N極指向問(wèn)題時(shí)，有些同學(xué)往往套用初中的結(jié)論“同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引”而做出錯(cuò)誤判斷，錯(cuò)誤原因是不了解結(jié)論的適用條件。對(duì)于小磁針處于磁體內(nèi)部時(shí)，我們應(yīng)該運(yùn)用高中教材中的物理學(xué)規(guī)定：“小磁針在磁場(chǎng)中靜止時(shí)，N極所指的方向就是磁場(chǎng)的方向，也就是磁感線的方向?！彼?，學(xué)習(xí)物理知識(shí)，切忌不加分析，盲目套用公式或結(jié)論。易忽略點(diǎn)：磁場(chǎng)的方向磁場(chǎng)的方向可用磁感線的切線方向來(lái)表示，也可用小磁針的N極指向來(lái)表示。在用小磁針描述時(shí)，容易忽略的是：小磁針的哪一極以及小磁針的狀態(tài)（靜止時(shí)）。易混點(diǎn)：磁場(chǎng)和電場(chǎng)磁場(chǎng)和電場(chǎng)雖然都是物質(zhì)的一種特殊形態(tài)，都具有物質(zhì)性，但并不是完全相同的物質(zhì)，其不同點(diǎn)有：（1） 起源不同。電場(chǎng)存在于電荷周?chē)?，磁?chǎng)存在于磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷的周?chē)?。?） 場(chǎng)線不同。電場(chǎng)線不閉合，起始于正電荷終止于負(fù)電荷；磁感線閉合，外部從N極到S極，內(nèi)部從S極到N極。（3） （靜）電場(chǎng)是保守力場(chǎng)，電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)，只與初末位置的電勢(shì)差有關(guān)。磁場(chǎng)是渦旋場(chǎng)，不能引入相應(yīng)的“勢(shì)能”概念來(lái)研究磁場(chǎng)的性質(zhì)。練習(xí)：11-1-12、如圖11-1-1所示，、三枚小磁針?lè)謩e放在通電螺線管的正上方、管內(nèi)和右側(cè)。當(dāng)這些小磁針靜止時(shí)，小磁針極的指向是（ ）、均向左、均向右向左，向右，向右 向右，向左，向右 圖11-1-2變式訓(xùn)練1：如圖11-1-2所示，帶負(fù)電的金屬環(huán)繞軸以角速度勻速旋轉(zhuǎn)，在環(huán)左側(cè)軸線上的小磁針最后平衡的位置是（）極豎直向上極豎直向下極沿軸線向左極沿軸線向右4、根據(jù)安培假說(shuō)的思想，認(rèn)為磁場(chǎng)是由于運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的，這種思想對(duì)地磁場(chǎng)也應(yīng)是適用的，而目前在地球上并未發(fā)現(xiàn)相對(duì)地球定向移動(dòng)的電荷，那么由此推斷，地球應(yīng)該（ ）A、負(fù)電荷 B、帶正電 C、不帶電 D、無(wú)法確定5、一個(gè)電子沿紙面做快速的順時(shí)針?lè)较虻膱A周運(yùn)動(dòng)，則這個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)將（ ）A、不產(chǎn)生磁場(chǎng)B、產(chǎn)生只在圓周內(nèi)側(cè)存在的磁場(chǎng)C、產(chǎn)生相當(dāng)于環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，在圓心處的磁場(chǎng)方向垂直紙面向里D、產(chǎn)生相當(dāng)于環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，在圓心處的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外判斷下圖中導(dǎo)線A所受磁場(chǎng)力的方向. 答案：知識(shí)點(diǎn)1：安培力(重點(diǎn))磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力稱(chēng)為安培力，安培力是按性質(zhì)命名的力，在對(duì)物體（通電導(dǎo)線）進(jìn)行受力分析時(shí)，應(yīng)該加以考慮。（1） 安培力方向的判定方向左手定則：伸開(kāi)左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面內(nèi)，把手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線垂直穿過(guò)手心，使伸開(kāi)的四指指向電流方向，那么大拇指所指的方向?yàn)榘才嗔Φ姆较颉＃?） 安培力的大?。和煌妼?dǎo)線，按不同方式放在同一磁場(chǎng)中，如圖所示，三種情況下，通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直時(shí)受到的安培力最大，取為Fmax；當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，不受安培力，F(xiàn)=0；其他情況下，0F B、= C、 D、無(wú)法確定4、在赤道上空，水平放置一根通以由西向東電流的直導(dǎo)線，則此導(dǎo)線（ ）A、受到豎直向上的安培力 B、受到豎直向下的安培力C、受到由南向北的安培力 D、受到由西向東的安培力5、通電電流為I的直導(dǎo)線與通電閉合線圈abcd在同一平面內(nèi)，如圖所示，不計(jì)重力，若直導(dǎo)線固定，那么閉合線圈將（ ）A、在紙面內(nèi)向上運(yùn)動(dòng) B、在紙面內(nèi)向下運(yùn)動(dòng)C、在紙面內(nèi)遠(yuǎn)離導(dǎo)線 D、在紙面內(nèi)靠近導(dǎo)線6、如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0T、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一個(gè)與水平面成角的通電滑軌，滑軌上放置一個(gè)可自由移動(dòng)的金屬桿ab，已知接在滑軌中的電源的電動(dòng)勢(shì)E=12V，內(nèi)阻不計(jì)，ab桿長(zhǎng)L=0.5m，桿的質(zhì)量m=0.2kg，桿與平行滑軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.1，滑軌與ab桿的電阻忽略不計(jì)，求要使ab桿在滑軌上保持靜止，變阻器R的阻值應(yīng)在什么范圍變化？（g取，可認(rèn)為最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力相等）7、如圖所示，兩平行光滑導(dǎo)軌相距為20cm，金屬棒MN的質(zhì)量為10g，電阻R=8，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)