物理選修1-1_第二章_課件

1、第二章 磁 場 本章由司南、羅盤引出磁現(xiàn)象，認(rèn)識常見的磁現(xiàn)象及其規(guī)律.通過本章學(xué)習(xí)，要認(rèn)識磁性，知道磁體周圍存在著磁場，了解磁場概念，知道地球是一個大磁體；了解人類對地磁場的探索過程，進(jìn)行科學(xué)精神的培養(yǎng)；了解磁場描述方法，能用磁感線和磁感強度來描述磁場；了解奧斯特的磁效應(yīng)實驗；知道電流周圍可以產(chǎn)生磁場，能判斷磁體、電流周圍的磁感線，知道并能運用安培定則. 認(rèn)識通電導(dǎo)線和運動電荷在磁場中受到的安培力和洛倫茲力，知道影響這兩種力的因素；并能在電流方向或運動電荷的速度方向與磁場垂直時，用左手定則判斷這兩種力的方向.通過了解磁現(xiàn)象及其規(guī)律在航海業(yè)、磁記錄技術(shù)，及磁懸浮列車上的應(yīng)用，讓學(xué)生關(guān)心科技的發(fā)展

2、，培養(yǎng)熱愛科學(xué)的情感，有將科學(xué)服務(wù)于人類的意識.第一節(jié) 指南針與遠(yuǎn)洋航海百慕大三角的磁場說 在百慕大三角出現(xiàn)的各種奇異事件中，羅盤失靈是最常發(fā)生的.這使人把它和地磁異常聯(lián)系在一起.地球的磁場有兩個磁極，即地磁南極和地磁北極.但它們的位置并不是固定不變的，而是在不斷變化中.地磁異常容易造成羅盤失靈而使機(jī)船迷航，還有一種看法認(rèn)為，百慕大三角海域的海底有巨大的磁場，它能造成羅盤和儀表失靈. 1943年, 一位名叫襲薩的博士曾在美國海軍配合下，做過一次有趣的試驗.他們在百慕大三角區(qū)架起兩臺磁力發(fā)生機(jī)，輸以十幾倍的磁力，看會出現(xiàn)什么情況.試驗一開始，怪事就出現(xiàn)了.船體周圍立刻涌起綠色的煙霧，船和人都消失

3、了.試驗結(jié)束后，船上的人都受到了某種刺激，有些人經(jīng)治療恢復(fù)正常，有的人卻因此而精神失常。要點1 磁感線 1.磁感線是為了形象地描述磁場而人為假設(shè)的曲線.其疏密反映磁場的強弱，線上每一點的切線方向都跟該點的磁場方向相同. 2.磁感線的特點 (1)在磁體外部，磁感線從北極發(fā)出，進(jìn)入南極；在磁體內(nèi)部由南極回到北極. (2)磁感線的疏密表示磁場的強弱，磁感線越密的地方磁場越強；磁場方向在過該點的磁感線的切線上.例1. 下列關(guān)于磁感線的敘述中，正確的是（）A.磁感線從磁體的N極出發(fā)，S極終止B.鐵屑在磁場中規(guī)則排列而組成的曲線就是磁感線C.磁感線是磁場中實際存在的一些曲線D.在同一磁場中，任何兩條磁感線

4、都不相交【解析】磁感線是人為引入的曲線，實際并不存在.磁感線在磁體外部是N極指向S極，內(nèi)部是S極指向N極，形成不相交的閉合曲線.【答案】D要點2 地磁場 地球本身是個巨大的磁體，它的南極和北極位于地球的兩端.但小磁針（指南針）并不指向地球的正南和正北，而是略微偏離一點.也就是說地球的地理南北極與地磁南北極并不重合，小磁針指向與地球的正南（正北）方向的偏差，稱為磁偏角.一般地說，小磁針（指南針）的指向與地理子午線也不平行，即和地面不平行,小磁針的指向與水平面相交的角度叫做磁傾角.地磁場的N極在地球南極附近，S極在地球北極附近，磁感線分布如圖所示例2. 地球是一個大磁體，它的磁場分布情況與一個條形

5、磁鐵的磁場分布情況相似，下列說法中正確的是（）A 地磁場的方向是沿地球上經(jīng)線方向的B 地磁場的方向是與地面平行的C 地磁場的方向是從北向南的D 在地磁南極上空，地磁場的方向是豎直向下的 【解析】地理南、北極與地磁南、北極不重合，所以地磁場方向與經(jīng)線有夾角，即磁偏角，地磁場方向不與地面平行，在地磁南北極附近，磁場方向是與地面垂直的，所以只有D項正確. 【答案】D第二節(jié) 電流的磁場 不要在電視前滯留家電磁場輻射輕視不得 長期處于高磁場強度環(huán)境有害健康.專家提醒，使用家用電器時應(yīng)盡量避免近距離滯留.據(jù)了解，2001年國際癌癥研究中心已將磁場確定為對人疑似致癌因素，提出居住環(huán)境中的磁場強度過高時，兒童

6、白血病的發(fā)生率就明顯增高.有關(guān)專家對日常生 活中接觸機(jī)會較多、使用時間相對較長的家用電器磁場進(jìn)行了監(jiān)測. 監(jiān)測表明，普通純平電視機(jī)的磁場在屏前40 cm外是其安全范圍，背投彩電的安全范圍為屏前12 cm以外，等離子彩電幾乎不存在電磁輻射.微波爐工作時的磁場強度，緊貼測量時磁場強度超過儀器測定范圍，離微波爐5 cm外磁場強度就相當(dāng)強，開關(guān)附近的磁場最強，離微波爐95 cm處才是安全范圍.電冰箱磁場強度較低，對人影響不大.研究人員還對家用音響、電熱毯等產(chǎn)生的磁場進(jìn)行了分析 結(jié)果表明，近距離接觸各種家用電器均存在不同程度的磁場輻射.在日常生活中，人們觀看電視一般都在2 m以外，這個位置的磁場強度很低

7、，對人影響較小，但有些小孩常在電視屏幕前玩耍，家長應(yīng)予阻止；微波爐啟動后應(yīng)迅速離開，不要逗留；電熱毯預(yù)熱后，應(yīng)在睡前關(guān)閉.另外房間里家用電器的擺放也應(yīng)有講究，不要過于密集.要點1 電流的磁效應(yīng)1.電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的相似性 (1)磁體能使附近的鐵棒產(chǎn)生磁性，帶電體能使它附近的導(dǎo)體感應(yīng)出電荷來 (2)自然界中的磁體總有兩個磁極：南極和北極；自然界中存在兩種電荷：正電荷和負(fù)電荷 (3)同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引；同名磁極相互排斥、異名磁極相互吸引2.奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng) 奧斯特有一次使南北方向的通電導(dǎo)線恰好與磁針相平行，接通電源時，突然發(fā)現(xiàn)磁針向垂直導(dǎo)線方向轉(zhuǎn)動了這說明通電導(dǎo)線對磁體有作用力

8、 根據(jù)奧斯特實驗，直線電流對磁體的作用力方向垂直于電流方向例1.下列說法中正確的是（） A.在同一幅磁感線的示意圖中，磁感線越密的地方，磁場越強 B有磁不一定有電，但有電必有磁 C同名磁極相互吸引，異名磁極相互排斥 D做奧斯特實驗時，不管導(dǎo)線如何放置，只要電流足夠強，一定能夠觀察到小磁針的偏轉(zhuǎn)情況【解析】磁感線的疏密反映磁場的強弱A對；有電流才產(chǎn)生磁，B錯；做奧斯特實驗時，如果導(dǎo)線放置對磁針作用力與地磁場對磁針作用力一致，則不能觀察到偏轉(zhuǎn)情況.【答案】A變式遷移首先發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的科學(xué)家是（ ） A.安培 B.奧斯特 C.庫侖 D.麥克斯韋要點2 三種常見的電流磁場的特點及畫法1.直線電流的磁

9、場：無磁極，非勻強，距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場越弱.2.環(huán)形電流的磁場：兩側(cè)是N極和S極，離圓環(huán)中心越遠(yuǎn)，磁場越弱（如圖） 3.通電螺線管的磁場：兩端分別是N極和S極，管內(nèi)是勻強磁場，管外為非勻強磁場.第三節(jié) 磁場對通電導(dǎo)線的作用電磁炮的威力 電磁炮利用電磁力所做的功作為發(fā)射能量，不會產(chǎn)生強大的沖擊波和彌漫的煙霧，因而具有良好的隱蔽性.電磁炮可根據(jù)目標(biāo)的性質(zhì)和距離，調(diào)節(jié)、選擇適當(dāng)?shù)哪芰縼碚{(diào)整彈丸的射程. 電磁炮沒有圓形炮管，彈丸體積小、重量輕，使其在飛行時的空氣阻力很小，因而電磁炮的發(fā)射穩(wěn)定性好、初速度高、射程遠(yuǎn).由于電磁炮的發(fā)射過程全部由計算機(jī)控制，彈頭又裝有激光制導(dǎo)或其他制導(dǎo)裝置，所以具有很高的射擊

10、精度. 從發(fā)射能量的成本來看，常規(guī)火炮的發(fā)射藥產(chǎn)生每兆能量要10美元，而電磁炮只需0.1美元.而且電磁炮還可以省去火炮的藥筒和發(fā)射裝置，故而重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡單，運輸以及后勤保障等方面更為安全可靠和方便.要點1 磁感應(yīng)強度 1.磁場的基本性質(zhì)：磁場對放入其中的磁體運動電荷電流有力的作用 2.磁感應(yīng)強度定義：在磁場中垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線，所受的安培力F跟電流I和導(dǎo)線長度L的乘積IL的比值叫做磁感應(yīng)強度.用公式表示為B=F/IL，與電場強度一樣，磁感應(yīng)強度是描述磁場力的性質(zhì)的物理量磁感應(yīng)強度B的單位是特斯拉，符號是T，1 T=1 N(Am). 磁感應(yīng)強度B是矢量，其方向就是該處的磁場方向。

11、 3.磁感應(yīng)強度的理解： 磁感應(yīng)強度的定義式B=F/IL 只有在通電導(dǎo)線和磁場方向垂直時才有意義磁感應(yīng)強度由磁場本身決定，不能認(rèn)為B與F成正比，與IL成反比.例1，關(guān)于磁感應(yīng)強度，下列說法正確的是（ ）A由B=F/IL知，B與F成正比，B與IL成反比B通電導(dǎo)線放在磁場中的某點，那點就有磁感應(yīng)強度，如果將通電導(dǎo)線拿走，那點的磁感應(yīng)強度就為零C通電導(dǎo)線受磁場力不為零的地方一定存在磁場，通電導(dǎo)線不受磁場力的地方一定不存在磁場(即B=0)D.磁場中某一點的磁感應(yīng)強度是由磁場本身決定的，其大小和方向是唯一確定的，與通電導(dǎo)線無關(guān)【解析】 磁感應(yīng)強度B=F/IL只是一個定義式，而不是決定式；磁感應(yīng)強度B是由

12、磁場本身的性質(zhì)決定的，與放不放入通電導(dǎo)線無關(guān)，A、B錯； 若磁場不為零，但導(dǎo)線平行于磁感應(yīng)強度的方向放置時，磁場力F為零，C錯.【答案】D變式遷移1.有一小段通電導(dǎo)線，長為1 cm，通過的電流強度為5 A.把它置于磁場中某點，受到的磁場力為01 N，則該點的磁感應(yīng)強度B一定是 ( ) AB=2 T BB2 T C.B2 T D以上情況都有可能要點2 安培力1.安培力大小 通過實驗歸納得出，電流方向跟磁場方向垂直時，電流受到的安培力最大為F=BIL，JP3平行放置時安培力為0.一般情況下，電流受到的安培力介于零和最大值之間，所以F=BIL只適用于電流方向與磁場方向垂直的情況. 若導(dǎo)線與磁場方向既

13、不垂直又不平行，可以把磁感應(yīng)強度B分解為與導(dǎo)線垂直的分量：B1=Bsin，與導(dǎo)線平行的分量：B2=Bcos.垂直分量使導(dǎo)線受的安培力為：F=BILsin，平行分量對導(dǎo)線沒有作用力.由此可得：當(dāng)導(dǎo)線與磁場方向的夾角為時的安培力F=BILsin.2.安培力的方向 安培力方向的特點：FB、FI，即F垂直B和I決定的平面.安培力F與B是垂直的關(guān)系，而不是同向的.這一點有別于電場力.在判斷安培力方向時，必須首先判斷磁場方向與電流方向構(gòu)成的平面，從而判定出安培力在哪個方向上，然后再根據(jù)左手定則判斷出安培力的具體方向.例2.將長度為20 cm、通有01 A電流的直導(dǎo)線放入一勻強磁場中，電流與磁場的方向如下列

14、圖所示，已知磁感應(yīng)強度為1 T.試求出下列各圖中導(dǎo)線所受安培力的大小和方向.【解析】由左手定則和安培力的計算公式得：(1)因為導(dǎo)線與磁感線平行，所以導(dǎo)線受到的安培力為零.(2)由左手定則知，安培力方向垂直導(dǎo)線水平向右，大小為F=BIL=1012010-2 N=002 N.(3)由左手定則知，安培力的方向在紙面內(nèi)垂直導(dǎo)線斜向上，大小為F=BIL=10.12010-2 N=002 N.【答案】見解析2.一段通電導(dǎo)線垂直于磁場方向放入勻強磁場中，導(dǎo)線上的電流方向由上而下，如右圖所示.在導(dǎo)線以其中心點為軸逆時針轉(zhuǎn)動180的過程中，導(dǎo)線受到的安培力( )A大小不變，方向不變B.大小由最大減小到零再增至最

15、大，方向時刻改變C大小由最大減小到零再增至最大,方向不變D大小由最大減小到零再增至最大，方向由垂直紙面向外變?yōu)榇怪奔埫嫦騼?nèi)第四節(jié) 磁場對運動電荷的作用回旋加速器 回旋加速器是利用磁場使帶電粒子做回旋運動，在運動中經(jīng)高頻電場反復(fù)加速的裝置. 1930年勞倫斯提出其工作原理，1932年首次研制成功.它的主要結(jié)構(gòu)是在磁極間的真空室內(nèi)有兩個半圓形的金屬扁盒（D形盒)隔開相對放置，D形盒上加交變電壓，其間隙處產(chǎn)生交變電場. 置于中心的粒子源產(chǎn)生帶電粒子射出來，受到電場加速，在D形盒內(nèi)不受電場力，僅受磁極間磁場的洛倫茲力，在垂直磁場平面內(nèi)做圓周運動.繞行半圈的時間為mqB，其中q是粒子電荷量，m是粒子的質(zhì)

16、量，B是磁場的磁感應(yīng)強度.如果D形盒上所加的交變電壓的頻率恰好等于粒子在磁場中做圓周運動的頻率，則粒子繞行半圈后正趕上D形盒上極性變號，粒子仍處于加速狀態(tài). 由于上述粒子繞行半圈的時間與粒子的速度無關(guān)，因此粒子每繞行半圈受到一次加速，繞行半徑增大.經(jīng)過很多次加速，粒子沿螺線形軌道從D形盒邊緣引出，能量可達(dá)幾十兆電子伏特(MeV).回旋加速器所加速的粒子的能量受制于隨粒子速度增大的相對論效應(yīng)，粒子的質(zhì)量增大，粒子繞行周期變長，從而逐漸偏離了交變電場的加速狀態(tài).要點1 磁場和電場對電荷的作用的區(qū)別 1.電荷在電場中一定要受到電場力的作用，而電荷在磁場中不一定受磁場力作用.只有相對于磁場運動，且運動

17、方向與磁場方向不平行的電荷，才受磁場力作用.相對磁場靜止的電荷，或雖運動但運動方向與磁場方向平行的電荷不受磁場力作用. 2.電荷所受電場力的方向總是沿著電場線的切線(與電場方向相同或相反)；而運動電荷所受洛倫茲力的方向總是既垂直于磁場方向，又垂直于電荷運動方向. 3.在勻強電場中，電荷受到的電場力是一個恒力；而在勻強磁場中，運動電荷的速度大小或方向發(fā)生改變，洛倫茲力也要發(fā)生變化. 4.電荷在電場中運動時，通常情況下電場力要對運動電荷做功；電荷在磁場中運動時，由于洛倫茲力方向與電荷運動方向始終垂直，故洛倫茲力對電荷不做功.例1 關(guān)于電場力與洛倫茲力，以下說法正確的是( A電荷只要處在電場中，就會

18、受到電場力，而電荷靜止在磁場中，可能受到洛倫茲力B.電場力對在電場中的電荷一定會做功，而洛倫茲力對在磁場中的電荷卻不會做功C.電場力與洛倫茲力一樣，受力方向都在電場線和磁感線上D.只有運動的電荷在磁場中才會受到洛倫茲力的作用【解析】磁場對靜止電荷沒有洛倫茲力的作用，A錯；當(dāng)電荷沿著等勢面運動時，電場力對電荷不做功，B錯；由左手定則知，洛倫茲力的方向并不在磁感線上，C錯.【答案】 D變式遷移1.如果運動電荷在磁場中不受其他任何力的作用，則帶電粒子在磁場中所做的運動可能是( )A勻速直線運動B勻變速直線運動C變加速曲線運動D勻變速曲線運動要點2 洛倫茲力的方向應(yīng)用左手定則判定（與安培力方向判定相同

19、）1.不論正、負(fù)電荷，f洛方向都與F安方向相同，f洛垂直于B和v所確定的平面應(yīng)用左手定則時應(yīng)注意，四指表示正電荷實際運動方向，對于負(fù)電荷來說，與正電荷受力方向相反 2.由于f洛時刻與v垂直，所以洛倫茲力對電荷永不做功即f洛不能改變粒子運動速度的大小，只能改變電荷運動方向例2.如下圖所示，在陰極射線管正下方平行放置一根通有足夠強直流電流的長直導(dǎo)線，且導(dǎo)線中電流方向水平向右，則陰極射線將會（）A 向上偏轉(zhuǎn)B.向下偏轉(zhuǎn)C.向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)D.向紙外偏轉(zhuǎn)【解析】在陰極射線管所處位置處，通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向外，由左手定則可以判斷陰極射線中的電子受到的洛倫茲力方向向上.【答案】A變式遷移2.如下圖

20、所示是一“濾速器”裝置的示意圖，a、b為水平放置的平行金屬板，一束具有各種不同速率的電子沿水平方向經(jīng)小孔O進(jìn)入a、b之間.為了選取具有某種特點速率的電子，可在a、b間加上電壓，并沿垂直于紙面的方向加一勻強磁場，使所選粒子仍能夠沿水平直線OO運動，由O射出.不計電子的重力，可能達(dá)到上述目的的辦法是( )A。使a板電勢高于b板，磁場方向垂直紙面向里B。使a板電勢低于b板，磁場方向垂直紙面向里C。使a板電勢高于b板，磁場方向垂直紙面向外D。使a板電勢低于b板，磁場方向垂直紙面向外第五節(jié) 磁性材料神奇的磁化水 磁化水是一種被磁場磁化了的水.讓普通水以一定流速，沿著與磁感線平行的方向，通過一定強度的磁場

21、，普通水就會變成磁化水.磁化水有種種神奇的效能，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用. 在日常生活中，用經(jīng)過磁化的洗衣粉溶液洗衣，可把衣服洗得更干凈.有趣的是，不用洗衣粉而單用磁化水洗衣，洗滌效果也很令人滿意. 磁化水為什么會有如此神奇的作用呢?這是一個至今尚未揭開的謎.一些科學(xué)家認(rèn)為，水分子本身就是一個小磁體，由于異性磁極相吸，因而普通水中許多水分子就會首先相吸，連結(jié)成龐大的“分子團(tuán)”.這種“分子團(tuán)”會減弱水的多種物理化學(xué)性質(zhì).當(dāng)普通水經(jīng)過磁場作用后，沖破了原先連接的“分子團(tuán)”使它變成單個的有活力的水分子.當(dāng)然，要徹底揭開磁化水的奧秘，還有待于人們繼續(xù)研究和探索.要點1 磁化與退磁的原因 1磁化現(xiàn)象：鐵棒在未被磁化時，內(nèi)部分子電流的取向雜亂無章，它們的磁場互相抵消，對外界不顯磁性.當(dāng)鐵棒受到外界磁場的作用時，各分子電流的取向變得大致相同，鐵棒被磁化，兩端對外界顯示出較強的磁作用，形成磁極. 2退磁現(xiàn)象：磁鐵受高溫或猛烈的敲擊會失去磁性，這是因為激烈的熱運動在機(jī)械振動的影響下，分子電流的取向又變得雜亂了.例1.一根軟鐵棒放在磁鐵附近被磁化，這是因為在外磁場的作用下（ ）A軟鐵棒中產(chǎn)生了分子電流B軟鐵棒中分子電流消失C軟鐵棒中的分子電流取向變得雜亂無章D軟鐵棒中的分子電流