磁場(chǎng) 導(dǎo)學(xué)學(xué)案

1、第1節(jié) 磁場(chǎng) 導(dǎo)學(xué)學(xué)案【預(yù)習(xí)與思考】閱讀“迷路”的信鴿，思考下面的問題并試著回答：1、 信鴿是如何導(dǎo)航的。2、 生活中哪些現(xiàn)象與“磁場(chǎng)”有關(guān)?！就秸n堂】一、 我國古代的磁運(yùn)用1、 古人發(fā)現(xiàn)，不管形狀如何，任何磁體都有兩個(gè)磁極。同名磁極相互 ；異名磁極相互 。2、古人對(duì)磁的運(yùn)用： 是我國古代四大發(fā)明之一，由原來的 發(fā)展而來， 它的發(fā)明對(duì)促進(jìn)人類航海事業(yè)的發(fā)展起了重要作用。二、 磁場(chǎng)1、 定義： 2、 基本性質(zhì)： 三、地球的磁場(chǎng)1、地磁場(chǎng)：地球本身是一個(gè)大磁體，它的N極位于地理 附 近，S極位于地理 附近。（思考：如果把小磁針放在兩極，指向哪里？ ）2、磁偏角：地磁場(chǎng)的兩極與地理的兩極并不重合。

2、因此水平放在地面上的可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針的指向與 方向之間有一個(gè)夾角，這個(gè)夾角叫做 。（思考：地球各處的磁偏角相同嗎？ ）3、 地磁場(chǎng)是地球生命的“保護(hù)傘”【考點(diǎn)探究】對(duì)磁場(chǎng)的理解1、 磁場(chǎng)的客觀性：磁場(chǎng)是磁體或電流周圍存在的一種特殊物質(zhì)，它雖然看不見、摸不著，但是它能夠?qū)Ψ湃肫渲械拇艠O、電流產(chǎn)生力的作用，它是客觀存在的。2、 電流磁場(chǎng)的特殊性：磁體在磁場(chǎng)中一定受力，而電流在磁場(chǎng)中不一定受力。運(yùn)動(dòng)的電荷周圍不但有電場(chǎng)，同時(shí)也產(chǎn)生磁場(chǎng)，而靜止電荷周圍只有電場(chǎng)，不產(chǎn)生磁場(chǎng)，也就是說磁場(chǎng)和靜止電荷之間沒有相互的作用力。例題 下面說法正確的是（ ）A、 磁場(chǎng)和電場(chǎng)一樣，是同一種物質(zhì)B、 磁場(chǎng)的最基本特

3、性是對(duì)處在磁場(chǎng)中的磁極或電流有磁場(chǎng)力的作用C、 磁體與通電導(dǎo)體之間的相互作用是通過磁場(chǎng)進(jìn)行的D、 電流與電流之間的相互作用是通過電場(chǎng)進(jìn)行的【課外探究】磁單極粒子英國物理學(xué)家保羅·狄拉克（Paul Dirac）早在1931年利用數(shù)學(xué)公式預(yù)言了磁單極粒子的存在。當(dāng)時(shí)他認(rèn)為既然帶有基本電荷的電子在宇宙中存在，那么理應(yīng)帶有基本“磁荷”的粒子存在。從而啟發(fā)了許多物理學(xué)家開始了他們尋找磁單極粒子的工作。通過種種方式尋找磁單極粒子包括使用粒子加速器人工制造磁單極子均無收獲。1975年，美國的科學(xué)家利用高空氣球來探測(cè)地球大氣層外的宇宙輻射時(shí)偶爾發(fā)現(xiàn)了一條軌跡，當(dāng)時(shí)科學(xué)家們分析認(rèn)為這條軌跡便是磁單極粒

4、子所留下的軌跡。1982年2月14日，在美國斯坦福大學(xué)物理系做研究的布拉斯·卡布雷拉宣稱他利用超導(dǎo)線圈發(fā)現(xiàn)了磁單極粒子，然而事后他在重復(fù)他先前的實(shí)驗(yàn)時(shí)卻未得到先前探測(cè)到的磁單極粒子，最終未能證實(shí)磁單極粒子的存在。內(nèi)森·塞伯格（Nathan Seiberg）和愛德華·威滕（Edward Witten）兩位美國物理學(xué)家于1994年首次證明出磁單極粒子存在理論上的可能性。 如果我們將帶有磁性的金屬棒截?cái)酁槎?，新得到的兩根磁棒則會(huì)“自動(dòng)地”產(chǎn)生新的磁場(chǎng)，重新編排磁場(chǎng)的北極、南極，原先的北極南極兩極在截?cái)啻虐艉髸?huì)轉(zhuǎn)換成四極各磁棒一南一北。如果繼續(xù)截下去，磁場(chǎng)也同時(shí)會(huì)繼續(xù)改變

5、磁場(chǎng)的分布，每段磁棒總是會(huì)有相應(yīng)的南北兩極。不少科學(xué)家因此認(rèn)為磁極在宇宙中總是南北兩極互補(bǔ)分離，成對(duì)的出現(xiàn)，對(duì)磁單極粒子的存在質(zhì)疑。也有理論認(rèn)為，磁單極粒子不是以基本粒子的形式存在，而是以自旋冰(spin ice)等奇異的凝聚態(tài)物質(zhì)系統(tǒng)中的出射粒子的形式存在。 在經(jīng)典電磁理論中，磁是由電流和變化的電場(chǎng)產(chǎn)生的，磁南極和磁北極總是同時(shí)存在的，不存在磁單極子。1931年P(guān).A.M.狄拉克從分析量子系統(tǒng)波函數(shù)相位不確定性出發(fā)，得出磁單極子存在的條件，可用以說明電荷量子化這個(gè)理論上無法說明的事實(shí)。20世紀(jì)70年代以后建立起來的大統(tǒng)一理論以及早期宇宙的研究都要求存在磁單極子，磁單極子的質(zhì)量重達(dá)1016吉電

6、子伏特/庫侖2（GeV/C2）。實(shí)驗(yàn)上探測(cè)磁單極子成為檢驗(yàn)粒子物理大統(tǒng)一理論和天體物理宇宙演化理論的重要依據(jù)。第2節(jié) 用磁感線描述磁場(chǎng)【預(yù)習(xí)與思考】磁場(chǎng)和電場(chǎng)一樣，都是一種看不見、摸不著的物質(zhì)，回憶在電場(chǎng)中，我們是如何描述電場(chǎng)的，這對(duì)你有什么啟發(fā)？你能不能提出描述磁場(chǎng)的方案？你的依據(jù)是什么？請(qǐng)把你的思考寫在下面?！就秸n堂】一、 用磁感線描述磁體的磁場(chǎng)英國物理學(xué)家也思考了上面的問題，并且提出了自己的觀點(diǎn)，下面是他的研究過程，請(qǐng)你思考他這樣做的目的是什么？1、 把小磁針放入磁場(chǎng)中，用曲線連接各點(diǎn)小磁針北極的受力方向，思考下面兩個(gè)問題北極的受力方向描述了磁場(chǎng)的什么性質(zhì)？為什么是“小”磁針？2、 把

7、鐵屑放入磁場(chǎng)中可以模擬“磁感線”，理由是什么？接下來，我們來看條形磁鐵與通電螺線管的磁感線分布，請(qǐng)總結(jié)磁感線規(guī)律以下部分為你的課堂筆記一、 磁感線1、 定義： 2、 磁感線的特點(diǎn)： 二、常見磁體的磁感線分布特點(diǎn)：1、條形磁鐵： 2、蹄形磁鐵： 3、 同名磁極間： 4、異名磁極間： 二、用磁感線描述電流的磁場(chǎng) 既然電流的磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的，我們不禁有了這樣的疑問：電流的大小和方向?qū)Υ艌?chǎng)有影響嗎？請(qǐng)大家看下面的幾幅圖，回答上面的問題： 以下部分為你的課堂筆記三：電流磁場(chǎng)方向的判斷安培定則1、直線電流安培定則： 2、環(huán)形電流安培定則： 四、三種常見的電流磁場(chǎng)特點(diǎn)及畫法：1、直線電流： 2、環(huán)形電流：

8、 3、通電螺線管： 【考點(diǎn)探究】考點(diǎn)：安培定則的運(yùn)用1、安培定則闡述了電流方向與磁場(chǎng)方向的關(guān)系，在實(shí)際運(yùn)用中如果知道的是磁場(chǎng)方向，反過來也能判斷電流的方向例1 請(qǐng)?jiān)趫D中標(biāo)出小磁針的N極和S極，并作出通電螺線管周圍的磁感線分布2、由于電流是電荷的定向移動(dòng)形成的，則判斷運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向時(shí)，也可以用安培定則判斷：大拇指方向?yàn)榈刃щ娏鞯姆较?。? 如圖所示，一束帶電粒子沿著水平方向平行地飛過小磁針上方時(shí)，小磁針的S極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)，則這束帶電粒子可能是A、 向右飛行的正離子束NSB、 向左飛行的正離子束C、 向右飛行的負(fù)離子束D、 向左飛行的負(fù)離子束【課外探究】邁克爾·法拉第邁克爾

9、3;法拉第（Michael Faraday，公元1791公元1867）英國物理學(xué)家、化學(xué)家，也是著名的自學(xué)成才的科學(xué)家。生于薩里郡紐因頓一個(gè)貧苦鐵匠家庭。僅上過小學(xué)。1831年，他作出了關(guān)于力場(chǎng)的關(guān)鍵性突破，永遠(yuǎn)改變了人類文明。1815年5月回到皇家研究所在戴維指導(dǎo)下進(jìn)行化學(xué)研究。1824年1月當(dāng)選皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1825年2月任皇家研究所實(shí)驗(yàn)室主任，1833-1862任皇家研究所化學(xué)教授。1846年榮獲倫福德獎(jiǎng)?wù)潞突始覄渍?。?節(jié) 磁感應(yīng)強(qiáng)度 磁通量【預(yù)習(xí)與思考】生活中的經(jīng)驗(yàn)告訴我們，磁場(chǎng)不僅有方向也有大小，現(xiàn)在請(qǐng)你思考，在同一個(gè)磁體中，磁場(chǎng)強(qiáng)的位置，磁感線有什么樣的特點(diǎn)？如何來比較兩個(gè)位置磁

10、場(chǎng)的強(qiáng)弱？【同步課堂】一、 磁感應(yīng)強(qiáng)度1、定義： 2、物理意義： 3、單位： 4、勻強(qiáng)磁場(chǎng)： 磁感線特點(diǎn)： 常見的近似勻強(qiáng)磁場(chǎng)： 5、磁感應(yīng)強(qiáng)度為 量二、磁通量1、定義： 2、表達(dá)式： 3、單位： 4、磁通密度： 【考點(diǎn)探究】考點(diǎn)一：磁場(chǎng)疊加原理空間中某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為各個(gè)磁體或電流在該處產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和，滿足平行四邊形法則。4321例1 兩根非常靠近且相互垂直的長直導(dǎo)線分別通相同強(qiáng)度的電流，方向如圖所示，那么兩電流在垂直導(dǎo)線平面所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向內(nèi)且最強(qiáng)的區(qū)域是（ ）考點(diǎn)二：磁通量1、磁通量的正負(fù)問題：磁通量是標(biāo)量，但有正負(fù)之分。磁通量的正負(fù)不代表大小，只反映磁通量是怎么穿過某一平面的，

11、若規(guī)定從平面一面穿過為正，則從平面另一面穿過為負(fù)。2、有效面積問題：磁通量 ，S是指充滿磁感線且與磁感線垂直的投影面積，不一定是線圈面積。如果線圈平面與磁感線平行，即使線圈面積再大，磁通量總為零。cb例2 如圖所示，一個(gè)單匝線圈abcd水平放置，面積為S，有一半面積處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。當(dāng)線圈以ab邊為軸轉(zhuǎn)過 和 時(shí)，穿過線圈的磁通量分別是多少？ad3、凈磁通問題：若穿過某一平面的磁感線既有穿出的又有穿入的，則穿過該平面的合磁通量為凈磁感線的條數(shù)，即凈磁通。4、多匝線圈問題：若線圈為n匝，只要n匝線圈的面積相同，放置情況也相同，n匝線圈與單匝線圈的磁通量相同?？键c(diǎn)三：磁通量

12、的變化磁通量的變化等于平面末狀態(tài)的磁通量減去初狀態(tài)的磁通量。磁通量的變化，一般有三種情況：（1）B不變，S變化，則（2）B變化，S不變，則（3）當(dāng)B和S同時(shí)變化時(shí)， 但（4）磁通量的變化不受線圈匝數(shù)的影響。例3 如圖所示，面積為S的矩形線框abcd，處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與線框平面成角，若線框以ab為軸順時(shí)針轉(zhuǎn)過 ，求穿過abcd面的磁通量變化量?？键c(diǎn)四：安培分子電流假說安培認(rèn)為構(gòu)成磁體的分子內(nèi)部存在一種環(huán)形電流分子電流。由于分子電流的存在，每個(gè)磁分子成為小磁體，兩側(cè)相當(dāng)于兩個(gè)磁極。通常情況下磁體分子的分子電流取向是雜亂無章的，它們產(chǎn)生的磁場(chǎng)互相抵消，對(duì)外不顯磁性。當(dāng)外界磁場(chǎng)

13、作用后，分子電流的取向大致相同，兩端顯示較強(qiáng)的磁體作用，形成磁極，就被磁化了。當(dāng)磁體受到高溫或猛烈撞擊時(shí)會(huì)失去磁性，是因?yàn)榧ち业臒徇\(yùn)動(dòng)或震動(dòng)使分子電流的取向又變的的雜亂無章了。安培的分子電流假說在當(dāng)時(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識(shí)甚少的情況下無法證實(shí)，它帶有相當(dāng)大的臆測(cè)成分；在今天已經(jīng)了解到物質(zhì)由分子組成，而分子由原子組成，原子中有繞核運(yùn)動(dòng)的電子，安培的分子電流假說有了實(shí)在的內(nèi)容，已成為認(rèn)識(shí)物質(zhì)磁性的重要依據(jù)。【課外探究】地球磁場(chǎng)的形成地球形成于太陽上逸出的碎片，起初是以氣態(tài)形式存在的。當(dāng)它脫離太陽，溫度也慢慢下降變成液態(tài)，此時(shí)溫度依然很高，水則仍然以氣態(tài)形式存在于地表上空。此時(shí)，地核、地幔、地殼，以及氣態(tài)的水等等都以同樣的角速度繞地軸旋轉(zhuǎn)。而當(dāng)溫度再次下降時(shí)，地殼變成了固態(tài)，而地幔由于地核的引力作用，使其周圍的壓強(qiáng)極大，從而使它依然保持液態(tài)。物質(zhì)所帶能量越多時(shí)，它總是以離子形式存在。所以，地