2024-2025學年高中物理第3章1磁現(xiàn)象磁場教案教科版選修3-1

PAGE11-1磁現(xiàn)象磁場[學習目標]1.了解我國古代在磁現(xiàn)象方面的探討成果及其對人類文明的推動和影響．2.知道磁場的概念，理解一切磁相互作用都是通過磁場來實現(xiàn)的．(重點)3.知道磁感線，會用磁感線描述磁體和電流四周的磁場．(重點)4.會用安培定則推斷直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管四周的磁場方向．(重點、難點)一、磁現(xiàn)象1．磁體間的相互作用自然磁石和人造磁鐵，都具有吸引鐵的現(xiàn)象和指示南北方向的特征，利用磁體對鐵、鈷、鎳的吸引力，人們做成了門吸、提包扣、帶磁性的螺絲刀等，利用指示南北方向的特征人們獨創(chuàng)了指南針，并用于航海．2．電與磁的相互聯(lián)系奧斯特發(fā)覺的電流磁效應，翻開了探討電與磁相互關系的新篇章，法拉第發(fā)覺的電磁感應現(xiàn)象，打開了電氣技術時代的大門，利用電與磁的相互聯(lián)系，人們獨創(chuàng)了喇叭、耳機、電動機等．3．信息技術中的磁現(xiàn)象某些磁性物質(zhì)能夠把磁場對它的作用記錄下來，于是人們制成了信息的磁存儲部件或設備，如磁帶、磁盤、磁鼓、磁卡等．4．生物體中的磁現(xiàn)象探討表明，磁現(xiàn)象廣泛存在于生命活動之中，人體器官也存在磁性，利用生物體中的磁現(xiàn)象診斷疾?。喝缧拇艌D、腦磁圖等．二、磁場1．磁場磁體、電流四周存在磁場．2．磁場的基本特性對處在它里面的磁極或電流有力的作用，一切磁相互作用都是通過磁場來實現(xiàn)的．3．磁感線(1)定義：磁感線是一些假想的有方向的曲線，曲線上每一點的切線方向為該點的磁場方向，曲線的疏密表示磁場的強弱，曲線疏的地方磁場弱，曲線密的地方磁場強．(2)物理意義：形象地描述磁場的強弱和方向．(3)磁場的方向：在磁場中某一點小磁針N極所受磁力的方向，就是該點磁場的方向．4．磁體四周的磁感線分布5．電流四周的磁場安培定則電流四周的磁感線方向可依據(jù)安培定則推斷．(1)直線電流的磁場安培定則：右手握住導線，讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一樣，彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向．如圖所示．(2)環(huán)形電流的磁場讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一樣，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導線軸線上磁感錢的方向．如圖所示．(3)通電螺線管的磁場通電螺線管是由很多匝環(huán)形電流串聯(lián)而成，因此，通電螺線管的磁場是這些環(huán)形電流磁場的疊加，因此利用環(huán)形電流的安培定則推斷通電螺線管的磁場．如圖所示．三、安培分子電流假說1．分子電流假說：在原子、分子等物質(zhì)微粒的內(nèi)部，存在著一種環(huán)形電流——分子電流．分子電流使每個物質(zhì)微粒都成為微小的磁體，它的兩側相當于兩個磁極．2．磁現(xiàn)象的電本質(zhì)：磁鐵的磁場和電流的磁場一樣，都是由運動的電荷產(chǎn)生的．四、地磁場1．地磁場：地球本身是一個磁體，N極位于地理南極旁邊，S極位于地理北極旁邊．(如圖所示)2．磁偏角：地球的地理兩極與地磁兩極并不重合，因此，磁針并非精確地指向南北，其間有一個夾角，這就是地磁偏角，簡稱磁偏角．磁偏角的數(shù)值在地球上的不同地點是不同的．1．正誤推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)磁場是看不見、摸不著的一種物質(zhì)． ()(2)磁感線既可以表示磁場的強弱，也可以表示磁場的方向． ()(3)電流四周各點的磁感應強度的大小與電流大小和離電流的遠近有關． ()(4)丹麥物理學家奧斯特發(fā)覺了電流的磁效應． ()(5)地球是一個大磁體，存在的磁場叫地磁場．地球的地理兩極與地磁兩極重合． ()[答案](1)√(2)√(3)√(4)√(5)×2．(多選)關于磁場的下列說法中正確的是()A．磁場和電場一樣，是同一種物質(zhì)B．磁場的最基本特性是對處在磁場里的磁體或電流有磁場力的作用C．磁體與通電導體之間的相互作用是通過磁場進行的D．電流和電流之間的相互作用是通過磁場進行的BCD[磁場和電場一樣都是一種特別物質(zhì)，客觀存在，磁場和電場是不同的物質(zhì)，A項錯誤；磁體與磁體之間、磁體與電流之間、電流與電流之間的相互作用力都是通過磁場發(fā)生的，B、C、D正確．]3．(多選)如圖所示為電流產(chǎn)生磁場的分布圖，正確的分布圖是()AD[由安培定則推斷知A、D正確；B、C錯誤．]對磁場和磁感線的理解1.磁場的性質(zhì)(1)物質(zhì)性：磁場雖然不是由分子、原子組成的，但是它是客觀存在的，具有物質(zhì)的屬性，因此它是一種比較特別的物質(zhì)．(2)方向性：磁場是有方向的，磁場中某一點磁場的方向為小磁針位于該點時，小磁針N極的受力方向或小磁針靜止時N極所指的方向．2．磁感線的特點(1)磁感線在磁體的外部都是從N極出來進入S極，在磁體的內(nèi)部則是由S極指向N極，形成一條閉合曲線．(2)在磁場中，某一點有唯一確定的磁場方向，所以兩條磁感線不能相交或相切．(3)磁感線是為了形象地探討磁場而人為假想的曲線，為形象、直觀、便利地探討磁場供應了依據(jù)．(4)磁感線越密集表示磁場越強，磁感線越稀疏表示磁場越弱．【例1】以下說法正確的是()A．磁極與磁極間的相互作用是通過磁場產(chǎn)生的B．電流與電流間的相互作用是通過電場產(chǎn)生的C．磁極與電流間的相互作用是通過電場與磁場而共同產(chǎn)生的D．磁場和電場是同一種物質(zhì)思路點撥：解答該題應留意以下關鍵點：①磁場的基本性質(zhì)．②磁場的物質(zhì)性、磁場與電場不同．A[電流能產(chǎn)生磁場，在電流的四周就有磁場存在，不論是磁極與磁極間還是電流與電流間、磁極與電流間，都有相互作用的磁場力．磁場是磁現(xiàn)象中的一種特別物質(zhì)，它的基本特點是對放入其中的磁極、電流有磁場力的作用；而電場是電荷四周存在的一種特別物質(zhì)，其最基本的性質(zhì)是對放入電場中的電荷有電場力的作用，因此，磁場和電場是兩種不同的物質(zhì)，各自具有其自身的特點．所以只有A正確．]誤區(qū)警示：簡單將電流與電流之間的相互作用理解成是通過電場產(chǎn)生的，導致錯誤．訓練角度1對磁場的理解1．(多選)下列說法中正確的是()A．磁場是客觀存在的一種物質(zhì)B．磁體上磁性最強的部分叫磁極，任何磁體都有兩個磁極C．磁極或電流在自己四周的空間會產(chǎn)生磁場D．磁體與磁體間的相互作用是通過磁場發(fā)生的，而磁體與通電導體之間以及通電導體與通電導體之間的相互作用不是通過磁場發(fā)生的ABC[磁場是磁體和通電導體四周客觀存在的一種物質(zhì)，磁體與磁體、磁體與通電導體、通電導體與通電導體之間的相互作用都是通過磁場產(chǎn)生的．]訓練角度2對磁感線的理解2．(多選)關于磁感線的性質(zhì)和概念，下列說法正確的是()A．磁感線上各點的切線方向就是各點的磁場的方向B．磁場中隨意兩條磁感線均不相交C．鐵屑在磁場中的分布曲線就是磁感線D．磁感線總是從磁體的N極指向S極AB[磁感線的切線方向就是磁場方向，選項A是正確的．兩條磁感線相交就說明在兩線相交處有兩個切線方向，即兩個磁場方向，這是不行能的，磁場中某點的磁場強弱是唯一確定的，磁場的方向也只有一個，因此兩條磁感線不能相交，選項B是正確的．磁感線是為形象描述磁場的強弱分布而畫出的一簇曲線，不是真實存在的，而鐵屑的分布曲線只能證明磁感線描述磁場的方法是正確的，而鐵屑不是磁感線，選項C是錯誤的．在通電螺線管內(nèi)部、在條形磁體內(nèi)部的磁感線應是從S極指向N極，選項D是錯誤的．]安培定則的應用1.三種電流磁場的特點(1)直線電流：通電導線四周的磁感線是以導線上各點為圓心的同心圓．離導線越近磁場越強，離導線越遠磁場越弱．(2)環(huán)形電流：環(huán)形電流的磁場類似于條形磁鐵的磁場．由于磁感線均為閉合曲線，所以環(huán)內(nèi)與環(huán)外磁感線條數(shù)相等，故環(huán)內(nèi)磁場強，環(huán)外磁場弱．(3)通電螺線管：通電螺線管外部的磁場跟條形磁鐵外部的磁場分布狀況相同，兩端分別為N極和S極；管內(nèi)是勻強磁場，磁場方向由S極指向N極．2．安培定則中的“因果”關系(1)在判定直線電流的磁場的方向時，大拇指指“緣由”——電流方向，四指指“結果”——磁場繞向．(2)在判定環(huán)形電流磁場方向時，四指指“緣由”——電流方向，拇指指“結果”——環(huán)內(nèi)沿中心軸線的磁感線方向．【例2】(多選)如圖所示，螺線管中通有電流，假如在圖中的a、b、c三個位置上各放一個小磁針，其中a在螺線管內(nèi)部，則()A．放在a處的小磁針的N極向左B．放在b處的小磁針的N極向右C．放在c處的小磁針的S極向右D．放在a處的小磁針的N極向右思路點撥：解答本題時可按以下思路分析：eq\x(電流方向)→eq\x(磁場方向)→eq\x(小磁針N極的指向)BD[通電螺線管的磁場如圖所示，右端為N極，左端為S極，a點磁場方向向右，則小磁針在a點時，N極向右，A項錯，D項對；b點磁場方向向右，則小磁針在b點時，N極向右，B項對；c點磁場方向向右，則小磁針在c點時，N極向右，S極向左，C項錯．]小磁針在磁場中受力方向的推斷方法(1)當小磁針處于磁體產(chǎn)生的磁場中，或環(huán)形電流、通電螺線管外部時，可依據(jù)同名磁極相斥、異名磁極相吸來推斷小磁針的受力方向．(2)當小磁針處于直線電流的磁場中或處于環(huán)形電流、通電螺線管內(nèi)部時，應當依據(jù)小磁針N極所指方向與通過該點的磁感線的切線方向相同，來推斷小磁針的受力方向．如圖所示，分別給出了導線中的電流方向或磁場中某處小磁針靜止時N極的指向或磁感線方向．請畫出對應的磁感線或電流方向．[解析]假如已知電流的方向，可用安培定則推斷磁感線的方向．假如已知小磁針靜止時N極指向，那么小磁針N極所指方向就是磁場方向．[答案]用安培定則來推斷，分別如圖所示．地磁場1.地球本身就是一個大磁體，地磁場的N極在地理南極旁邊，地磁場的S極在地理北極旁邊．2．在赤道平面上，距離地球表面等高的各點，地磁場強弱程度相同，且方向水平向北．3．在北半球上空某點的地磁場的方向斜向下指向北方；在南半球上空某點的地磁場的方向斜向上指向北方．地磁場的水平重量總是從地球南極指向北極，而豎直重量則南北相反，在南半球豎直向上，在北半球豎直向下．【例3】(多選)下列說法正確的是()A．地球是一個巨大的磁體，其N極在地球南極旁邊，S極在地球北極旁邊B．地球表面磁場的豎直重量在南半球垂直于地面對上，在北半球垂直于地面對下C．地球的四周存在著磁場，但地磁的兩極與地理的兩極并不重合，其間有一個夾角，這就是磁偏角，磁偏角的數(shù)值在地球上不同地點是相同的D．在地球表面各點磁場強弱相同AB[地球四周的磁場分布類似于條形磁鐵四周的磁場分布，所以在地球表面赤道上的磁場最弱，選項D錯誤；在地球上的不同位置，磁偏角的數(shù)值是不同的，因此選項C錯誤．]對地磁場理解的三個誤區(qū)(1)將地理南北極與地磁場的南北極混淆，誤將地理南極(或北極)當做地磁場的南極(或北極)．(2)誤認為地理兩極與地磁場的兩極重合．事實上，兩者并不重合，地磁場的兩極在地理兩極的旁邊．(3)誤認為地球上各點的磁場方向都是和地面平行的．事實上，除赤道外，南北半球的磁場都有豎直重量．(多選)指南針是我國古代四大獨創(chuàng)之一．關于指南針，下列說法正確的是()A．指南針可以僅具有一個磁極B．指南針能夠指向南北，說明地球具有磁場C．指南針的指向會受到旁邊鐵塊的干擾D．在指南針正上方旁邊沿指針方向放置始終導線，導線通電時指南針不偏轉BC[指南針具有兩個磁極，分別是N極和S極，選項A錯誤；指南針靜止時，N極的指向為該處磁場的方向，故指南針能夠指向南北，說明地球具有磁場，選項B正確；鐵塊在磁場中被磁化，會影響指南針的指向，選項C正確；通電直導線在其四周會產(chǎn)生磁場，會影響指南針的指向，選項D錯誤．]課堂小結知識脈絡1.3種磁場——磁鐵四周的磁場、電流四周的磁場、地磁場2.1種場線模型——磁感線3.1個定則——安培定則1．(多選)磁場中某區(qū)域的磁感線如圖所示，a、b、c、d、e是磁場中的5個點，其中c、d兩點關于直線對稱，下面說法正確的是()A．這5個位置中，e點的磁感應強度最大B．a(chǎn)點沒有磁感線穿過，所以a點磁感應強度肯定為零C．c、d兩點關于直線對稱，所以c、d兩點磁感應強度方向相同D．b、e兩點在同始終線上，所以b、e兩點磁感應強度方向相同AD[從磁感線分布狀況看，e點位置的磁感線分布最密集，磁感應強度最大，A正確；a處磁感線相對其他位置比較稀疏，a處磁感應強度較小，但并不是零，B錯誤；在c、d兩點切線方向表示c、d點的磁感應強度方向，所以c、d兩點的磁感應強度方向并不相同，C錯誤；b、e兩點的切線在同始終線上，所以D正確．]2．磁性水雷是用一個可以繞軸轉動的小磁針來限制起爆電路的，軍艦被地磁場磁化后就變成了一個浮動的磁體，當軍艦接近磁性水雷時，就會引起水雷的爆炸，如圖所示，其依據(jù)是()A．磁體的吸鐵性B．磁極間的相互作用規(guī)律C．電荷間的相互作用規(guī)律D．磁場具有方向性B[同名磁極相互排斥、異名磁極相互吸引．當軍艦接近磁性水雷時，磁體間的相互作用引起小磁針的轉動，從而接通電路，引起爆炸，故B對．]3.如圖所示為磁場作用力演示儀中的赫姆霍茲線圈，當在線圈中心處掛上一個小磁針，且與線圈在同一平面內(nèi)，則當赫姆霍茲線圈中通以如圖所示方向的電流時()A．小磁針N極向里轉B．小磁針N極向外轉C．小磁針在紙面內(nèi)向左搖擺D．小磁針在紙面內(nèi)向右搖擺A[由安培定則推斷可知，線圈內(nèi)部磁場方向垂直紙面對里，故小磁針N極向里轉．A項正確．]4．月球表面四周沒有空氣，它對物體的引力僅為地球上