物理：3.1《磁現象和磁場》導學案(新人教版選修3-1)

1、、磁現象和磁場【要點導學】1、本節(jié)學習有關磁場的基本知識，通過回顧磁學的發(fā)展歷史和初中學過的磁學知識，應該掌握磁場的基本概念、磁感線及其物理意義、知道磁鐵、電流和 地球磁場的磁感線分布情況，并會用安培定則判定磁場方向.2、基本磁學概念： 磁性：的性質。 磁極：。 磁場：磁體周圍空間存在 ，它的基本性質是對放在其中的磁體或電流有的作用，一切磁相互作用都是一種非直接接觸的相互作用，必須通過 實現。3、描述磁場分布的常用工具磁感線描述電場用電場線，描述流體用流線，描述磁場用磁感線。磁感線是指在磁 場中引入的一系列曲線，其上每一點的 向表示該點的磁場方向，也是小磁針靜止時的指向.磁感線在磁鐵外部由 到

2、極，在磁鐵內部由極到 ，構成一閉合的曲線。磁感線越密處磁場越 ，磁感線越疏 處磁場越.4、 確定電流產生磁場的方向 安培定則安培定則又稱為右手螺旋定則，是確定電流磁場的基本法則，不僅適用于通 電直導線，同時也適用于通電圓環(huán)和通電螺線管. 對于通電直導線的磁場，使用 時大拇指指向表示 向，彎曲的四指方向表示 的方向；對于通電圓環(huán)或通電螺線管，彎曲的四指方向表示 方向，大拇指的指向表示螺線管內部的向5、幾種常見的磁場的磁感線分布圖 直線電流的磁場如圖3-1-1所示為直線電流的磁感線分布圖， 右手握住直導線，伸直的大拇指 方向與一致，彎曲的四指方向就是通電直導線在周圍空間產生的 的方向.通電直導線在

3、周圍產生的磁場是不均勻分布的， 垂直于直導線方向，離直導 線越遠，磁場 ;反之越強.圖 3-1-1 環(huán)形電流的磁場如圖3-1-2所示，右手彎曲的四指方向與 方向一致，伸直的大拇指的方向就是環(huán)形導線中心軸線上磁感線的方向，大拇指指向磁 的位置.螺線管是由多個環(huán)形串聯而成，所以通電螺線管與環(huán)形電流的磁場的確定的 方法是相同的.圖 3-1-2 運動電荷的磁場電流是由電荷的定向移動形成的，電流的磁場實質是運動電荷產生的. 氫原 子核外的電子由于受到庫侖力的作用， 繞氫原子核做勻速圓周運動，產生的電流 相當于一個環(huán)形電流，由于在一個周期內電子通過環(huán)上任意一個截面一次，根據電流強度的定義，電流強度大小為I

4、=e/T 圓周運動周期滿足ke2/r2=m(2n /T)2r, 判斷該環(huán)形電流的磁場方向時，必須注意，彎曲的四指必須與負電荷運動的方向 相反，即指向正電荷運動的方向。 地球磁場地磁場的磁感線的分布與條形磁鐵、通電螺線管的磁場相似.如圖 3-1-3所 示，與地理南極對應的是地磁北極， 與地理北極對應的是地磁南極 (不計磁偏角 時)。圏 3-1-2 一對條形磁鐵組成的磁場分布（如圖 3-1-4）勻的磁場種理想化的模型，大的異的磁場可以近似3-1-5南極地磁北極如果某個區(qū)域 口 叫做勻強磁場,勻創(chuàng)、一日 疋乙間的磁場、作勻強磁場處理，如圖圖 S-1-e平行且6關于磁偏角指南針并不指向地球的正南和正北

5、公元11世紀，我國科學家通過長期的觀 察發(fā)現，指南針的指向并不是地球的正南和正北， 而是略微偏離一點.也就是說 地的兩極和地磁的兩極并不重合，這個偏差，在現代科學技術中可以用磁偏角來 描述.如圖3-1-6所示，地理南北極與地磁南北極并不重合， 地磁的北極（N極）在 南半球南緯70010/和東經150045/的地方，地磁的南極（S極）在北半球北緯70050/ 和西經960的地方.通過磁針靜止位置所作的豎直平面叫做地磁子午面， 地磁子午面和地理子午 面做夾的角度叫做磁偏角.實際測量的結果指出，地球各處的磁偏角不同.【范例精析】例1、做奧斯特實驗時，把小磁針放在水平的通電直導線的下方，通電后發(fā) 現小

6、磁針不動，用手撥動一下小磁針，小磁針轉動 180后靜止不動，由此可知通 電直導線放置情況是（）A.東西向 B.南北向C .正西南D.正西北解析：由于地球磁場的作用，小磁針靜止時 N極指向地球的北極，如果通電 導線是南北方向放置的，則不論電流方向指向南還是指向北，小磁針靜止時將偏 離南北方向而指向東西方向，即磁針轉動的角度接近 90。如果通電導線是東西 方向放置，通以由東向西的電流，則小磁針北極靜止時仍然指向地理的北極； 如 果通以由西向東的電流，則小磁針靜止時北極指向地理的南極。所以本題中的通電導線應東西方向放置，答案 A是正確的拓展：磁針的偏轉是由于受到磁場的作用，做奧斯特實驗時的磁針既受到

7、地 球磁場的作用，又受到通電直導線的磁場力的作用， 如果導線東西方向放置(電 流也是在東西方向上)，則有可能出小磁針不發(fā)生新的偏轉，從而誤認為電流不 能產生磁場，為了有效地演示電流產生的磁場使小磁針偏轉的效果，演示奧斯特實驗時，要求導線南北方向放置。例2、如圖3-1-7所示，在全自動洗衣機中，排水閥由程序控制器控制其動作 的.當洗衣機進行排水和脫水工序時電磁鐵的線圈通電，使電磁鐵的鐵心2動作,牽引排水閥的活塞，排除污水牽引電磁鐵結構如圖所示以下正確的是()(A) 若a,b初輸入交變電流，鐵心2不能吸入線圈中(B) 若a,b初輸入交變電流，鐵心2能吸入線圈中(C) 若某時刻輸入控制電流時，a為正

8、，b為負,則鐵心2的B為S極(D) 若某時刻輸入控制電流時，a為正，b為負,則鐵心2的B為N極圖 3-1-7解析：只要電磁鐵通電就具有磁性，就可能吸合鐵心，因此答案B是正確的； 根據初中學過的右手螺旋定則可知， 若輸入控制電流時，a為正，b為負,則鐵心 2的右端B為N極，答案D是正確的。拓展：電磁鐵是磁性的一種應用，常用的電磁鐵大多做成形，目的是讓它兩 個磁極可以同時吸引物體.巨大的電磁鐵里可以通以強大的電流， 從而產生強大 的磁場，充當電磁起重機的提手，吸引起很重的鐵塊.例3、已知電流磁場的磁感應線方向或N、S極方向，請在圖3-1-8上標出電 流方向。解析：根據安培定則，各圖中的電流方向如圖

9、3-1-9所示。X X X X x拓展：應用安培定則時，對于通電直導線的磁場，大母指指向表示電流的方向，彎曲的四指方向表示磁感線的環(huán)繞方向；對于通電圓環(huán)或通電螺線管，彎曲的四指方向表示電流方向，大拇指的指向表示螺線管內部的磁感線方向.例4、如圖3-1-10所示的電路中，當開關S斷開時，螺線管中的小磁針的 N 極指向如圖所示，當開關S閉合后，試確定小磁針的N極指向。解析：由于小磁針放在通電螺線管的內部，就涉及螺線管的內部磁場方向 問題.根據安培定則，螺線管的內部磁感線方向是向左的，所以小磁針靜止時， 北極應指向左端.拓展：部分同學用安培定則確定了通電螺線管左端為北極后， 就肯定地回答 小磁針靜止

10、時，北極應指向右端，這是沒有區(qū)分內磁場和外磁場的結果， 是受了 習慣思維的影響.由于磁感線是閉合的，在內部磁場中，磁感線由南極經過內部 空間回到北極.例5、電視機顯象管的偏轉線圈示意圖3-1-11，此時電流方向如圖所示。試 畫出線圈中心的磁場方向答案：豎直向下左右圖 3-1-12【能力訓練】1. 首先發(fā)現電流產生磁場的科學家是（C ）（A）牛頓（B）阿基米德（C）奧斯特（D）伏特2. 如圖3-1-12所示，一束帶電粒子沿著水平方向平行地飛過磁針的上方時 磁針的S極向紙內偏轉，這一帶電粒子束可能是（BC ）（A）向右飛行的正離子束(B) 向左飛行的正離子束(C) 向右飛行的負離子束(D) 向左飛

11、行的負離子束3. 關于磁感線的概念和性質，以下說法中正確的是(A )(A) 磁感線上各點的切線方向就是小磁針靜止時北極的指向(B) 磁場中任意兩條磁感線有可能相交(C) 鐵屑在磁場中的分布所形成的曲線就是實際存在的磁感線(D) 磁感線總是從磁體的N極發(fā)出終止于磁體的S極4. 在圖3-1-11中，已知下列各圖中的電流方向，請畫出相應的磁感線圖 3-1-115. 不接觸的磁體間的相互作用力， 是通過而發(fā)生的，發(fā)現電流磁效應的實驗是由物理學家 完成的。磁場，奧斯特6. 如圖3-1-12所示，可以自由轉動的小磁針靜止不動時，靠近螺線管的是小磁針的 。若將小磁針放到螺線管內部，小磁針指向與圖示位置時的指

12、向相 (填“同”或“反”)。N、同7. 如圖3-1-13所示通電螺線管，試標出它的 N、S極.并在A(螺線管內部一點)，B，C，D四點上各畫一小磁針，標出當它們平衡時，N極的指向。8. 如圖3-1-14所示，一個電子做逆時針方向的圓周運動。請標出圓心處產 生的磁場方向及小磁針南極的轉動方向。圖 3-1-12圖 3-1-13地北極地南核 圖 31_15圖 3-1-14圖 3-1-169. 地球是一個大磁體：(1)試在圖3-1-15畫出地球磁場的磁感線大致分布圖，不考慮磁偏角(即 認為磁軸和地軸重合)(2) 19世紀20年代，以塞貝克(數學家)為代表的科學家已認識到：溫度 差會引起電流， 安培考慮到地球自轉造成了太陽照射后正面與背面的溫度差， 從 而提出如下假設： 地球磁場是由地球的環(huán)形電流引起的， 則該假設中的電流方向 是(注：磁子午線是地球磁場 N 極與 S 極在地球表面的連線) ( B )(A)由西向東垂直磁午線( B )由東向西垂直磁子午線(C)由南向北沿