2024-2025學年高中物理第三章磁場1磁現(xiàn)象磁場學案教科版選修3-1

PAGE13-磁現(xiàn)象磁場必備學問·自主學習一、磁現(xiàn)象(1)甲圖中兩磁鐵發(fā)生作用時,懸掛的磁鐵為什么轉(zhuǎn)動方向不同?(2)乙圖中兩通電導線存在作用力,表明白電流和磁場存在什么關系?提示:(1)因為同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引。(2)表明電和磁之間存在某種聯(lián)系。1.古代對磁現(xiàn)象的相識:(1)最早記載:我們的祖先在春秋戰(zhàn)國時期發(fā)覺自然磁石具有吸引鐵的現(xiàn)象和指示南北方向的特征。(2)指南針:北宋時期獨創(chuàng)的指南針,是我國古代的四大獨創(chuàng)之一。(3)磁石治療疾病的記載:在《史記》和《本草綱目》中均有記載。2.電與磁的相互聯(lián)系:奧斯特發(fā)覺了電流的磁效應,法拉第發(fā)覺了電磁感應現(xiàn)象,打開了電氣時代的大門。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,許久保存并在肯定條件下復現(xiàn)。4.生物體中的磁現(xiàn)象:某些動物對地球磁場特別敏感,人體器官也存在磁性。二、磁場(1)將多個小磁針放在磁鐵四周,小磁針的指向與磁場方向有什么關系?(2)沿小磁針指向畫一條線,這條線能否表示磁場方向?提示:(1)小磁針N極受力的方向即為磁場方向。(2)能。1.磁場:磁體和電流四周有磁場,一切磁相互作用都是通過磁場來實現(xiàn)的。2.磁場的方向:小磁針的N極在磁場中某點的受力方向就是該點的磁場方向。3.磁感線:在磁場中畫一曲線,使曲線上有一點的切線方向與該點的磁場方向一樣,該曲線就是一條磁感線。4.磁感線的特點:(1)曲線上每一點的切線方向為該點的磁場方向。(2)曲線的疏密程度表示磁場的強弱。(3)磁感線是閉合曲線,在磁體之外,磁感線從N極到S極,在磁體內(nèi)部,磁感線從S極到N極。5.電流四周的磁場:(1)直線電流的磁場。安培定則:用右手握住導線,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的環(huán)繞方向。(2)環(huán)形電流的磁場。安培定則:右手彎曲的四指表示環(huán)形電流的方向,則伸直的拇指所指的方向是環(huán)形導線中心軸線處的磁感線方向。(3)通電螺線管的磁場。安培定則:用右手握住螺線管,讓彎曲四指所指的方向與電流方向一樣,拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向,也就是通電螺線管的N極。關鍵實力·合作學習學問點一磁場1.磁場的性質(zhì):(1)客觀存在性:與電場一樣,也是一種物質(zhì),是一種看不見而又客觀存在的特別物質(zhì)。存在于磁體、通電導線、運動電荷、改變電場、地球的四周。(2)方向性:人類規(guī)定,磁場中任一點小磁針北極(N極)的受力方向(或小磁針靜止時N極的指向)為該處的磁場方向。(3)基本性質(zhì):對放入其中的磁極、電流、運動的電荷有力的作用,而且磁體與磁體、磁體與電流、電流與電流間的相互作用都是通過磁場發(fā)生的。2.奧斯特的試驗:(1)試驗裝置如圖所示。(2)試驗現(xiàn)象:當給導線通電時,與導線平行放置的小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動。(3)留意事項:為了解除地磁場的影響,使試驗現(xiàn)象明顯,導線應沿南北方向水平放置在小磁針的正上方。(4)試驗結論:電流具有磁效應,即電流可以產(chǎn)生磁場。(5)試驗意義:電流磁效應的發(fā)覺,首次揭示了電與磁之間的聯(lián)系,揭開了人類對電磁現(xiàn)象探討的新紀元。有人說,磁場和電場一樣,在電場中同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引,但只有一個電荷帶電時也會吸引不帶電的輕小物體。在磁場中同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引,只有一個物體有磁性時也可吸引不帶磁性的物體。這種說法對嗎?提示:不完全正確,因為在磁場中,帶磁性的物體可以吸引不帶磁性的鐵磁性物體,而不是不帶磁性的任何物體?！镜淅筷P于磁場的說法,正確的是 ()A.在地磁場的作用下小磁針靜止時指南的磁極叫北極,指北的磁極叫南極B.磁鐵與磁鐵之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的,通電導體與通電導體之間的相互作用是通過電場發(fā)生的C.磁場和電場一樣,是客觀存在的特別物質(zhì)D.磁鐵四周只有在磁極與磁極、磁極和電流發(fā)生作用時才有磁場【解題探究】(1)磁場的方向怎么確定?提示:小磁針N極的受力方向即為磁場的方向。(2)哪些物體四周存在磁場?提示:磁場存在于磁體、電流的四周?！窘馕觥窟xC。某處磁感應強度的方向就是該處小磁針北極受力的方向,也可以是小磁針N極靜止時的方向,故A錯誤;磁鐵與磁鐵之間的相互作用,通電導體與通電導體之間的相互作用都是通過磁場發(fā)生的,故B錯誤;磁場和電場一樣,是客觀存在的特別物質(zhì),故C正確;磁鐵四周都有磁場存在,不管發(fā)生作用與否,磁場都客觀存在,故D錯誤。1.(多選)關于磁場,下列說法正確的是 ()A.其基本性質(zhì)是對處于其中的磁體或電流有力的作用B.磁場是看不見、摸不著、實際不存在的,是人們假想出來的一種物質(zhì)C.磁場是客觀存在的一種特別物質(zhì)形態(tài)D.磁場的存在與推翻定于人的思想,想其有則有,想其無則無【解析】選A、C。磁場的基本性質(zhì)是對放入其中的磁體或電流有力的作用,A正確;磁場雖然看不見、摸不著,但是它是客觀存在的,B、D錯誤,C正確。2.(多選)在地球赤道上空有一小磁針處于水安靜止狀態(tài),突然發(fā)覺小磁針N極向東偏轉(zhuǎn),由此可知 ()A.可能是小磁針正東方向有一條形磁鐵的N極靠近小磁針B.可能是小磁針正西方向有一條形磁鐵的S極靠近小磁針C.可能是小磁針正東方向有一條形磁鐵的S極靠近小磁針D.可能是小磁針正西方向有一條形磁鐵的N極靠近小磁針【解析】選C、D。依據(jù)同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引的原理,本題中可能是小磁針正東方向有一條形磁鐵的S極靠近小磁針,或小磁針正西方向有一條形磁鐵的N極靠近小磁針?！炯庸逃柧殹繆W斯特試驗說明白 ()A.磁場的存在B.磁場的方向性C.電流可以產(chǎn)生磁場D.磁體間有相互作用【解析】選C。奧斯特試驗說明電流可以產(chǎn)生磁場,首次揭示了電與磁之間的聯(lián)系,C正確。學問點二磁感線的特點1.磁感線意義:描述磁場強弱和方向。2.磁感線五個特點:(1)磁感線是假想的,不是真實存在的線。(2)磁感線上每一點的切線方向即為該點的磁場方向。(3)磁感線是閉合曲線。(4)磁感線的疏密程度表示磁場的強弱。(5)磁感線不能相交或相切。3.條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場磁感線分布狀況:4.磁感線與電場線的比較:比較項目磁感線電場線相同點意義為了形象地描述磁場的方向和強弱而假想的線為了形象地描述電場的方向和強弱而假想的線方向線上各點的切線方向就是該點的磁場方向線上各點的切線方向就是該點的電場方向疏密表示磁場強弱表示電場強弱特點在空間不相交、不相切、不中斷除電荷處外,在空間不相交、不相切、不中斷不同點閉合曲線始于正電荷或無窮遠處,止于負電荷或無窮遠處。不閉合的曲線5.勻強磁場:(1)定義:磁感應強度的大小、方向到處相同的磁場。(2)磁感線:是一組相互平行、方向相同、疏密勻稱的直線。(3)實例:地磁場的北極就是地理南極,地磁場的南極就是地理北極。這種說法對嗎?提示:不對,地磁場的北極在地理南極旁邊,地磁場的南極在地理北極旁邊,點并不重合,有個地磁偏角。【典例】(2024·成都高二檢測)下列關于電場線和磁感線的說法中,正確的是 ()A.隨意兩條磁感線不相交,兩條電場線也不相交B.電場線和磁感線都是閉合曲線C.電場線和磁感線都是電場或磁場中實際存在的線D.電場線越密的地方,同一摸索電荷所受的電場力越大;磁感線分布較密的地方,同一摸索電荷所受的磁場力也越大【解析】選A。隨意兩條磁感線肯定不相交,電場線也不相交,否則交點處有兩個方向,違反唯一性的特點,選項A正確;電場線是不閉合曲線,而磁感線是閉合的曲線,選項B錯誤;電場線和磁感線都是假想的曲線,并不存在,選項C錯誤;電場線越密的地方,電場強度越大,由公式F=qE知同一摸索電荷所受的電場力越大;磁感線分布越密的地方,磁感應強度越大,同一摸索電荷所受的磁場力不肯定越大,還與電荷的運動方向與磁感應強度方向的夾角有關,選項D錯誤。故選A。1.如圖所示,在磁場中有A、B、C三點,關于這三點,以下說法正確的是 ()A.A點磁場最強B.A、B兩點的磁場方向相同C.C點沒有磁場D.A、B兩點的磁場強弱相同【解析】選A。磁感線的疏密程度可反映磁場的強弱,磁感線越密的地方磁場越強,所以A點磁場最強,選項A正確,D錯誤;磁場方向沿著磁感線的切線方向,A、B兩點磁感線切線方向不同,磁場方向不同,選項B錯誤;C點磁感線未畫出,但磁場存在,選項C錯誤。故選A。2.如圖所示表示蹄形磁鐵四周的磁感線,磁場中有a、b兩點,下列說法正確的是()A.a、b兩處的磁感應強度的大小不等,Ba>BbB.a、b兩處的磁感應強度的大小不等,Ba<BbC.蹄形磁鐵的磁感線起始于蹄形磁鐵的N極,終止于蹄形磁鐵的S極D.a處沒有磁感線,所以磁感應強度為零【解析】選B。由題圖可知b處的磁感線較密,a處的磁感線較疏,所以Ba<Bb,故A錯,B對;磁感線是閉合曲線,沒有起點和終點,故C錯;在沒畫磁感線的地方,并不表示沒有磁場存在,故D錯。【加固訓練】1.下列敘述中,正確的是 ()A.磁場對靜止電荷和運動電荷都有力的作用B.磁感線從磁體的N極動身到磁體的S極終止C.磁感線上某點的切線方向與小磁針在該點N極的受力方向相同D.以上說法均不正確【解析】選C。磁場對靜止電荷沒有力的作用,故A錯誤;磁感線在磁體外部由N極指向S極;內(nèi)部由S極指向N極,故B錯誤;磁感線上某點的切線方向與小磁針在該點N極的受力方向相同,故C正確,D錯誤。2.下列關于磁場和磁感線的描述中正確的是 ()A.磁感線可以形象地描述各點磁場的方向B.磁感線是磁場中客觀存在的線C.磁感線總是由磁鐵的N極指向S極D.試驗中視察到的鐵屑的分布就是磁感線【解析】選A。磁感線可以形象地描述磁場的強弱和方向,但它不是客觀存在的線,可用細鐵屑模擬。在磁鐵外部磁感線由N極到S極,但內(nèi)部是由S極到N極。故只有A正確。學問點三安培定則的應用1.三種電流的磁場:安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖以導線上隨意點為圓心的多組同心圓,越向外越稀疏,磁場越弱內(nèi)部磁場比環(huán)外強,磁感線越向外越稀疏內(nèi)部為勻強磁場且比外部強,方向由S極指向N極;外部類似條形磁鐵,由N極動身回到S極2.磁場方向的四種推斷方法:(1)依據(jù)磁感線分布狀況推斷。若已知磁感線的分布狀況,磁感線上某點的切線方向即為該點的磁場方向。(2)依據(jù)小磁針靜止時N極的指向推斷。小磁針靜止時N極的指向即為該點的磁場方向。若小磁針正在運動或其指向還受其他力的影響,則不能依據(jù)小磁針的指向進行推斷。(3)依據(jù)安培定則推斷電流的磁場方向,若磁場是由電流產(chǎn)生的,則可以依據(jù)安培定則進行推斷。(4)依據(jù)磁體的磁極推斷,磁體外部的磁場方向由N極指向S極,磁體內(nèi)部的磁場方向由S極指向N極,據(jù)此可以推斷出磁場的大致方向。通電螺線管相當于條形磁鐵,而通電圓環(huán)又是單匝的通電螺線管,它是不是也可以看成條形磁鐵?提示:通電螺線管相當于條形磁鐵,而通電圓環(huán)一般看成小磁針?！镜淅咳鐖D所示,當開關接通時,通電螺線管相當于一條形磁,磁針將轉(zhuǎn)動,可知 ()A.B.磁針N極將轉(zhuǎn)向左邊C.磁針N極將轉(zhuǎn)向右邊D.磁針N極將轉(zhuǎn)向紙外【審題關鍵】序號信息提取①用安培定則判定磁場的方向②N極指向磁場的方向【解析】選B。在螺線管中電流的方向是從右端流入,左端流出,結合螺線管的繞向,依據(jù)右手螺旋定則,可以確定螺線管的左端為N極,右端為S極,則小磁針N極將轉(zhuǎn)向左邊;故A、C、D錯誤,B正確。故選B。1.(2024·樂山高二檢測)下列各圖中,已標出電流及電流磁場的方向,其中正確的是 ()【解析】選D。直線電流的方向豎直向上,依據(jù)安培定則知,直線電流右邊的磁場方向垂直紙面對里,左邊磁場方向垂直紙面對外,A錯誤;線框的電流方向向上,依據(jù)安培定則知,從上往下看,磁場的方向為逆時針方向,B錯誤;依據(jù)安培定則,螺線管內(nèi)部的磁場方向向右,C錯誤;由于電流的方向為逆時針方向(從上向下),依據(jù)安培定則知,磁場方向應當是向上,D正確。故選D。2.(2024·德陽高二期中)如圖所示,小磁針放置在螺線管軸線的左側。當螺線管通以恒定電流時,不計其他磁場的影響,小磁針靜止時N極的指向是 ()A.向左B.向右C.向上 D.向下【解析】選A。依據(jù)安培定則可以推斷通電螺線管左側為N極,右側為S極,因此左側小磁針靜止時N極指向左側,B、C、D錯誤,A正確。故選A。【加固訓練】1.(多選)下列四圖為電流產(chǎn)生磁場的分布圖,正確的分布圖是 ()【解析】選A、D。由安培定則可以推斷出直線電流產(chǎn)生的磁場方向,A正確、B錯誤。C和D為環(huán)形電流,留意讓彎曲的四指指向電流的方向,可推斷出D正確、C錯誤。2.如圖所示,閉合開關后,A點磁場方向向左的是 ()【解析】選C。由右手螺旋定則可知,左側螺線管下端為N極,右側螺線管下端也為N極,故由磁感線的特點,可知,A點的磁感線向下方,故A錯誤;由右手螺旋定則可知,左側螺線管上端為N極,右側螺線管上端也為N極,故由磁感線的特點,可知:A點的磁感線向上方,故B錯誤;由右手螺旋定則可知,左側螺線管下端為N極,上端為S極,右側螺線管上端為N極,故由磁感線的特點,可知,A點的磁感線向左,故C正確;由右手螺旋定則可知,左側螺線管上端為N極,右側螺線管下端為N極,上端為S極,故由磁感線的特點,可知,A點的磁感線向右,故D錯誤。【拓展例題】考查內(nèi)容:安培定則的應用【典例】(多選)在三維直角坐標系中,電子從O點沿y軸正方向運動,如圖所示,則下列說法正確的是 ()A.利用安培定則判定電子運動產(chǎn)生的磁場方向時,大拇指應沿電子的運動方向B.利用安培定則判定電子運動產(chǎn)生的磁場方向時,大拇指應沿電子運動的反方向C.由電子運動產(chǎn)生的磁場在圖示a處沿+x方向D.由電子運動產(chǎn)生的磁場在圖示a處沿-x方向【解析】選B、D。由安培定則知,伸直的拇指所指的方向與電流的方向一樣,與電子運動的方向相反,A錯,B對;彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向,在a點的切線方向沿-x方向,所以C錯,D對。課堂檢測·素養(yǎng)達標1.指南針是我國古代的四大獨創(chuàng)之一,司南是春秋戰(zhàn)國時期獨創(chuàng)的一種指南針,如圖所示,它由青銅盤和磁勺組成,磁勺放置在青銅盤的中心,可以自由轉(zhuǎn)動,由于受地磁場作用,司南的磁勺尾靜止時指向南方,下列說法中正確的是 ()A.磁勺能夠指示方向,是利用了地磁場對磁勺的作用B.磁勺的指向不會受到旁邊磁鐵的干擾C.磁勺的指向不會受到旁邊鐵塊的干擾D.磁勺的N極位于司南的磁勺尾部【解析】選A。司南能夠指示南北,是由于地球具有磁場,地磁場是南北指向,A正確。司南的指向會受到旁邊磁鐵的干擾;鐵塊簡單被磁化,鐵塊磁化后也會影響旁邊的磁場分布,所以磁勺的指向會受到旁邊鐵塊的干擾,B、C錯誤。由于司南的磁勺尾靜止時指向南方,所以磁勺的S極位于司南的磁勺尾部,D錯誤。2.(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.指南針可以只具有一個磁極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(zhuǎn)【解題指南】解答本題時應從以下三點進行分析:(1)磁極總是成對出現(xiàn),目前為止還沒有發(fā)覺磁單極子。(2)磁極間相互作用是通過磁場產(chǎn)生的。(3)鐵塊被磁化后會產(chǎn)生磁場,通電導線四周也會產(chǎn)生磁場。【解析】選B、C。磁極總是成對出現(xiàn),指南針同時具有兩個磁極,A項錯誤;指南針能夠指向南北,說明地球具有磁場,B項正確;指南針旁邊鐵塊被磁化,產(chǎn)生的磁場會對指南針的指向產(chǎn)生干擾,C項正確;在指南針正上方旁邊沿指針方向放置始終