高中物理《磁現(xiàn)象和磁場(chǎng)》學(xué)案3 新人教版選修3-1

1、第三章 磁場(chǎng) 一、磁現(xiàn)象和磁場(chǎng)【學(xué)習(xí)導(dǎo)學(xué)】1、本節(jié)學(xué)習(xí)有關(guān)磁場(chǎng)的基本知識(shí)，通過回顧磁學(xué)的發(fā)展歷史和初中學(xué)過的磁學(xué)知識(shí)，應(yīng)該掌握磁場(chǎng)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(chǎng)的磁感線分布情況，并會(huì)用安培定則判定磁場(chǎng)方向2、基本磁學(xué)概念：磁性： 的性質(zhì)。磁極： 。磁場(chǎng)：磁體周圍空間存在_，它的基本性質(zhì)是對(duì)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_來實(shí)現(xiàn)。3、描述磁場(chǎng)分布的常用工具磁感線描述電場(chǎng)用電場(chǎng)線，描述流體用流線，描述磁場(chǎng)用磁感線。磁感線是指在磁場(chǎng)中引入的一系列曲線，其上每一點(diǎn)的_方向表示該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，也是小磁針靜止時(shí)_的指向磁感線在

2、磁鐵外部由_極到_極，在磁鐵內(nèi)部由_極到_極，構(gòu)成一閉合的曲線。磁感線越密處磁場(chǎng)越_，磁感線越疏處磁場(chǎng)越_.4、確定電流產(chǎn)生磁場(chǎng)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(chǎng)的基本法則，不僅適用于通電直導(dǎo)線，同時(shí)也適用于通電圓環(huán)和通電螺線管對(duì)于通電直導(dǎo)線的磁場(chǎng)，使用時(shí)大拇指指向表示_方向，彎曲的四指方向表示_的方向；對(duì)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(nèi)部的_方向5、幾種常見的磁場(chǎng)的磁感線分布圖直線電流的磁場(chǎng)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(dǎo)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(dǎo)線在周圍空間產(chǎn)生的 的方向通

3、電直導(dǎo)線在周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)是不均勻分布的，垂直于直導(dǎo)線方向，離直導(dǎo)線越遠(yuǎn)，磁場(chǎng) ；反之越強(qiáng)環(huán)形電流的磁場(chǎng)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(dǎo)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(gè)環(huán)形串聯(lián)而成，所以通電螺線管與環(huán)形電流的磁場(chǎng)的確定的方法是相同的運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)電流是由電荷的定向移動(dòng)形成的，電流的磁場(chǎng)實(shí)質(zhì)是運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)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(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的電流相當(dāng)于一個(gè)環(huán)形電流，由于在一個(gè)周期內(nèi)電子通過環(huán)上任意一個(gè)截面一次，根據(jù)電流強(qiáng)度的定義，電流強(qiáng)度大小為I=e/T 圓周運(yùn)動(dòng)周期滿足ke2/r2=m(

4、2/T)2r，判斷該環(huán)形電流的磁場(chǎng)方向時(shí)，必須注意，彎曲的四指必須與負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的方向相反，即指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向。地球磁場(chǎng)地磁場(chǎng)的磁感線的分布與條形磁鐵、通電螺線管的磁場(chǎng)相似如圖3-1-3所示，與地理南極對(duì)應(yīng)的是地磁北極，與地理北極對(duì)應(yīng)的是地磁南極（不計(jì)磁偏角時(shí)）。一對(duì)條形磁鐵組成的磁場(chǎng)分布（如圖3-1-4）勻強(qiáng)磁場(chǎng)如果某個(gè)區(qū)域里磁感應(yīng)強(qiáng)度大小_，且_相同，這個(gè)區(qū)域里的磁場(chǎng)叫做勻強(qiáng)磁場(chǎng),勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線是一組平行且_的直線勻強(qiáng)磁場(chǎng)是一種理想化的模型，大的異名磁極之間的磁場(chǎng)、通電螺旋管內(nèi)部（扣除邊緣區(qū)域）的磁場(chǎng)可以近似看作勻強(qiáng)磁場(chǎng)處理，如圖3-1-5所示6、關(guān)于磁偏角指南針并不指向地球的正南和正

5、北公元11世紀(jì)，我國科學(xué)家通過長(zhǎng)期的觀察發(fā)現(xiàn)，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(diǎn)也就是說地的兩極和地磁的兩極并不重合，這個(gè)偏差，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)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(jīng)150045/的地方，地磁的南極（S極）在北半球北緯70050/和西經(jīng)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(shí)際測(cè)量的結(jié)果指出，地球各處的磁偏角不同【范例精析】例1、 做奧斯特實(shí)驗(yàn)時(shí)，把小磁針放在水平的通電直導(dǎo)線的下方，通電后發(fā)現(xiàn)小磁針不動(dòng)，用手撥動(dòng)一下小磁

6、針，小磁針轉(zhuǎn)動(dòng)180o后靜止不動(dòng)，由此可知通電直導(dǎo)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(chǎng)的作用，小磁針靜止時(shí)N極指向地球的北極，如果通電導(dǎo)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(shí)將偏離南北方向而指向東西方向，即磁針轉(zhuǎn)動(dòng)的角度接近900。如果通電導(dǎo)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(shí)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(shí)北極指向地理的南極。所以本題中的通電導(dǎo)線應(yīng)東西方向放置，答案A是正確的。拓展：磁針的偏轉(zhuǎn)是由于受到磁場(chǎng)的作用，做奧斯特實(shí)驗(yàn)時(shí)的磁針既受到地球磁場(chǎng)的作用，又受到通電直導(dǎo)線的磁場(chǎng)力的

7、作用，如果導(dǎo)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(zhuǎn)，從而誤認(rèn)為電流不能產(chǎn)生磁場(chǎng)，為了有效地演示電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)使小磁針偏轉(zhuǎn)的效果，演示奧斯特實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求導(dǎo)線南北方向放置。例2、如圖3-1-7所示，在全自動(dòng)洗衣機(jī)中，排水閥由程序控制器控制其動(dòng)作的當(dāng)洗衣機(jī)進(jìn)行排水和脫水工序時(shí)電磁鐵的線圈通電，使電磁鐵的鐵心2動(dòng)作，牽引排水閥的活塞，排除污水牽引電磁鐵結(jié)構(gòu)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(shí)刻輸入控制電流時(shí)，a為正，b為負(fù),則鐵心2的B為S極(D)若某時(shí)刻輸入控制電流時(shí)

8、，a為正，b為負(fù),則鐵心2的B為N極解析：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(jù)初中學(xué)過的右手螺旋定則可知，若輸入控制電流時(shí)，a為正，b為負(fù),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(yīng)用，常用的電磁鐵大多做成形，目的是讓它兩個(gè)磁極可以同時(shí)吸引物體巨大的電磁鐵里可以通以強(qiáng)大的電流，從而產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)，充當(dāng)電磁起重機(jī)的提手，吸引起很重的鐵塊 例3、已知電流磁場(chǎng)的磁感應(yīng)線方向或N、S極方向，請(qǐng)?jiān)趫D3-1-8上標(biāo)出電流方向。解析： 根據(jù)安培定則，各圖中的電流方向如圖3-1-9所示。拓展： 應(yīng)用安培定則時(shí)，對(duì)于通電直導(dǎo)線的磁場(chǎng)，大母指指向表示電流的方向

9、，彎曲的四指方向表示磁感線的環(huán)繞方向；對(duì)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(nèi)部的磁感線方向例4、 如圖3-1-10所示的電路中，當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，螺線管中的小磁針的N極指向如圖所示，當(dāng)開關(guān)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(nèi)部，就涉及螺線管的內(nèi)部磁場(chǎng)方向問題根據(jù)安培定則，螺線管的內(nèi)部磁感線方向是向左的，所以小磁針靜止時(shí)，北極應(yīng)指向左端拓展：部分同學(xué)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時(shí)，北極應(yīng)指向右端，這是沒有區(qū)分內(nèi)磁場(chǎng)和外磁場(chǎng)的結(jié)果，是受了習(xí)慣思維的影響由于磁感線是閉合的，在內(nèi)部磁場(chǎng)中，磁感線

10、由南極經(jīng)過內(nèi)部空間回到北極例5、電視機(jī)顯象管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖3-1-11，此時(shí)電流方向如圖所示。試畫出線圈中心的磁場(chǎng)方向。答案：豎直向下【能力訓(xùn)練】1首先發(fā)現(xiàn)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的科學(xué)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(shí), 磁針的S極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn), 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(fù)離子束(D) 向左飛行的負(fù)離子束3關(guān)于磁感線的概念和性質(zhì)，以下說法中正確的是( A )(A)磁感線上各點(diǎn)的切線方向就是小磁針靜止時(shí)北極的指向(B)磁場(chǎng)中

11、任意兩條磁感線有可能相交(C)鐵屑在磁場(chǎng)中的分布所形成的曲線就是實(shí)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(qǐng)畫出相應(yīng)的磁感線。5不接觸的磁體間的相互作用力，是通過 而發(fā)生的，發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)是由物理學(xué)家 完成的。磁場(chǎng)，奧斯特6如圖3-1-12所示，可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針靜止不動(dòng)時(shí)，靠近螺線管的是小磁針的_極。若將小磁針放到螺線管內(nèi)部，小磁針指向與圖示位置時(shí)的指向相_（填“同”或“反”）。N、同7如圖3-1-13所示通電螺線管，試標(biāo)出它的N、S極.并在A(螺線管內(nèi)部一點(diǎn))，B，C，D四點(diǎn)上各畫一小磁針，標(biāo)出當(dāng)它們平衡時(shí)，N極的指向。8如圖3-1-14所示，一個(gè)電子做逆時(shí)針方向的圓周運(yùn)動(dòng)。請(qǐng)標(biāo)出圓心處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向及小磁針南極的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。9地球是一個(gè)大磁體：（1）試在圖3-1-15畫出地球磁場(chǎng)的磁感線大致分布圖，不考慮磁偏角（即認(rèn)為磁軸和地軸重合）（2）19世紀(jì)20年代，以塞貝克（數(shù)學(xué)家）為代表的科學(xué)家已認(rèn)識(shí)到：溫度差會(huì)引起電流，安培考慮到地球自轉(zhuǎn)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(shè)：地球磁場(chǎng)是由地球的環(huán)形電流引起的，則該假設(shè)中的電流方向是（注：磁子午線是地球磁場(chǎng)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