2024-2025高中物理第三章磁場(chǎng)第1節(jié)磁現(xiàn)象和磁場(chǎng)講義+習(xí)題含解析新人教版選修3-1

PAGEPAGE11第1節(jié)磁現(xiàn)象和磁場(chǎng)1．了解磁現(xiàn)象，知道磁體、磁極、磁性、磁場(chǎng)等概念，明確磁體與磁體之間、磁體與通電導(dǎo)體之間、通電導(dǎo)體與通電導(dǎo)體之間的相互作用是通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生的，相識(shí)磁場(chǎng)是客觀存在的。2．了解電流的磁效應(yīng)，了解奧斯特發(fā)覺電流的磁效應(yīng)的重要意義。3．了解地磁場(chǎng)的分布狀況和地磁兩極的特點(diǎn)。一、磁現(xiàn)象和電流的磁效應(yīng)1．磁現(xiàn)象(1)磁性：磁體吸引eq\o(□,\s\up3(01))鐵質(zhì)物體的性質(zhì)。(2)磁極：磁體上磁性eq\o(□,\s\up3(02))最強(qiáng)的區(qū)域。①北極：能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)的磁體，靜止時(shí)指eq\o(□,\s\up3(03))北的磁極，又叫N極。②南極：能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)的磁體，靜止時(shí)指eq\o(□,\s\up3(04))南的磁極，又叫S極。2．電流的磁效應(yīng)(1)發(fā)覺：1820年，丹麥物理學(xué)家eq\o(□,\s\up3(05))奧斯特在一次講課中，把導(dǎo)線沿南北方向放置在一個(gè)帶玻璃罩的指南針的上方，通電時(shí)磁針轉(zhuǎn)動(dòng)了。(2)試驗(yàn)意義：電流磁效應(yīng)的發(fā)覺，首次揭示了eq\o(□,\s\up3(06))電與磁之間的聯(lián)系，揭開了人類對(duì)電磁現(xiàn)象探討的新紀(jì)元。二、磁場(chǎng)1．電流、磁體間的相互作用(1)磁體與磁體間存在相互作用。(2)通電導(dǎo)線對(duì)磁體有作用力，磁體對(duì)通電導(dǎo)線也有作用力。(3)兩條通電導(dǎo)線之間也有作用力。2．磁場(chǎng)(1)定義：磁體與磁體之間、磁體與通電導(dǎo)體之間，以及通電導(dǎo)體與通電導(dǎo)體之間的相互作用，是通過(guò)eq\o(□,\s\up3(01))磁場(chǎng)發(fā)生的，eq\o(□,\s\up3(02))磁場(chǎng)是磁體或電流四周一種看不見、摸不著的特別物質(zhì)。(2)基本性質(zhì)：能對(duì)放入其中的eq\o(□,\s\up3(03))磁體或eq\o(□,\s\up3(04))通電導(dǎo)線產(chǎn)生力的作用。3．地磁場(chǎng)(1)地磁場(chǎng)：地球本身是一個(gè)磁體，N極位于地理eq\o(□,\s\up3(05))南極旁邊，S極位于地理eq\o(□,\s\up3(06))北極旁邊。自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針能顯示出地磁場(chǎng)的方向，這就是指南針的原理。(2)磁偏角：eq\o(□,\s\up3(07))小磁針的指向與正南、正北方向之間的夾角。指南針在火星上能做導(dǎo)航設(shè)備嗎？提示：火星上沒有一個(gè)全球性的磁場(chǎng)，所以指南針不能在火星上工作。(1)奧斯特試驗(yàn)說(shuō)明白磁場(chǎng)可以產(chǎn)生電流。()(2)自然磁體與人造磁體都能吸引鐵質(zhì)物體。()(3)單獨(dú)一個(gè)帶電體可以只帶正電荷(或負(fù)電荷)，同樣磁體也可以只有N極或S極。()(4)地磁場(chǎng)能使小磁針的兩極指向正南、正北。()(5)地理的南北極與地磁的南北極并不重合，地磁的北極在地理北極旁邊。()(6)磁場(chǎng)的基本性質(zhì)是對(duì)處在磁場(chǎng)中的磁體或電流有力的作用。()提示：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×(6)√課堂任務(wù)磁現(xiàn)象電流的磁效應(yīng)細(xì)致視察下面圖片，細(xì)致參加“師生互動(dòng)”?；顒?dòng)1：取一個(gè)條形磁鐵，用一枚大頭針?lè)謩e靠近磁鐵的兩端，視察到什么現(xiàn)象？提示：大頭針靠近磁鐵會(huì)被吸引?；顒?dòng)2：取兩個(gè)條形磁鐵，分別將它們的同名磁極、異名磁極相互靠近，視察到什么現(xiàn)象？提示：同名磁極靠近時(shí)相互排斥，異名磁極靠近時(shí)相互吸引。活動(dòng)3：上圖中的現(xiàn)象是什么？這個(gè)現(xiàn)象是誰(shuí)最先發(fā)覺的？提示：上圖顯示出小磁針在通電導(dǎo)線作用下旋轉(zhuǎn)了，這個(gè)現(xiàn)象最先是奧斯特發(fā)覺的，被叫做奧斯特試驗(yàn)?；顒?dòng)4：奧斯特試驗(yàn)說(shuō)明白什么？提示：沒有通電直導(dǎo)線時(shí)，能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)的磁針總是指向南北方向，有通電直導(dǎo)線后小磁針變更指向，說(shuō)明通電直導(dǎo)線對(duì)磁針有力的作用?；顒?dòng)5：探討、溝通、展示，得出結(jié)論。(1)磁體南北極能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)的磁體，靜止時(shí)指南的那個(gè)磁極叫南極或S極，指北的那個(gè)磁極叫北極或N極。(2)磁化和磁極作用①磁化：使原來(lái)沒有磁性的物體在磁體或電流的作用下獲得磁性的過(guò)程。磁化后的物體具有南北兩極。②磁極作用：同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。(3)奧斯特試驗(yàn)(電流的磁效應(yīng))奧斯特試驗(yàn)說(shuō)明白電流與磁體之間有力的作用。例1物理試驗(yàn)都須要有肯定的限制條件。關(guān)于奧斯特試驗(yàn)，下列說(shuō)法中正確的是()A．該試驗(yàn)必需在地球赤道上進(jìn)行B．通電直導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)豎直放置C．通電直導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)水平東西方向放置D．通電直導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)水平南北方向放置(1)假如導(dǎo)線沒有通電，小磁針靜止時(shí)指向什么方向？提示：南北方向。(2)怎么才能最大限度說(shuō)明小磁針的偏轉(zhuǎn)是由于電流的作用？提示：小磁針原來(lái)指向南北，在電流的作用下應(yīng)使其向東西偏轉(zhuǎn)。[規(guī)范解答]小磁針原來(lái)靜止時(shí)指向南北，當(dāng)直導(dǎo)線中通有電流時(shí)，小磁針從南北指向向東西指向偏轉(zhuǎn)才能最大限度說(shuō)明偏轉(zhuǎn)是由于電流的作用，又因?yàn)樾〈裴樧罱K靜止時(shí)與導(dǎo)線垂直，所以導(dǎo)線應(yīng)沿水平南北方向放置，這樣才有明顯的偏轉(zhuǎn)，故D正確；假如直導(dǎo)線豎直放置或沿水平東西方向放置，通電流后小磁針仍舊指向南北，B、C錯(cuò)誤；由以上分析知，只要無(wú)電流時(shí)小磁針能指南北，就能做該試驗(yàn)，A錯(cuò)誤。[完備答案]D在奧斯特試驗(yàn)中，只有通電導(dǎo)線南北放置，小磁針的偏轉(zhuǎn)最明顯，但通電導(dǎo)線不是南北方向放置時(shí)，小磁針也會(huì)受到力的作用，只是為了試驗(yàn)效果，我們選擇南北方向放置通電導(dǎo)線。eq\a\vs4\al([變式訓(xùn)練1])鐵棒A能吸引小磁針，鐵棒B能排斥小磁針，若將鐵棒A靠近鐵棒B時(shí)，下述說(shuō)法中正確的是()A．A、B肯定相互吸引B．A、B肯定相互排斥C．A、B間可能無(wú)磁力作用D．A、B可能相互吸引，也可能相互排斥答案D解析小磁針本身有磁性，能夠吸引沒有磁性的鐵棒，故鐵棒A可能有磁性，也可能沒有磁性。鐵棒B能排斥小磁針，說(shuō)明鐵棒B肯定有磁性，若A無(wú)磁性，當(dāng)A靠近B時(shí)，在B的作用下會(huì)被磁化而發(fā)生相互吸引作用；若A有磁性，則A、B兩磁體都分別有北極和南極，當(dāng)它們的同名磁極相互靠近時(shí)，相互排斥，當(dāng)異名磁極相互靠近時(shí)，相互吸引，這說(shuō)明不論A有無(wú)磁性，它們之間總有力的作用，故正確答案為D。課堂任務(wù)磁場(chǎng)細(xì)致視察下列圖片，細(xì)致參加“師生互動(dòng)”。活動(dòng)1：甲圖小磁針和條形磁體并沒有相互接觸，它們是通過(guò)什么產(chǎn)生作用力的？提示：電荷之間的相互作用是通過(guò)電場(chǎng)發(fā)生的，所以甲圖中是通過(guò)磁場(chǎng)產(chǎn)生作用力的?；顒?dòng)2：乙圖中是通過(guò)什么發(fā)生作用的？提示：說(shuō)明電流四周存在磁場(chǎng)，而磁體四周也存在磁場(chǎng)，于是磁體和電流之間產(chǎn)生作用力，故通電導(dǎo)體受力而發(fā)生了運(yùn)動(dòng)?；顒?dòng)3：丙圖中是通過(guò)什么發(fā)生作用的？提示：盡管兩條導(dǎo)線都不是磁體，但是在它們的四周都存在磁場(chǎng)，兩根導(dǎo)線分別受到對(duì)方的磁場(chǎng)力的作用?；顒?dòng)4：探討、溝通、展示，得出結(jié)論。(1)磁場(chǎng)①定義：磁體或電流四周存在一種特別物質(zhì)，能夠傳遞磁體與磁體之間、磁體和電流之間、電流和電流之間的相互作用，這種特別的物質(zhì)叫磁場(chǎng)。②磁場(chǎng)的基本性質(zhì)：對(duì)放入其中的磁體或電流有力的作用。③磁場(chǎng)的產(chǎn)生：a.磁體四周存在磁場(chǎng)；b.電流四周存在磁場(chǎng)——電流的磁效應(yīng)。④磁場(chǎng)與電場(chǎng)的比較電場(chǎng)磁場(chǎng)場(chǎng)源電荷磁體、電流、運(yùn)動(dòng)電荷(相當(dāng)于電流)基本性質(zhì)對(duì)放入其中的電荷有電場(chǎng)力的作用對(duì)放入其中的磁體、通電導(dǎo)線有磁場(chǎng)力的作用相同點(diǎn)磁場(chǎng)和電場(chǎng)都是客觀存在的特別物質(zhì)，都具有能量(2)地磁場(chǎng)的分析①地球上不同的地點(diǎn)地磁場(chǎng)的方向不同，因此當(dāng)涉及到地磁場(chǎng)的問(wèn)題時(shí)，要留意明確在地球上的位置。②在赤道正上方，距離地球表面高度相等的點(diǎn)，磁場(chǎng)的強(qiáng)弱相同，且方向水平向北。③磁場(chǎng)和電場(chǎng)一樣也可以分解：地磁場(chǎng)水平重量始終由南指向北，豎直重量在南半球豎直向上，在北半球豎直向下。例2如圖，關(guān)于磁體、電流間的相互作用，下列說(shuō)法正確的是()A．甲圖中，電流不產(chǎn)生磁場(chǎng)，電流對(duì)小磁針力的作用是通過(guò)小磁針的磁場(chǎng)發(fā)生的B．乙圖中，磁體對(duì)通電導(dǎo)線的力是通過(guò)磁體的電流發(fā)生的C．丙圖中，電流間的相互作用是通過(guò)電流的磁場(chǎng)發(fā)生的D．丙圖中，電流間的相互作用是通過(guò)電荷的電場(chǎng)發(fā)生的(1)只有磁體四周才有磁場(chǎng)嗎？提示：不是。電流的四周也存在磁場(chǎng)。(2)電流與電流之間的作用力是通過(guò)電場(chǎng)發(fā)生的嗎？提示：不是。是通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生的。[規(guī)范解答]磁體和電流四周都存在著磁場(chǎng)，圖中導(dǎo)線中的電流對(duì)小磁針的作用、磁體對(duì)電流的作用、電流之間的相互作用都是通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生的，故C正確。[完備答案]C分析磁體與磁體間及磁體與導(dǎo)體間力的作用的依據(jù)(1)磁場(chǎng)產(chǎn)生于磁體四周及通電導(dǎo)體四周。(2)磁場(chǎng)的基本性質(zhì)是磁場(chǎng)對(duì)放入其中的磁體及通電導(dǎo)體有力的作用。eq\a\vs4\al([變式訓(xùn)練2])(多選)如圖所示，通電直導(dǎo)線處在蹄形磁鐵兩極間，受到力F的作用發(fā)生搖擺，以下說(shuō)法正確的是()A．這個(gè)力F是通過(guò)磁場(chǎng)產(chǎn)生的B．這個(gè)力F沒有反作用力C．這個(gè)力F的反作用力作用在通電導(dǎo)線上D．這個(gè)力F的反作用力作用在蹄形磁鐵上答案AD解析蹄形磁鐵通過(guò)磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線產(chǎn)生了力的作用，同時(shí)通電導(dǎo)線也通過(guò)磁場(chǎng)對(duì)蹄形磁鐵產(chǎn)生了力的作用。A、D正確。A組：合格性水平訓(xùn)練1．(奧斯特試驗(yàn))物理學(xué)中的自由落體規(guī)律、萬(wàn)有引力定律、靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用規(guī)律和電流磁效應(yīng)分別由不同的物理學(xué)家探究發(fā)覺，他們依次是()A．伽利略、牛頓、庫(kù)侖和奧斯特B．牛頓、安培、洛倫茲和奧斯特C．伽利略、卡文迪許、庫(kù)侖和安培D．開普勒、伽利略、庫(kù)侖和洛倫茲答案A解析伽利略發(fā)覺了自由落體規(guī)律，牛頓提出了萬(wàn)有引力定律，庫(kù)侖發(fā)覺了靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用規(guī)律，奧斯特發(fā)覺了電流的磁效應(yīng)，A正確。2．(磁現(xiàn)象)磁鐵吸引小鐵釘與摩擦過(guò)的塑料尺吸引毛發(fā)碎紙屑兩現(xiàn)象比較，下列說(shuō)法正確的是()A．兩者都是電現(xiàn)象B．兩者都是磁現(xiàn)象C．前者是電現(xiàn)象，后者是磁現(xiàn)象D．前者是磁現(xiàn)象，后者是電現(xiàn)象答案D解析磁鐵吸引小鐵釘是靠磁鐵的磁場(chǎng)把鐵釘磁化而作用的，是磁現(xiàn)象；摩擦過(guò)的塑料尺上帶有電荷，使四周產(chǎn)生電場(chǎng)而吸引毛發(fā)碎紙屑，是電現(xiàn)象。D正確。3.(地磁場(chǎng))如圖所示，假設(shè)將一個(gè)小磁針?lè)旁诘厍虻谋睒O點(diǎn)上，那么小磁針的N極將()A．指北B．指南C．豎直向上D．豎直向下答案D解析我們已經(jīng)知道地球的地理北極點(diǎn)可以近似地認(rèn)為是地磁的南極，依據(jù)磁極同性相斥、異性相吸，小磁針的N極將豎直向下，故選D。4．(磁場(chǎng)作用力)使不帶電的兩個(gè)物體相互靠近，但不接觸，下列說(shuō)法中正確的是()A．若沒有相互作用，則兩個(gè)物體都不是磁體B．若相互吸引，則只能有一個(gè)是磁體C．若相互吸引，則兩個(gè)物體都是磁體D．若相互排斥，則兩個(gè)物體都是磁體答案D解析若兩個(gè)物體沒有相互作用，則兩個(gè)物體可能都不是磁體，也可能一個(gè)是磁體另一個(gè)不是鐵質(zhì)物體，A錯(cuò)誤；若兩個(gè)物體相互吸引，則可能兩個(gè)物體都是磁體，也可能兩個(gè)物體中一個(gè)是磁體另一個(gè)不是磁體(但應(yīng)為鐵質(zhì)物體)，B、C錯(cuò)誤；若兩物體相互排斥，則兩個(gè)物體必定都是磁體，D正確。5．(電流磁效應(yīng))推斷一段導(dǎo)線中是否有直流電流通過(guò)，手邊若有幾組器材，其中最為可用的是()A．被磁化的縫衣針及細(xì)棉線B．帶電的小紙球及細(xì)棉線C．小燈泡及導(dǎo)線D．蹄形磁鐵及細(xì)棉線答案A解析被磁化的縫衣針相當(dāng)于小磁針，用細(xì)棉線吊起后放在導(dǎo)線四周，能偏轉(zhuǎn)說(shuō)明導(dǎo)線中有電流通過(guò)，A符合題意。6．(對(duì)磁場(chǎng)的相識(shí))下列關(guān)于磁場(chǎng)的說(shuō)法中正確的是()A．磁體四周的磁場(chǎng)看不見、摸不著，所以磁場(chǎng)不是客觀存在的B．將小磁針?lè)旁诖朋w旁邊，小磁針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)是因?yàn)槭艿酱艌?chǎng)力的作用C．把磁體放在真空中，磁場(chǎng)就消逝了D．當(dāng)磁體四周撒上鐵屑時(shí)才能形成磁場(chǎng)，不撒鐵屑磁場(chǎng)就消逝答案B解析磁體四周存在磁場(chǎng)，磁場(chǎng)看不見、摸不著，但與電場(chǎng)一樣，都是一種客觀存在的特別物質(zhì)，與磁體是否放在真空中、四周是否撒鐵屑無(wú)關(guān)，A、C、D錯(cuò)誤；將小磁針?lè)旁诖朋w旁邊，磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)小磁針產(chǎn)生力的作用，使小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，B正確。7．(地磁場(chǎng))信鴿有驚人的遠(yuǎn)距離分辨方向的本事。為了弄清信鴿原委靠什么來(lái)推斷方向，科學(xué)家們?cè)?jīng)做過(guò)這樣一個(gè)試驗(yàn)：把幾百只訓(xùn)練有素的信鴿分成兩組，在一組信鴿的翅膀下縛了一塊小磁鐵，而在另一組信鴿的翅膀下縛一塊大小相同的銅塊，然后把它們帶到離鴿舍數(shù)千米至數(shù)十千米的地方，逐批放飛，結(jié)果絕大部分縛銅塊的信鴿飛回到鴿舍，而縛著磁鐵的信鴿卻全部飛散了，這一試驗(yàn)證明白人們的一個(gè)猜想——信鴿超群的認(rèn)路本事是依靠于()A．信鴿的視力和對(duì)地形地貌極強(qiáng)的記憶力B．信鴿對(duì)地磁場(chǎng)的感應(yīng)C．信鴿放射并接收反射回來(lái)的超聲波D．信鴿放射并接收反射回來(lái)的次聲波答案B解析信鴿翅膀下的磁鐵影響了信鴿對(duì)地磁場(chǎng)方向的推斷，影響了飛行方向，B正確。8．(磁化)如圖所示，彈簧測(cè)力計(jì)下掛一鐵球，將彈簧測(cè)力計(jì)緩慢向上移動(dòng)時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)()A．不變B．漸漸減小C．先減小再增大D．先增大再減小答案B解析彈簧測(cè)力計(jì)向上移動(dòng)時(shí)，鐵球受到的磁場(chǎng)力漸漸減小，因此彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)減小。B正確。9.(磁化)如圖所示為一電磁選礦機(jī)的示意圖，其中M為礦石漏斗，D為電磁鐵。在開礦中，所開采出的礦石有含鐵礦石和非含鐵礦石，那么礦石經(jīng)過(guò)選礦機(jī)后，落入B槽中的礦石是________，落入A槽中的礦石是________。答案含鐵礦石非含鐵礦石解析含鐵礦石被電磁鐵D磁化吸引，故落入B槽；非含鐵礦石不受D的作用，故落入A槽。B組：等級(jí)性水平訓(xùn)練10．(地磁場(chǎng))下列說(shuō)法正確的是()A．地球是一個(gè)巨大的磁體，其S極在地球南極旁邊，N極在地球北極旁邊B．地球表面的磁場(chǎng)的豎直重量在南半球豎直向上，在北半球豎直向下C．地球的四周存在著磁場(chǎng)，但地磁的兩極與地理的兩極并不重合，其間有一個(gè)夾角，這就是磁偏角，磁偏角的數(shù)值在地球上不同地點(diǎn)是相同的D．在地球表面各點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱相同答案B解析地磁場(chǎng)的N極在地球南極旁邊，S極在地球北極旁邊，A錯(cuò)誤。地磁場(chǎng)類似于條形磁鐵的磁場(chǎng)，由磁場(chǎng)方向的分析可知B正確。在地球表面赤道上的磁場(chǎng)最弱，兩極最強(qiáng)，D錯(cuò)誤。在地球上不同位置，磁偏角的數(shù)值是不同的，因此C錯(cuò)誤。11．(綜合)如圖所示，A為電磁鐵，C為膠木大秤盤，A和C(包括支架)的總質(zhì)量為M，B為鐵片，質(zhì)量為m，整個(gè)裝置用輕繩懸掛于O點(diǎn)，當(dāng)電磁鐵通電，鐵片被吸引上升過(guò)程中，輕繩上拉力F的大小為()A．F＝mg B．Mg＜F＜(M＋m)gC．F＝(M＋m)g D．F＞(M＋m)g答案D解析A、C受重力Mg，繩的拉力F，B給A的磁場(chǎng)力f1，B受力為重力mg和A給B的磁場(chǎng)力f2，對(duì)A、C(包括支架)由平衡條件有：F＝Mg＋f1，對(duì)B由牛頓其次定律有：f2－mg＝ma(a＞0)，由牛頓第三定律有f1＝f2，聯(lián)立解得F＝Mg＋m(g＋a)＞(M＋m)g。該題亦可用超重規(guī)律分析：以A、B、C組成的系統(tǒng)為探討對(duì)象，整個(gè)系統(tǒng)處于超重狀態(tài)，故F＞(M＋m)g，