2018-2019版學案導學高中物理選修3-1教科版配套文檔：第三章 磁場1

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精1磁現(xiàn)象磁場[學習目標]1。了解人類對磁現(xiàn)象的認識與應(yīng)用.2.了解磁場是客觀存在的物質(zhì),知道磁感線及其物理意義。3.會用安培定則判斷直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管周圍的磁場方向．一、磁現(xiàn)象1．我國古代對磁現(xiàn)象的認識及應(yīng)用(1）春秋戰(zhàn)國時期最早發(fā)現(xiàn)并記載了天然磁石具有吸引鐵的現(xiàn)象和指示南北方向的特征．（2)北宋時期發(fā)明了指南針,并很快用于航海．(3)磁石治療疾病，《史記》、《本草綱目》中均有記載．2．電與磁相互聯(lián)系現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)及第二次產(chǎn)業(yè)革命（1)奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流磁效應(yīng)．（2）法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，打開了電氣化技術(shù)時代的大門,導致了人類歷史上的第二次產(chǎn)業(yè)革命．3．信息技術(shù)中的磁現(xiàn)象（1)原理：某些磁性物質(zhì)能夠把磁場對它的作用記錄下來，長久保存且能在一定條件下復(fù)現(xiàn)．(2）應(yīng)用：制成磁存儲部件或設(shè)備，如磁帶、磁盤、磁鼓、磁卡等．4．生物體中的磁現(xiàn)象(1）鴿子識歸巢、候鳥辨遷途、海龜找“故鄉(xiāng)"均可能與這些動物對地球磁場的敏感有關(guān)．（2）人體器官也存在磁性．（3）醫(yī)院里使用的核磁共振斷層成像裝置等．二、磁場1．磁體和電流周圍都存在著磁場,一切磁相互作用都是通過磁場來實現(xiàn)的．2．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．3．幾種常見的磁場（1)磁體周圍的磁場(如圖1）圖1(2)電流周圍的磁場磁感線的方向由安培定則判定①通電直導線(或直線電流）周圍的磁場用右手握住導線，讓伸直的拇指所指的方向跟電流方向一致,彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向，如圖2所示．圖2②環(huán)形電流或通電螺線管周圍的磁場讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導線軸線上磁感線的方向或通電螺線管的N極，如圖3所示．圖3［即學即用]判斷下列說法的正誤．（1）首先發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)的是丹麥物理學家奧斯特，他發(fā)現(xiàn)電流的周圍能產(chǎn)生磁場．(√)(2）大磁鐵的磁性較強，對小磁針的作用力大，但小磁針對大磁鐵的磁場力較?。ā粒?3)任何兩個磁體之間產(chǎn)生的磁場力總是大小相等、方向相反．（√)（4）磁極和磁極之間的相互作用是通過磁場產(chǎn)生的．（√)(5）通電直導線周圍磁場的磁感線是以導線為圓心的圓．（√)(6）通電螺線管周圍的磁場類似于條形磁鐵周圍的磁場．（√)(7）無論是直線電流、環(huán)形電流還是通電螺線管的磁場，用安培定則判斷時，大拇指指的都是磁場方向．（×)一、磁場和磁感線[導學探究](1)電荷與電荷之間的相互作用是通過電場產(chǎn)生的,那么磁體與磁體之間、磁體與通電導體之間、通電導體與通電導體之間的相互作用是如何發(fā)生的?（2）在玻璃板上撒一層細鐵屑，放入磁鐵的磁場中，輕敲玻璃板，由細鐵屑的分布可以模擬磁感線的形狀，由實驗得到條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場的磁感線是如何分布的？磁感線有什么特點？磁感線是磁場中真實存在的嗎？答案(1)都是通過磁場發(fā)生的．(2）磁感線的分布和特點見［知識深化]．磁感線實際不存在，是假想的曲線．[知識深化]1．磁場是存在于磁體周圍或電流周圍的一種客觀存在的特殊物質(zhì)．磁體與磁體之間、磁體與通電導體之間、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．2．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．3．磁感線的特點（1)為形象描述磁場而引入的假想曲線,實際并不存在．(2)磁感線的疏密表示磁場的強弱，密集的地方磁場強，稀疏的地方磁場弱．(3)磁感線的方向：磁體外部從N極指向S極，磁體內(nèi)部從S極指向N極．(4）磁感線閉合而不相交，不相切，也不中斷．例1下列關(guān)于磁場的說法中,正確的是（)A．磁場和電場一樣，是客觀存在的特殊物質(zhì)B．磁場是為了解釋磁極間相互作用而人為規(guī)定的C．磁極與磁極間是直接發(fā)生作用的D．磁場只有在磁極與磁極、磁極與電流發(fā)生作用時才產(chǎn)生答案A解析磁場和電場一樣，是客觀存在的物質(zhì)，磁極與磁極、磁極與電流、電流與電流之間的作用都是通過磁場產(chǎn)生的,選項A正確．例2關(guān)于磁場和磁感線的描述，下列說法中正確的是()A．磁感線總是從磁鐵的N極出發(fā)，到S極終止的B．磁感線可以形象地描述各磁場的強弱和方向，它每一點的切線方向都和小磁針放在該點靜止時北極所指的方向一致C．磁感線可以用細鐵屑來顯示，因而是真實存在的D．兩個磁場的疊加區(qū)域，磁感線可能相交答案B解析磁感線是閉合曲線，A不正確;磁感線上每一點切線方向表示該點磁場方向,磁感線的疏密表示磁場的強弱,小磁針靜止時北極受力方向和靜止時北極的指向均為磁場方向,選項B正確；磁感線是為了形象地描述磁場而假想的一組有方向的閉合曲線，實際上并不存在,選項C不正確；疊加區(qū)域合磁場的方向也具有唯一性，故磁感線不可能相交，D選項錯誤．二、電流的磁場安培定則常見電流的磁場安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖直線電流以導線上任意點為圓心垂直于導線的多組同心圓，越向外越稀疏，磁場越弱環(huán)形電流內(nèi)部磁場比環(huán)外強,磁感線越向外越稀疏通電螺線管內(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極指向S極例3電路沒接通時兩枚小磁針方向如圖4所示,試確定電路接通后兩枚小磁針的轉(zhuǎn)向及最后的指向．圖4答案見解析解析接通電源后,螺線管的磁場為：內(nèi)部從左指向右，外部從右指向左，如圖所示，故小磁針1逆時針轉(zhuǎn)動至N極水平向左,小磁針2順時針轉(zhuǎn)動至N極水平向右．小磁針在磁場中受力的判斷方法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,可根據(jù)同名磁極相斥,異名磁極相吸來判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(yīng)該根據(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，來判斷小磁針的受力方向．針對訓練當導線中分別通以圖示方向的電流，小磁針靜止時北極指向讀者的是（)答案C解析通電直導線電流從左向右，根據(jù)右手螺旋定則,則有小磁針所處的位置磁場方向垂直紙面向里，所以小磁針靜止時北極背離讀者,故A錯誤;通電直導線電流豎直向上，根據(jù)右手螺旋定則,磁場的方向為逆時針（從上向下看)，因此小磁針靜止時北極背離讀者，故B錯誤;環(huán)形導線的電流方向如題圖C所示，根據(jù)右手螺旋定則,則有小磁針所處的位置磁場方向垂直紙面向外，所以小磁針靜止時北極指向讀者,故C正確;根據(jù)右手螺旋定則，結(jié)合電流的方向，則通電螺線管的內(nèi)部磁場方向由右向左，則小磁針靜止時北極指向左，故D錯誤．三、磁現(xiàn)象的電本質(zhì)安培分子電流假說圖5(1）法國學者安培提出：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(cè)相當于兩個磁極．(如圖5所示)（2)當鐵棒中分子電流的取向大致相同時，鐵棒對外顯磁性(如圖6甲);當鐵棒中分子電流的取向變得雜亂無章時，鐵棒對外不顯磁性（如圖乙）．圖6(3）安培分子電流假說說明一切磁現(xiàn)象都是由電荷的運動產(chǎn)生的．例4（多選)關(guān)于磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，下列說法正確的是()A．除永久磁鐵外，一切磁場都是由運動電荷或電流產(chǎn)生的B．根據(jù)安培分子電流假說，在外磁場作用下，物體內(nèi)部分子電流取向變得大致相同時，物體就被磁化了，兩端形成磁極C．一切磁現(xiàn)象都起源于電流或運動電荷，一切磁作用都是電流或運動電荷之間通過磁場而發(fā)生的相互作用D．磁就是電，電就是磁;有磁必有電,有電必有磁答案BC解析永久磁鐵的磁場也是由運動電荷（分子電流即電子繞原子核的運動形成的電流）產(chǎn)生的,故A錯誤．沒有磁性的物體內(nèi)部分子電流的取向是雜亂無章的,分子電流產(chǎn)生的磁場相互抵消，但當受到外界磁場的作用力時分子電流的取向變得大致相同時，分子電流產(chǎn)生的磁場相互加強,物體就被磁化了，兩端形成磁極，故B正確．由安培分子電流假說知C正確．磁和電是兩種不同的物質(zhì)，故磁是磁,電是電，故D錯誤．四、地磁場1．地球本身就是一個大磁體，地磁場的N極在地理南極附近，地磁場的S極在地理北極附近．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．地磁場的水平分量總是從地球南極指向北極,而豎直分量則南北相反，在南半球豎直向上,在北半球豎直向下．例5（多選)下列說法正確的是（）A．地球是一個巨大的磁體,地磁場的N極在地球南極附近，地磁場的S極在地球北極附近B．地球表面磁場的豎直分量在南半球垂直于地面向上,在北半球垂直于地面向下C．地球的周圍存在著磁場，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答案AB解析地球周圍的磁場分布類似于條形磁鐵周圍的磁場分布，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．1。(磁感線的理解）如圖7是條形磁鐵的部分磁感線分布示意圖，關(guān)于圖中a、b兩點磁場的描述，正確的是（）圖7A．a(chǎn)點的磁場方向為圖中Ba指向B．b點的磁場方向為圖中Bb指向C．a(chǎn)點的磁場比b點的磁場強D．a(chǎn)點的磁場比b點的磁場弱答案C解析磁感線上某點的切線方向表示該點磁場的方向，圖中a、b兩點的磁場方向均是錯誤的，故A、B錯誤．磁感線疏密表示磁場的強弱,a點的磁感線比較密，則a點的磁場比b點的磁場強，故C正確，D錯誤．2．(安培定則的應(yīng)用）如圖所示為電流產(chǎn)生磁場的分布圖,其中正確的是(）答案D解析電流方向向上，由右手螺旋定則可得磁場為逆時針(從上向下看)，故A錯誤；電流方向向下，由右手螺旋定則可得磁場為順時針(從上向下看)，故B錯誤;圖C、D中電流為環(huán)形電流，由右手螺旋定則可知,內(nèi)部磁場應(yīng)向右，故C錯誤，故D正確．3.（安培定則的應(yīng)用）通電螺線管內(nèi)有一在磁場力作用下靜止的小磁針，磁針指向如圖8所示，則()圖8A．螺線管的P端為N極，a接電源的正極B．螺線管的P端為N極，a接電源的負極C．螺線管的P端為S極，a接電源的正極D．螺線管的P端為S極，a接電源的負極答案B解析通電螺線管內(nèi)軸線的磁場方向水平向左，則P端為N極，由安培定則知，b接電源正極，選項B正確．4．（磁現(xiàn)象的電本質(zhì)）（多選）用安培提出的分子電流假說可以解釋的現(xiàn)象是(）A．永久磁鐵的磁場 B．直線電流的磁場C．環(huán)形電流的磁場 D．軟鐵棒被磁化的現(xiàn)象答案AD解析安培分子電流假說是安培為解釋磁體的磁現(xiàn)象而提出來的，所以選項A、D是正確的；而通電導線周圍的磁場是由其內(nèi)部自由電荷定向移動產(chǎn)生的宏觀電流而產(chǎn)生的．分子電流和宏觀電流雖然都是運動電荷引起的,但產(chǎn)生的原因是不同的．考點一磁場和磁感線1．（多選）關(guān)于磁場和磁感線的描述，正確的說法有()A．磁極之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的,磁場和電場一樣,也是一種物質(zhì)B．磁感線可以形象地表示磁場的強弱與方向C．磁感線總是從磁鐵的北極出發(fā)，到南極終止D．磁感線就是細鐵屑在磁鐵周圍排列出的曲線,沒有細鐵屑的地方就沒有磁感線答案AB解析磁極之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的,磁場具有能量,所以是一種物質(zhì),A正確；磁感線的疏密程度可表示磁場的強弱,磁感線的切線方向可表示磁場的方向，B正確；磁感線是閉合曲線，在磁體外部，從磁體的北極出發(fā)，到南極終止；在磁體內(nèi)部,從南極指向北極，C錯誤；用細鐵屑在磁鐵周圍排列出的曲線可以模擬磁感線,但并不是磁感線．沒有細鐵屑的地方同樣可以畫出磁感線，故D錯誤．2．關(guān)于磁感線與靜電場中電場線的描述，下列說法正確的是()A．電場線起止于電荷，磁感線起止于磁極B．電場線一定是不閉合的，磁感線一定是閉合的C．磁感線是自由小磁針在磁場力作用下的運動軌跡D．電場線和磁感線實際上均存在，只是肉眼看不到答案B解析磁感線沒有起點也沒有終點，是閉合的曲線．靜電場中的電場線不是閉合曲線，起始于正電荷（或無窮遠處），止于無窮遠處(或負電荷）,故A錯誤，B正確；磁感線是曲線時,小磁針在磁場力作用下的運動軌跡并不與其重合，故選項C錯誤;電場線和磁感線都是為了描述抽象的場而人為引入的曲線，實際上并不存在,選項D錯誤．考點二電流的磁場安培定則3．如圖1所示,小磁針正上方的直導線與小磁針平行，當導線中有電流時，小磁針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)．首先觀察到這個實驗現(xiàn)象的物理學家和觀察到的現(xiàn)象是（)圖2A．物理學家伽利略，小磁針的N極垂直轉(zhuǎn)向紙內(nèi)B．天文學家開普勒，小磁針的S極垂直轉(zhuǎn)向紙內(nèi)C．物理學家牛頓,但小磁針靜止不動D．物理學家奧斯特，小磁針的N極垂直轉(zhuǎn)向紙內(nèi)答案D解析發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)的科學家是奧斯特，根據(jù)右手螺旋定則和小磁針N極所指的方向為該點磁場方向可知D對．故選D。4．做奧斯特實驗時，要觀察到小磁針明顯的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象,下列方法可行的是（）A．將導線沿東西方向放置，磁針放在導線的延長線上B．將導線沿東西方向放置，磁針放在導線的下方C．將導線沿南北方向放置，磁針放在導線的延長線上D．將導線沿南北方向放置,磁針放在導線的下方答案D解析由于小磁針受到地磁場的作用，要指南北方向,為了觀察到明顯的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，應(yīng)使電流產(chǎn)生的磁場方向為東西方向,故應(yīng)將直導線沿南北方向放置，當小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)時,說明了磁場的存在，故選D。

5．磁鐵的磁性變?nèi)?，需要充磁．充磁的方式有兩種，圖2甲是將條形磁鐵穿在通電螺線管中，圖乙是將條形磁鐵夾在電磁鐵之間，a、b和c、d接直流電源，下列接線正確的是(充磁時應(yīng)使外力磁場與磁鐵的磁場方向相同）（）圖2A．a(chǎn)接電源正極，b接電源負極,c接電源正極,d接電源負極B．a(chǎn)接電源正極,b接電源負極，c接電源負極,d接電源正極C．a(chǎn)接電源負極，b接電源正極,c接電源正極，d接電源負極D．a(chǎn)接電源負極，b接電源正極，c接電源負極，d接電源正極答案B解析題圖甲中,因磁鐵在螺線管的內(nèi)部，應(yīng)使螺線管內(nèi)磁感線方向從右向左(左端是N極,右端是S極），由安培定則可判定,a接電源正極，b接電源負極；題圖乙中，同理可知，右端是螺線管N極，左端是S極，由安培定則可判定c接電源負極，d接電源正極，B選項正確．6。如圖3所示，O處有一通電直導線，其中的電流方向垂直于紙面向里,圖形abcd為以O(shè)點為同心圓的兩段圓弧a和c與兩個半徑b和d構(gòu)成的扇形，則以下說法中正確的是（）圖3A．該通電直導線所產(chǎn)生的磁場方向如圖中的b或d所示，且離O點越遠，磁場越強B．該通電直導線所產(chǎn)生的磁場方向如圖中的b或d所示，且離O點越遠，磁場越弱C．該通電直導線所產(chǎn)生的磁場方向如圖中的a或c所示，且離O點越遠，磁場越強D．該通電直導線所產(chǎn)生的磁場方向如圖中的a或c所示,且離O點越遠，磁場越弱答案D解析由安培定則可知，通電直導線周圍的磁感線是以通電導線為圓心的一些同心圓，題給通電直導線產(chǎn)生的磁場方向如圖中a或c箭頭所示，且離通電直導線越遠，磁場越弱，故選項D正確．7.如圖4所示為磁場、磁場作用力演示儀中的赫姆霍茲線圈，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（）圖4A．小磁針N極向里轉(zhuǎn)B．小磁針N極向外轉(zhuǎn)C．小磁針在紙面內(nèi)向左擺動D．小磁針在紙面內(nèi)向右擺動答案A解析由于線圈中電流沿順時針方向，根據(jù)安培定則可以確定,線圈內(nèi)部軸線上磁感線方向垂直于紙面向里．而小磁針N極受力方向和磁感線方向相同，故小磁針N極向里轉(zhuǎn)．8．如圖5所示,直導線AB、螺線管C、電磁鐵D三者相距較遠，認為它們的磁場互不影響，當開關(guān)S閉合后，小磁針N極(黑色一端）的指向正確的是（）圖5A．a(chǎn)B．bC．cD．d答案B解析由右手螺旋定則可知，直導線AB的磁場方向（從上往下看）為逆時針方向,根據(jù)小磁針靜止時N極的指向即為磁場的方向，則有a磁針方向錯誤;而通電螺線管左端為S極，右端為N極，因此c磁針方向錯誤，b磁針的方向正確；對于電磁鐵D，左端相當于N極，右端相當于S極,故d磁針的方向錯誤，故選B.9．如圖6所示,若一束電子沿y軸正方向移動，則在z軸上某點A的磁場方向應(yīng)該(）圖6A．沿x軸的正方向 B．沿x軸的負方向C．沿z軸的正方向 D．沿z軸的負方向答案B解析電子沿y軸正方向移動,相當于電流方向沿y軸負方向，根據(jù)安培定則可判斷在z軸上A點的磁場方向應(yīng)該沿x軸的負方向，故選項B正