新教材同步系列2024春高中物理第6章電磁現象與電磁波第1節(jié)磁現象與磁場教師用書粵教版必修第三冊

第一節(jié)磁現象與磁場學習任務1．知道磁場和磁感線的概念及安培定則，并能解釋相關的自然現象。2．能用磁感線描述磁場的強弱，會用安培定則判定常見的磁場分布。3．學會實驗探究通電直導線周圍的磁場，學會與他人交流合作，能獨立完成實驗報告，提高科學實驗探究能力，培養(yǎng)學生熱愛科學的精神。知識點一磁現象與磁場1．電現象和磁現象的相似性電現象磁現象自然界中存在正電荷和負電荷磁體上存在S極和N極同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引2．磁場(1)來源：磁體周圍和電流周圍都存在磁場，一切磁相互作用都是通過磁場來實現的。(2)基本性質：對放入其中的磁體或通電導體有力的作用。知識點二磁感線1．磁感線(1)定義：在磁場中畫出一些有方向的曲線，使曲線上每一點的切線方向都跟這一點的磁場方向一致，這樣的曲線叫作磁感線。(2)特點：①磁感線的疏密程度表示磁場的強弱。②磁感線上某點的切線方向表示該點磁感應強度的方向。(3)方向：在磁體外部從N極到S極，磁體內部從S極到N極，是閉合(選填“閉合”或“開放”)曲線。(4)物理意義：用來形象描述磁場的假想線，實際上并不存在。2．安培定則(1)直線電流的磁場：右手握住通電直導線，讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向，如圖甲。甲乙丙(2)環(huán)形電流的磁場：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，如圖乙。(3)通電螺線管的磁場：右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向跟電流方向一致，拇指所指的方向就是螺線管內部磁感線的方向，或拇指指向螺線管的N極，如圖丙。磁感線是假想的曲線，實際并不存在，沒有磁感線的地方，并不表示就沒有磁場。知識點三安培分子電流假說1．分子電流假說：任何物質的分子中都存在環(huán)形電流——分子電流，分子電流使每個物質分子都成為一個微小的磁體。2．安培的假設能很好地解釋磁化和退磁。3．磁現象的本質：磁鐵的磁場和電流的磁場一樣，都是電荷的運動產生的。知識點四地磁場1．概念：地球由于本身具有磁性而在其周圍形成的磁場叫作地磁場。2．方向：地球磁體的N極位于地理南極附近，地球磁體的S極位于地理北極附近。思考辨析(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)(1)磁體上各部分的磁性并不都是相同的。 (√)(2)安培定則中，彎曲四指所指方向均為磁場的方向。 (×)(3)在地球赤道上，小磁針的N極指向地磁南極。 (√)(4)地球的磁場與條形磁體的磁場相似，并且地理位置的南北極即為地球磁場的南北極。 (×)(5)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，也是一種客觀存在的特殊物質。 (√)如圖是U形磁體的磁感線。試探究：(1)a點沒有磁感線，a點的磁感應強度等于零嗎？(2)磁感線是起始于N極，終止于S極嗎？[提示](1)磁感應強度不等于零，磁體周圍存在磁場，磁感線是形象地描述磁場而引入的假想曲線，實際并不存在，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。(2)不是。磁感線是閉合曲線，沒有起點和終點，圖中沒有畫出磁體內部的磁感線。對磁感線的理解1．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。(3)磁感線的方向：磁體外部從N極指向S極，磁體內部從S極指向N極。(4)磁感線閉合而不相交，不相切，也不中斷。2．幾種典型磁場的磁感線分布磁體條形磁鐵蹄形磁鐵同名磁極間異名磁極間分布圖特點(1)關于條形磁鐵對稱(2)磁鐵內部近似勻強磁場(3)中垂線上各點磁感線方向與磁鐵平行(1)關于磁鐵中軸線對稱，方向相反(2)中軸線上各點磁感線方向均垂直于中軸線(1)關于兩磁極的連線及連線的中垂線均對稱(2)兩磁極連線上磁感線的方向沿連線，中點最弱(3)兩磁極連線的中垂線上磁場方向沿中垂線(1)關于兩磁極的連線及連線的中垂線均對稱(2)中垂線上各點磁感線方向相同(3)在連線上中點的磁場最弱【典例1】如圖中繪出了磁鐵的磁感線及其旁邊小磁針靜止時所指的方向(小磁針黑色端表示N極)，其中正確的是()ABCD思路點撥：(1)磁感線的切線方向為磁感應強度方向。(2)小磁針靜止時N極指向為磁感應強度方向。A[小磁針靜止時N極所指的方向與磁場方向相同，故選項A正確，D錯誤；磁體外部磁場方向應從N極指向S極，故選項B、C錯誤。]磁感線與電場線的比較兩種線磁感線電場線不同點閉合曲線不閉合，起始于正電荷或無限遠，終止于無限遠或負電荷相似點引入目的為形象描述場而引入的假想曲線，實際并不存在疏密表示場的強弱切線方向表示場的方向是否相交不相交[跟進訓練]1．如圖所示，假設將一個小磁針放在地球的北極點上，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D[地磁場的分布規(guī)律與條形磁鐵類似，在地理北極附近，地磁場豎直向下，此處小磁針的N極應豎直向下，D正確。]安培定則的理解與應用三種常見的電流的磁感線分布特點項目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的多組同心圓，越向外越稀疏，磁場越弱環(huán)形電流內部磁場比環(huán)外強，磁感線越向外越稀疏，磁場越弱通電螺線管內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【典例2】如圖所示，a、b是直線電流的磁場，c、d是環(huán)形電流的磁場，e、f是通電螺線管的磁場，試在各圖中補畫出電流方向或磁感線方向。思路點撥：(1)“×”表示B垂直紙面向里，“·”表示B垂直紙面向外。(2)正確使用安培定則。[解析]根據安培定則，可以確定a中電流方向垂直紙面向里，b中電流方向從下向上，c中電流方向沿逆時針，d中磁感線方向向下，e中螺線管內部磁感線方向向左，f中磁感線方向向右。[答案]如圖所示電流磁場的三點說明(1)應用安培定則判定電流周圍磁場的方向時，直線電流判定的是導線之外磁場的方向，環(huán)形電流和通電螺線管判定的是線圈軸線上磁場的方向。(2)當小磁針處于磁體產生的磁場中，或環(huán)形電流、通電螺線管外部時，可根據同名磁極相斥，異名磁極相吸來判斷小磁針的受力方向。(3)當小磁針處于直線電流的磁場中或處于環(huán)形電流、通電螺線管內部時，應該根據小磁針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。[跟進訓練]2．如圖所示，分別給出了導線中的電流方向或磁場中某處小磁針靜止時N極的指向或磁感線方向。請畫出對應的磁感線(標上方向)或電流方向。[解析]如果已知電流的方向，可用右手螺旋定則判斷磁感線的方向。如果已知小磁針靜止時N極指向，那么小磁針N極所指方向就是磁感線方向。[答案]用安培定則來判斷，分別如下列各圖所示。1．如圖所示的“司南”是人們公認的最早的磁性定向工具，司南能指南北的原因是()A．地球周圍有電場 B．地球周圍有磁場C．月球周圍有磁場 D．太陽周圍有磁場B[地球周圍存在磁場，磁場方向外部由地理南極指向地理北極，所以司南能指南北，B正確。]2．如圖所示，一束電子沿z軸正向流動，則在圖中y軸上A點的磁場方向是()A．＋x方向 B．－x方向C．＋y方向 D．－y方向A[由題意可知，電子流沿z軸正向流動，則電流方向沿z軸負向，由安培定則可以判斷，電流激發(fā)的磁場以z軸為中心(沿z軸負向)沿順時針方向，通過y軸A點時方向向外，即沿x軸正向。故選A。]3．如圖所示，當開關S閉合后，小磁針處在通電電流的磁場中的位置正確的是()ABCDD[依據安培定則，判斷出電流的磁場方向；再根據小磁針靜止時N極的指向為磁場的方向，判知D正確。]4．(新情境題，以“尖端放電”為背景，考查直線電流的磁場)情境：云層之間閃電的模擬圖如圖所示，圖中B、A是位于南、北方向帶有異號電荷的兩塊陰雨云，在放電的過程中，兩云的尖端之間形成了一個放電通道，發(fā)現位于通道正上方的小磁針N極轉向紙里，S極轉向紙外。問題：試分析B、A的帶電情況。[解析]在云層間放電時，形成的強電場和高溫將空氣電離成正離子和負離子，并在強電場的作用下做定向移動，形成電流，相當于通電直導線形成的磁場。由題意知，從南往北看，磁場是逆時針的，根據安培定則可以判斷電流是從A流向B的，故可知A帶正電，B帶負電。[答案]見解析回歸本節(jié)知識，自我完成以下問題：1．寫出磁感線的特點。[提示]切線方向表示該點的磁場方向，疏密表示強弱的閉合曲線。2．試寫出直線電流的磁場。[提示]用右手握住通電直導線，讓伸直的拇指所指的方向與電流的方向一致，四指彎曲方向就是直線電流周圍磁感線的環(huán)繞方向。3．磁現象的電本質是什么？[提示]磁鐵的磁場，電流的磁場都是由電荷的運動產生的。指南針與鄭和下西洋磁針能夠指向南北，是因為地磁場的存在。指南針的廣泛使用，促進了人們對地球磁場的認識。地球的地理兩極與地磁兩極并不重合(如圖)，因此，磁針并非準確地指南或指北，其間有一個交角，這就是地磁偏角。地磁偏角的數值在地球上的不同地點是不同的。不僅如此，由于地球磁極的緩慢移動，地磁偏角也在緩慢變化。在使用指南針確定南北方向時，只有將地磁偏角考慮在內，才能得出準確的結果。地磁偏角的發(fā)現，對于科學的發(fā)展和指南針在航海中的應用都很重要。地理兩極與地磁兩極不重合我國是最早在航海中使用指南針的國家。鄭和下西洋的船隊已經裝備了羅盤，導航時兼用羅盤和觀星，二者互相補充、互相修正。他的航海圖叫作“針圖”，圖中的航線叫作“針路”。明清時期，我國海道針經一類書籍相當豐富。從1405年到1433年，鄭和先后7次下西洋，向南到達爪哇，向西到達波斯灣和紅海的麥加，最遠到達赤道以南的非洲東海岸。鄭和下西洋產生的影響是多方面的。它開拓了我國在南洋群島、印度洋沿岸國家的海外市場，刺激了我國的商品生產，對當時我國資本主義因素的增長有一定的推動作用。它還開辟了從中國到紅海、非洲東海岸的航道，繪制了航海地圖，總結了當時的航海技術和航海地理知識，對溝通東西方海路交通做出了重大貢獻。鄭和的航海圖連同船隊其他人的著作，介紹了他們經過的國家的山川地貌和風土人情，大大開闊了中國人的地理視野。鄭和的航?；顒硬坏侵袊Ｉ咸诫U事業(yè)的巨大成就，也是世界地理發(fā)展史上的光輝記錄。(1)地磁場的N極在哪里？(2)在赤道上，磁感線的方向如何？[提示](1)在地理南極附近。(2)水平指向北。課時分層作業(yè)(十七)磁現象與磁場1．如圖所示，在長直導線A通電后，小磁針靜止在圖示位置，則直導線中的電流方向和P點的磁場方向分別為()A．垂直紙面向里，向上B．垂直紙面向里，向下C．垂直紙面向外，向上D．垂直紙面向外，向下B[由題意可知，小磁針N極指向即為磁場方向，根據安培定則可知，通電導線電流方向垂直紙面向里，那么通電直導線右側的P點的磁場方向向下，故A、C、D錯誤，B正確。]2．(多選)中國宋代科學家沈括在《夢溪筆談》中最早記載了地磁偏角：“以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也?！边M一步研究表明，地球周圍地磁場的磁感線分布示意如圖所示。結合上述材料，下列說法不正確的是()A．地理南、北極與地磁場的南、北極不重合B．地球內部也存在磁場，地磁南極在地理北極附近C．地球表面任意位置的地磁場方向都與地面平行D．距離地球表面高度相等的點，磁場的強弱相同CD[地球為一巨大的磁體，地磁場的南、北極在地理上的北極和南極附近，兩極并不重合，A正確；地球內部也存在磁場，僅在赤道正上方時距離地球表面高度相等的點，磁場的強弱才相同，故B正確，C、D錯誤。]3．將A、B兩個磁環(huán)先后套在光滑的木支架上，并使兩個磁環(huán)相對的磁極極性相同，此時可以看到上方的磁環(huán)A“懸浮”在空中，如圖所示。設兩個磁環(huán)受到的重力相等且都為G，則磁環(huán)B對木支架底座的壓力F與重力G的大小關系是()A．F<G B．F＝GC．G<F<2G D．F＝2GD[A、B相對的磁極極性相同，相互作用力是斥力。A懸浮在空中，說明A受力平衡，因此，A受到的重力和B對A的斥力大小相等，根據相互作用的兩個力大小相等，可知B受到A的斥力大小等于G。這樣，B受到重力、A對B向下的斥力和一個向上的力即底座對B向上的支持力F支，B保持靜止，所以F支＝2G，故B對底座的壓力F也為2G，選項D正確。 (也可將A、B看作整體，得出F支＝2G)]4．冰箱門軟磁條的外部磁感線正面圖如圖所示，以下說法正確的是()A．磁感線越密的地方磁場越弱B．軟磁條a位置應為N極C．磁感線與電場線一樣真實存在于空間之中D．軟磁條內部a、b之間的磁感線方向應由a指向bD[根據磁感線的特點可知，磁感線越密的地方磁場越強，A錯誤；磁感線在磁體外部從N極指向S極，在磁體內部從S極指向N極，由題圖可知，軟磁條外部磁感線從b指向a，則軟磁條a位置為S極，b位置為N極，磁感線是閉合曲線，在軟磁條內部磁感線從a指向b，故B錯誤，D正確；磁感線和電場線是為了描述磁場和電場而假想的曲線，實際是不存在的，C錯誤。]5．某同學為了解放雙手，使用了如圖所示的磁性手機支架，支架上的強磁鐵與粘在手機背面的引磁片緊緊吸附在一起，使手機處于傾斜狀態(tài)而保持靜止。下列說法正確的是()A．手機一共受到三個力的作用B．磁性手機支架對手機的合力大于手機的重力C．調整支架使手機與水平面夾角增大，手機受到的摩擦力減小D．調整支架使手機與水平面夾角增大，支架對桌面的壓力大小不變D[手機受到重力、支持力、磁鐵的吸引力以及摩擦力才能保持靜止，故A選項錯誤；磁性手機支架對手機的合力大小等于手機的重力，故B選項錯誤；調整支架使手機與水平面夾角增大，手機受到的摩擦力大小等于重力在斜面上的分力，當夾角變大時，摩擦力也會變大，故C選項錯誤；調整支架使手機與水平面夾角增大時，支架對桌面的壓力始終等于支架和手機的重力，故D選項正確。]6．磁鐵的磁性變弱，需要充磁。充磁的方式有兩種，圖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(充磁時應使外加磁場與磁鐵的磁場方向相同)()甲乙A．a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接電源負極，b接電源正極，c接電源負極，d接電源正極B[題圖甲中，因磁鐵在螺線管的內部，應使螺線管內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