第6章　第1節(jié)　磁現(xiàn)象與磁場(chǎng)-高中物理 必修第3冊(cè)(配粵教版)

第一節(jié)磁現(xiàn)象與磁場(chǎng)[核心素養(yǎng)·明目標(biāo)]核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)目標(biāo)物理觀念知道磁場(chǎng)的概念，知道磁感線的概念及安培定則，并能解釋相關(guān)的自然現(xiàn)象科學(xué)思維能用磁感線描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，會(huì)用安培定則判定常見(jiàn)的磁場(chǎng)分布科學(xué)探究學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)探究通電直導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)，學(xué)會(huì)與他人交流合作，能獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究能力科學(xué)態(tài)度與責(zé)任體驗(yàn)磁現(xiàn)象在現(xiàn)代生活中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)的精神，培養(yǎng)將物理學(xué)原理應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)生活的能力知識(shí)點(diǎn)一磁現(xiàn)象與磁場(chǎng)1．電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的相似性電現(xiàn)象磁現(xiàn)象自然界中存在正電荷和負(fù)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(chǎng)(1)來(lái)源：磁體周圍和電流周圍都存在磁場(chǎng)，一切磁相互作用都是通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。(2)基本性質(zhì)：對(duì)放入其中的磁體或通電導(dǎo)體有力的作用。磁場(chǎng)概念的建立所有與磁現(xiàn)象有關(guān)的相互作用，都是通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生的，可與電荷間的相互作用相類比，如圖所示。1：思考辨析(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)磁場(chǎng)看不見(jiàn)，摸不著，實(shí)際不存在。 (×)(2)磁體上各部分的磁性并不都是相同的。 (√)知識(shí)點(diǎn)二磁感線1．磁感線(1)定義：在磁場(chǎng)中畫出一些曲線，使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟這一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向一致，這樣的曲線叫作磁感線。(2)特點(diǎn)：①磁感線的疏密程度表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。②磁感線上某點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。(3)方向：在磁體外部從N極到S極，磁體內(nèi)部從S極到N極，是閉合(選填“閉合”或“開(kāi)放”)曲線。(4)物理意義：用來(lái)形象描述磁場(chǎng)的假想線，實(shí)際上并不存在。2．安培定則(1)直線電流的磁場(chǎng)：右手握住導(dǎo)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(chǎng)：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(dǎo)線軸線上磁感線的方向，如圖乙。(3)通電螺線管的磁場(chǎng)：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(nèi)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(shí)際并不存在，沒(méi)有磁感線的地方，并不表示就沒(méi)有磁場(chǎng)。2：思考辨析(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)磁感線是假想的曲線，沒(méi)有實(shí)際意義。 (×)(2)沒(méi)有磁感線的地方，就沒(méi)有磁場(chǎng)。 (×)(3)安培定則中，彎曲四指所指方向均為磁場(chǎng)的方向。 (×)知識(shí)點(diǎn)三安培分子電流假說(shuō)1．分子電流假說(shuō)：在原子、分子等物質(zhì)微粒的內(nèi)部都存在一種環(huán)形電流——分子電流，分子電流使每個(gè)物質(zhì)分子都成為一個(gè)微小的磁體。2．安培的假設(shè)能很好地解釋磁化和退磁。3．磁現(xiàn)象的本質(zhì)：磁鐵的磁場(chǎng)和電流的磁場(chǎng)一樣，都是電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。知識(shí)點(diǎn)四地磁場(chǎng)1．概念：地球由于本身具有磁性而在其周圍形成的磁場(chǎng)叫作地磁場(chǎng)。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。地磁極與地理極之間的夾角稱為磁偏角，在地球上的不同位置，磁偏角是不同的。3．思考辨析(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)在地球赤道上，小磁針的N極指向地磁南極。 (√)(2)地球的磁場(chǎng)與條形磁體的磁場(chǎng)相似，并且地理位置的南北極即為地球磁場(chǎng)的南北極。 (×)考點(diǎn)1對(duì)磁感線的理解如圖是U形磁體的磁感線。試探究：(1)a點(diǎn)沒(méi)有磁感線，a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)度不等于零，磁體周圍存在磁場(chǎng)，磁感線是形象地描述磁場(chǎng)而引入的假想曲線，實(shí)際并不存在，磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，密集的地方磁場(chǎng)強(qiáng)，稀疏的地方磁場(chǎng)弱。(2)不是。磁感線是閉合曲線，沒(méi)有起點(diǎn)和終點(diǎn)，圖中沒(méi)有畫出磁體內(nèi)部的磁感線。1．磁感線的特點(diǎn)(1)為形象描述磁場(chǎng)而引入的假想曲線，實(shí)際并不存在。(2)磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)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。2．幾種典型磁場(chǎng)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(diǎn)(1)關(guān)于條形磁鐵對(duì)稱(2)磁鐵內(nèi)部近似勻強(qiáng)磁場(chǎng)(3)中垂線上各點(diǎn)磁感線方向與磁鐵平行(1)關(guān)于磁鐵中軸線對(duì)稱，方向相反(2)中軸線上各點(diǎn)磁感線方向均垂直于中軸線(1)關(guān)于兩磁極的連線及連線的中垂線均對(duì)稱(2)兩磁極連線上磁感線的方向沿連線，中點(diǎn)最弱(3)兩磁極連線的中垂線上磁場(chǎng)方向沿中垂線(1)關(guān)于兩磁極的連線及連線的中垂線對(duì)稱(2)中垂線上各點(diǎn)磁感線方向相同(3)在連線上中點(diǎn)的磁場(chǎng)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(shí)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(diǎn)撥：(1)磁感線的切線方向?yàn)榇鸥袘?yīng)強(qiáng)度方向。(2)小磁針靜止時(shí)N極指向?yàn)榇鸥袘?yīng)強(qiáng)度方向。A[小磁針靜止時(shí)N極所指的方向與磁場(chǎng)方向相同，故選項(xiàng)A正確，D錯(cuò)誤；磁體外部磁場(chǎng)方向應(yīng)從N極指向S極，故選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤。]磁感線與電場(chǎng)線的比較兩種線磁感線電場(chǎng)線不同點(diǎn)閉合曲線不閉合，起始于正電荷或無(wú)限遠(yuǎn)，終止于無(wú)限遠(yuǎn)或負(fù)電荷相似點(diǎn)引入目的為形象描述場(chǎng)而引入的假想曲線，實(shí)際并不存在疏密表示場(chǎng)的強(qiáng)弱切線方向表示場(chǎng)的方向是否相交不相交[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．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D[地磁場(chǎng)的分布規(guī)律與條形磁鐵類似，在地理北極附近，地磁場(chǎng)豎直向下，此處小磁針的N極應(yīng)豎直向下，D正確。]考點(diǎn)2安培定則的理解與應(yīng)用根據(jù)安培假說(shuō)的物理思想：磁場(chǎng)來(lái)源于運(yùn)動(dòng)電荷。如果用這種思想解釋地球磁場(chǎng)的形成，根據(jù)地球上空并無(wú)相對(duì)地球定向移動(dòng)的電荷的事實(shí)，認(rèn)為地磁場(chǎng)是由于地球的自轉(zhuǎn)所形成。那么由此推斷，地球總體應(yīng)該是帶正電還是帶負(fù)電？提示：因在地球的內(nèi)部地磁場(chǎng)從地球北極指向地球的南極，根據(jù)右手螺旋定則可判斷出地球表現(xiàn)環(huán)形電流的方向應(yīng)從東到西，而地球是從西向東自轉(zhuǎn)，所以只有地球表面帶負(fù)電荷才能形成上述電流。綜上所述，地球總體應(yīng)該帶負(fù)電。三種常見(jiàn)的電流的磁感線分布特點(diǎn)安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖直線電流以導(dǎo)線上任意點(diǎn)為圓心的多組同心圓，越向外越稀疏，磁場(chǎng)越弱環(huán)形電流內(nèi)部磁場(chǎng)比環(huán)外強(qiáng)，磁感線越向外越稀疏通電螺線管內(nèi)部為勻強(qiáng)磁場(chǎng)且比外部強(qiáng)，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(chǎng)，c、d是環(huán)形電流的磁場(chǎng)，e、f是通電螺線管的磁場(chǎng)，試在各圖中補(bǔ)畫出電流方向或磁感線方向。思路點(diǎn)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(jù)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(shí)針，d中磁感線方向向下，e中螺線管內(nèi)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(chǎng)的三點(diǎn)說(shuō)明(1)應(yīng)用安培定則判定電流周圍磁場(chǎng)的方向時(shí)，直線電流判定的是導(dǎo)線之外磁場(chǎng)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(chǎng)的方向。(2)當(dāng)小磁針處于磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，或環(huán)形電流、通電螺線管外部時(shí)，可根據(jù)同名磁極相斥，異名磁極相吸來(lái)判斷小磁針的受力方向。(3)當(dāng)小磁針處于直線電流的磁場(chǎng)中或處于環(huán)形電流、通電螺線管內(nèi)部時(shí)，應(yīng)該根據(jù)小磁針N極所指方向與通過(guò)該點(diǎn)的磁感線的切線方向相同，來(lái)判斷小磁針的受力方向。[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．如圖所示，分別給出了導(dǎo)線中的電流方向或磁場(chǎng)中某處小磁針靜止時(shí)N極的指向或磁感線方向。請(qǐng)畫出對(duì)應(yīng)的磁感線(標(biāo)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(shí)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(lái)判斷，分別如下列各圖所示。1．如圖所示的“司南”是人們公認(rèn)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(chǎng) B．地球周圍有磁場(chǎng)C．月球周圍有磁場(chǎng) D．太陽(yáng)周圍有磁場(chǎng)B[地球周圍存在磁場(chǎng)，磁場(chǎng)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．地球是一個(gè)大磁體：①在地面上放置一個(gè)小磁針，小磁針的南極指向地磁場(chǎng)的南極；②地磁場(chǎng)的北極在地理南極附近；③赤道附近地磁場(chǎng)的方向和地面平行；④北半球地磁場(chǎng)方向相對(duì)地面是斜向上的；⑤地球上任何地方的地磁場(chǎng)方向都是和地面平行的。以上關(guān)于地磁場(chǎng)的描述正確的是()A．①②④B．②③④C．①⑤D．②③D[地磁場(chǎng)類似于條形磁鐵磁場(chǎng)，地磁南極在地理的北極附近，而地磁的北極在地理的南極附近。]3．如圖所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后，小磁針處在通電電流的磁場(chǎng)中的位置正確的是()ABCDD[依據(jù)安培定則，判斷出電流的磁場(chǎng)方向；再根據(jù)小磁針靜止時(shí)N極的指向?yàn)榇艌?chǎng)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(chǎng))情境：云層之間閃電的模擬圖如圖所示，圖中B、A是位于南、北方向帶有電荷的兩塊陰雨云，在放電的過(guò)程中，兩云的尖端之間形成了一個(gè)放電通道，發(fā)現(xiàn)位于通道正上方的小磁針N極轉(zhuǎn)向紙里，S極轉(zhuǎn)向紙外。問(wèn)題：試分析B、A的帶電情況。[解析]云層間放電必須發(fā)生在異號(hào)電荷之間，在云層間放電時(shí)，形成的強(qiáng)電場(chǎng)和高溫將空氣電離成正離子和負(fù)離子，并在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下做定向移動(dòng)，形成電流，相當(dāng)于通電直導(dǎo)線形成的磁場(chǎng)。由題意知，從南往北看，磁場(chǎng)是逆時(shí)針的，根據(jù)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(fù)電。[答案]見(jiàn)解析回歸本節(jié)知識(shí)，自我完成以下問(wèn)題：1．寫出磁感線的特點(diǎn)？提示：切線方向表示該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，疏密表示強(qiáng)弱的閉合曲線。2．試寫出直線電流的磁場(chǎng)？提示：用右手握住通電直導(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向與電流的方向一致，則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(xiàn)象的電本質(zhì)是什么？提示：磁鐵的磁場(chǎng)，電流的磁場(chǎng)都是由電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。指南針與鄭和下西洋磁針能夠指向南北，是因?yàn)榈卮艌?chǎng)的存在。指南針的廣泛使用，促進(jìn)了人們對(duì)地球磁場(chǎng)的認(rèn)識(shí)。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(zhǔn)確地指南或指北，其間有一個(gè)交角，這就是地磁偏角。地磁偏角的數(shù)值在地球上的不同地點(diǎn)是不同的。不僅如此，由于地球磁極的緩慢移動(dòng)，地磁偏角也在緩慢變化。在使用指南針確定南北方向時(shí)，只有將地磁偏角考慮在內(nèi)，才能得出準(zhǔn)確的結(jié)果。地磁偏角的發(fā)現(xiàn)，對(duì)于科學(xué)的發(fā)展和指南針在航海中的應(yīng)用都很重要。地理兩極與地磁兩極不重合我國(guó)是最早在航海中使用指南針的國(guó)家。鄭和下西洋的船隊(duì)已經(jīng)裝備了羅盤，導(dǎo)航時(shí)兼用羅盤和觀星，二者互相補(bǔ)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(shí)期，我國(guó)海道針經(jīng)一類書(shū)籍相當(dāng)豐富。從1405年到1433年，鄭和先后7次下西洋，向南到達(dá)爪哇，向西到達(dá)波斯灣和紅海的麥加，最遠(yuǎn)到達(dá)赤道以南的非洲東海岸。鄭和下西洋產(chǎn)生的影響是多方面的。它開(kāi)拓了我國(guó)在南洋群島、印度洋沿岸國(guó)家的海外市場(chǎng)，刺激了我國(guó)的