31 磁现象和磁场.docx

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31磁现象和磁场

3.1　磁现象和磁场

磁场是磁体、电流和运动电荷周围存在的一种特殊物质，说它“特殊”是因为它和我们常见的由分子、原子、离子组成的物质不同，它不是以微粒形式存在，而是以一种“场”的形式存在；说它是“物质”是因为它和我们常见的实物一样，具有能量，能对放入其中的磁体、电流和运动的电荷有力的作用，是不依赖于人类的意志而客观存在的特殊物质．

本节学习要点

1.知道磁场的概念，掌握磁体之间的相互作用规律。

2.体会奥斯特发现电流磁效应的重大意义，明确电和磁之间存在着相互作用。

3.了解地磁场的分布情况和地刺两级的特点。

基础梳理

一．磁现象

1.磁性：

物质具有吸引物体的性质叫做磁性。

2.磁体及磁极

具有磁性的物体叫做磁体，磁体中磁性最强的区域叫做磁极。

磁体一般都有两个磁极，一个叫南极，又称S极，另一个叫北极，又称N极。

注：

磁体的各部分磁性强弱不同，两极磁性最强，中间部分磁性最弱。

3.磁极间的相互作用规律

同名磁极相互，异名磁极相互，磁极间的作用力是相互的，即使磁极间不接触也能发生力的作用。

二.电流的磁效应

1.奥斯特实验

丹麦物理学家奥斯特做了著名的电流的磁效应的实验——奥斯特实验．

实验时，通电直导线要南北方向水平放置，磁针要与导线平行地放在导线的正下方或正上方，以保证电流的磁场与地磁场方向不同而使小磁针发生转动．让电流分别由南向北和由北向南通过。

2．实验结果

由于地磁场使磁针指向南北方向，直导线通电后小磁针改变指向说明通电直导线周围产生了磁场，而且仅当电流方向相反时或小磁针位置变化时，小磁针稳定后其N极指向恰好相反。

3.实验结论

实验说明：

（1）电流周围产生了磁场；

（2）电流周围的磁场分布与电流方向有关，与场点的相对位置有关。

三.磁场与地磁场

　1.地磁两极与地理两极一样吗？

（1）地磁的两极与地理的两极并不重合，并且地球的磁极在缓慢移动．地磁轴和地球自转轴两者的夹角约为11°.

（2）地磁场分布在磁极的四周，但地磁两极与地理两极差别不是很大，因此可用指南针判断方向．

由于磁场对运动电荷有力的作用，故射向地球的高速带电粒子，其运动方向会发生变化，不能直接到达地球．因此地磁场对地球生命有保护作用．

（3）若小磁针能浮在空中自由移动，小磁针既不是严格静止在南北方向，又不是严格的水平方向．这说明小磁针所受地磁场的作用力的方向既不是严格的南北方向，也不是严格的水平方向，但差别很小．

2．电场和磁场有哪些异同？

电场与磁场都是“场”，通过对比可加深对磁场的理解．二者的异同点列表如下：

对象

内容 电场 磁场

产生 电荷周围存在电场 磁体或电流

周围存在磁场

场强 大小 电场强度：

E＝Fq，是反映电场性质的物理量，其中q为检验电荷 磁感应强度：

B＝FIL，是反映磁场性质的物理量，其中IL为检验电流元，磁场力F的大小与电流I的方向有关，当I垂直于B时，F最大

 方向 规定：

正电荷在电场中某点的受力方向为该点的电场方向 规定：

小磁针静止时N极在磁场中的受力方向为该点的磁场方向

相互作用 同种电荷相互排斥

异种电荷相互吸引 同名磁极相互排斥

异名磁极相互吸引

一、电流的磁效应

【例1】以下说法中正确的是（　　）

A．磁极与磁极间的相互作用是通过磁场产生的

B．电流与电流间的相互作用是通过电场产生的

C．磁极与电流间的相互作用是通过电场与磁场共同产生的

D．磁场和电场是同一种物质

答案　A

解析　电流能够产生磁场，在电流的周围就有磁场存在，不论是磁极与磁极之间、电流与电流之间还是磁极与电流之间的相互作用，都是通过磁场产生的．磁场是一种特殊物质，它的基本性质是对放入磁场中的磁极或电流有磁场力的作用；而电场是电荷周围存在的一种特殊物质，其最基本的性质是对放入电场中的电荷有静电力的作用，因此，磁场和电场是两种不同的物质，各自具有其本身的性质．

（1）电流产生的磁场与磁体产生的磁场本质相同；

（2）磁极与磁极、磁极与电流、电流与电流之间的作用都是通过磁场产生的；（3）注意磁场与电场的区别．

二、地磁场

【例2】下列说法正确的是（　　）

A．磁体上磁性最强的部分叫磁极，任何磁体都有两个磁极

B．磁体与磁体之间的相互作用是通过磁场而发生的

C．地球的周围存在着磁场，但地磁的两极与地理的两极并不重合，其间有一个交角这就是磁偏角，磁偏角的数值在地球上不同地点是相同的

D．在地球表面各点磁场强弱相同

答案　AB

解析　地磁场类似于条形磁铁的磁场，所以在地球表面赤道上的磁场最弱，选项D不正确．在地球上不同位置，磁偏角的数值是不同的，因此C不正确.

1.下列关于磁场的说法中正确的是（　　）

A．磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质

B．磁场是为了解释磁极间相互作用而人为规定的

C．磁极与磁极间是直接发生作用的

D．磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生

答案　A

解析　磁场是客观存在于磁极或电流周围的一种物质，是不以人的意志为转移的，所以A对，B、D错；磁极与磁极之间、磁极与电流之间、电流与电流之间的作用都是通过它们的磁场发生的，并不需要物体之间直接接触，所以C是错误的．

2．奥斯特实验说明（　　）

A．通电导体的周围存在着磁场

B．导体的周围存在磁场

C．磁体的周围存在着磁场

D．磁场对电流有力的作用

答案　A

解析　实验中导体不通电时小磁针南北方向放置不偏转．通电后，小磁针偏转为东西方向，说明通电导体周围存在磁场，故A正确．

3．指南针本身就是一个小磁体，根据已有的磁场知识，你能分析一下，指南针为什么会指南、北吗？

答案　地磁场的南极（S极）在地球的北端（西经100.5°，北纬75.5°的北美洲帕里群岛附近），北极（N极）在地球的南端（东经139.9°，南纬66.6°的南极洲威尔斯附近）．根据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，小磁针的N极指向地理的北极附近．应注意小磁针的指向并不是正南正北，因为地磁的两极跟地理的两极并不重合，其间的夹角就是地磁偏角，简称磁偏角.

题型一磁现象及其成因

 如图1所示，

图1

质量为m的回形针系在细线下端被磁铁吸引保持静止，此时细绳与竖直方向的夹角为θ，则下列说法中正确的是（　　）

A．回形针静止时受到的磁体对它的磁力大小为mgtanθ

B．回形针静止时受到的细线的拉力大小为mgcosθ

C．现用点燃的火柴对回形针加热，过一会儿发现回形针不被磁铁吸引了．原因是回形针加热后，分子电流排列无序了

D．现用点燃的火柴对回形针加热，过一会儿发现回形针不被磁铁吸引了．原因是回形针加热后，分子电流消失了

思维步步高回形针受几个力？

这几个力在数值上有什么关系？

回形针为什么能够被吸引？

回形针的磁性来源是什么？

用点燃的火柴加热回形针对回形针有什么影响？

解析　回形针受到重力、绳子的拉力和磁力而平衡，磁力的方向并不是水平方向，所以A、B选项错．点燃火柴会使小磁针内部的分子电流无序，从而使小磁针的磁性消失，所以C对，D错．

答案　C

拓展探究关于磁场方向的说法，下列叙述正确的是（　　）

A．小磁针N极的指向

B．小磁针S极的受力方向

C．小磁针N极的受力方向

D．以上说法都不对

答案　C

磁体之所以能够显磁性，是因为磁体内部的分子电流规律分布，形成一个个小的规律排列的磁铁.

题型二磁场的应用

 为了使实验小车能在比较光滑的水平道路上运动，同学们设计了以下三种办法，甲同学将电扇固定在小车上，认为打开电风扇后小车会运动；乙同学要求在装着电扇的车上加个帆，并声明帆必须足够大，以集中全部风力；丙同学设想人提着强磁铁站在用钢铁材料制成的车上，如图2所示．则真正能使小车运动的设计是（　　）

图2

A．甲　　B．乙　　C．丙　　D．三个都不行

思维步步高运动的条件是什么？

磁铁与人之间的作用力是内力还是外力？

解析　要想使车运动起来，必须使车和外界发生相互作用，不能是车内部各部分之间发生相互作用．

答案　A

拓展探究如图3所示，

图3

A为橡胶圆盘，其盘面竖直．B为紧贴A的毛皮，在靠近盘的中轴上有一个小磁针静止于图示位置．当沿图中箭头的方向转动把手C时，小磁针将发生什么现象？

答案　见解析

解析　当转动把手时，A盘边缘处与毛皮摩擦而带有负电荷，随盘做圆周运动形成一个环形电流，电流周围产生磁场，故对小磁针有力的作用，根据安培定则可知，小磁针的N极将发生偏转，沿圆盘的中心轴的方向上，即小磁针的N极向右，S极向左．

磁现象有很多应用，其中可以利用磁体间的相互作用吸引物体或者研究受力问题.

一、选择题

1．关于宇宙中天体的磁场，下列说法正确的是（　　）

A．宇宙中的许多天体都有与地球相似的磁场

B．宇宙中的所有天体都有与地球相似的磁场

C．用指南针可以在任何一个天体上判别方向

D．用指南针只能在类似于地球磁场的天体上判别方向

答案　AD

解析　不但地球有磁场，宇宙中的许多天体也有磁场，但有些星球的磁场不是全球性的，指南针只能在有全球性磁场的星球上判别方向，否则指南针就不能工作．

2．超导是当今高科技的热点之一，当一块磁体靠近超导体时，超导体中会产生强大的电流，对磁体有排斥作用，这种排斥力可使磁体悬浮在空中，磁悬浮列车就采用了这项技术，磁体悬浮的原理是（　　）

①超导体电流的磁场方向与磁体的磁场方向相同

②超导体电流的磁场方向与磁体的磁场方向相反

③超导体使磁体处于失重状态

④超导体对磁体的磁力与磁体的重力相平衡

A．①③　　　B．①④　　　C．②③　　　D．②④

答案　D

解析　同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，所以电流的磁场方向和磁体的磁场方向相反．磁体悬浮在空中，重力和磁力平衡．

3．关于磁铁的两个磁极，下列说法中正确的是（　　）

A．可以分开

B．不能分开

C．一定条件下可以分开

D．磁铁很小时就只有一个磁极

答案　B

4．下列说法正确的是（　　）

A．只有磁极周围空间存在磁场

B．相互接触的两个磁体之间没有磁场力的作用

C．磁体对电流有力的作用，电流对磁体没有力的作用

D．磁体和电流之间力的作用是相互的，都是通过磁场产生力的作用

答案　D

5．地球是一个大磁体：

①在地面上放置一个小磁针，小磁针的南极指向地磁场的南极；②地磁场的北极在地理南极附近；③赤道附近地磁场的方向和地面平行；④地球上任何地方的地磁场方向都是和地面平行的．以上关于地磁场的描述正确的是（　　）

A．①②④ B．②③④ C．①④ D．②③

答案　D

6．如图4所示，

图4

假设将一个小磁针放在地球的北极点上，那么小磁针的N极将（　　）

A．指北

B．指南

C．竖直向上

D．竖直向下

答案　B

解析　地理北极不是地磁S极，小磁针N极的方向和地磁感线方向同向．

7．下列所述情况，哪一种可以肯定钢棒没有磁性（　　）

A．将钢棒的一端接近磁针的北极，两者互相吸引，再将钢棒的另一端接近磁针的南极，两者互相排斥

B．将钢棒的一端接近磁针的北极，两者互相吸引，再将钢棒的另一端接近磁针的南极，两者仍互相吸引

C．将钢棒的一端接近磁针的北极，两者互相吸引，再将钢棒的另一端接近磁针的北极，两者仍互相吸引

D．将钢棒的一端接近磁针的北极，两者互相排斥

答案　C

二、计算论述题

8．地球是个大磁场，在地球上，指南针能指南北是因为受到什么的作用？

人类将在本世纪登上火星，目前，火星上的磁场情况不明，如果现在登上火星，你认为在火星上的宇航员能依靠指南针来导向吗？

答案　地磁场　不能

解析　地球周围有磁场，指南针就是因为受到地磁场的作用力而指南的．火星上磁场情况不明，不能用指南针来导向．

9．动手试一试：

如图5，

图5

把一条通电导线平行地放在小磁针