学年高考物理主题3电磁场与电磁波初步1磁现象和磁场学案必修3.docx

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学年高考物理主题3电磁场与电磁波初步1磁现象和磁场学案必修3

1　磁现象和磁场

[学科素养与目标要求]　

物理观念：

1.了解磁现象在人类生活中的作用，理解科学技术在社会发展中的作用.2.知道磁场的概念和磁场的方向.3.理解磁感线的概念，会用磁感线描述电流的磁场.4.了解地球的磁场，知道磁偏角的概念.

科学态度与责任：

1.了解我国航海事业的发展及指南针在航海中的作用.2.了解磁现象在现代生活中的应用，培养学生热爱科学的精神.

一、磁现象

1.磁性：

物体具有的吸引铁质物体的性质.

磁体：

具有磁性的物体.

2.磁体间的相互作用：

同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引.

3.磁现象的应用：

（1）指南针在航海中的应用：

①我国是最早在航海上使用指南针的国家，导航时兼用罗盘和观星，二者相互补充，相互修正.用罗盘指引航向，探索航道，将船舶航向的变动与指南针指向变动的对应关系总结出来，画出的航线在古代称为“针路”或“针径”.

②葡萄牙航海家麦哲伦用了三年时间完成了环球航行，通过这次航行，人类更加认识到地球是球形.

（2）现代生活中磁现象的应用：

如磁录音、磁录像、电话、电视、计算机都离不开磁，发电机、电动机、各种电气仪表都跟磁有关.

二、磁场

1.磁极之间的力是通过一种场——磁场来传递的.

2.磁场的方向：

物理学规定，在磁场中的某一点，小磁针静止时N极所指方向就是这一点的磁场方向.

3.磁感线：

是在磁场中画出的一些有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的切线方向都与该点的磁场方向一致.

三、地磁场

1.地球本身是一个磁体，N极位于地理南极附近，S极位于地理北极附近（如图1所示）

图1

2.磁偏角：

自由转动的小磁针静止时，并不能指向正南、正北.小磁针的指向与地轴之间的夹角，叫做磁偏角.

3.宇宙中的许多天体具有磁场，但月球、火星没有全球性的磁场.

四、电流的磁场

1.电流的磁效应

（1）1820年，奥斯特发现：

把一根导线平行地放在磁针的上方，给导线通电时，磁针发生了偏转，说明电流能产生磁场，这个现象称为电流的磁效应.

（2）电流磁效应的发现，用实验展示了电与磁的联系，说明电与磁之间存在相互作用.

2.电流磁场的方向

图2

（1）直线电流的磁场

安培定则：

右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向，如图2所示.

（2）通电螺线管的磁场

安培定则：

右手握住螺线管，让弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，如图3所示.

图3

（3）环形导线可以看成只有一匝的螺线管，如图4所示.

图4

判断下列说法的正误.

（1）磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种客观存在的特殊物质.

（　√　）

（2）磁感线可以形象地描述各磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时N极所指的方向一致.（　√　）

（3）磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止的.（　×　）

（4）磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的.（　×　）

一、磁场与磁感线

阅读教材并思考如何确定磁场的方向.

答案　方法一：

将一不受外力的小磁针放入磁场中需测定的位置，当小磁针在该位置静止时，N极的指向即为该点的磁场方向.

方法二：

磁感线上任一点的切线方向就是该点的磁场方向.

1.磁场

（1）磁场是存在于磁极周围的一种特殊物质.

（2）磁场的方向：

在磁场中的某一点，小磁针N极受力的方向，也就是小磁针静止时N极所指的方向，就是这一点的磁场方向.

（3）磁场的基本性质：

对放入其中的磁体和通电导体有力的作用.

2.磁感线

（1）定义：

磁感线是为了形象地描述磁场而人为假想的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同.

（2）特点：

①在磁体外部，磁感线从N极发出，进入S极；在磁体内部由S极回到N极.

②磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，磁感线越密的地方磁场越强；磁场方向即过该点的磁感线的切线方向.

③磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断.

④磁感线是人们为了形象描述磁场而假想的线，并不真实存在.

（3）几种特殊磁体外部的磁感线分布（如图5所示）：

图5

3.地磁场

地球的磁场与条形磁铁的磁场相似，其主要特点有三个：

（1）地磁场的N极在地球南极附近，S极在地球北极附近.

（2）地磁场的水平分量总是从地球南极指向地球北极，而竖直分量在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下.

（3）赤道上空，各点的磁场方向与地面平行，方向由南向北.

例1

　（多选）下列有关磁场的说法中，正确的是（　　）

A.磁体周围的空间存在看不见、摸不着的磁场

B.磁极间的相互作用是通过磁场发生的

C.磁场是有方向的，在磁场中的不同位置，其磁场方向一般不同

D.在磁场中的某点，小磁针南极所受磁场力的方向与该点的磁场方向相同

答案　ABC

解析　磁场虽然看不见、摸不到，但它是一种客观存在的物质，它的基本性质是对放入其中的磁体产生力的作用，磁极间的相互作用就是通过磁场发生的，磁场具有方向性，在磁场中的某点，小磁针北极所受磁场力的方向与该点的磁场方向一致，南极所受磁场力的方向与该点的磁场方向相反（磁场方向的另一种描述方法），故A、B、C正确，D错误.

1.电场、磁场、重力场（引力场），它们有非常接近的性质：

看不见，摸不着，但却是客观存在的特殊物质.

2.磁场不仅有大小而且有方向.磁场的方向规定为小磁针N极受力方向或者小磁针静止时N极所指的方向或者磁感线的切线方向.

例2

　关于磁感线，下列说法中正确的是（　　）

A.两条磁感线的空隙处一定不存在磁场

B.磁感线总是从N极到S极

C.磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致

D.两个磁场叠加的区域，磁感线就可能相交

答案　C

解析　磁感线是为了形象描述磁场而假想的有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向表示磁场的方向，曲线的疏密表示磁场的强弱，所以C正确，A错误；在磁体外部磁感线从N极到S极，内部从S极到N极，磁感线不相交，所以B、D错误.

针对训练1　（多选）图6是几种常见磁场的磁感线分布示意图，下列说法正确的是（　　）

图6

A.图（a）中a端是磁铁的S极，b端是磁铁的N极

B.图（a）中a端是磁铁的N极，b端是磁铁的S极

C.图（b）是两异名磁极的磁感线分布示意图，c端是N极，d端是S极

D.图（b）是两异名磁极的磁感线分布示意图，c端是S极，d端是N极

答案　AD

解析　图（a）是条形磁铁外部磁感线分布示意图，外部磁场的磁感线是从磁铁的N极出来，进入磁铁的S极，故A对，B错；图（b）是两异名磁极磁感线分布示意图，磁感线仍然是从磁铁的N极出来，进入磁铁的S极，故C错，D对.

二、电流的磁场

1.演示实验：

将一根与电源、开关相连接的直导线用架子架高，沿南北方向水平放置.将小磁针平行地放在直导线的上方和下方，请观察直导线通、断电时小磁针的偏转情况.观察到什么现象？

通过这个现象可以得出什么结论呢？

答案　观察到通电时小磁针发生偏转，断电时小磁针又回到原来的位置.通电后导线周围的小磁针发生偏转，说明通电后导线周围的空间对小磁针产生磁力的作用，由此我们可以得出：

通电导线和磁体一样，周围存在着磁场.

2.重做上面的实验，请观察当电流的方向改变时，小磁针N极的偏转方向是否发生变化.观察到什么现象？

这说明什么？

答案　观察到电流的方向改变时，小磁针N极的偏转方向发生改变，说明电流的磁场方向也发生变化.

1.电流的磁效应

（1）1820年，奥斯特发现：

把一根导线平行地放在磁针的上方，给导线通电时，磁针发生了偏转，说明电流也能产生磁场，这个现象称为电流的磁效应.

（2）意义：

电流磁效应的发现，用实验展示了电与磁的联系，说明电与磁之间存在着相互作用，对电与磁研究的深入发展具有划时代的意义.

2.电流磁场的方向

（1）直线电流的磁场

图7

①安培定则：

右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向，如图7所示.

②画法：

如图8所示

图8

说明：

图中的“×”号表示磁场方向垂直进入纸面；“·”号表示磁场方向垂直穿出纸面.

③特点：

是非匀强磁场，距导线越远处磁场越弱.

（2）通电螺线管的磁场

①安培定则：

右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，如图9所示.

图9

②磁感线特点

两端分别是N极和S极，管内是匀强磁场，管外是非匀强磁场，画法如图10所示.

图10

（3）环形电流的磁场

①安培定则：

让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向，如图11所示.

图11

②磁感线的特点

两侧分别是N极和S极，离圆环中心越远，磁场越弱，画法如图12所示.

图12

例3

　如图13所示，a、b是直线电流的磁场，c、d是环形电流的磁场，e、f是螺线管电流的磁场.试在各图中补画出电流方向或磁感线方向.

图13

答案　见解析

解析　根据安培定则，可以确定a中电流方向垂直纸面向里，b中电流方向从下向上，c中电流方向是逆时针方向，d中磁感线方向向下，e中磁感线方向向左，f中磁感线方向向右.

例4

　电路没接通时三个小磁针方向如图14所示，接通电路后确定三个小磁针的转向及最后N极的指向.（其中小磁针3在螺线管内部）

图14

答案　小磁针1逆时针转动，最后N极指左；小磁针2顺时针转动，最后N极指右；小磁针3顺时针转动，最后N极指右.

解析　由安培定则可知螺线管内部磁场方向由左向右，故小磁针3顺时针转动，最后N极指右；小磁针1所在位置处磁场方向向左，故小磁针1逆时针转动，最后N极指左；小磁针2所在位置处磁场方向向右，小磁针2顺时针转动，最后N极指右.

1.通电螺线管外部的磁感线和条形磁铁外部的磁感线相似，也是从N极出来，进入S极.通电螺线管内部的磁感线跟螺线管的轴线平行，方向由S极指向N极，并和外部的磁感线连接，形成环绕的闭合曲线.

2.判断小磁针N极的指向，需要先判断小磁针所在处那一点的磁感线方向.

[学科素养]　本题综合应用了安培定则和磁场方向与小磁针N极指向的关系等知识点，培养了学生综合分析和应用物理知识的能力，正是“科学思维”等学科素养的体现.

针对训练2　如图15所示，一枚小磁针放在半圆形导线环的环心O处，当导线中通以如图所示方向的电流时，小磁针将如何偏转（　　）

图15

A.沿顺时针方向转动

B.沿逆时针方向转动

C.N极转向纸里，S极转向纸外

D.N极转向纸外，S极转向纸里

答案　C

解析　由安培定则知，环形电流内部磁场方向垂直纸面向里，故N极转向纸里，C选项正确.

1.（磁场的概念）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.磁极与磁极之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，所以C错.

2.（磁感线）关于磁感线与电场线的描述，正确的是（　　）

A.电场线起止于电荷，磁感线起止于磁极

B.电场线一定是不闭合的，磁感线一定是闭合的

C.磁感线是自由小磁针在磁场力作用下的运动轨迹

D.电场线和磁感线实际上均存在，只是肉眼看不到

答案　B

解析　磁感线没有起点也没有终点，是闭合的曲线.静电场中的电场线不是闭合曲线，起始于正电荷