浙江高中物理学考复习讲义磁 场学生版.docx
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浙江高中物理学考复习讲义磁场学生版
第1节 磁现象和磁场
知识内容
磁现象和磁场
考试要求
必考
加试
b
b
课时要求
1.了解磁现象,知道磁体、磁极、磁性、磁场等概念,知道磁体之间、磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间的相互作用是通过磁场发生的.
2.了解电流的磁效应,体会奥斯特发现电流的磁效应的重要意义.
3.大致了解地磁场的分布情况和地磁两极的特点.
一、磁现象 电流的磁效应
[导学探究]
(1)取一个条形磁铁,用一枚大头针分别靠近磁铁的两端和中部,观察到什么现象?
(2)取两个条形磁铁,分别将它们的同名磁极、异名磁极相互靠近,观察到什么现象?
(3)将一通电直导线水平放置在小磁针的上方,分别观察导线东西放置和南北放置两种情况下,小磁针的转动情况.
答案
(1)磁铁能够吸引大头针,两端对大头针的吸引力较大,中间部分对大头针的吸引力较小.
(2)同名磁极靠近,相互排斥;异名磁极靠近,相互吸引.
(3)导线东西放置时,小磁针不转动;导线南北放置时,小磁针转动.
[知识梳理]
1.磁现象
(1)磁性:
物体具有的吸引铁质物体的性质称为磁性.
(2)磁极:
磁体的各部分磁性强弱不同,磁性最强的区域叫磁极.
①磁体有两个磁极,一个叫N极(又叫北极),另一个叫S极(又叫南极).
②同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引.
2.电流的磁效应
(1)奥斯特实验(如图1所示):
图1
导线沿南北方向放置在小磁针的上方.
(2)意义:
说明通电导体周围存在着磁场,发现了电流的磁效应,首先揭示了电与磁之间是有联系的.
[即学即用] 判断下列说法的正误.
(1)条形磁铁从中间断开后,每一段只剩一个磁极.(×)
(2)首先发现电流的磁效应的是丹麦物理学家奥斯特,他发现电流的周围能产生磁场.(√)
(3)大磁铁的磁性较强,对小磁针的作用力大,但小磁针对大磁铁的磁场力较小.(×)
(4)任何两个磁体之间产生的磁场力总是大小相等、方向相反.(√)
二、磁场
[导学探究] 电荷与电荷之间的相互作用是通过电场产生的,那么磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间的相互作用是如何发生的?
答案 都是通过磁场发生的.
[知识梳理]
1.磁场:
存在于磁体周围或电流周围的一种客观存在的特殊物质.磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的.
2.基本性质:
对放入其中的磁体或通电导体有力的作用(如图2所示).
图2
[即学即用] 判断下列说法的正误.
(1)磁极和磁极之间的相互作用是通过磁场产生的.(√)
(2)电流和电流之间的相互作用是通过电场产生的.(×)
(3)磁场并不是真实存在的,而是人们假想出来的.(×)
三、地球的磁场
[导学探究] 指南针是我国古代四大发明之一,它对促进人类航海事业的发展产生了巨大的影响,但在古代指南针为什么指南曾是一个不解之谜,你知道指南针为什么指南吗?
答案 因为地球是个大磁体,它对指南针有力的作用.
[知识梳理]
1.地磁场
地球是一个大磁体,存在的磁场叫地磁场.如图3所示,地球磁体的N极(北极)位于地理南极附近,地球磁体的S极(南极)位于地理北极附近.
图3
2.磁偏角
地球的地理两极与地磁两极并不重合,水平放置的磁针的指向跟地理子午线之间有一个夹角,这个夹角叫做磁偏角.
[即学即用] 判断下列说法的正误.
(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)地磁场的南极在地理北极附近.(√)
(3)地球上任何地方的地磁场方向都是和地面平行的.(×)
(4)地球磁偏角的数值在地球上不同地点是不同的.(√)
一、对磁现象和磁场的认识
例1 下列说法中不正确的是( )
A.磁场是客观存在的一种物质
B.磁体上磁性最强的部分叫磁极,任何磁体都有两个磁极
C.磁体或电流在自己周围的空间会产生磁场
D.磁体与磁体间的相互作用是通过磁场发生的,而磁体与通电导体间以及通电导体与通电导体之间的相互作用不是通过磁场发生的
答案 D
解析 磁场是存在于磁体和通电导体周围的一种客观存在的物质,磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场产生的.
针对训练 关于磁场,下列说法正确的是( )
A.磁场的基本性质是对处于其中的磁体或通电导体有力的作用
B.磁场是看不见、摸不着、实际不存在的,是人们假想出来的一种物质
C.磁场是磁体周围或通电导体周围存在的一种物质,有小磁针放入其中时,存在磁场;无小磁针放入时,磁场不存在
D.磁场的存在与否决定于人的思想,想其有则有,想其无则无
答案 A
解析 磁场的基本性质是对放入其中的磁体或通电导体有力的作用,A正确;磁场虽然看不见摸不着,但是它是客观存在的,B、C、D错误.
二、对奥斯特实验和电流的磁效应的认识
例2 在做奥斯特实验时,下列操作中现象最明显的是( )
A.沿导线方向放置磁针,使小磁针在导线的延长线上
B.垂直导线方向放置磁针,使小磁针在导线的正下方
C.导线沿南北方向放置在小磁针的正上方
D.导线沿东西方向放置在小磁针的正上方
答案 C
解析 为了使现象明显,应该将小磁针放置在导线一侧,且平行导线方向放置小磁针.又由于小磁针只能在水平面内转动,所以应该将小磁针放置在导线下方或上方,即将小磁针和导线放置在同一竖直面内,而不能将小磁针和导线放置在同一水平面内,由于地球的磁场是沿南北方向的,为了使实验现象明显,应该使电流的磁场不沿南北方向,最好沿与南北方向夹角最大的东西方向,所以应在南北方向放置导线.故选C.
三、对地磁场的认识
例3 下列说法正确的是( )
A.地球是一个巨大的磁体,其N极在地理北极附近,S极在地理南极附近
B.地球表面的磁场的竖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.在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,其间有一个夹角,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 B
解析 地磁场的分布类似于条形磁铁周围的磁场分布,所以在地球表面赤道上的磁场最弱,选项D错误;在地球上不同位置,磁偏角的数值是不同的,因此选项C错误.
地磁场问题的处理要点
(1)地理南极正上方磁场方向竖直向上,地理北极正上方磁场方向竖直向下.
(2)在赤道正上方,地磁场方向水平向北.
(3)在南半球,地磁场方向指向北上方;在北半球,地磁场方向指向北下方.
1.铁棒A能吸引小磁针,铁棒B能排斥小磁针,若将铁棒A靠近铁棒B时,下述说法中正确的是( )
A.A、B一定相互吸引
B.A、B一定相互排斥
C.A、B间可能无磁场力作用
D.A、B可能相互吸引,也可能相互排斥
2.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而共同产生的
D.磁场和电场是同一种物质
3.(2016·温州十校期中)把一条导线平行地放在小磁针的上方附近,当导线中有电流通过时,小磁针会发生偏转.首先观察到这个实验现象的物理学家是( )
A.奥斯特B.爱因斯坦C.伽利略D.牛顿
4.(2015·绍兴一中期中)1820年,丹麦物理学家奥斯特在一次关于电和磁的演讲过程中偶然观察到一种现象,这便是著名的奥斯特实验,奥斯特实验揭示了( )
A.磁场的存在B.磁场具有方向性
C.通电导线周围存在磁场D.磁体间有相互作用
5.关于地磁场,下列叙述正确的是( )
A.地球的地磁两极和地理两极重合
B.我们用指南针确定方向,指南的一极是指南针的北极
C.地磁的北极与地理的南极重合
D.地磁的北极在地理的南极附近
一、选择题(每小题列出的四个备选项中,只有一个是符合题目要求的)
1.判断一段导线中是否有直流电流通过,手边若有几组器材,其中最为可用的是( )
A.被磁化的缝衣针及细棉线
B.带电的小纸球及细棉线
C.小灯泡及导线
D.蹄形磁铁及细棉线
2.下列关于磁场的说法中正确的是( )
A.磁体周围的磁场看不见、摸不着,所以磁场不是客观存在的
B.将小磁针放在磁体附近,小磁针会发生偏转是因为受到磁场力的作用
C.把磁体放在真空中,磁场就消失了
D.当磁体周围撒上铁屑时才能形成磁场,不撒铁屑磁场就消失
3.下列四幅图表示的工具或装置,利用地磁场工作的是( )
4.中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角:
“以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也.”进一步研究表明,地球周围地磁场的磁感线分布示意图如图1.结合上述材料,下列说法不正确的是( )
图1
A.地理南、北极与地磁场的南、北极不重合
B.地球内部也存在磁场,地磁南极在地理北极附近
C.地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行
D.在赤道上磁针的N极在静止时指向地理北极附近
5.如图2所示,弹簧测力计下挂一铁球,将弹簧测力计自左向右从条形磁铁上方缓慢移动时,弹簧测力计的示数( )
图2
A.不变B.逐渐减小
C.先减小后增大D.先增大后减小
6.如图3所示,假如将一个小磁针放在地球的北极点上,那么小磁针的N极将( )
图3
A.指北B.指南
C.竖直向上D.竖直向下
7.物理实验都需要有一定的控制条件.奥斯特做电流的磁效应实验时,应排除地磁场对实验的影响.关于奥斯特的实验,下列说法中正确的是( )
A.该实验必须在地球赤道上进行
B.通电直导线应该竖直放置
C.通电直导线应该水平东西方向放置
D.通电直导线应该水平南北方向放置
8.关于磁铁、电流间的相互作用(图4),下列说法正确的是( )
图4
A.甲图中,电流不产生磁场,电流对小磁针力的作用是通过小磁针的磁场发生的
B.乙图中,磁体对通电导线的力是通过电流的磁场发生的
C.丙图中电流间的相互作用是通过电流的磁场发生的
D.丙图中电流间的相互作用是通过电荷的电场发生的
9.将A、B两个磁环先后套在光滑的木支架上,并使两磁环相对的磁极极性相同,此时可以看到上方的磁环A“悬浮”在空中,如图5所示,设两磁环受到的重力相等且都为G,则磁环B对木支架底座的压力F与重力G的大小关系是( )
图5
A.F<GB.F=G
C.G<F<2GD.F=2G
10.如图6所示,甲、乙、丙、丁四幅图中,四个相同的磁体都处于静止状态,则( )
图6
A.对地面压力最大的是丙
B.对地面压力最大的是甲
C.对地面压力最大的是甲、丙、丁
D.对地面压力最大的是丙、丁
二、非选择题
11.关于月球上的物理现象和规律,同学们提出了很多问题和猜想,有关月球有无磁场,同学们提出了自己的猜想和检验猜想的实验方案:
(1)取一枚小磁针用细线悬挂在月球表面附近,如果它静止时N极指向某一方向,则可表明月球周围存在磁场.
(2)小磁针静止时,它的N极指向就是“月磁”的北极.
你认为这个实验方案中有没有需要改进和改正的地方,如有,请改进或改正.
12.两个完全相同的条形磁铁,放在平板AB上,磁铁的N、S极如图7所示,开始时平板和磁铁均处于水平位置,且静止不动.
图7
a.若将AB突然竖直向上平移(平板与磁铁之间始终接触),并使之停在A″B″处,结果发现两个条形磁铁吸在了一起;
b.若将AB从原来位置突然竖直向下平移,并使之停在位置A′B′处,结果发现两个条形磁铁也吸在了一起.
回答下列问题:
(1)开始时两磁铁静止不动的原因是________________________________________;
左侧的磁铁受到的静摩擦力的方向向________.
(2)在a过程中,磁铁开始滑动时,平板在向上做______(填“加速”或“减速”)运动.
(3)在b过程中,磁铁开始滑动时,平板在向下做______(填“加速”或“减速”)运动.
(4)若平板AB突然向右加速,则左侧的磁铁将会做什么运动?
第2节 磁感应强度
知识内容
磁感应强度
考试要求
必考
加试
c
c
课时要求
1.了解磁感应强度的概念,知道磁感应强度方向的规定、定义式和单位,进一步理解比值定义法.
2.了解影响通电导线受力的因素.
3.知道公式F=ILB或B=
的适用范围,并会用来进行简单的计算.
一、磁感应强度的方向
[导学探究] 在电场中用电场强度描述电场的强弱和方向,在磁场中用什么物理量描述磁场的强弱和方向?
该物理量的方向是如何规定的?
答案 用磁感应强度描述磁场的强弱和方向,物理学规定小磁针静止时N极所指的方向为磁感应强度的方向.
[知识梳理]
1.磁感应强度:
描述磁场强弱和方向的物理量.
2.方向:
小磁针静止时N极所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向,简称为磁场的方向.
3.磁场方向的几种判断方法
(1)磁感应强度的方向;
(2)小磁针N极受力的方向;
(3)小磁针静止时N极的指向.
4.小磁针在磁场中静止时所受合力为零,即N极与S极所受磁场力平衡,故描述磁场方向时应表述为小磁针N极的受力方向或静止时N极所指的方向,而不能说成是小磁针的受力方向.
[即学即用] 判断下列说法的正误.
(1)磁感应强度是标量,只能表示磁场强弱,不能表示磁场方向.(×)
(2)磁感应强度是矢量,磁感应强度的方向就是磁场的方向.(√)
(3)磁感应强度的方向与小磁针在任何情况下N极受力的方向都相同.(√)
(4)磁感应强度的方向与小磁针静止时N极的指向一定相同.(√)
二、磁感应强度的大小
[导学探究] 如图1所示,三块相同的蹄形磁铁并列放置,可以认为磁极间的磁场是均匀的,将一根直导线悬挂在磁铁的两极间,有电流通过时导线将摆动一个角度,通过摆动角度的大小可以比较磁场力的大小,分别接通“2、3”或“1、4”可以改变导线通电部分的长度,电流由外部电路控制.
图1
(1)保持导线通电部分的长度不变,改变电流大小,导线受力情况如何变化?
(2)保持电流不变,改变导线通电部分的长度,导线受力情况如何变化?
(3)通电导线受力与哪些因素有关?
答案
(1)电流越大,导线受力越大.
(2)通电导线越长,导线受力越大.
(3)通电导线受力与导线长度、电流、导线在磁场中的放置方式有关.
[知识梳理]
1.电流元:
在物理学中,把很短一段通电导线中的电流I与导线长度L的乘积IL叫做电流元.
2.磁感应强度:
将电流元IL垂直放入磁场,它受到的磁场力F与IL的比值叫磁感应强度.
(1)定义式B=
.
(2)磁感应强度的单位:
在国际单位制中的单位是特斯拉,简称特,符号是T.1T=1
.
(3)对磁感应强度的理解
①磁感应强度是反映磁场强弱的物理量,它是用比值法定义的物理量,由磁场自身决定,与是否引入电流元、引入的电流元是否受力及受力大小无关(填“有关”或“无关”).
②因为通电导线取不同方向时,其受力大小不相同,故在定义磁感应强度时,式中F是指通电直导线垂直磁场放置时受到的磁场力.
③磁感应强度的方向是该处磁场的方向,不是(填“是”或“不是”)该处电流元受力F的方向.
[即学即用] 判断下列说法的正误.
(1)通电导线在磁场中受到的磁场力为零,则说明该处的磁感应强度为零.(×)
(2)磁感应强度的大小与电流成反比,与其受到的磁场力成正比.(×)
(3)磁感应强度的大小等于通电导线受到的磁场力的大小F与电流I和导线长度L的乘积的比值.(×)
(4)通电导线只有垂直磁场放置时,所受的安培力才与IL成正比.(√)
一、磁感应强度的方向
例1 下列关于磁感应强度的方向的说法中,正确的是( )
A.某处磁感应强度的方向就是一小段通电导线放在该处时所受磁场力的方向
B.小磁针S极所受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向
C.垂直于磁场放置的通电导线的受力方向就是磁感应强度的方向
D.磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向
答案 D
解析 磁场中某点的磁感应强度的方向表示该点的磁场的方向,磁场方向也就是小磁针N极受力的方向.但通电导线受力的方向不代表磁感应强度和磁场方向.
1.磁感应强度的方向和小磁针N极受力方向相同,但绝非电流的受力方向.
2.磁场中某点磁感应强度的大小和方向是确定的,和小磁针、电流的存在与否无关.
二、磁感应强度的大小
1.在定义式B=
中,通电导线必须垂直于磁场方向放置,因为沿不同方向放置导线时,同一导线受到的磁场力不相等.
2.磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场,这时L应很短很短,IL称为“电流元”,相当于静电场中电场强度公式E=
中的“试探电荷”.
例2 磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线,它的电流是2.5A,导线长1cm,它受到的磁场力为5.0×10-2N.求:
(1)这个位置的磁感应强度大小;
(2)如果把通电导线中的电流增大到5A时,这一位置的磁感应强度大小;
(3)如果通电导线在磁场中某处不受磁场力,是否能肯定在这里没有磁场?
答案
(1)2T
(2)2T (3)不能肯定
解析
(1)由磁感应强度的定义式得
B=
=
T=2T.
(2)磁感应强度B是由磁场自身决定的,和导线的长度L、电流I的大小无关,所以该位置的磁感应强度还是2T.
(3)如果通电导线在磁场中某处不受磁场力,则有两种可能:
①该处没有磁场;②该处有磁场,但通电导线与磁场方向平行.
例3 有一小段通电导线,长为1cm,导线中电流为5A,把它置于磁场中某点,受到的磁场力为0.1N,则该点的磁感应强度B一定是( )
A.B=2TB.B≤2T
C.B≥2TD.以上情况都有可能
答案 C
解析 磁感应强度的定义式中的电流是垂直于磁场方向的电流.如果通电导线是垂直磁场方向放置的,此时所受磁场力最大F=0.1N,则该点的磁感应强度B=
=
T=2T.如果通电导线不是垂直磁场方向放置的,则受到的磁场力小于垂直放置时的受力,垂直放置时受力将大于0.1N,由定义式可知,B将大于2T.选项C正确.
针对训练 下列有关磁感应强度的说法中,正确的是( )
A.磁感应强度是用来表示磁场强弱和方向的物理量
B.若有一小段通电导体在某点不受磁场力的作用,则该点的磁感应强度一定为零
C.若有一小段长为L、通以电流I的导体,在磁场中某处受到的磁场力为F,则该处磁感应强度的大小一定是
D.由定义式B=
可知,电流I越大,导线L越长,某点的磁感应强度就越小
答案 A
解析 引入磁感应强度的目的就是用来描述磁场强弱和方向的,因此选项A正确;磁感应强度是与电流I和导线长度L无关的物理量,且B=
中的B、F、L相互垂直,所以选项B、C、D错误.
三、磁感应强度B与电场强度E的比较
项目
磁感应强度B
电场强度E
物理意义
描述磁场的力的性质的物理量
描述电场的力的性质的物理量
定义式
通电导线与磁场垂直时:
B=
E=
决定因素
由磁场决定,与F、I、L无关
由电场决定,与F、q无关
方向
矢量,方向是小磁针N极的受力方向
矢量,方向是放入该点的正电荷的受力方向
叠加
合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度的矢量和
合电场强度等于各电场的电场强度的矢量和
例4 下列说法中正确的是( )
A.电荷在电场中某处不受电场力的作用,则该处的电场强度一定为零
B.一小段通电导线在某处不受磁场力的作用,则该处磁感应强度一定为零
C.把一个试探电荷放在电场中的某点,它受到的电场力与所带电荷量的比值不能表示该点电场的强弱
D.把一小段通电导线放在磁场中某处,它所受的磁场力与该小段通电导线的长度和电流的乘积的比值表示该处磁场的强弱
答案 A
解析 在定义描述电场和磁场强弱的物理量电场强度和磁感应强度时,都是在场中放一个小物体,能使场对它有力的作用.在电场中放入的是试探电荷,电场强度E用E=
来定义,但E与F、q无关,由E=
可得F=qE,故E=0时,F=0,A正确,C错误;而在磁场中放入的一小段通电导线在磁场中的受力大小与导线的方向有关,平行于磁场方向放置时,磁场力F=0,垂直于磁场方向放置时,磁场力F最大.在定义式B=
中,通电导线必须垂直磁场方向放置.因此,B、D均错.
1.下列关于磁感应强度的说法正确的是( )
A.通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大
B.通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大
C.放在匀强磁场中各处的通电导线,受力大小和方向处处相同
D.磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关
2.关于磁感应强度,下列说法正确的是( )
A.由B=
可知,B与F成正比,与IL成反比
B.通电导线放在磁场中某点,该点就有磁感应强度,如果将通电导线拿走,该点的磁感应强度就变为零
C.通电导线所受磁场力不为零的地方一定存在磁场,通电导线不受磁场力的地方一定不存在磁场(即B=0)
D.磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定
3.现有一段长L=0.2m、通有电流I=2.5A的直导线,则关于此导线在磁感应强度为B的磁场中所受磁场力F的情况,下列说法正确的是( )
A.如果B=2T,则F一定为1N
B.如果F=0,则B也一定为零
C.如果B=4T,则F有可能为2N
D.当F为最大值时,通电导线一定与B平行
4.把长度L、电流I都相同的一小段电流元放入某磁场中的A、B两点,电流元在A点受到的磁场力较大,则( )
A.A点的磁感应强度一定大于B点的磁感应强度
B.A、B两点磁感应强度可能相等
C.A、B两点磁感应强度一定不相等
D.A点磁感应强度可能大于或等于B点磁感应强度,但不可能小于B点的磁感应强度
一、选择题(每小题列出的四个备选项中,只有一个是符合题目要求的)
1.磁感应强度的单位是特斯拉(T),与它等价的是( )
A.
B.
C.
D.
2.(2016·浙江舟山中学期中)根据关系式B=
得出的下列结论中,说法正确的是( )
A.B随I的减小而增大
B.B随L的减小而增大
C.B随F的增大而增大
D.B与I、L、F的变化无关
3.下列说法中正确的是( )
A.磁场中某点的磁感应强度可以这样测定:
测出一小段通电导线受到的磁场力F,与该导线的长度L、以及通过的电流I,根据B=
可算出该点的B
B.通电导线在某点不受磁场力的作用,则该点的磁感应强度一定为零
C.磁感应强度B=
只是定义式,它的大小取决于场源以及磁场中的位置,与F、I、L以及通电导线在磁场中的方向无关
D.放置在磁场中的1m长的导线,通以1A的电流,受力为1N,该处的磁感应强度大小为1T
4.先后在磁场中A、B两点引入长度相等的短直导线,导线与磁场方向垂直.如图1所示,图中a、b两图线分别表示在磁场中A、B两点导线所受的力F与通过导线的电流I的关系.下列说法中正确的是( )
图1
A.A、B两点磁感应强度相等
B.A点的磁感应强度大于B点的磁感应强度
C.A点的磁感应强度小于B点的磁感应强度
D.无法比较磁感应强度的大小
5.在磁场中的某一位置放置一条直导线,导线的方向与磁场垂直.先后在导线中通入不同的电流,导线所受的力也不一样,下列各图所示是导线受到的力F与通过的电流I的关系,a、b分别代表一组F、I的数据.其中正确的是( )
6.(2016·温