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2019-2020年高中物理 3.1《磁現(xiàn)象和磁場》學案 新人教版選修3-1 【要點導學】 1、本節(jié)學習有關(guān)磁場的基本知識，通過回顧磁學的發(fā)展歷史和初中學過的磁學知識，應該掌握磁場的基本概念、磁感線及其物理意義、知道磁鐵、電流和地球磁場的磁感線分布情況，并會用安培定則判定磁場方向． 2、基本磁學概念： ①磁性： 的性質(zhì)。 ②磁極： 。 ③磁場：：磁體周圍空間存在________，它的基本性質(zhì)是對放在其中的磁體或電流有_____的作用，一切磁相互作用都是一種非直接接觸的相互作用，必須通過______來實現(xiàn)。 3、描述磁場分布的常用工具——磁感線 描述電場用電場線，描述流體用流線，描述磁場用磁感線。磁感線是指在磁場中引入的一系列曲線，其上每一點的______方向表示該點的磁場方向，也是小磁針靜止時____的指向．磁感線在磁鐵外部由____極到_____極，在磁鐵內(nèi)部由____極到_____極，構(gòu)成一閉合的曲線。磁感線越密處磁場越____，磁感線越疏處磁場越____. 4、確定電流產(chǎn)生磁場的方向——安培定則 安培定則又稱為右手螺旋定則，是確定電流磁場的基本法則，不僅適用于通電直導線，同時也適用于通電圓環(huán)和通電螺線管．對于通電直導線的磁場，使用時大拇指指向表示_____方向，彎曲的四指方向表示_____的方向；對于通電圓環(huán)或通電螺線管，彎曲的四指方向表示______方向，大拇指的指向表示螺線管內(nèi)部的________方向 5、幾種常見的磁場的磁感線分布圖 ①直線電流的磁場 如圖3-1-1所示為直線電流的磁感線分布圖，右手握住直導線，伸直的大拇指方向與 一致，彎曲的四指方向就是通電直導線在周圍空間產(chǎn)生的 的方向． 通電直導線在周圍產(chǎn)生的磁場是不均勻分布的，垂直于直導線方向，離直導線越遠，磁場 ；反之越強． ②環(huán)形電流的磁場 如圖3-1-2所示，右手彎曲的四指方向與 方向一致，伸直的大拇指的方向就是環(huán)形導線中心軸線上磁感線的方向，大拇指指向磁 的位置． 螺線管是由多個環(huán)形串聯(lián)而成，所以通電螺線管與環(huán)形電流的磁場的確定的方法是相同的． ③運動電荷的磁場 電流是由電荷的定向移動形成的，電流的磁場實質(zhì)是運動電荷產(chǎn)生的．氫原子核外的電子由于受到庫侖力的作用，繞氫原子核做勻速圓周運動，產(chǎn)生的電流相當于一個環(huán)形電流，由于在一個周期內(nèi)電子通過環(huán)上任意一個截面一次，根據(jù)電流強度的定義，電流強度大小為I=e/T [圓周運動周期滿足ke2/r2=m(2π/T)2r]，判斷該環(huán)形電流的磁場方向時，必須注意，彎曲的四指必須與負電荷運動的方向相反，即指向正電荷運動的方向。 ④地球磁場 地磁場的磁感線的分布與條形磁鐵、通電螺線管的磁場相似．如圖3-1-3所示，與地理南極對應的是地磁北極，與地理北極對應的是地磁南極（不計磁偏角時）。 ⑤一對條形磁鐵組成的磁場分布（如圖3-1-4） ⑥勻強磁場 如果某個區(qū)域里磁感應強度大小_______，且______相同，這個區(qū)域里的磁場叫做勻強磁場,勻強磁場的磁感線是一組平行且________的直線．勻強磁場是一種理想化的模型，大的異名磁極之間的磁場、通電螺旋管內(nèi)部（扣除邊緣區(qū)域）的磁場可以近似看作勻強磁場處理，如圖3-1-5所示 6、關(guān)于磁偏角 指南針并不指向地球的正南和正北．公元11世紀，我國科學家通過長期的觀察發(fā)現(xiàn)，指南針的指向并不是地球的正南和正北，而是略微偏離一點．也就是說地的兩極和地磁的兩極并不重合，這個偏差，在現(xiàn)代科學技術(shù)中可以用磁偏角來描述． 如圖3-1-6所示，地理南北極與地磁南北極并不重合，地磁的北極（N極）在南半球南緯70010/和東經(jīng)150045/的地方，地磁的南極（S極）在北半球北緯70050/和西經(jīng)960的地方． 　　通過磁針靜止位置所作的豎直平面叫做地磁子午面，地磁子午面和地理子午面做夾的角度叫做磁偏角．實際測量的結(jié)果指出，地球各處的磁偏角不同． 【范例精析】 例1、做奧斯特實驗時，把小磁針放在水平的通電直導線的下方，通電后發(fā)現(xiàn)小磁針不動，用手撥動一下小磁針，小磁針轉(zhuǎn)動180o后靜止不動，由此可知通電直導線放置情況是 ( ) A．東西向 B．南北向 C．正西南 D．正西北 解析：由于地球磁場的作用，小磁針靜止時N極指向地球的北極，如果通電導線是南北方向放置的，則不論電流方向指向南還是指向北，小磁針靜止時將偏離南北方向而指向東西方向，即磁針轉(zhuǎn)動的角度接近900。如果通電導線是東西方向放置，通以由東向西的電流，則小磁針北極靜止時仍然指向地理的北極；如果通以由西向東的電流，則小磁針靜止時北極指向地理的南極。所以本題中的通電導線應東西方向放置，答案A是正確的。 拓展：磁針的偏轉(zhuǎn)是由于受到磁場的作用，做奧斯特實驗時的磁針既受到地球磁場的作用，又受到通電直導線的磁場力的作用，如果導線東西方向放置（電流也是在東西方向上），則有可能出小磁針不發(fā)生新的偏轉(zhuǎn)，從而誤認為電流不能產(chǎn)生磁場，為了有效地演示電流產(chǎn)生的磁場使小磁針偏轉(zhuǎn)的效果，演示奧斯特實驗時，要求導線南北方向放置。 例2、如圖3-1-7所示，在全自動洗衣機中，排水閥由程序控制器控制其動作的．當洗衣機進行排水和脫水工序時電磁鐵的線圈通電，使電磁鐵的鐵心2動作，牽引排水閥的活塞，排除污水．牽引電磁鐵結(jié)構(gòu)如圖所示．以下正確的是( ) (A)若a,b初輸入交變電流，鐵心2不能吸入線圈中 (B)若a,b初輸入交變電流，鐵心2能吸入線圈中 (C)若某時刻輸入控制電流時，a為正，b為負,則鐵心2的B為S極 (D)若某時刻輸入控制電流時，a為正，b為負,則鐵心2的B為N極 解析：只要電磁鐵通電就具有磁性，就可能吸合鐵心，因此答案B是正確的；根據(jù)初中學過的右手螺旋定則可知，若輸入控制電流時，a為正，b為負,則鐵心2的右端B為N極，答案D是正確的。 拓展：電磁鐵是磁性的一種應用，常用的電磁鐵大多做成形，目的是讓它兩個磁極可以同時吸引物體．巨大的電磁鐵里可以通以強大的電流，從而產(chǎn)生強大的磁場，充當電磁起重機的提手，吸引起很重的鐵塊． 例3、已知電流磁場的磁感應線方向或N、S極方向，請在圖3-1-8上標出電流方向。 解析： 根據(jù)安培定則，各圖中的電流方向如圖3-1-9所示。 拓展： 應用安培定則時，對于通電直導線的磁場，大母指指向表示電流的方向，彎曲的四指方向表示磁感線的環(huán)繞方向；對于通電圓環(huán)或通電螺線管，彎曲的四指方向表示電流方向，大拇指的指向表示螺線管內(nèi)部的磁感線方向． 例4、 如圖3-1-10所示的電路中，當開關(guān)S斷開時，螺線管中的小磁針的N極指向如圖所示，當開關(guān)S閉合后，試確定小磁針的N極指向。 解析： 由于小磁針放在通電螺線管的內(nèi)部，就涉及螺線管的內(nèi)部磁場方向問題．根據(jù)安培定則，螺線管的內(nèi)部磁感線方向是向左的，所以小磁針靜止時，北極應指向左端． 拓展：部分同學用安培定則確定了通電螺線管左端為北極后，就肯定地回答小磁針靜止時，北極應指向右端，這是沒有區(qū)分內(nèi)磁場和外磁場的結(jié)果，是受了習慣思維的影響．由于磁感線是閉合的，在內(nèi)部磁場中，磁感線由南極經(jīng)過內(nèi)部空間回到北極． 例5、電視機顯象管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖3-1-11，此時電流方向如圖所示。試畫出線圈中心的磁場方向。 答案：豎直向下 【能力訓練】 1．首先發(fā)現(xiàn)電流產(chǎn)生磁場的科學家是( C ) （A）牛頓 （B）阿基米德 （C）奧斯特 （D）伏特 2．如圖3-1-12所示,一束帶電粒子沿著水平方向平行地飛過磁針的上方時,磁針的S極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn),這一帶電粒子束可能是( BC ) (A)向右飛行的正離子束 (B)向左飛行的正離子束 (C)向右飛行的負離子束 (D)向左飛行的負離子束 3．關(guān)于磁感線的概念和性質(zhì)，以下說法中正確的是( A ) (A)磁感線上各點的切線方向就是小磁針靜止時北極的指向 (B)磁場中任意兩條磁感線有可能相交 (C)鐵屑在磁場中的分布所形成的曲線就是實際存在的磁感線 (D)磁感線總是從磁體的N極發(fā)出終止于磁體的S極 4．在圖3-1-11中，已知下列各圖中的電流方向，請畫出相應的磁感線。 5．不接觸的磁體間的相互作用力，是通過 而發(fā)生的，發(fā)現(xiàn)電流磁效應的實驗是由物理學家 完成的。磁場，奧斯特 6．如圖3-1-12所示，可以自由轉(zhuǎn)動的小磁針靜止不動時，靠近螺線管的是小磁針的____極。若將小磁針放到螺線管內(nèi)部，小磁針指向與圖示位置時的指向相____（填“同”或“反”）。N、同 7．如圖3-1-13所示通電螺線管，試標出它的N、S極.并在A(螺線管內(nèi)部一點)，B，C，D四點上各畫一小磁針，標出當它們平衡時，N極的指向。 8．如圖3-1-14所示，一個電子做逆時針方向的圓周運動。請標出圓心處產(chǎn)生的磁場方向及小磁針南極的轉(zhuǎn)動方向。 9．地球是一個大磁體： （1）試在圖3-1-15畫出地球磁場的磁感線大致分布圖，不考慮磁偏角（即認為磁軸和地軸重合） （2）19世紀20年代，以塞貝克（數(shù)學家）為代表的科學家已認識到：溫度差會引起電流，安培考慮到地球自轉(zhuǎn)造成了太陽照射后正面與背面的溫度差，從而提出如下假設：地球磁場是由地球的環(huán)形電流引起的，則該假設中的電流方向是（注：磁子午線是地球磁場N極與S極在地球表面的連線）( B ) （A）由西向東垂直磁午線 （B）由東向西垂直磁子午線 （C）由南向北沿磁子午線 （D）由赤道向兩極沿磁子午線方向 10．很多礦藏資源都是共生的，也就是說好幾種礦物質(zhì)混合的一起，它們具有不同的磁性。利用這個特點，人們開發(fā)了磁選機，將混在一起的不同磁性的礦物質(zhì)分開，實現(xiàn)了磁性選礦，如圖3-1-16為磁選機圖，試簡述其工作原理。 不同成分礦物質(zhì)的不同磁性以及磁性強弱的差別，用磁鐵吸引這些物質(zhì)，那么它們所受到的吸引力就有所區(qū)別，就可以將他們分開來。