3-1 现象和磁场
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文档简介
(共44张PPT)
●情景切入
我们的祖先在磁现象的发现及应用方面写下了灿烂的一页．早在战国时期就有“慈石召铁”的记载，讲的是天然磁石对铁块的吸引．指南针是我国古代的四大发明之一，对世界文明有重大影响．
指南针
磁到底是什么？指南针为什么能指明方向？磁对人类有什么作用？这一章我们就来探究磁的奥秘．
●知识导航
本章研究有关磁场的产生描述及磁场对电流和运动电荷作用的知识，安培力、洛伦兹力是磁场性质的具体体现，磁电式电流表、质谱仪和回旋加速器是安培力和洛伦兹力的具体应用．
在学习过程中要掌握三个概念、两个定则、二种规律．
三个概念：磁场、磁感应强度、磁通量．
两个定则：左手定则、右手定则．
二种规律：通电导体在磁场中受力的规律、带电粒子在磁场中的运动规律．
本章学习的重点：磁感应强度的概念，磁现象的电本质；磁场对电流的作用力—安培力；磁场对运动电荷的作用力—洛仑兹力．
本章难点：带电粒子在磁场中运动的基本规律以及带电粒子在电场、磁场、重力场中的运动规律的综合应用．
●学法指导
1．本章的学习可以通过与前面学过的电场类比，从而更好地理解，例如，磁场与电场类比，磁感应强度与电场强度类比，磁感线与电场线类比，安培力、洛伦兹力与电场力类比等．
2．可运用等效法处理运动电荷、磁体间的相互作用问题，比如把运动电荷、磁体等效成电流，在学习过程中通过实验，由感性到理性，从而培养科学的思维习惯和研究方法．
3．在处理运动电荷在匀强磁场中的运动时，首先要找到圆周运动的圆心，利用洛伦兹力提供向心力这一条件，确定圆周运动的半径和周期，再进一步确定运动时间、偏转角度等物理量．
4．磁电式电流表、质谱仪和回旋加速器是安培力和洛伦兹力的具体应用，学习过程中要善于把实际问题抽象成简单的物理模型，弄清它的基本原理.
※ 认识磁现象，知道磁场的概念
※ 知道磁场是客观存在的物质，了解电流的磁效应
※ 了解地磁场的分布、变化，以及对人类生活的影响.
信鸽千里归巢是一件再普通不过的事情．可为鸽子导航的“地图”在哪儿？为什么在没有阳光的暴风雨天气或者在出现日食的日子鸽子会迷路？
一、磁现象
1．磁性：物质具有 等物质的性质叫磁性．
2．磁体： 的物体叫磁体．
3．磁极：磁体的各部分磁性强弱不同， 的区域叫磁极．
(1)任何磁体都有两个磁极，一个叫南极(又称S极)，另一个叫 ．
(2)同名磁极相互 ，异名磁极相互 ．
吸引铁、钴、镍
具有磁性
磁性最强
北极(又称N极)
排斥
吸引
二、电流的磁效应
1．通电导体的周围有 ，即电流的周围有 ，电流的磁场使放在导体周围的磁针 ，磁场的方向跟 的方向有关．这种现象叫做电流的磁效应．
2． 是世界上第一个通过实验发现了电现象和磁现象之间的联系的人．
磁场
磁场
发生偏转
电流
奥斯特
三、磁场
所有与磁现象有关的相互作用，都是通过磁场发生的，可与电荷间的相互作用相类比．
1．定义：磁体或电流周围存在一种特殊物质，能够传递 之间、 之间、 之间的相互作用，这种特殊的物质叫磁场．
2．磁场的基本性质：对放入其中的 或 产生力的作用．
3．磁场的产生：① 周围存在磁场；② 周围存在磁场——电流的磁效应．
磁体与磁体
磁体和电流
电流和电流
磁极
电流
永磁体
电流
四、磁性的地球
1．地球是一个巨大的 ，地球周围存在着磁场——地磁场．
2．地磁体的南极在地球 附近，地磁体的北极在地球 附近．
3．地球的地理两极与地磁两极并 ，因此，磁针并非准确地 或 ，其间有一个交角，这就是 ，简称磁偏角．(如图所示)
磁体
北极
南极
不重合
指南
指北
地磁偏角
答案：①电流与电流之间 ②对放入其中的磁体和电流产生力的作用 ③地磁南极在地理北极附近、地磁北极在地理南极附近．
一、电流的磁效应
1820年，丹麦物理学家奥斯特首先发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系．
1．奥斯特实验的方法．
(1)把水平导线沿南北方向放在小磁针的上方，让电流分别由南向北和由北向南通过．
(2)将水平导线移到小磁针的正下方，让电流再次由南向北和由北向南通过．
2．观察到的现象．
以上四种情况下小磁针均发生了偏转，但两次偏转的情况有所不同，小磁针稳定后的N极指向正好相反．
3．实验结论．
导线通入电流后，小磁针发生了转动，说明小磁针受到了磁场力的作用，可见电可以生磁．但是通入不同方向的电流时小磁针的转动方向不同，说明通入电流的方向不同，产生的磁现象也不一样．
二、对地磁场的理解
1．地磁场特点：地磁场的方向并不是正南正北方向的，即地磁两极与地理两极并不重合．地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近．地磁场方向与正南正北方向间有一夹角叫磁偏角．
2．虽然地磁两极与地理两极并不重合，但它们的位置相对来说差别不是很大．因此，一般我们认为：
(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．
(4)奥斯特实验证明了电流周围产生磁场，本来是没有条件的，但实际实验时必须考虑地磁场的影响，让通电导线沿南北方向放置，使电流产生的磁场方向与地磁场方向尽量不一致，效果明显．
误区1：因磁场看不见摸不着，所以认为它不是客观存在的物质．
点拨：所有的磁作用都是通过磁场发生的．磁场与电场一样，都是场物质．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以分子、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，能对放在其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用．因此我们说磁场是和我们常见的桌子、房屋、水和空气一样，是一种客观存在的物质．虽然它们看不见摸不着，但可以通过它的基本性质反映出来．
误区2：认为磁场和电场是一种相同的物质．
点拨：(1)电流能产生磁场，不论磁极与磁极之间，电流与电流之间，还是磁体与电流之间，都有相互作用的磁场力．磁场的基本性质是对放入其中的磁极、电流有磁场力的作用．
(2)电场是电荷周围的一种特殊物质，其基本性质是对放入其中的电荷有电场力的作用，而不会对放入其中的磁极产生力的作用．因此，磁场和电场是两种不同的物质，各自具有不同的特点．
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的相互作用而人为引入的
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
解析：磁场是客观存在于磁极或电流周围的一种物质，所以B、D选项错误；磁极之间、磁极与电流之间、电流与电流之间、运动电荷之间的作用都是通过磁场发生的，不是直接发生的，故C选项错误．
答案：A
点评：此题易误选B.磁场是客观存在的一种物质，并非为了某种需要而人为引入的．
关于磁场下列说法正确的是 ( )
A．其基本性质是对处于其中的磁极和电流有力的作用
B．磁场是看不见摸不着，实际不存在而是人们假想出来的一种物质
C．磁场是客观存在的一种特殊的物质
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：AC
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北半球地磁场方向相对地面是斜向上的；⑤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．①⑤ D．②③
解析：本题考查地球磁场的特点与分布，地球的磁场与条形磁铁的磁场相似，主要有三个特点：
(1)地磁场的N极在地理南极附近，S极在地理北极附近，磁感线分布如图所示．
(2)地磁场B的水平分量(Bx)总是从地理南极指向北极，而竖直分量(By)则南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下．
(3)在赤道平面上，距离地球表面相等的各点，磁感应强度相等，且方向水平向北．故正确答案为D.
答案：D
点评：求解该题应先明确地磁场的特点及地球表面各处地磁场的方向．
(2010·太原高二检测)明永乐三年(1405年)的一天，江苏太仓城外刘家港的港湾里，一支庞大的船队正准备起锚远航，“宝舟体势巍然，巨无匹敌，棚帆锚舵，非二三百人莫能举动．”整个船队有官兵、水手、工匠、医生、翻译等两万多人……以上是对郑和统帅船队将要“下西洋”时的描述．以下说法正确的是 ( )
A．我国是最早在航海上使用指南针的国家
B．郑和下西洋的宝船上装着罗盘，导航时兼用罗盘和观星，二者互相补充、互相修正
C．意大利航海家哥伦布是世界上第一个观测到磁偏角的人
D．中国的沈括观测到磁偏角比哥伦布早约四百年
答案：ABD
解析：指南针是我国古代四大发明之一，对世界航海事业的发展作出了巨大贡献．我国宋代学者沈括最早准确记录了磁针所指的南北方向不是地理上的正南正北的现象，意即发现了地磁偏角．西方直到1492年哥伦布第一次航行美洲时才发现了地磁偏角，比沈括的发现晚了约四百年，所以选项A、B、D正确．
下图是医生用来取出病人吞下的金属物品的仪器．当仪器顶部接触金属物品时，医生将手控环内推，再拉出整条塑料管．
(1)你能说出这种仪器的原理吗？
(2)如果小孩不慎吞下的是易拉
罐拉环或一个回形针，哪种物
体可以用这种仪器取出来？
(3)如果把活动永磁体换成电磁铁，你认为是不是更实用呢？
解析：(1)当仪器顶部接触金属物品时，将手控环内推，其上的活动永磁铁使固铁磁化，磁化后吸引铁磁性金属物品，然后拉出整条塑料管，即可把这种金属物品取出．(2)由于磁铁只能吸引铁磁性物体，而易拉罐环是铝合金材料的，不是铁磁性物质，因此不能取出；而回形针是铁磁性物体，可以用此仪器取出．(3)电磁铁的磁性强弱可以随电流的变化而变化，如果是误吞了比较重的金属，可通过调节电流大小使磁性增强，把它取出来．故使用电磁铁应更实用一些．
点评：对开放性题目，注意把握题中所给的信息，寻找解题的思路．使原来没有磁性的物体获得磁性的过程叫磁化，铁或钢制的物品都能较容易地被磁化而获得磁性．
1991年8月《新民晚报》报道一条消息：上海的信鸽从内蒙古放飞后，历经20余天，返回市区鸽巢．信鸽这种惊人的远距离辨认方向的本领，实在令人称奇，那么信鸽究竟靠什么来判断方向呢？科学家们曾经做过这样一个实验：把几百只训练有素的信鸽分成两组，在一组信鸽的翅膀下缚了一块小磁铁，而在另一组信鸽的翅膀下缚一块大小相同的铜块，然后把它们带到离鸽舍数千米至数十千米的地方，逐批放飞，结果绝大部分缚铜块的信鸽飞回到鸽舍，而缚着磁铁的信鸽却全部都飞散了，这一实验证实了人们的一个猜想——鸽子高超的认路本领是依赖于( )
A．鸽子的眼力和对地形地貌极强的记忆力来判别方向
B．鸽子对地磁场的感应来判别方向
C．鸽子发射并接收反射回来的超声波来判别方向
D．鸽子发射并接收反射回来的次声波来判别方向
答案：B
解析：信鸽翅膀下的磁铁影响了信鸽对地磁场方向的判断，影响了飞行方向．
●情景切入
我们的祖先在磁现象的发现及应用方面写下了灿烂的一页．早在战国时期就有“慈石召铁”的记载，讲的是天然磁石对铁块的吸引．指南针是我国古代的四大发明之一，对世界文明有重大影响．
指南针
磁到底是什么？指南针为什么能指明方向？磁对人类有什么作用？这一章我们就来探究磁的奥秘．
●知识导航
本章研究有关磁场的产生描述及磁场对电流和运动电荷作用的知识，安培力、洛伦兹力是磁场性质的具体体现，磁电式电流表、质谱仪和回旋加速器是安培力和洛伦兹力的具体应用．
在学习过程中要掌握三个概念、两个定则、二种规律．
三个概念：磁场、磁感应强度、磁通量．
两个定则：左手定则、右手定则．
二种规律：通电导体在磁场中受力的规律、带电粒子在磁场中的运动规律．
本章学习的重点：磁感应强度的概念，磁现象的电本质；磁场对电流的作用力—安培力；磁场对运动电荷的作用力—洛仑兹力．
本章难点：带电粒子在磁场中运动的基本规律以及带电粒子在电场、磁场、重力场中的运动规律的综合应用．
●学法指导
1．本章的学习可以通过与前面学过的电场类比，从而更好地理解，例如，磁场与电场类比，磁感应强度与电场强度类比，磁感线与电场线类比，安培力、洛伦兹力与电场力类比等．
2．可运用等效法处理运动电荷、磁体间的相互作用问题，比如把运动电荷、磁体等效成电流，在学习过程中通过实验，由感性到理性，从而培养科学的思维习惯和研究方法．
3．在处理运动电荷在匀强磁场中的运动时，首先要找到圆周运动的圆心，利用洛伦兹力提供向心力这一条件，确定圆周运动的半径和周期，再进一步确定运动时间、偏转角度等物理量．
4．磁电式电流表、质谱仪和回旋加速器是安培力和洛伦兹力的具体应用，学习过程中要善于把实际问题抽象成简单的物理模型，弄清它的基本原理.
※ 认识磁现象，知道磁场的概念
※ 知道磁场是客观存在的物质，了解电流的磁效应
※ 了解地磁场的分布、变化，以及对人类生活的影响.
信鸽千里归巢是一件再普通不过的事情．可为鸽子导航的“地图”在哪儿？为什么在没有阳光的暴风雨天气或者在出现日食的日子鸽子会迷路？
一、磁现象
1．磁性：物质具有 等物质的性质叫磁性．
2．磁体： 的物体叫磁体．
3．磁极：磁体的各部分磁性强弱不同， 的区域叫磁极．
(1)任何磁体都有两个磁极，一个叫南极(又称S极)，另一个叫 ．
(2)同名磁极相互 ，异名磁极相互 ．
吸引铁、钴、镍
具有磁性
磁性最强
北极(又称N极)
排斥
吸引
二、电流的磁效应
1．通电导体的周围有 ，即电流的周围有 ，电流的磁场使放在导体周围的磁针 ，磁场的方向跟 的方向有关．这种现象叫做电流的磁效应．
2． 是世界上第一个通过实验发现了电现象和磁现象之间的联系的人．
磁场
磁场
发生偏转
电流
奥斯特
三、磁场
所有与磁现象有关的相互作用，都是通过磁场发生的，可与电荷间的相互作用相类比．
1．定义：磁体或电流周围存在一种特殊物质，能够传递 之间、 之间、 之间的相互作用，这种特殊的物质叫磁场．
2．磁场的基本性质：对放入其中的 或 产生力的作用．
3．磁场的产生：① 周围存在磁场；② 周围存在磁场——电流的磁效应．
磁体与磁体
磁体和电流
电流和电流
磁极
电流
永磁体
电流
四、磁性的地球
1．地球是一个巨大的 ，地球周围存在着磁场——地磁场．
2．地磁体的南极在地球 附近，地磁体的北极在地球 附近．
3．地球的地理两极与地磁两极并 ，因此，磁针并非准确地 或 ，其间有一个交角，这就是 ，简称磁偏角．(如图所示)
磁体
北极
南极
不重合
指南
指北
地磁偏角
答案：①电流与电流之间 ②对放入其中的磁体和电流产生力的作用 ③地磁南极在地理北极附近、地磁北极在地理南极附近．
一、电流的磁效应
1820年，丹麦物理学家奥斯特首先发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系．
1．奥斯特实验的方法．
(1)把水平导线沿南北方向放在小磁针的上方，让电流分别由南向北和由北向南通过．
(2)将水平导线移到小磁针的正下方，让电流再次由南向北和由北向南通过．
2．观察到的现象．
以上四种情况下小磁针均发生了偏转，但两次偏转的情况有所不同，小磁针稳定后的N极指向正好相反．
3．实验结论．
导线通入电流后，小磁针发生了转动，说明小磁针受到了磁场力的作用，可见电可以生磁．但是通入不同方向的电流时小磁针的转动方向不同，说明通入电流的方向不同，产生的磁现象也不一样．
二、对地磁场的理解
1．地磁场特点：地磁场的方向并不是正南正北方向的，即地磁两极与地理两极并不重合．地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近．地磁场方向与正南正北方向间有一夹角叫磁偏角．
2．虽然地磁两极与地理两极并不重合，但它们的位置相对来说差别不是很大．因此，一般我们认为：
(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．
(4)奥斯特实验证明了电流周围产生磁场，本来是没有条件的，但实际实验时必须考虑地磁场的影响，让通电导线沿南北方向放置，使电流产生的磁场方向与地磁场方向尽量不一致，效果明显．
误区1：因磁场看不见摸不着，所以认为它不是客观存在的物质．
点拨：所有的磁作用都是通过磁场发生的．磁场与电场一样，都是场物质．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以分子、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，能对放在其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用．因此我们说磁场是和我们常见的桌子、房屋、水和空气一样，是一种客观存在的物质．虽然它们看不见摸不着，但可以通过它的基本性质反映出来．
误区2：认为磁场和电场是一种相同的物质．
点拨：(1)电流能产生磁场，不论磁极与磁极之间，电流与电流之间，还是磁体与电流之间，都有相互作用的磁场力．磁场的基本性质是对放入其中的磁极、电流有磁场力的作用．
(2)电场是电荷周围的一种特殊物质，其基本性质是对放入其中的电荷有电场力的作用，而不会对放入其中的磁极产生力的作用．因此，磁场和电场是两种不同的物质，各自具有不同的特点．
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的相互作用而人为引入的
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
解析：磁场是客观存在于磁极或电流周围的一种物质，所以B、D选项错误；磁极之间、磁极与电流之间、电流与电流之间、运动电荷之间的作用都是通过磁场发生的，不是直接发生的，故C选项错误．
答案：A
点评：此题易误选B.磁场是客观存在的一种物质，并非为了某种需要而人为引入的．
关于磁场下列说法正确的是 ( )
A．其基本性质是对处于其中的磁极和电流有力的作用
B．磁场是看不见摸不着，实际不存在而是人们假想出来的一种物质
C．磁场是客观存在的一种特殊的物质
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：AC
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北半球地磁场方向相对地面是斜向上的；⑤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．①⑤ D．②③
解析：本题考查地球磁场的特点与分布，地球的磁场与条形磁铁的磁场相似，主要有三个特点：
(1)地磁场的N极在地理南极附近，S极在地理北极附近，磁感线分布如图所示．
(2)地磁场B的水平分量(Bx)总是从地理南极指向北极，而竖直分量(By)则南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下．
(3)在赤道平面上，距离地球表面相等的各点，磁感应强度相等，且方向水平向北．故正确答案为D.
答案：D
点评：求解该题应先明确地磁场的特点及地球表面各处地磁场的方向．
(2010·太原高二检测)明永乐三年(1405年)的一天，江苏太仓城外刘家港的港湾里，一支庞大的船队正准备起锚远航，“宝舟体势巍然，巨无匹敌，棚帆锚舵，非二三百人莫能举动．”整个船队有官兵、水手、工匠、医生、翻译等两万多人……以上是对郑和统帅船队将要“下西洋”时的描述．以下说法正确的是 ( )
A．我国是最早在航海上使用指南针的国家
B．郑和下西洋的宝船上装着罗盘，导航时兼用罗盘和观星，二者互相补充、互相修正
C．意大利航海家哥伦布是世界上第一个观测到磁偏角的人
D．中国的沈括观测到磁偏角比哥伦布早约四百年
答案：ABD
解析：指南针是我国古代四大发明之一，对世界航海事业的发展作出了巨大贡献．我国宋代学者沈括最早准确记录了磁针所指的南北方向不是地理上的正南正北的现象，意即发现了地磁偏角．西方直到1492年哥伦布第一次航行美洲时才发现了地磁偏角，比沈括的发现晚了约四百年，所以选项A、B、D正确．
下图是医生用来取出病人吞下的金属物品的仪器．当仪器顶部接触金属物品时，医生将手控环内推，再拉出整条塑料管．
(1)你能说出这种仪器的原理吗？
(2)如果小孩不慎吞下的是易拉
罐拉环或一个回形针，哪种物
体可以用这种仪器取出来？
(3)如果把活动永磁体换成电磁铁，你认为是不是更实用呢？
解析：(1)当仪器顶部接触金属物品时，将手控环内推，其上的活动永磁铁使固铁磁化，磁化后吸引铁磁性金属物品，然后拉出整条塑料管，即可把这种金属物品取出．(2)由于磁铁只能吸引铁磁性物体，而易拉罐环是铝合金材料的，不是铁磁性物质，因此不能取出；而回形针是铁磁性物体，可以用此仪器取出．(3)电磁铁的磁性强弱可以随电流的变化而变化，如果是误吞了比较重的金属，可通过调节电流大小使磁性增强，把它取出来．故使用电磁铁应更实用一些．
点评：对开放性题目，注意把握题中所给的信息，寻找解题的思路．使原来没有磁性的物体获得磁性的过程叫磁化，铁或钢制的物品都能较容易地被磁化而获得磁性．
1991年8月《新民晚报》报道一条消息：上海的信鸽从内蒙古放飞后，历经20余天，返回市区鸽巢．信鸽这种惊人的远距离辨认方向的本领，实在令人称奇，那么信鸽究竟靠什么来判断方向呢？科学家们曾经做过这样一个实验：把几百只训练有素的信鸽分成两组，在一组信鸽的翅膀下缚了一块小磁铁，而在另一组信鸽的翅膀下缚一块大小相同的铜块，然后把它们带到离鸽舍数千米至数十千米的地方，逐批放飞，结果绝大部分缚铜块的信鸽飞回到鸽舍，而缚着磁铁的信鸽却全部都飞散了，这一实验证实了人们的一个猜想——鸽子高超的认路本领是依赖于( )
A．鸽子的眼力和对地形地貌极强的记忆力来判别方向
B．鸽子对地磁场的感应来判别方向
C．鸽子发射并接收反射回来的超声波来判别方向
D．鸽子发射并接收反射回来的次声波来判别方向
答案：B
解析：信鸽翅膀下的磁铁影响了信鸽对地磁场方向的判断，影响了飞行方向．