3.1-3.2我们周围的磁现象 认识磁场 学案

第1、2讲　我们周围的磁现象　认识磁场
[目标定位]　1.了解磁现象，磁性材料；知道地磁场的分布、变化及对人类生活的影响.2.知道磁场的概念，明确磁体之间、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.3.知道磁感线的定义，记住几种特殊磁场的磁感线分布，学会用安培定则判断电流的磁场方向.4.了解电流的磁效应；了解安培分子电流假说.
一、地磁场
1.地磁场：地球由于本身具有磁性而在其周围形成的磁场.指南针就是利用地磁场指南的原理制成的
2.如图1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1
二、磁性材料
1.实验表明，任何物质在外磁场中都能够或多或少的被磁化，只是磁化程度不同.像铁那样磁化后磁性很强的物质叫铁磁性物质，所谓磁性材料通常就是指这一类物质.
磁性材料按去磁的难易可分为硬磁性材料和软磁性材料.磁化后容易去磁的物质叫软磁性材料，不容易去磁的物质叫硬磁性材料.
2.磁性材料按化学成分来分，常见有两大类：金属磁性材料与铁氧体.
三、磁场初探
1.人们认识到磁体之间的相互作用不是直接产生，而是通过磁场发生的.
2.丹麦物理学家奥斯特发现一枚放在通电细长导线的附近的小磁针发生的偏转，最后停在与导线垂直的方向上.
3.磁体能产生磁场，磁场对磁体有力的作用；现在发现电流能产生磁场，那么磁场对电流也应该有力的作用.法国物理学家安培，经过反复研究，他发现磁场对电流可以产生作用力.
四、磁场的方向
在磁场中的任一点，小磁针北极受力的方向，亦即小磁针静止时北极所指的方向，就是该点的磁场方向.
五、图示磁场
1.磁感线：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，磁感线的疏密程度反映了磁场的强弱.
2.电流周围的磁感线方向可以由安培定则来判定.
六、安培分子电流假说
1.安培认为，任何物质的分子中都存在环形电流——分子电流，分子电流使每个物质分子都成为一个微小的磁体.
2.安培分子电流假说
安培认为，物质微粒内的分子电流使它们相当于一个个的小磁体
(如图2所示).
图2
3.当铁棒中分子电流的取向大致相同时，铁棒对外显磁性(如图甲所示)；当铁棒中分子电流的取向变得杂乱无章时，铁棒对外不显磁性(如图乙所示)，所以磁体在高温或受到猛烈撞击时，将会退磁.
图3
4.安培分子电流假说揭示了磁现象的电本质：一切磁现象都是由电荷的运动产生的.
一、正确解读地磁场
1.地磁场：地球周围存在的磁场叫地磁场.如图4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4
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)在赤道正上方，距离地球表面高度相等的点，磁场的强弱相同，且方向水平向北.
(2)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.
例1　如图5所示，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(　　)
图5
A.指北
　　
B.指南
C.竖直向上
　　
D.竖直向下
答案　D
解析　地磁场的分布规律与条形磁铁类似，在地理北极附近，地磁场竖直向下，此处小磁针的N极应竖直向下，D对.
二、磁场及其方向
1.磁场：磁场是磁体的周围和电流的周围存在一种客观存在的物质.磁极和磁极间、磁极和电流间、电流和电流间的作用都是通过磁场来传递的.
2.基本性质：对放入其中的磁体或电流有力的作用.
3.磁场的产生：(1)磁体周围有磁场；(2)电流周围有磁场(奥斯特实验).
4.磁场的方向是指小磁针北极受力的方向或小磁针静止时北极所指的方向.
例2　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
三、对磁感线的深化理解
1.磁感线的特点
(1)磁体外，磁感线从北极到南极；磁体内由南极回到北极.
(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；磁场方向在过该点的磁感线的切线上.
(3)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断.
(4)磁感线是为了形象地描述磁场而人为假设的曲线.
2.常见永磁体的磁场(如图6所示)
图6
3.磁感线和电场线的比较
相同点：都是为了形象地描述场而假想的曲线；都是利用场中曲线的疏密程度表示场的强弱，切线方向表示场的方向；都不能相交.
不同点：电场线起于正电荷，终止于负电荷，不闭合；但磁感线是闭合曲线.
例3　关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是(　　)
A.磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止的
B.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北极所指的方向一致
C.磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的
D.两个磁场的叠加区域，磁感线可能相交
答案　B
解析　条形磁铁内部磁感线从S极到N极，选项A错误；磁感线上每一点切线方向表示磁场方向，磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，小磁针北极受力方向和小磁针静止时北极指向均为磁场方向，所以选项B正确；磁感线是为了形象地描述磁场而假设的一组有方向的闭合的曲线，实际上并不存在，所以选项C错误；叠加区域合磁场的方向也具有唯一性，故磁感线不可能相交，所以选项D错误.
借题发挥　磁场、电场都是一种客观存在的特殊物质，磁感线、电场线虽是假想的曲线，但可形象地分别描述磁场、电场的强弱和方向.应注意两者的区别与联系.
四、几种常见的磁场分布
三种常见电流的磁场
安培定则
立体图
横截面图
纵截面图
直线电流
以导线上任意点为圆心的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱
环形电流
环内磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏
通电螺线管
内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，由N极指向S极
例4　如图6所示，分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针静止时N极的指向或磁感线方向.请画出对应的磁感线(标上方向)或电流方向.
图6
答案　用安培定则来判断，分别如下列各图所示.
解析　如果已知电流的方向，可用右手螺旋定则判断磁感线的方向.如果已知小磁针静止时N极指向，那么小磁针N极所指方向就是磁感线方向.
对地磁场的理解
1.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
答案　D
解析　地面上小磁针静止时，南极应指向地磁场的北极，①错；地磁场的南极在地理北极附近，地磁场的北极在地理南极附近，②对；只有在赤道附近地磁场的方向和地面才平行，③对，⑤错；地磁场方向在北半球斜向下方，南半球斜向上方，④错.故正确答案为D.
对磁场的理解
2.磁性水雷是用一个可绕轴转动的小磁针来控制起爆电路的，军舰被地磁场磁化后就变成了一个浮动的磁体.当军舰接近磁性水雷时，就会引起水雷的爆炸，其依据是(　　)
A.磁体的吸铁性
B.磁极间的相互作用规律
C.电荷间的相互作用规律
D.磁场对电流的作用原理
答案　B
解析　同名磁极相斥、异名磁极相吸，被地磁场磁化的军舰相当于一个大磁体，当它与磁性水雷接近时，磁极间的相互作用引起磁性水雷内部小磁针的转动，接通电路，引起爆炸.
对磁感线的理解
3.(双选)下图表示磁场的磁感线，依图分析磁场中a点的磁感应强度比b点的磁感应强度大的是(　　)
答案　AC
解析　磁感线的疏密程度可表示磁感应强度的大小.
安培定则的理解和应用
4.(双选)如图7所示，螺线管中通有电流，如果在图中的a、b、c三个位置上各放一个小磁针，其中a在螺线管内部，则(　　)
图7
A.放在a处的小磁针的N极向左
B.放在b处的小磁针的N极向右
C.放在c处的小磁针的S极向右
D.放在a处的小磁针的N极向右
答案　BD
解析　由安培定则，通电螺线管的磁场如图所示，右端为N极，左端为S极，在a点磁场方向向右，则小磁针在a点时，N极向右，A项错，D项对.在b点磁场方向向右，则小磁针在b点时，N极向右，B项正确.在c点磁场方向向右，则小磁针在c点时，N极向右，S极向左，C项错.
(时间：60分钟)
题组一　磁现象和磁场
1.奥斯特实验说明了(　　)
A.磁场的存在
B.磁场的方向性
C.电流可以产生磁场
D.磁场间有相互作用
答案　C
2.在奥斯特电流磁效应的实验中，通电直导线应该(　　)
A.平行南北方向，在小磁针正上方
B.平行东西方向，在小磁针正上方
C.东南方向，在小磁针正上方
D.西南方向，在小磁针正上方
答案　A
3.如图1所示，一根条形磁铁，左端为S极，右端为N极.下列表示从S极到N极磁性强弱变化情况的图象中正确的是(　　)
图1
答案　C
解析　条形磁铁两极磁性最强，中间磁性最弱，故磁性强弱变化曲线如C所示.
4.在隧道工程以及矿山爆破作业中，部分未发火的炸药残留在爆破孔内，很容易发生人身伤亡事故.为此，科学家制造了一种专门的磁性炸药，在磁性炸药制造过程中掺入了10%的磁性材料——钡铁氧体，然后放入磁化机磁化.使用磁性炸药一旦爆炸，即可安全消磁，而遇到不发火的情况可用磁性探测器测出未发火的炸药，已知掺入的钡铁氧体的消磁温度约为
400
℃
，炸药的爆炸温度约2
240～3
100
℃
，一般炸药引爆温度最高为140
℃
左右.以上材料表明(　　)
A.磁性材料在低温下容易被磁化
B.磁性材料在高温下容易被磁化
C.磁性材料在低温下容易被消磁
D.磁性材料在高温下容易被消磁
答案　D
5.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对它的作用力
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
答案　B
6.磁性是物质的一种普遍属性，大到宇宙星体，小到电子、质子等微观粒子，几乎都会有磁性，地球就是一个巨大的磁体.在一些生物体内也会含有微量磁性物质，鸽子就是利用这种体内外磁性的相互作用来辨别方向的.若在鸽子身上绑一块永久磁铁，且其产生的磁场比附近的地磁场强的多，则在长距离飞行中(　　)
A.鸽子仍能如平时一样辨别方向
B.鸽子会比平时更容易的辨别方向
C.鸽子会迷失方向
D.不能确定鸽子是否会迷失方向
答案　C
题组二　磁感线及安培定则的应用
7.(双选)关于电场和磁场，下列说法正确的是(　　)
A.我们虽然不能用手触摸到电场的存在，却可以用试探电荷去探测它的存在和强弱
B.电场线和磁感线是可以形象描述场的强弱和方向而客观存在的曲线
C.磁感线和电场线一样都是闭合的曲线
D.磁体之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，都是客观存在的物质
答案　AD
解析　电场和磁场都是客观存在的物质，电场线和磁感线都是假想的曲线，实际并不存在.电场线和磁感线的最大区别在于：磁感线是闭合的，而电场线不是闭合的.故正确答案为A、D.
8.如图2所示为某磁场的一条磁感线，其上有A、B两点，则(　　)
图2
A.A点的磁感应强度一定大
B.B点的磁感应强度一定大
C.因为磁感线是直线，A、B两点的磁感应强度一样大
D.条件不足，无法判断
答案　D
解析　由磁场中一根磁感线无法判断磁场的强弱.
9.如图3所示为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是(　　)
图3
A.①③
B.②③
C.①④
D.②④
答案　C
解析　由安培定则可以判断出直线电流产生的磁场方向，①正确、②错误.③和④为环形电流，注意让弯曲的四指指向电流的方向，可判断出④正确、③错误.故正确选项为C.
10.如图4所示，a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右侧，当这些小磁针静止时，小磁针N极的指向是(　　)
图4
A.a、b、c均向左
B.a、b、c均向右
C.a向左，b向右，c向右
D.a向右，b向左，c向右
答案　C
解析　小磁针静止时N极的指向与该点磁感线方向相同，如果a、b、c三处磁感线方向确定，那么三枚小磁针静止时N极的指向也就确定.所以，只要画出通电螺线管的磁感线如图所示，即可知a磁针的N极在左边，b磁针的N极在右边，c磁针的N极在右边.
题组三　安培分子电流假说
11.如图5所示为磁场作用力演示仪中的赫姆霍兹线圈，在线圈中心处挂上一个小磁针，且与线圈在同一平面内，则当赫姆霍兹线圈中通以如图所示方向的电流时(　　)
图5
A.小磁针N极向里转
B.小磁针N极向外转
C.小磁针在纸面内向左摆动
D.小磁针在纸面内向右摆动
答案　A
解析　由安培定则可判断小磁针所在处线圈的磁场向里，而小磁针N极的受力方向与磁场方向相同，故小磁针N极向里转，S极向外转，故选A.
12.关于磁现象的电本质，安培提出了分子电流假说.他提出此假说的背景是(　　)
A.安培通过精密仪器观察到分子电流
B.安培根据原子结构理论，进行严格推理得出的结论
C.安培根据环形电流的磁性与磁铁相似提出的一种假说
D.安培凭空想出来的
答案　C
13.科学研究表明，地球自西向东的自转速度正在变慢.假如地球的磁场是由地球表面带电引起的，则可以断定
(　　)
A.地球表面带正电，由于地球自转变慢，地磁场将变弱
B.地球表面带正电，由于地球自转变慢，地磁场将变强
C.地球表面带负电，由于地球自转变慢，地磁场将变弱
D.地球表面带负电，由于地球自转变慢，地磁场将变强
答案　C
解析　地球的磁场类似于通电螺线管的磁场.我们已经知道，地理的南极是地磁N极，地理北极是地磁S极.按照右手螺旋定则，可以看出要有自东向西的电流才符合，那么必然是由于地球表面带负电自西向东旋转引起的.由于地球自转变慢，相当于电流减弱，地磁场将变弱.