高中物理粤教版选修3-1学案：第3章 第1节　我们周围的磁现象 第2节　认识磁场 Word版含解析

第一节　我们周围的磁现象
第二节　认识磁场
[学习目标]　1.了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其在现代生产和生活中的应用．　2.了解地磁场的分布、变化以及对人类生活的影响．(重点)　3.了解磁性材料．　4.知道磁场的概念，理解磁场的方向．(重点)　5.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．(重点、难点)　6.了解安培分子电流假说．
一、地磁场及磁性材料
1．地磁场：地球由于本身具有磁性而在其周围形成的磁场叫做地磁场．地球磁体的N极位于地理南极附近，地球磁体的S极位于地理北极附近．
2．磁性材料
(1)定义：磁性材料是指磁化后磁性很强的物质，也叫铁磁性物质．
(2)
二、认识磁场
1．磁场的来源：磁体、通电导体的周围都存在磁场．
2．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，都是通过磁场发生作用的．磁场是物质存在的一种特殊形式．
3．磁场性质：对放入其中的磁体或电流产生力的作用．
三、磁场的描述
1．磁感线
(1)定义：在磁场中画出一些有方向的曲线，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．
(2)特点：磁感线的疏密程度表示磁场强弱，磁场强的地方磁感线密，磁场弱的地方磁感线疏．
2．电流的磁场和安培定则
通电直导线周围的磁场、环形电流的磁场和通电螺线管的磁场，它们的磁感线的方向都可以用安培定则判定：
(1)直线电流的磁场：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的环绕方向．
(2)环形电流和通电螺线管的磁场：让右手弯曲的四指与电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形电流轴线上的磁感线的方向或螺线管内部磁感线的方向．
四、安培分子电流假说
1．分子电流假说：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．安培的假设能很好的解释磁化和退磁．
3．磁现象的本质：磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是电荷的运动产生的．
1．正误判断
(1)地球的地磁两极和地理两极重合． (×)
(2)磁场的方向就是小磁针北极受力方向． (√)
(3)磁感线是为描述磁场而虚拟的，实际不存在． (√)
(4)磁感线不同于电场线，磁感线可以相交． (×)
(5)静止的电荷周围既存在电场，又存在磁场． (×)
2．下列关于地磁场的说法中正确的是(　　)
A．地理位置的南、北极即为地磁场的南、北极
B．在赤道上的小磁针的N极在静止时指向地理南极
C．在赤道上的小磁针的N极在静止时指向地理北极
D．地磁场在地表附近某处有两个分量，水平分量指向地理的北极附近，竖直分量一定竖直向下
C　[根据地磁场的特点可知：地理北极附近为地磁场南极即S极，在磁体外部磁场由N极指向S极．在南半球地磁场的竖直分量向上，在北半球竖直分量向下．故C正确．]
3.如图所示，水平直导线ab通有向右的电流I后，置于导线正下方原来静止的小磁针的S极将(　　)
A．向纸外偏转
B．向纸内偏转
C．在纸面内顺时针转过90°
D．不动
A　[根据安培定则可以确定，通电直导线在其下方产生垂直纸面向里的磁场，在磁场力的作用下，小磁针N极向纸内偏转、S极向纸外偏转，A项正确．]
对磁场及地磁场的理解
1.磁场的性质
(1)客观存在性：与电场一样，也是一种物质，是一种看不见而又客观存在的特殊物质．存在于磁体、通电导线、运动电荷、变化电场、地球的周围．
(2)方向性：人们规定，磁场中任一点小磁针北极(N极)的受力方向(或小磁针静止时N极的指向)为该处的磁场方向．
(3)基本性质：对放入其中的磁极、电流、运动的电荷有力的作用，而且磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流间的相互作用都是通过磁场发生的．
2．地磁场的特征
(1)地磁场的方向：
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，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．
③在南半球，地磁场方向向北偏向上方；在北半球，地磁场方向向北偏向下方．
(2)磁偏角的形成：磁偏角是小磁针的指向与正南、正北方向间的夹角．磁偏角的存在是因为地球的地理两极与地磁两极并不重合，小磁针静止时，它的两极分别指向地磁两极而不是地理两极，所以产生了磁偏角．
【例1】　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所示．结合上述材料，下列说法不正确的是(　　)
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．地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用
C　[地理南、北极与地磁场存在一个夹角，称为磁偏角，故地理南、北极与地磁场的南、北极不重合，A正确；地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近，B正确；由于地磁场中某点的磁场方向沿该点的磁感线切线方向，故只有赤道处磁场方向与地面平行，C错误；在赤道处磁场方向水平，而射线是带电的粒子，运动方向垂直磁场方向，根据左手定则可得射向赤道的带电宇宙射线粒子受到洛伦兹力的作用，D正确．]
地球上位置不同地磁场也不同
(1)地球上不同的地点地磁场的方向不同，水平分量由南指向北，竖直分量在南半球竖直向上，在北半球竖直向下．因此当涉及地磁场的问题时，要注意明确在地球上的位置．
(2)在两极附近磁场最强，赤道附近磁场最弱．
训练角度1.对磁场的理解
1．(多选)关于磁场的下列说法中正确的是(　　)
A．磁场和电场一样，是同一种物质
B．磁场最基本的性质是对处于磁场里的磁体或电流有力的作用
C．磁体与通电导体之间的相互作用不遵循牛顿第三定律
D．电流与电流之间的相互作用是通过磁场进行的
BD　[电场是存在于电荷周围的一种特殊物质，磁场是存在于磁体和电流周围的一种特殊物质，二者虽然都是客观存在的，但有本质的区别，A项错误；磁场最基本的性质是对处于磁场里的磁体或电流有力的作用，B项正确；磁体与磁体、磁体与电流，电流与电流间相互作用的磁场力与其他性质的力一样，都遵循牛顿第三定律，C项错误；电流的周围产生磁场，所以电流与电流之间的相互作用是通过磁场进行的，D项正确．]
训练角度2.对地磁场的认识
2．在地球赤道上空有一小磁针处于水平静止状态，突然发现小磁针的N极向东偏转，由此可知(　　)
A．一定是小磁针正东方向有一条形磁铁的S极靠近小磁针
B．一定是小磁针正北方向有一条形磁铁的S极靠近小磁针
C．可能是小磁针正上方有电子流自东向西水平通过
D．可能是小磁针正上方有电子流自南向北水平通过
D　[正常情况下，由于地磁场的作用，小磁针的N极应指向北方，而小磁针的N极向东偏转，说明小磁针受到外加磁场的作用，可能在小磁针的东方有一条形磁铁的S极靠近小磁针，可能在小磁针的西方有一条形磁铁的N极靠近小磁针，也可能是在小磁针正上方有电子流自南向北水平通过，产生了由北向南的电流，使小磁针的N极向东偏转．所以选项D正确．]
对磁感线及电流的磁场的理解
1.磁感线特点
(1)磁感线是假想的，不是真实存在的线．
(2)磁感线上每一点的切线方向即为该点的磁场方向．
(3)磁感线是闭合曲线．
(4)磁感线的疏密程度表示磁场的强弱．
(5)磁感线不能相交或相切．
2．三种电流的磁场对比
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
内部磁场比环外强，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极出发回到S极
3.磁感线与电场线的比较
比较项目
磁感线
电场线
相
似
点
意义
为了形象地描述磁场的方向和强弱而假想的线
为了形象地描述电场的方向和强弱而假想的线
相似点
方向
线上各点的切线方向就是该点的磁场方向
线上各点的切线方向就是该点的电场方向
疏密
表示磁场强弱
表示电场强弱
特点
在空间不相交、不相切、不中断
除电荷处外，在空间不相交、不相切、不中断
不同点
闭合曲线
始于正电荷或无穷远处，止于负电荷或无穷远处．不闭合的曲线
【例2】　弹簧测力计下挂一条形磁铁，其N极一端位于一通电螺线管的正上方，如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．若a接电源正极，b接负极，弹簧测力计示数不变
B．若a接电源正极，b接负极，弹簧测力计示数增大
C．若b接电源正极，a接负极，弹簧测力计示数减小
D．若b接电源正极，a接负极，弹簧测力计示数增大
D　[若a接电源正极，b接负极，螺线管中电流俯视沿逆时针方向，由安培定则判断螺线管的上端相当于条形磁铁的N极．故磁铁受到螺线管对它向上的斥力作用，弹簧测力计示数减小．A、B错误；若b接电源正极，a接负极，由安培定则判断螺线管的上端相当于条形磁铁的S极，磁铁受到螺线管对它向下的引力作用，弹簧测力计示数变大．故C错误，D正确．]
环形电流的等效磁场
(1)环形电流的磁场与小磁针的相同，应用安培定则时，拇指所指的方向应该是环内磁场的方向，也是等效小磁针N极的方向．
(2)通电螺线管的磁场相当于条形磁铁，其外部的磁感线是由N极指向S极；内部是由S极指向N极．
3.如图所示，环形导线周围有三只小磁针a、b、c，闭合开关S后，三只小磁针N极的偏转方向是(　　)
A．全向里
B．全向外
C．a向里，b、c向外
D．a、c向外，b向里
D　[开关闭合后，环形电流中存在顺时针方向的电流，根据安培定则可判知：环内磁场方向垂直于纸面向里，环外磁场方向垂直于纸面向外．磁场的方向就是小磁针静止时N极的指向，所以小磁针b向里偏转，小磁针a、c向外偏转．]
课 堂 小 结
知 识 脉 络
1.地球是一个大磁体，N极位于地理南极附近，S极位于地理北极附近.
2.磁体周围、电流周围都存在磁场，磁场对放入磁场中的磁体或电流产生力的作用.
3.磁感线是用于描述磁场的有方向的曲线，曲线的疏密可以描述磁场的强弱，曲线上各点的切线方向与该点的磁场方向一致.
4.通电直导线、环形电流和通电螺线管的磁场可用安培定则判定．
1．如图是铁棒甲与铁棒乙内部各分子电流取向的示意图，甲棒内部各分子电流取向是杂乱无章的，乙棒内部各分子电流取向大致相同，则下列说法中正确的是(　　)
甲　　　　　　　　　乙
A．两棒均显磁性
B．两棒均不显磁性
C．甲棒不显磁性，乙棒显磁性
D．甲棒显磁性，乙棒不显磁性
C　[甲棒内部分子电流的取向杂乱无章，分子电流产生的磁场相互抵消，故对外不显磁性；乙棒内部分子电流的取向大致相同，对外显示磁性．故C正确．]
2．关于磁感线和电场线，下列说法中正确的是(　　)
A．磁感线是闭合曲线，而电场线不是闭合曲线
B．磁感线和电场线都是一些互相平行的曲线
C．磁感线起始于N极，终止于S极；电场线起始于正电荷，终止于负电荷
D．磁感线和电场线都只能分别表示磁场和电场的方向
A　[电场线起始于正电荷(或无穷远)，终止于无穷远(或负电荷)，即电场线不是闭合曲线．而磁感线在磁体外部从N极指向S极，内部从S极指向N极，内外构成闭合曲线．A对，C错．无论是磁感线还是电场线，都是既有直
线，也有曲线，B错．磁感线和电场线都能表示场的大小和方向，D错．]
3．下列各选项中是直线电流、环形电流磁场的磁感线分布图，其中电流方向与磁感线方向的关系正确的是(　　)
A　[电流方向向上，由右手螺旋定则可得磁场方向为逆时针方向(从上向下看)，故A正确；电流方向向下，由右手螺旋定则可得磁场方向为顺时针方向(从上向下看)，故B错误；图中电流为环形电流，由右手螺旋定则可知内部磁场方向应向右，故C错误；由右手螺旋定则可知内部磁感线方向向左，故D错误．]
4．如图所示，通电螺线管周围能自由转动的小磁针a、b、c、d已静止，N指向正确的是(　　)
A．小磁针a B．小磁针b
C．小磁针c D．小磁针d
C　[由右手螺旋定则判断出通电螺线管的左端为N极，右端为S极，由同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引知，只有小磁针c的指向正确．]