(共45张PPT)
第三章
磁场
〔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。
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。
本章在知识结构上可以分为三个单元：1～3节是第一单元，这个单元主要学习磁场基本知识、描述磁场力的性质的物理量——磁感应强度、用磁感线对几种常见磁场进行描述；第4节是第二单元，主要学习电流在磁场中受到的安培力大小的表达，和安培力方向的判断方法——左手定则，同时还有与电流受力有关的电流表的组成和工作原理。5～6节是第三单元，主要讨论磁场对运动电荷的作用力——洛伦兹力的大小和方向，了解电视机显像管的工作原理。
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—洛伦兹力。
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．要注意培养空间想象能力。磁感应强度、电流、安培力和洛伦兹力分布在一个立体空间，在头脑中对它们的方向构成的立体关系要清晰，层次分明，并且还要根据需要转化为平面内的关系。
3．要分清左右手的用法。用左手判断安培力的方向，洛伦兹力的方向，用右手判断电流方向，还要注意研究正负粒子在磁场中运动的问题时，四个手指指向的区别。
4．善于利用几何关系。带电粒子的圆周运动，关键是确定圆周的圆心，再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。
1 磁现象和磁场
素养目标定位
※ 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
素养思维脉络
课前预习反馈
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___________________，另一个叫___________________。
(2)同名磁极相互________，异名磁极相互________。
知识点 1
磁现象
吸引铁、钴、镍
具有磁性
磁性最强
南极(又称S极)
北极(又称N极)
排斥
吸引
1．奥斯特实验
把导线沿________方向放置在指向南北的磁针上方，通电时磁针发生了________。
2．实验意义
奥斯特实验发现了电流的__________，即电流可以产生磁场，首先揭示了__________的联系。
知识点 2
电流的磁效应
南北
转动
磁效应
电与磁
1．定义
磁体或电流周围存在一种特殊物质，能够传递磁体与磁体之间、______________之间、______________之间的相互作用，这种特殊的物质叫磁场。
知识点 3
磁场
磁体和电流
电流和电流
2．磁场的基本性质
对放入其中的________或________产生力的作用。
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。
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。
磁极
电流
永磁体
电流
1．地磁场
地球本身是一个磁体，其周围存在的磁场叫__________。地磁场的N极位于地理________附近，S极位于地理________附近。地磁场很弱，但自由转动的小磁针能显示出地磁场的作用，这是__________的原理。
知识点 4
地球的磁场
地磁场
南极
北极
指南针
2．磁偏角
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)
不重合
指南
指北
地磁偏角
『判一判』
(1)磁场看不见，摸不着，因此磁场是人们假想的，实际并不存在。( )
(2)磁体与磁体之间的作用是通过磁场发生的，通电导线与通电导线之间的作用是通过电场发生的。( )
(3)磁体中各部分的磁性都是相同的。( )
(4)地球的磁场与条形磁体的磁场相似。( )
(5)我国古代四大发明中，涉及磁现象应用的发明是指南针。( )
思考辨析
×
×
×
√
√
『选一选』
(2019·浙江省绍兴一中高二上学期期中)磁性水雷是用一个可以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，如图所示，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．磁场具有方向性
B
解析：磁性水雷中的小磁针静止时，一端指南，一端指北，水雷不会爆炸，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，由磁极间的相互作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引知，就会使水雷中的小磁针发生转动，而触发水雷发生爆炸。故B正确，ACD错误。
『想一想』
如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。
课内互动探究
探究一 对磁场的理解
如图所示，磁体间、通电导线和磁体间都可以在不接触的情况下发生作用。
1
(1)甲图中两磁铁作用时，悬挂的磁铁两种情况下转动的方向不同，这说明了磁极间的作用有何特点？
(2)乙图中当给导线通电时，与导线平行放置的小磁针发生转动，表明电流和磁场存在什么关系？
提示：(1)同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
(2)电流周围产生磁场。
1．磁场的性质
基本性质 对放入其中的磁体或电流产生磁力作用
客观性质 磁场虽然不是由分子、原子组成，但是它和常见的桌子、房屋、水和空气一样，是一种客观存在的物质
特殊性质 磁场和常见的由分子、原子组成的物质不同，不是以微粒形式存在，而是以一种场的形式存在
磁场的方向性 磁场是具有方向的。所谓磁场的方向就是小磁针在磁场中其北极受力的方向，即小磁针静止时其北极所指的方向。
2.电流的磁效应
(1)电现象与磁现象的联系：
①磁体总存在着两个磁极，自然界中存在两种电荷。
②同种电荷相互排斥，同名磁极相互排斥；异种电荷相互吸引，异名磁极相互吸引。
(2)奥斯特的实验：
①实验装置如图所示。
②实验现象：当给导线通电时，与导线平行放置的小磁针发生转动。
③注意事项：为了排除地磁场的影响，使实验现象明显，导线应沿南北方向水平放置在小磁针的正上方。
④实验结论：电流具有磁效应，即电流可以产生磁场。
⑤实验意义：电流磁效应的发现，首次揭示了电与磁之间的联系，揭开了人类对电磁现象研究的新纪元。
特别提醒：自然界有两种基本的物质形态：实物和场。
(1)实物即具体的、有形的物质形态，由物质粒子组成。
(2)场是物质的另一种存在形态，和实物一样也是一种客观存在物，具有质量、能量、动量等物质的基本属性。
以下说法中正确的是( )
A．磁体与磁体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．磁体与电流间的相互作用是通过电场与磁场共同产生的
D．磁场和电场是同一种物质
解题指导：磁体周围有磁场，电流周围也存在磁场，磁体与磁体之间、电流与电流之间、磁体与电流之间的相互作用都是通过磁场发生的。
A
典例 1
解析：电流能产生磁场，在电流的周围就有磁场存在，不论是磁体与磁体间，还是电流与电流间、磁体与电流间，都有相互作用的磁场力。磁场是一种特殊物质，其最基本的性质是对放入其中的磁体或电流有磁场力的作用；而电场是电荷周围存在的一种特殊物质，其最基本的性质是对放入其中的电荷有电场力的作用，它不会对放入其中的磁体产生力的作用，因此，磁场和电场是两种不同的物质，各自具有其本身的特点，正确选项为A。
〔对点训练1〕 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。
A
探究二 地球的磁场
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？
提示：地球是一个大磁体，信鸽体内有某种磁性物质，它能借助地磁场辨别方向。
2
1．地磁场的方向
地磁场的方向并不是正南正北方向，即地磁两极与地理两极并不重合。地磁场方向与正南正北方向间有一个夹角——磁偏角。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，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，地磁场方向指向北上方；在北半球，地磁场方向指向北下方。
2．地磁场的影响
由于磁场对运动电荷有力的作用，故射向地球的带电粒子，其运动方向会发生变化，不能直接到达地球，因此地磁场对地球生命有保护作用。
特别提醒：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。
(2019·江苏省扬州市高二上学期物理期末)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．信鸽可以借助地磁场来辨别方向
解题指导：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。
C
典例 2
解析：由《梦溪笔谈》中的记载和题中磁感线分布示意图可知，地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近，地理南、北极与地磁场的南、北极不重合，在两极附近地球表面的地磁场方向不与地面平行，A、B正确，C错误；信鸽体内具有某种磁性物质，可以借助地磁场辨别方向，D正确。
〔对点训练2〕 若把地球磁场等效为一个条形磁铁的磁场，那么下列城市中哪个城市的地磁场最强( )
A．莫斯科
B．新加坡
C．广州
D．东京
解析：将地球等效为一个条形磁铁，越靠近两极，磁场越强，故选A。
A
核心素养提升
电场与磁场的比较
比较项目 电场 磁场
不同点 产生 电荷周围 磁体、电流、运动电荷周围
基本
性质 对放入其中的电荷有电场力的作用 对放入其中的磁体、电流有磁场力的作用
作用
特点 对放入其中的磁体无力的作用 对放入其中的静止电荷无力的作用
相同点 磁场和电场都是不依赖于人的意志而客观存在的特殊物质，都具有能量
磁铁吸引小铁钉与摩擦过的塑料尺吸引毛发碎纸屑两现象比较，下列说法正确的是( )
A．两者都是电现象
B．两者都是磁现象
C．前者是电现象，后者是磁现象
D．前者是磁现象，后者是电现象
解析：磁铁是靠其周围的磁场作用于小铁钉，是磁现象，摩擦过的塑料尺带上电荷，靠其周围的电场作用于毛发纸屑等物体，是电现象，D对，A、B、C错。
D
案 例
课内随堂达标
课后课时作业
第三章 1
[练案21]
一、选择题(1～5题为单选题，6题为多选题)
1．(2019·陕西西北工业大学附中高二上学期段考)下列说法中与实际情况相符的是( D )
A．地球的磁偏角是一个定值
B．地磁场的北极在地理北极附近
C．除了地球外，到目前为止其他星球上还没有发现磁现象
D．郑和出海远航比哥伦布的远洋探险早
解析：磁偏角随地理位置变化而变化，A错误；地磁场的北极在地理南极附近，B错；通过观察发现其他星球上也有磁场存在，C错误；郑和出海远航比哥伦布的远洋探险早，D正确。
2．目前许多国家都在研制磁悬浮列车，我国拥有全部自主知识产权的第一条磁悬浮列车试验线已建成通车(如图)。一种磁悬浮列车的车厢和铁轨上分别安放着磁体，车厢用的磁体大多是通过强大电流的电磁铁，现有下列说法：①磁悬浮列车利用了磁极间的相互作用；②磁悬浮列车利用了异名磁极互相排斥；③磁悬浮列车消除了车体与轨道之间的摩擦；④磁悬浮列车增大了车体与轨道之间的摩擦。正确的组合是( A )
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④
解析：磁悬浮列车利用磁极间的相互作用的特性而与铁轨分离，这样它在前进过程中不再受到与铁轨之间的摩擦阻力，而只会受到空气的阻力。故A正确。
3．如图所示，a、b、c三根铁棒中有一根没有磁性，则这一根可能是( A )
A．a B．b
C．c D．都有可能
解析：由题图知b、c相互排斥，说明b、c都有磁性，所以a棒无磁性。故选项A正确。
4．物理实验都需要有一定的控制条件，奥斯特做电流磁效应实验时就应排除地磁场对实验的影响。下列关于奥斯特实验的说法正确的是( D )
A．该实验必须在地球赤道上进行
B．通电直导线必须竖直放置
C．通电直导线应该水平东西方向放置
D．通电直导线可以水平南北方向放置
解析：地磁场的N极在地理的南极附近，地磁场的S极在地理的北极附近，地磁场方向由南指向北，小磁针N极在地磁场的作用下会自动指向北方，因此通电直导线可以水平南北方向放置，这样小磁针在通电直导线周围磁场的作用下指向东西方向，表明电流周围有磁场，通电直导线不一定放置在地球赤道上，故D正确。
5．(2019·山东省滕州一中高二上学期检测)月球表面周围没有空气，它对物体的引力仅为地球上的1/6，月球表面没有磁场，根据这些特征，在月球上，下图中的四种情况能够做到的是( D )
解析：既然月球表面没有磁场，那么在月球上就不能用指南针定向，所以A错误；月球表面周围没有空气，所以无法使用电风扇吹风，而声音也无法传播，所以B、C均不对，只有选项D正确。
6．停在十层的电梯底板上放有两块相同的条形磁铁，磁铁的极性如图所示，开始时两块磁铁在电梯底板上处于静止状态( AC )
A．若电梯突然向下开动(磁铁与底板始终相互接触)，并停在一层，最后两块磁铁可能已碰在一起
B．若电梯突然向下开动(磁铁与底板始终相互接触)，并停在一层，最后两块磁铁一定仍在原来位置
C．若电梯突然向上开动，并停在二十层，最后两块磁铁可能已碰在一起
D．若电梯突然向上开动，并停在二十层，最后两块磁铁一定仍在原来位置
解析：两块磁铁原来静止，则磁铁所受静摩擦力等于磁铁间的吸引力，若电梯突然向下开动，由于失重，最大静摩擦力会减小，当最大静摩擦力减小到小于磁铁间的吸引力时，两磁铁会相互靠近而碰在一起，故A对，B错；若电梯向上开动，当电梯在最后减速运动时，磁铁同样处于失重状态，故C对，D错。
二、非选择题
7．磁带、磁盘、存折、信用卡等都是利用磁性材料制成的生活用具，为了保护这些用具上的信息，你认为应该怎样做？
答案：磁带、磁卡等是利用对其上面的磁性材料磁化的强弱或方向的不同来记录信息的，如果将它们与磁性物体放在一起，则它上面的磁性材料会被重新磁化，使其原有信息消失，因此磁带、磁卡等应放在远离磁铁等磁性物体的地方。另外各种银行卡、交费卡、电话卡最好也不要长时间地放在一起，以免它们互相磁化而丢失信息。
8．一块没有标明南、北极的小磁针，你能想办法判断它的磁极吗？
(1)A同学用一个已知磁性的小磁针，立刻得出了结果。你知道他是怎样得出的吗？
(2)B同学设计了这样一个方案：他将小磁针固定在小塑料盘中，然后放在水中，他的结论也是正确的，你能说出他利用了什么原理吗？
答案：(1)A同学利用磁体磁极间的相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
(2)B同学利用了地磁场的影响，地理的南极为地磁的北极，地理的北极为地磁的南极。小磁针指地理南极的一端一定是小磁针的S极，指地理北极的一端一定是小磁针的N极。
第三章 1
1．(2019·云南省腾冲市第八中学高二下学期期中)物理学是一门以实验为基础的学科，许多物理定律就是在大量实验的基础上归纳总结出来的，有关下面四个实验装置，描述正确的是( C )
A．牛顿利用装置(1)测量出了引力常量
B．安培利用装置(2)总结出了电荷间的相互作用规律
C．奥斯特利用装置(3)发现了电流的磁效应
D．亚里士多德利用装置(4)总结出了自由落体运动规律
解析：牛顿发现万有引力定律之后，卡文迪许利用扭秤装置测定了引力常量的数值，故A错误；库仑通过扭秤实验总结出电荷间相互作用的规律，故B错误；奥斯特发现了电流的磁效应，故C正确；伽利略通过逻辑推理和数学知识研究了铜球在斜面滚动的实验，得出了自由落体运动是匀变速直线运动这一规律，故D错误。
2．(2019·山东济南市历城高二中学高二期中)如图所示，八个相同的条形磁铁都处于平衡状态，且弹簧处于伸长状态，设磁铁的质量为m，则( D )
A．①中磁铁对地面的压力为mg
B．②中磁铁对地面的压力为mg
C．③中磁铁对地面的压力大于3mg
D．④中磁铁对地面的压力等于2mg
解析：题图①中，对下面的磁铁受力分析，在竖直方向受重力mg、上面磁铁的吸引力F及地面的支持力FN，可知FN＝mg－F，故题图①中磁铁对地面的压力小于mg，A错误；同理题图②中磁铁对地面的压力大于mg，B错误；对题图③④中的磁铁，以整体为研究对象知，磁铁对地面的压力均等于整体的重力，即2mg，C错误，D正确。
3．(多选)(2019·河北省石家庄二中高二上学期期中)磁力玻璃擦是目前很时尚的玻璃清洁器，其原理是利用异性磁极的吸引作用可使外面的一片跟着里面的一片运动，旧式磁力玻璃擦在使用时由于相对移动会导致前后的同性磁极间距较小，由于同性磁极间的斥力作用很容易脱落，其内部N、S磁极分布如图甲所示。经过改进后，新式磁力玻璃擦内部的N、S磁极分布如图乙所示，使用时两片不易脱落，关于两种磁力玻璃擦，下列说法正确的是( AC )
A．图甲中前后面的同性磁极间距较小，同性磁极相互斥力大，容易脱落
B．图甲中前后面的异性磁极间距较小，异性磁极相互引力大，不容易脱落
C．图乙中前后面的同性磁极间距较大，同性磁极相互斥力小，不容易脱落
D．图乙中前后面的异性磁极间距较大，异性磁极相互引力小，容易脱落
解析：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，题图甲中前后面的同性磁极间距较小，同性磁极相互斥力大，容易脱落，题图乙中前后的同性磁极间距较大，同性磁极相互斥力小，不容易脱落，故AC正确。
