粤教版（2019）高中物理 必修第三册 第6章 第1节　磁现象与磁场学案

第一节　磁现象与磁场
学习目标：1.[科学态度与责任]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.[物理观念]　知道磁场的概念，知道磁场是客观存在的物质。　3.[科学思维]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.[物理观念]了解安培分子电流假说。　5.[科学态度与责任]了解地磁场的分布、变化以及对人类生活的影响。
一、磁场
1．磁相互作用：磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流之间，都存在着相互作用，统称为磁相互作用。
2．磁相互作用是通过另一种媒介磁场发生的，磁场是客观存在的物质，磁体和电流周围都存在磁场，磁场对置于其中的磁体或电流施加作用力。
二、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。在磁体或通电螺线管的外部，磁感线从北极(N极)出发回到南极(S极)，在内部的磁感线由S极指向N极，形成闭合的曲线。磁感线不是真实存在的，是假想的一种曲线。
三、安培分子电流假说
1．分子电流假说：在原子、分子等物质微粒内部都存在一种环形电流——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．安培的假说能很好的解释磁化和退磁。
四、地磁场
1．地磁场：地球由于本身具有磁性而在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．磁偏角：地磁极与地理极并不重合，它们之间的夹角被称为磁偏角。
1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)地球的地磁两极和地理两极重合。 (×)
(2)磁感线是为描述磁场而虚拟的，实际不存在。 (√)
(3)磁感线不同于电场线，磁感线可以相交。 (×)
(4)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。]
对磁感线及电流的磁场的理解
如图所示，螺线管内部小磁针静止时N极指向右方，螺线管内部磁场沿什么方向？螺线管c、d端，哪端为N极？小磁针放在螺线管上方e处，静止时N极指向什么方向？电源的a、b端，哪端为正极？
提示：由c指向d　d端为N极　向左　a端
1.三种电流的磁场对比
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
2.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
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1】　当导线中分别通以图示方向的电流，小磁针静止时北极指向读者的是(　　)
C　[通电直导线电流从左向右，根据右手螺旋定则，则有小磁针所处的位置磁场方向垂直纸面向里，所以小磁针静止时北极背离读者，故A错误；通电直导线电流竖直向上，根据右手螺旋定则，磁场的方向为逆时针(从上向下看)，因此小磁针静止时北极背离读者，故B错误；环形导线的电流方向如题图C所示，根据右手螺旋定则，则有小磁针所处的位置磁场方向垂直纸面向外，所以小磁针静止时北极指向读者，故C正确；根据右手螺旋定则，结合电流的方向，则通电螺线管的内部磁场方向由右向左，则小磁针静止时北极指向左，故D错误。]
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。
1．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。]
对磁场及地磁场的理解
指南针是我国古代四大发明之一，它对促进人类航海事业的发展产生了巨大的影响，但在古代指南针为什么指南曾是一个不解之谜，你知道指南针为什么指南吗？
提示：因为地球是个大磁体，它对指南针有力的作用。
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2】　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。
2．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
D　[地球的磁场与条形磁铁的磁场相似，其特点主要有：
(1)地磁场的N极在地理南极附近，S极在地理北极附近。
(2)地磁场的水平分量总是从地理南极指向北极，而竖直分量则南北相反，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，磁场的强弱相同，且方向水平向北。故正确答案为D。]
1．(多选)关于磁体与磁体间、磁体与电流间、电流与电流间相互作用的示意图，以下正确的是(　　)
A．磁体?磁场?磁体　 B．磁体?磁场?电流
C．电流?电场?电流 D．电流?磁场?电流
ABD　[磁体与磁体间、电流与磁体间、电流与电流间的相互作用都是通过磁场来传递的。选项A、B、D正确。]
2．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。]
3．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。]
4．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。]
5．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。]