6.1 磁现象与磁场 导学案 Word版含答案

第六章 电磁现象与电磁波
第一节　磁现象与磁场
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物理观念 (1)了解磁现象，知道磁场的性质。
(2)了解电流的磁效应。
(3)知道磁感线的概念，并能记住几种常见磁场的磁感线分布特点。
(4)知道安培分子电流假说的内容，了解地磁场。
科学思维 会用安培定则判断电流周围的磁场方向。
科学态度与责任 能为我国古代在磁学方面的研究成果及其对人类文明的影响而自豪；能体会磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响。
1．填一填
(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。
2．判一判
(1)奥斯特实验说明了电流可以产生磁场。(√)
(2)单独一个带电体可以只带正电荷，同样单独一个磁体可以只有N极。(×)
(3)磁场的基本性质是对磁极或电流有力的作用。(√)
3．想一想
奥斯特实验：南北方向的直导线放置在小磁针上方，给直导线通电。观察实验现象。
(1)导线通电后观察到什么现象？
提示：导线通电后发现小磁针转动了。
(2)实验现象说明了什么问题？
提示：实验现象说明了通电导线周围存在磁场，磁场对小磁针有力的作用。奥斯特实验发现了电流的磁效应，揭示了电与磁的联系。
1．填一填
(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。
2．判一判
(1)磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的。(×)
(2)通电直导线周围磁场的磁感线是闭合的圆环。(√)
(3)通电螺线管周围的磁场类似于条形磁体周围的磁场。(√)
3．想一想
通电的螺线管相当于一个条形磁铁，一端是N极，另一端是S极，把一个小磁针放入螺线管内部，小磁针的N极指向螺线管的哪端？
提示：指向螺线管的N极。小磁针N极的指向是N极受到磁场力的方向，N极受力的方向是该位置的磁感线的方向，在螺线管内部，磁感线方向由S极指向N极，所以小磁针的N极指向螺线管的N极。
1．填一填
(1)分子电流假说：在原子、分子等物质微粒的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)安培的假说能很好地解释磁化和退磁。
(3)地磁场：地球由于本身具有磁性而在周围形成的磁场叫作地磁场。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。
(4)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。
2．判一判
(1)除永久性磁铁外，一切磁场都是由运动电荷产生的。 (×)
(2)一般的物体不显磁性是因为物体内的分子电流取向杂乱无章。(√)
(3)地磁场能使小磁针的两极指向正南正北。(×)
(4)地理的南北极与地磁的南北极并不重合，地磁的北极在地理北极附近。(×)
　　
[重难释解]
1．磁场的存在：磁体的周围、电流的周围都存在磁场。
2．磁场的客观性：磁场虽然看不见、摸不着，不是由分子、原子组成的，但却是客观存在的。场和实物是物质存在的两种形式。
3．磁场的基本性质：对放入其中的磁体或电流有力的作用。磁体与磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之间的相互作用都是通过磁场发生的。
4．磁场的方向性：有方向，处在磁场中能够自由转动的小磁针，静止时N极的指向，即小磁针N极的受力方向就是该处的磁场方向。
[特别提醒]
(1)磁体和电流周围的磁场是同一种性质的场，具有相同的特点和基本性质。
(2)场是物质的另一种存在形式，和实物一样，也是一种客观存在的物质，具有质量、能量等物质的基本属性。
[多选]关于磁铁、电流间的相互作用，下列说法正确的是(　　)
A．甲图中，电流不产生磁场，电流对小磁针力的作用是通过小磁针的磁场发生的
B．乙图中，磁体对通电导线的力是通过磁体的磁场发生的
C．丙图中电流间的相互作用是通过电流的磁场发生的
D．丙图中电流间的相互作用是通过电荷的电场发生的
[解题指导]
(1)磁体和电流的周围都存在磁场。
(2)磁场对放入其中的磁体或电流有力的作用。
[解析]　甲图中，电流对小磁针力的作用是通过电流的磁场发生的；乙图中，磁体对通电导线力的作用是通过磁体的磁场发生的；丙图中，电流对另一个电流力的作用是通过该电流的磁场发生的。综上所述，选项B、C正确。
[答案]　BC
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，也是一种客观存在的物质，具有质量、能量、动量等物质的基本属性。
[素养训练]
1．通电导线使附近的小磁针发生偏转的实验说明了(　　)
A．磁场的存在 B．磁场的方向性
C．电流可以产生磁场 D．磁体间有相互作用
解析：选C　通电导线使附近的小磁针发生偏转的实验说明电流周围存在磁场，即电流产生了磁场，故C正确。
2．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力的作用
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
解析：选B　理解磁场的物质形态时应与电场类比，磁场看不见、摸不着，但不会因主观意识而存在或消失，磁场与电场一样，都是客观存在的物质形态。磁场是磁体、电流或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。虽然它看不见、摸不着，但可以通过它的基本性质反映出来，故B正确，A、C、D错误。
3．下列关于磁场的说法正确的是(　　)
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．磁体与磁体之间是直接发生作用的
D．磁场只能由磁体产生，电流不能产生磁场
解析：选A　磁场和电场都是客观存在的特殊物质，不是人为规定的，A对，B错；磁体与磁体之间是通过磁场发生相互作用的，C错；电流也能产生磁场，D错。
　　
如图所示的通电螺线管内部有一小磁针，关于其内部小磁针静止时N极的指向，甲认为“螺线管的右端相当于N极，故小磁针静止时右端为S极”，乙认为“由于螺线管内部磁感线方向由左向右，小磁针静止时N极指向与磁场方向相同，故右端是N极”，你认为谁的看法正确？
提示：乙的看法正确。因“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”只适用于磁体外部的作用情况，而小磁针静止时N极的指向与磁场方向相同在任何情况下都适用。
[重难释解]
1．磁感线的特点
(1)为形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在。
(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱，密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱。
(3)磁感线的方向：磁体外部从N极指向S极，磁体内部从S极指向N极。
(4)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断。
(5)磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向。
2．常见永磁体的磁场
3．三种常见的电流的磁场
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垂直于导线的多组同心圆，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极指向S极
[特别提醒]
(1)磁场是分布在立体空间的。
(2)利用安培定则不仅可以判断磁场的方向，还可以根据磁场的方向判断电流的方向。
(3)应用安培定则判定直线电流时，四指所指的方向是导线之外磁场的方向；判定环形电流和通电螺线管电流时，拇指的指向是线圈轴线上磁场的方向。
(4)环形电流相当于小磁针，通电螺线管相当于条形磁铁，应用安培定则判断时，拇指所指的一端为它的N极。
[多选]如图所示，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(　　)
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
[解题指导]
(1)通电螺线管的磁场分布与条形磁铁相似。
(2)小磁针的N极受力的方向即为磁场的方向。
[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项错误，D项正确；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项错误。
[答案]　BD
[素养训练]
1．对磁感线的认识，下列说法正确的是(　　)
A．磁感线总是从磁体的N极出发，终止于磁体的S极
B．磁感线上某点的切线方向与放在该点小磁针S极的受力方向相同
C．磁感线的疏密可以反映磁场的相对强弱
D．磁感线是磁场中客观存在的线
解析：选C　磁感线在磁体的外部是从N极到S极，在磁体内部是从S极到N极，形成闭合曲线，A错误；磁感线上某点的切线方向与放在该点小磁针N极的受力方向相同，B错误；磁感线是人们假想出来的，现实中不存在，磁感线越密，磁场越强，磁感线越疏，磁场越弱，C正确，D错误。
2．[多选]如图所示是云层之间闪电的模拟图，图中A、B是位于北、南方向带有电荷的两块阴雨云，在放电的过程中，两云的尖端之间形成了一个放电通道，发现位于通道正上方的小磁针N极转向纸里，S极转向纸外，则关于A、B的带电情况，下列说法正确的是(　　)
A．带同种电荷 B．带异种电荷
C．B带正电荷 D．A带正电荷
解析：选BD　由于小磁针N极转向纸里，可知该点磁场方向向里，又根据安培定则，A、B间存在由A向B的电流，由此可知A带正电荷，B带负电荷，选项B、D正确。
3．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(　　)
解析：选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。
一、培养创新意识和创新思维
地磁场[选自鲁科版新教材“科学书屋”]
地球本身是一个大磁体，它的N极位于地理南极附近，S极位于地理北极附近(图1)。在地磁两极，磁针竖直指向地面；在赤道上，磁针水平指示南北。磁针指示南北是一种近似的说法，小磁针的指向与地理正南正北方向之间的夹角称为磁偏角。对于地球磁性的成因，目前仍没有确定的说法，部分科学家认为是由地核中熔化了的金属(铁和镍)的环流引起的。
地磁场对人类的生产生活都有重要意义。根据地磁场出现的异常情况，可发现未知的矿藏或者特殊的地质构造。地磁场能使来自太阳的高速带电粒子流偏转，成为地球生命的“保护伞”。
科学家还根据对地球火山岩石的精确测定，发现地磁场强度和方向发生过多次变化(图2)。
　
[讨论与交流]　假如地磁场是由地球表面带电荷引起的，试分析地球表面电荷的电性。
提示：负电荷。因地球表面带有电荷，地球自转时产生环形电流，根据右手螺旋定则可知地球表面环形电流方向自东向西，而地球自转方向自西向东，故地球表面电荷为负电荷。
[针对训练]
指南针是我国古代的四大发明之一。司南是春秋战国时期发明的一种指南针，如图所示。它由青铜盘和磁勺组成，磁勺放置在青铜盘的中心，可以自由转动。由于受地磁场作用，司南的磁勺尾静止时指向南方。下列说法中正确的是(　　)
A．磁勺能够指示方向，是利用了地磁场对磁勺的作用
B．磁勺的指向不会受到附近磁铁的干扰
C．磁勺的指向不会受到附近铁块的干扰
D．磁勺的N极位于司南的磁勺尾部
解析：选A　司南能够指示南北，是由于地球具有磁场，地磁场是南北指向，故A正确；司南的指向会受到附近磁铁和铁块的干扰，故B、C错误；由于司南的磁勺尾静止时指向南方，所以磁勺的S极位于司南的磁勺尾部，故D错误。
二、注重学以致用和思维建模
1．[多选]如图为一种用电磁原理制作的充气泵的结构示意图，其工作原理类似打点计时器。当电流从电磁铁的接线处a流入，吸引小磁铁向下运动时，以下选项中正确的是(　　)
A．小磁铁的下端为N极 B．小磁铁的下端为S极
C．电磁铁的上端为N极 D．电磁铁的上端为S极
解析：选AD　由安培定则知电磁铁的上端为S极，下端为N极，根据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引的规律可知，小磁铁的下端为N极，B、C错误，A、D正确。
2．关于月球上的物理现象和规律，同学们提出了很多问题和猜想，其中有关月球有无磁场，同学们提出了自己的猜想和检验猜想的实验方案：
(1)取一小磁针用细线悬挂在月球表面附近，如果它静止时始终指向某一方向，则可表明月球周围存在磁场。
(2)小磁针静止时，它的N极指向就是“月磁”的北极。你认为这个实验方案中有没有需要改进或改正的地方，如有请改进或改正。
解析：有需要改正的地方，小磁针静止时，它的N极指向就是“月磁”的南极；有需改进的地方，即应在不同的地点多做几次实验，观察小磁针是否总是指向某一个方向。
答案：见解析