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1、2022年高中物理（SWSJ）教科版选修3-1教学案：第三章 第1节 磁现象 磁场(含答案)1奥斯特发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁间的相互关系。2磁体和电流周围都存在磁场，磁场对磁极和电流有力的作用，一切磁作用都是通过磁场来实现的。3磁感线是为了形象地描述磁场由法拉第首先引入的，磁感线的疏密程度可以描述磁场的强弱，磁感线的切线方向表示磁场的方向。4电流周围的磁场方向可以用安培定则判定。磁体外部磁感线由N极出发指向S极，内部由S极指向N极，磁感线是闭合曲线。一、磁现象1我国古代对磁现象的认识及应用(1)春秋战国记载的天然磁石吸引铁的现象和指示南北方向的特征。(2)北宋时期发明了指南针，并很
2、快用于航海。(3)磁石治疗疾病，史记、本草纲目中均有记载。2电与磁相互联系现象的发现及第二次产业革命(1)奥斯特发现了电流磁效应。(2)法拉第发现了电磁感应现象，打开了电气化技术时代的大门，导致了人类历史上的第二次产业革命。3信息技术中的磁现象(1)原理：磁性物质能够把磁场对它的作用记录下来，长久保存且能在一定条件下复现。(2)应用：制成磁存储部件或设备，如磁带、磁盘、磁鼓、磁卡等。4生物体中的磁现象(1)鸽子识归巢、候鸟辨迁途、海龟找“故乡”均可能与这些动物对地球磁场的敏感有关。(2)人体器官也存在磁性。(3)医院里使用的核磁共振断层成像装置等。二、磁场1磁场磁体、电流周围存在磁场。2磁场的
3、基本特性对处在它里面的磁极或电流有力的作用，一切磁相互作用都是通过磁场来实现的。3磁感线(1)定义：磁感线是一些假想的有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向为该点的磁场方向，曲线的疏密表示磁场的强弱，曲线疏的地方磁场弱，曲线密的地方磁场强。(2)物理意义：形象地描述磁场的强弱和方向。(3)磁场的方向：在磁场中某一点小磁针N极所受磁力的方向，就是该点磁场的方向。4几种常见的磁场(1)磁体周围的磁场图311(2)电流周围的磁场安培定则a通电直导线(或直线电流)周围的磁场用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向跟电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向。b环形电流或螺线管周围的磁场让右手弯
4、曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向或通电螺线管的N极。三种常见的电流的磁场分布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，磁场越弱环形电流环内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏通电螺线管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(3)地磁场地球是个大磁体，其内部和外部都存在磁场，如图312所示。地轴的地理北极用Ng表示，地磁场南极用Sm表示。地磁南、北极的连线Sm Nm偏离地轴约为11.5。图312地磁场特点在赤道附近，地磁场沿水平方向，在地磁南极和北极，地磁
5、场沿竖直方向，在其他地方，地磁场与水平面成一定角度叫磁倾角。1自主思考判一判(1)虽然磁场看不见，摸不着，但是磁场是一种客观存在的物质。()(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)磁感线是磁场中实际存在的线。()(4)磁感线的方向是从N极指向S极。()(5)地球的两极与地磁的两极间存在一个磁偏角。()2合作探究议一议(1)我国古代四大发明中的“司南”是根据什么原理制成的？提示：根据磁体具有指示南北方向的特征以及地磁场的分布。(2)为什么磁体之间不接触也可以产生相互作用？提示：因为磁体周围存在磁场，而磁场能传递磁体之间的相互作用，从而使
6、磁体与磁体之间相互吸引或相互排斥。(3)在磁场中不画磁感线的地方没有磁场，这种说法对吗？提示：不对。磁感线是为形象地描述磁场而假想的曲线，在磁场中不画磁感线的地方并不能说明该处没有磁场。(4)在用安培定则判定通电直导线、环形电流和通电螺线管的磁感线的方向时，有什么相同点和不同点？提示：相同点：都用右手进行判断。不同点：拇指和四指所指示的物理意义不同，对通电直导线，拇指指向电流的方向，四指指向磁感线的方向。对磁现象及磁场的理解1奥斯特实验的技巧和意义(1)实验时，通电直导线要南北方向水平放置，磁针要与导线平行地放在导线的正下方或正上方，以保证电流的磁场与地磁场方向不同而使小磁针发生转动。(2)由
7、于地磁场使磁针指向南北方向，直导线通电后小磁针改变指向说明通电直导线周围产生了磁场，即电流周围产生磁场，也就是电流的磁效应。2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极、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特质，具有质量和能量典例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
8、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思路点拨 解析正常情况下，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，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。答案D静止的电荷只能产生静电场，而运动的电荷形成电流，于是运动的电荷周围能产生磁场。磁体、电流、运动电荷都能在其周围产生磁场，且产生磁场的本质相同。1最先揭示了电现象和磁现象之间存在着某种联系，发现了电流的磁效应的学者是()A安培 B
9、法拉第C奥斯特 D库仑解析：选C最先揭示了电现象和磁现象之间存在着某种联系，发现了电流的磁效应的学者是奥斯特，故选C。2关于磁场，下列说法正确的是()A磁场中某点的磁场方向与小磁针S极在此处的受力方向一致B磁场是看不见、摸不着、实际不存在的，是人们假想出来的一种物质C磁场是客观存在的一种特殊物质形态D磁场的存在与否决定于人的思想，想其有则有，想其无则无解析：选C磁场中某点的磁场方向与小磁针N极在此处的受力方向一致，故A错误；磁场是存在于磁体周围的一种特殊物质，它与实物粒子不同，场看不见，摸不到，但又确实存在，通常用人们假想的磁感线来描绘，故B错误，C正确；磁场的存在是客观的，故D错误。3判断两
10、根钢条甲和乙是否有磁性，可将它们的一端靠近小磁针的N极或S极。当钢条甲靠近时，小磁针自动远离，当钢条乙靠近时小磁针自动靠近，则()A两根钢条均有磁性B两根钢条均无磁性C钢条甲一定有磁性，钢条乙一定无磁性D钢条甲一定有磁性，钢条乙可能有磁性解析：选D磁体能吸引铁磁性物质，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，排斥的两者必然都是磁体，吸引时至少有一个是磁体。钢条甲靠近小磁针时，小磁针自动远离，说明它们相互排斥，则甲一定有磁性。当乙靠近小磁针时，它们相互吸引，这时可能有两种情况：一是乙没有磁性，此时属于磁体与铁磁性物质相互吸引；二是乙有磁性，且与小磁针是异名磁极，此时属于异名磁极相互吸引。故D正确。对
11、磁感线及电流的磁场的理解1磁感线与电场线的比较磁感线电场线相似点引入目的形象描述场而引入的假想线，实际不存在疏密场的强弱切线方向场的方向相交不能相交(电场中无电荷空间不相交)不同点闭合曲线起始于正电荷，终止于负电荷2三种电流的磁场的特点对比直线电流环形电流通电螺线管安培定则特点(1)通电直导线周围的磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆，实际上电流的磁场应为空间图形(2)直线电流的磁场无磁极(3)磁场的强弱与距导线的距离有关。离导线越近，磁场越强；离导线越远，磁场越弱(1)环形电流的磁场类似于条形磁铁的磁场，其两侧分别是N极和S极(2)由于磁感线均为闭合曲线，所以环内、外磁感线条数相等，故环内磁场
12、强，环外磁场弱(3)环形电流的磁场在微观上可看成无数根很短的直线电流磁场的叠加(1)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(2)环形电流宏观上其实就是只有一匝的通电螺线管，通电螺线管则是由许多匝环形电流串联而成的。因此，通电螺线管的磁场也就是这些环形电流磁场的叠加1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关系正确的是()解析：选A电流方向向上，由右手螺旋定则可得磁场为逆时针(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为顺时针(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应向右
13、，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。2(多选)下列关于电场线和磁感线的说法中，正确的是()A电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线B磁场中的两条磁感线一定不相交，但在复杂电场中的电场线是可以相交的C电场线是一条不闭合的曲线，而磁感线是一条闭合的曲线D电场线越密的地方，同一试探电荷所受的电场力越大解析：选CD电场线与磁感线分别是为了形象描述电场、磁场而引入的假想线，实际不存在，A错。两种场线的切线方向均表示相应的场方向，两种场线都不会相交，B错。电场线起始于正电荷、终止于负电荷，而磁感线在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极，组成闭合曲线，C正确。电场线越
14、密，表示该处电场越强，同一试探电荷在此处受电场力越大，D正确。3如图313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()图313A小磁针aB小磁针bC小磁针c D小磁针d解析：选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。地 磁 场1地球本身就是一个大磁体，地磁场的N极在地理南极附近，地磁场的S极在地理北极附近。2在赤道平面上，距离地球表面等高的各点，地磁场强弱程度相同，且方向水平向北。3在北半球上空某点的地磁场的方向斜向下指向北方；在南半球上空某点的地磁场的方向斜向上指向北方。地磁场的水平分量总是从地球南极指向北极，而竖直分量则南北相反，在南半球竖直向上，在北半球竖直向下。典例(多选)下列说法正确的是()A地球是一个巨大的磁体，其N极在地球南极附近，S极在地球北极附近B地球表面磁场的竖直分量在南半球垂直于地面向上，在北半球垂直于地面向下C地球的周围存在着磁场，但地磁的两极与地理的两极并不重合，其间有一个夹角，这就是磁偏角，磁偏角的数值在地球上不同地点是相同的D在地球表面各点磁场
