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1、物物 理理选修选修3-1 人教版人教版第三章磁场磁场情情 景景 切切 入入我我们们的的祖祖先先在在磁磁现现象象的的发发现现及及应应用用方方面面写写下下了了灿灿烂烂的的一一页页早早在在战战国国时时期期就就有有“慈慈石石召召铁铁”的的记记载载，讲讲的的是是天天然然磁磁石石对对铁铁块块的的吸吸引引。指指南南针针是是我我国国古古代代的四大发明之一，对世界文明有重大影响。的四大发明之一，对世界文明有重大影响。磁磁到到底底是是什什么么？指指南南针针为为什什么么能能指指明明方方向向？磁磁对对人人类类有有什什么么作作用用？这这一一章章我们就来探究磁的奥秘。我们就来探究磁的奥秘。知知 识识 导导 航航本本章章研
2、研究究有有关关磁磁场场的的产产生生、描描述述及及磁磁场场对对电电流流和和运运动动电电荷荷作作用用的的知知识识，安安培培力力、洛洛伦伦兹兹力力是是磁磁场场性性质质的的具具体体体体现现，磁磁电电式式电电流流表表、质质谱谱仪仪和和回回旋旋加加速速器器是安培力和洛伦兹力的具体应用。是安培力和洛伦兹力的具体应用。本本章章在在知知识识结结构构上上可可以以分分为为三三个个单单元元：1 13 3节节是是第第一一单单元元，这这个个单单元元主主要要学学习习磁磁场场基基本本知知识识、描描述述磁磁场场力力的的性性质质的的物物理理量量磁磁感感应应强强度度、用用磁磁感感线线对对几几种种常常见见磁磁场场进进行行描描述述；第
3、第4 4节节是是第第二二单单元元，主主要要学学习习电电流流在在磁磁场场中中受受到到的的安安培培力力大大小小的的表表达达，和和安安培培力力方方向向的的判判断断方方法法左左手手定定则则，同同时时还还有有与与电电流流受受力力有有关关的的电电流流表表的的组组成成和和工工作作原原理理。5 56 6节节是是第第三三单单元元，主主要要讨讨论论磁磁场场对对运运动动电电荷的作用力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。洛伦兹力的大小和方向，了解电视机显像管的工作原理。本本章章学学习习的的重重点点：磁磁感感应应强强度度的的概概念念，磁磁现现象象的的电电本本质质；磁磁场场对对电电流流的的作作用力
4、用力安培力；磁场对运动电荷的作用力安培力；磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力。洛伦兹力。本本章章难难点点：带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中运运动动的的基基本本规规律律以以及及带带电电粒粒子子在在电电场场、磁磁场场、重力场中的运动规律的综合应用。重力场中的运动规律的综合应用。学学 法法 指指 导导1 1本本章章的的学学习习可可以以通通过过与与前前面面学学过过的的电电场场类类比比从从而而更更好好地地理理解解，例例如如磁磁场场与与电电场场类类比比，磁磁感感应应强强度度与与电电场场强强度度类类比比，磁磁感感线线与与电电场场线线类类比比，安安培培力力、洛洛伦兹力与电场力类比等。伦兹力与电场力类比等。2 2要
5、要注注意意培培养养空空间间想想象象能能力力。磁磁感感应应强强度度、电电流流、安安培培力力和和洛洛伦伦兹兹力力分分布布在在一一个个立立体体空空间间，在在头头脑脑中中对对它它们们的的方方向向构构成成的的立立体体关关系系要要清清晰晰，层层次次分分明明，并且还要根据需要转化为平面内的关系。并且还要根据需要转化为平面内的关系。3 3要要分分清清左左右右手手的的用用法法。用用左左手手判判断断安安培培力力的的方方向向，洛洛伦伦兹兹力力的的方方向向，用用右右手手判判断断电电流流方方向向，还还要要注注意意研研究究正正负负粒粒子子在在磁磁场场中中运运动动的的问问题题时时，四四个个手手指指指向的区别。指向的区别。4
6、 4善善于于利利用用几几何何关关系系。带带电电粒粒子子的的圆圆周周运运动动，关关键键是是确确定定圆圆周周的的圆圆心心，再再利利用用洛洛伦伦兹兹力力提提供供向向心心力力这这一一条条件件，确确定定圆圆周周运运动动的的半半径径和和周周期期，再再进进一一步步确确定运动时间、偏转角度等物理量。定运动时间、偏转角度等物理量。1磁现象和磁场磁现象和磁场认识磁磁现象，知道磁象，知道磁场的概念的概念知道磁知道磁场是客是客观存在的物存在的物质，了解，了解电流的磁效流的磁效应了解地磁了解地磁场的分布、的分布、变化，以及化，以及对人人类生活的影响。生活的影响。1 1课课前前预预习习2 2课课内内探探究究3 3素素养养
7、提提升升4 4课课堂堂达达标标5 5课课时时作作业业课课 前前 预预 习习1 1磁性磁性物质具有物质具有_等物质的性质叫磁性。等物质的性质叫磁性。2 2磁体磁体_的物体叫磁体。的物体叫磁体。3 3磁极磁极磁体的各部分磁性强弱不同，磁体的各部分磁性强弱不同，_的区域叫磁极。的区域叫磁极。(1)(1)任任何何磁磁体体都都有有两两个个磁磁极极，一一个个叫叫_，另另一一个个叫叫_。(2)(2)同名磁极相互同名磁极相互_，异名磁极相互，异名磁极相互_。磁现象磁现象吸引铁、钴、镍吸引铁、钴、镍具有磁性具有磁性磁性最强磁性最强南极南极( (又称又称S S极极) )北极北极( (又称又称N N极极) )排斥排
8、斥吸引吸引1 1奥斯特实验奥斯特实验把把导导线线沿沿_方方向向放放置置在在指指向向南南北北的的磁磁针针上上方方，通通电电时时磁磁针针发发生生了了_。2 2实验意义实验意义奥奥斯斯特特实实验验发发现现了了电电流流的的_，即即电电流流可可以以产产生生磁磁场场，首首先先揭揭示示了了_的联系。的联系。电流的磁效应电流的磁效应南北南北转动转动磁效应磁效应电与磁电与磁1 1定义定义磁磁体体或或电电流流周周围围存存在在一一种种特特殊殊物物质质，能能够够传传递递磁磁体体与与磁磁体体之之间间、_之间、之间、_之间的相互作用，这种特殊的物质叫磁场。之间的相互作用，这种特殊的物质叫磁场。2 2磁场的基本性质磁场的基
9、本性质对放入其中的对放入其中的_或或_产生力的作用。产生力的作用。所所有有与与磁磁现现象象有有关关的的相相互互作作用用，都都是是通通过过磁磁场场发发生生的的，可可与与电电荷荷间间的的相相互互作用相类比。作用相类比。磁场磁场磁体和电流磁体和电流电流和电流电流和电流磁极磁极电流电流3 3磁场的产生磁场的产生_周围存在磁场；周围存在磁场；_周围存在磁场周围存在磁场电流的磁效应。电流的磁效应。永磁体永磁体电流电流1 1地磁场地磁场地地 球球 本本 身身 是是 一一 个个 磁磁 体体 ， 其其 周周 围围 存存 在在 的的 磁磁 场场 叫叫_。地地磁磁场场的的N N极极位位于于地地理理_附附近近，S S
10、极极位位于于地地理理_附附近近。地地磁磁场场很很弱弱，但但自自由由转转动动的的小磁针能显示出地磁场的作用，这是小磁针能显示出地磁场的作用，这是_的原理。的原理。2 2磁偏角磁偏角地地球球的的地地理理两两极极与与地地磁磁两两极极并并_，因因此此，磁磁针针并并非非准准确确地地_或或_，其其间间有有一一个个交交角角，这就是这就是_，简称磁偏角。，简称磁偏角。( (如图所示如图所示) )地球的磁场地球的磁场地磁场地磁场南极南极北极北极指南针指南针不重合不重合指南指南指北指北地磁偏角地磁偏角判一判判一判(1)(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。磁场看不见，摸不着，因此磁场是人们
11、假想的，实际并不存在。( () )(2)(2)磁磁体体与与磁磁体体之之间间的的作作用用是是通通过过磁磁场场发发生生的的，通通电电导导线线与与通通电电导导线线之之间间的的作用是通过电场发生的。作用是通过电场发生的。 ( () )(3)(3)磁体中各部分的磁性都是相同的。磁体中各部分的磁性都是相同的。 ( () )(4)(4)地球的磁场与条形磁体的磁场相似。地球的磁场与条形磁体的磁场相似。 ( () )(5)(5)我国古代四大发明中，涉及磁现象应用的发明是指南针。我国古代四大发明中，涉及磁现象应用的发明是指南针。 ( () ) 选一选选一选(2018(2018陕陕西西西西北北工工业业大大学学附附中
12、中高高二二上上学学期期段段考考) )下下列列说说法法中中与与实实际际情情况况相相符的是符的是( () )A A地球的磁偏角是一个定值地球的磁偏角是一个定值B B地磁场的北极在地理北极附近地磁场的北极在地理北极附近C C除了地球外，到目前为止其他星球上还没有发现磁现象除了地球外，到目前为止其他星球上还没有发现磁现象D D郑和出海远航比哥伦布的远洋探险早郑和出海远航比哥伦布的远洋探险早解解析析：磁磁偏偏角角随随地地理理位位置置变变化化而而变变化化，A A错错误误；地地磁磁场场的的北北极极在在地地理理南南极极附附近近，B B错错；通通过过观观察察发发现现其其他他星星球球上上也也有有磁磁场场存存在在，
13、C C错错误误；郑郑和和出出海海远远航航比比哥哥伦布的远洋探险早，伦布的远洋探险早，D D正确。正确。D 想一想想一想如如图图是是医医生生用用来来取取出出病病人人吞吞下下的的金金属属物物品品的的仪仪器器。当当仪仪器器顶顶部部接接触触金金属属物物品品时时，医医生生将将手手控控环环内内推推，再再拉拉出出整整条塑料管。条塑料管。(1)(1)你能说出这种仪器的原理吗？你能说出这种仪器的原理吗？(2)(2)如如果果小小孩孩不不慎慎吞吞下下的的是是易易拉拉罐罐拉拉环环或或一一个个回回形形针针，哪种物体可以用这种仪器取出来？哪种物体可以用这种仪器取出来？(3)(3)如如果果把把活活动动永永磁磁体体换换成成电
14、电磁磁铁铁，你你认认为为是是不不是是更更实用呢？实用呢？解解析析：(1)(1)当当仪仪器器顶顶部部接接触触金金属属物物品品时时，将将手手控控环环内内推推，其其上上的的活活动动永永磁磁铁铁使使固固铁铁磁磁化化，磁磁化化后后吸吸引引铁铁磁磁性性金金属属物物品品，然然后后拉拉出出整整条条塑塑料料管管，即即可可把把这这种种金属物品取出。金属物品取出。(2)(2)由由于于磁磁铁铁只只能能吸吸引引铁铁磁磁性性物物体体，而而易易拉拉罐罐环环是是铝铝合合金金材材料料的的，不不是是铁铁磁磁性物质，因此不能取出；而回形针是铁磁性物体，可以用此仪器取出。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。
15、(3)(3)电电磁磁铁铁的的磁磁性性强强弱弱可可以以随随电电流流的的变变化化而而变变化化，如如果果是是误误吞吞了了比比较较重重的的金金属属，可可通通过过调调节节电电流流大大小小使使磁磁性性增增强强，把把它它取取出出来来。故故使使用用电电磁磁铁铁应应更更实实用用一一些。些。课课 内内 探探 究究如如图图所所示示，磁磁体体间间、通通电电导导线线和和磁磁体体间都可以在不接触的情况下发生作用。间都可以在不接触的情况下发生作用。探究一对磁场的理解探究一对磁场的理解1(1)甲甲图图中中两两磁磁铁铁作作用用时时，悬悬挂挂的的磁磁铁铁两两种种情情况况下下转转动动的的方方向向不不同同，这这说说明明了磁极间的作用
16、有何特点？了磁极间的作用有何特点？(2)乙乙图图中中当当给给导导线线通通电电时时，与与导导线线平平行行放放置置的的小小磁磁针针发发生生转转动动，表表明明电电流流和磁场存在什么关系？和磁场存在什么关系？提示：提示：(1)同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引(2)电流周围产生磁场电流周围产生磁场1 1磁场的性质磁场的性质基本性基本性质对放入其中的磁体或放入其中的磁体或电流流产生磁力作用生磁力作用客客观性性质磁磁场虽然不是由分子、原子然不是由分子、原子组成，但是它和常成，但是它和常见的桌子、的桌子、房屋、水和空气一房屋、水和空气一样，是一种客，是一种客观存在的物存在的
17、物质特殊性特殊性质磁磁场和常和常见的由分子、原子的由分子、原子组成的物成的物质不同，不是以微粒不同，不是以微粒形式存在，而是以一种形式存在，而是以一种场的形式存在的形式存在磁磁场的的方向性方向性磁磁场是具有方向的。所是具有方向的。所谓磁磁场的方向就是小磁的方向就是小磁针在磁在磁场中中其北极受力的方向，即小磁其北极受力的方向，即小磁针静止静止时其北极所指的方向。其北极所指的方向。2 2电流的磁效应电流的磁效应(1)(1)电现象与磁现象的联系：电现象与磁现象的联系：磁体总存在着两个磁极，自然界中存在两种电荷。磁体总存在着两个磁极，自然界中存在两种电荷。同同种种电电荷荷相相互互排排斥斥，同同名名磁磁
18、极极相相互互排排斥斥；异异种种电电荷荷相相互互吸吸引引，异异名名磁磁极极相互吸引。相互吸引。(2)(2)奥斯特的实验：奥斯特的实验：实验装置如图所示。实验装置如图所示。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。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。注注意意事事项项：为为了了排排除除地地磁磁场场的的影影响响，使使实实验验现现象象明明显显，导导线线应应沿沿南南北北方方向水平放置在小磁针的正上方。向水平放置在小磁针的正上方。实验结论：电流具有磁效应，即电流可以产生磁场。实验结论：电流具有磁效应，即电流可以产生磁场。实实验验意意义义：电电流流磁磁效效应应的的发发现现
19、，首首次次揭揭示示了了电电与与磁磁之之间间的的联联系系，揭揭开开了了人类对电磁现象研究的新纪元。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。特别提醒：自然界有两种基本的物质形态：实物和场。(1)(1)实物即具体的、有形的物质形态，由物质粒子组成。实物即具体的、有形的物质形态，由物质粒子组成。(2)(2)场场是是物物质质的的另另一一种种存存在在形形态态，和和实实物物一一样样也也是是一一种种客客观观存存在在物物，具具有有质质量、能量、动量等物质的基本属性。量、能量、动量等物质的基本属性。A 解解析析：电电流流能能产产生生磁磁场场，在在电电流流的的周周围围就就有有磁磁
20、场场存存在在，不不论论是是磁磁体体与与磁磁体体间间，还还是是电电流流与与电电流流间间、磁磁体体与与电电流流间间，都都有有相相互互作作用用的的磁磁场场力力。磁磁场场是是一一种种特特殊殊物物质质，其其最最基基本本的的性性质质是是对对放放入入其其中中的的磁磁体体或或电电流流有有磁磁场场力力的的作作用用；而而电电场场是是电电荷荷周周围围存存在在的的一一种种特特殊殊物物质质，其其最最基基本本的的性性质质是是对对放放入入其其中中的的电电荷荷有有电电场场力力的的作作用用，它它不不会会对对放放入入其其中中的的磁磁体体产产生生力力的的作作用用，因因此此，磁磁场场和和电电场场是是两两种不同的物质，各自具有其本身的
21、特点，正确选项为种不同的物质，各自具有其本身的特点，正确选项为A A。对对点点训训练练1 1(2016(2016河河北北衡衡水水中中学学高高二二上上学学期期调调研研) )下下列列关关于于磁磁场场的的说说法中正确的是法中正确的是( () )A A磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质B B磁场是为了解释磁极间的相互作用而人为引入的磁场是为了解释磁极间的相互作用而人为引入的C C磁极与磁极间是直接发生作用的磁极与磁极间是直接发生作用的D D磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生解解析析：磁磁场场是是客客观观
22、存存在在于于磁磁极极或或电电流流周周围围的的一一种种物物质质，所所以以B B、D D选选项项错错误误；磁磁极极之之间间、磁磁极极与与电电流流之之间间、电电流流与与电电流流之之间间、运运动动电电荷荷之之间间的的作作用用都都是是通通过过磁场发生的，不是直接发生的，故磁场发生的，不是直接发生的，故C C选项错误。选项错误。A A 信信鸽鸽千千里里归归巢巢是是一一件件再再普普通通不不过过的的事事情情。可可为为鸽鸽子子导导航航的的“地地图图”在在哪哪儿儿？为为什什么么在在没没有有阳阳光光的的暴暴风风雨雨天天气气或或者者在在出出现现日日食食的的日日子鸽子会迷路？子鸽子会迷路？提提示示：地地球球是是一一个个
23、大大磁磁体体，信信鸽鸽体体内内有有某种磁性物质，它能借助地磁场辨别方向。某种磁性物质，它能借助地磁场辨别方向。探究二地球的磁场探究二地球的磁场21 1地磁场的方向地磁场的方向地地磁磁场场的的方方向向并并不不是是正正南南正正北北方方向向，即即地地磁磁两两极极与与地地理理两两极极并并不不重重合合。地地磁磁场场方方向向与与正正南南正正北北方方向向间间有有一一个个夹夹角角磁磁偏偏角角。虽虽然然地地磁磁两两极极与与地地理理两两极极并不重合，但它们的位置相对来说差别不是很大。因此，一般我们认为：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)(1)地理南极正上方磁场方向竖直向上，地理
24、北极正上方磁场方向竖直向下。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)(2)在在赤赤道道正正上上方方，距距离离地地球球表表面面高高度度相相等等的的点点，磁磁场场的的强强弱弱相相同同，且且方方向向水平向北。水平向北。(3)(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。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 2地磁场的影响地磁场的影响由由于于磁磁场场对对运运动动电电荷荷有有力力的的作作用用，故故射射向向地地球球的的带带电电粒粒子子，其其运运动动方方向向会会发生变化，不能直接到达地球，因此地磁场对地球生命有保护作用。发
25、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。特特别别提提醒醒：地地球球上上不不同同的的地地点点地地磁磁场场的的方方向向不不同同，水水平平分分量量由由南南指指向向北北，竖竖直直分分量量在在南南半半球球竖竖直直向向上上，在在北北半半球球竖竖直直向向下下，因因此此当当涉涉及及到到地地磁磁场场的的问问题题时，要注意明确在地球上的位置。时，要注意明确在地球上的位置。D 解解析析：本本题题考考查查地地球球磁磁场场的的特特点点与与分分布布，地地球球的的磁磁场场与与条形磁铁的磁场相似，主要有三个特点：条形磁铁的磁场相似，主要有三个特点：(1)(1)地地磁磁场场的的N N极极在在地地理理南南极极附
26、附近近，S S极极在在地地理理北北极极附附近近，磁感线分布如图所示。磁感线分布如图所示。(2)地地磁磁场场B的的水水平平分分量量(Bx)总总是是从从地地理理南南极极指指向向北北极极，而而竖竖直直分分量量(By)则则南南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下。北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下。(3)在在赤赤道道平平面面上上，距距离离地地球球表表面面相相等等的的各各点点，磁磁感感应应强强度度相相等等，且且方方向向水水平向北。故正确答案为平向北。故正确答案为D。对对点点训训练练2 2若若把把地地球球磁磁场场等等效效为为一一个个条条形形磁磁铁铁的的磁磁场场，那那么么下下列
27、列城城市市中哪个城市的地磁场最强中哪个城市的地磁场最强( () )A A莫斯科莫斯科B B新加坡新加坡C C广州广州D D东京东京解析：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。A A 素素 养养 提提 升升电场与磁场的比较电场与磁场的比较比比较项目目电场磁磁场不不同同点点产生生电荷周荷周围磁体、磁体、电流、运流、运动电荷周荷周围基本基本性性质对放入其中的放入其中的电荷有荷有电场力的作用力的作用对放入其中的磁体、放入其中的磁体、电流有磁流有磁场力的作用力的作用作用作用特点特点对放入其中的磁体无力放入其中的磁体无力的作用的作用对放入其中的静止放入其中的静止电荷无力的作荷无力的作用用相同点相同点磁磁场和和电场都是不依都是不依赖于人的意志而客于人的意志而客观存在的特殊物存在的特殊物质，都具有能量都具有能量解解析析：磁磁铁铁是是靠靠其其周周围围的的磁磁场场作作用用于于小小铁铁钉钉，是是磁磁现现象象，摩摩擦擦过过的的塑塑料料尺尺带带上上电电荷荷，靠靠其其周周围围的的电电场场作作用用于于毛毛发发纸纸屑屑等等物物体体，是是电电现现象象，D D对对，A A、B B、C C错。错。 D
