人教版 (新课标)选修3选修3-1第三章 磁场1 磁现象和磁场学案设计

磁现象和磁场

必备知识·自主学习

一、磁现象

　在磁体上的不同部位对铁质物体的吸引力大小一样吗?

提示:磁体上的不同部位对铁质物体的吸引力大小不同。

1.磁性:磁体吸引铁质物体的性质。

2.磁极:磁体上磁性最强的区域。

(1)北极:自由转动的磁体,静止时指北的磁极,又叫N极。

(2)南极:自由转动的磁体,静止时指南的磁极,又叫S极。

(3)同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。

二、电流的磁效应

　放在通电导线下方的小磁针一定会转动吗?

提示:不一定。当通电导线东西方向放置时,小磁针不转动。

1.奥斯特实验:

(1)将导线南北方向放置在小磁针上方,通电时小磁针发生了转动。

(2)奥斯特发现了电流的磁效应,即电流可以产生磁场,首次揭示了电与磁的联系。

2.磁场:

(1)含义:磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间、以及通电导体之间的相互作用,都是通过磁场发生的。

(2)基本性质:对放入其中的磁体或电流有力的作用。

三、地磁场

　请说出地理南北极与地磁南北极的关系?

提示:地磁的南极在地理的北极附近,而地磁的北极在地理的南极附近。

1.地磁场:地球本身是一个磁体,N极位于地理南极附近,S极位于地理的北极附近。

2.磁偏角:地球的地理两极与地磁两极并不重合,因此,磁针并非准确地指向南北,其间有一个夹角,这就是磁偏角。磁偏角的数值在地球上的不同地点是不同的。

3.下列说法符合科学事实的是:①⑤⑥。

①天然磁体和人造磁体都能够吸引铁质物体

②单独一个带电体可以只带正电荷或负电荷,同样磁体也可以只有N极或S极

③奥斯特实验说明磁场可以产生电流

④地磁场能够使小磁针的两极指向正南正北

⑤磁场的基本性质是对放入磁场中的磁体或电流产生力的作用

⑥磁体上各部分的磁性并不都是相同的

　(1)奥斯特实验说明了电流可以产生磁场。 (√)

(2)磁场的基本性质是对磁极或电流有力的作用。 (√)

(3)磁感线可以用细铁屑来显示,因而是真实存在的。 (×)

(4)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。 (×)

关键能力·合作学习

　知识点一　磁场与磁现象

1.磁场的产生:产生于磁体、通电导线、运动电荷、变化的电场和地球的周围。

2.磁场的方向性:

(1)小磁针在磁场中N极的受力方向。

(2)小磁针自由静止时N极的指向。

3.奥斯特实验:

(1)把导线沿南北方向放置在指向南北方向的小磁针上方,通电时磁针发生了偏转。

(2)意义:奥斯特实验发现了电流的磁效应,即电流可以产生磁场,首先揭示了电与磁的联系。

　南北放置的通电导线下的小磁针能够发生偏转。

(1)小磁针能够发生偏转说明什么?

提示:电流能够产生磁场。

(2)小磁针为什么能够发生偏转?

提示:通电导线周围产生的磁场对放入其中的小磁针产生力的作用。

【典例】随着社会的发展,磁记录已深入各个领域,进入千家万户。银行、邮政、公交等许多机构发行的磁卡,就是利用磁性材料能记录信息。关于磁卡下列说法错误的是              (　　)

A.磁卡是由硬磁性材料制造的

B.磁卡要远离热源,以防退磁

C.将磁卡放在强磁铁附近,以加强磁性

D.要用软纸轻擦磁卡,以防划破磁卡

【解析】选C。磁卡内部的分子电流的排布是按一定的规律进行的,但在剧烈敲打时,分子电流的排布会变得杂乱无章,每个分子电流产生的磁场相互抵消,故对外不显磁性,所带信息消失,则是由硬磁性材料制造的,故A是正确的。磁卡内部的分子电流的排布按一定的规律进行,故对外显现磁性,但在高温时,分子电流的排布会变得杂乱无章,每个分子电流产生的磁场相互抵消,磁卡所带信息消失,故应使磁卡远离热源,即B是正确的。磁卡内部的分子电流的排布按一定的规律进行,故对外显现一定的磁性,携带一定的信息,但当磁卡靠近磁体时由于受到磁场的作用力,分子电流的排布发生改变,磁卡所带信息消失,故C错误。磁卡内部的分子电流的排布按一定的规律进行,但在剧烈敲打时,分子电流的排布重新变得杂乱无章,每个分子电流产生的磁场相互抵消,故对外不显磁性,所带信息消失,故需要用软纸轻擦磁卡,故做法D是正确的。此题选择错误的选项,故选C。

1.如图所示,a、b为两根外形完全相同的铁棒,让其中一根的一端靠近另一根中部,当手提a棒时,图1中b棒下落,图2中b棒不下落,则可得              (　　)

A.a棒肯定有磁性　　　　　　 B.b棒肯定有磁性

C.a、b棒肯定都有磁性    D.a、b棒可能都没有磁性

【解析】选B。磁体上磁性最强的部分叫磁极,位于磁体的两端,磁性最弱的部分在磁体的中间,这个位置几乎没有磁性,用a的一端靠近b的中间部分时,b落下来,由此可以确定铁棒a没有磁性,不能确定b磁性的有无;当用b的一端即磁性最强的部位去靠近a的中间部分时,b不掉下来,说明铁棒b有磁性,故B正确,A、C、D错误。

2.如图所示,弹簧测力计下挂一铁球,将弹簧测力计自左向右逐渐移动时,弹簧测力计的示数 (　　)

A.不变　　　　　　　 B.逐渐变小

C.先变小再变大   D.先变大再变小

【解析】选C。磁体的不同部位磁性强弱不同,两端(磁极)磁性最强,而中间最弱,因而铁球在条形磁铁的N极和S极处受的吸引力最大,在正中间处受到的吸引力最小,所以从左开始,弹簧测力计的示数先变小,然后变大,故C正确,A、B、D错误。

【加固训练】

1.(多选)下列说法正确的是 (　　)

A.小磁针放在一根通电直导线附近,小磁针没有转动,说明电流没有磁效应

B.两根通电直导线相互垂直放置,解除固定后都发生转动,说明了电流的磁效应

C.奥斯特发现的电流磁效应现象,首次揭示了电与磁之间是有联系的

D.以上说法均错误

【解析】选B、C。把小磁针放在电流周围,如果小磁针N极方向正好与该处电流磁场方向一致,小磁针不转动,说明不了电流有没有磁效应,选项A错误;两根相互垂直放置的通电直导线都发生转动,说明了电流的磁效应,选项B正确,选项D错误,选项C显然也正确。

2.(多选)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              (　　)

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】选A、C。两块磁铁原来静止,则磁铁所受最大静摩擦力大于或等于磁铁间的吸引力,当电梯突然向下开动时,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正确、B错误;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正确,D错误。  

知识点二　地磁场

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。

情境:地磁制导与导航在军事领域有着无可比拟的优势。使用地磁制导的导弹抗干扰性能强,突防能力得到大大提升。

讨论:

(1)在地球表面上,指南针的指向是正南正北吗?

提示:指南针的指向不是正南正北,其间有一个夹角,叫作磁偏角。

(2)在火星上指南针能工作吗?

提示:指南针在火星上不能工作,因为火星不像地球那样有一个全球性的磁场。

【典例】关于地球的磁场,下面说法中正确的是 (　　)

A.地球磁场是匀强磁场

B.地球磁场的南北极和地理的南北极是一致的

C.赤道附近的地磁场方向与地面垂直

D.北极附近的地磁场方向近似与地面垂直

【解析】选D。地球是一个巨大的磁体,周围存在磁场;不同位置的磁感应强度的大小与方向都不同,所以不是匀强磁场,故A错误;地磁南北极和地理南北极不完全重合,地磁的北极在地理南极附近,地磁南极在地理的北极附近,故B错误;根据地球磁场的特点可知,赤道附近的地磁场方向近似与地面平行,故C错误;地磁的北极在地理南极附近,地磁南极在地理的北极附近,两极附近的地磁场方向近似与地面垂直,故D正确。

1.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】选D。在用磁铁吸引小铁钉时,是磁场具有吸引铁钴镍的性质,同时小铁钉也在吸引磁铁,是磁现象;塑料尺用毛皮摩擦后,塑料尺会带电,而带电体可以吸引轻小物体,是电现象。所以D正确。

2.指南针是我国古代四大发明之一,东汉学者王充在《论衡》一书中描述的“司南”是人们公认的最早的磁性定向工具,关于指南针能指示南北方向是由于              (　　)

A.指南针的两个磁极相互吸引

B.指南针的两个磁极相互排斥

C.指南针能吸引铁、铝、镍等物质

D.地磁场对指南针的作用

【解析】选D。用指南针指示方向,是由于地球本身是一个大磁体,地球的磁场对磁体产生力的作用,地球的南极是地磁的N极,地球的北极是地磁的S极,同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,故指南针指示南北方向,因此选项D正确,A、B、C错误。

【加固训练】

1.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

【解析】选D。地磁场类似于条形磁铁磁场,地磁南极在地理的北极附近,而地磁的北极在地理的南极附近。

2.1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。在奥斯特实验中,将直导线沿南北方向水平放置,小指针靠近直导线,下列结论正确的是              (　　)

A.把小磁针放在导线的延长线上,通电后,小磁针会转动

B.把小磁针平行地放在导线的下方,在导线与小磁针之间放置一块铝板,通电后,小磁针不会转动

C.把小磁针平行地放在导线的下方,给导线通以恒定电流,然后逐渐增大导线与小磁针之间的距离,小磁针转动的角度(与通电前相比)会逐渐减小

D.把黄铜针(用黄铜制成的小指针)平行地放在导线的下方,通电后,黄铜针会转动

【解析】选C。将小磁针放在导线的延长线上,通电后,小磁针不会转动,A错误。把小磁针平行地放在导线的下方,在导线与小磁针之间放置一块铝板,通电后,小磁针仍然会转动,B错误。把小磁针放在导线下方,给导线通以恒定电流,导线周围存在磁场,距导线越远,磁场越弱,小磁针转动的角度(与通电前相比)越小,C正确。黄铜针没有磁性,不会转动,D错误。

【拓展例题】考查内容:地磁场

【典例】下列关于地磁场的描述中不正确的是 (　　)

A.指南针总是指向南北,是因为受到地磁场的作用

B.观察发现地磁场的南北极和地理上的南北极并不重合

C.赤道上空的磁感线由北指南

D.地球南、北极相当于地磁场的北极和南极

【解析】选C。指南针总是指向南北,是因为受到了地磁场的作用,地球本身就是一个大磁体,故A正确;地磁两极与地理两极并不完全重合,有一个夹角,这个夹角叫磁偏角,故B正确;由地磁场发出的磁感线是从地理的南极指向北极,因此赤道上空的磁感线由南向北,故C错误;地磁的南极在地理北极附近,地磁的北极在地理南极附近,故D正确。

情境·模型·素养

　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。

探究:

(1)在地磁两极,磁针指向什么方向?在赤道上,磁针指向什么方向?

(2)小磁针指示南北是一种近似的说法吗?

【解析】(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。

(2)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。

答案:见解析

　举世瞩目的上海磁悬浮列车线是世界上第一条投入商业运营的磁悬浮列车线,其全程共30 km,列车最高速度可达552 km/h,单向运行约8 min。磁悬浮列车底部装有电磁铁,轨道地面上则安装有线圈。

探究:

(1)磁悬浮列车通过什么力悬浮起来?

(2)地面线圈的上端磁极极性与列车上的电磁铁下端极性总保持什么关系?

【解析】(1)磁悬浮列车通过地面线圈与列车上的电磁铁之间的排斥力使列车悬浮起来。

(2)地面线圈的上端磁极极性与列车上的电磁铁下端极性存在斥力,总保持相同关系。

答案:见解析

课堂检测·素养达标

1. 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的干扰;铁块容易被磁化,铁块磁化后也会影响附近的磁场分布,所以磁勺的指向会受到附近铁块的干扰,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。故选A。

2.下列所述情况,哪一种可以肯定钢棒没有磁性 (　　)

A.将钢棒的一端接近磁针的北极,两者互相吸引,再将钢棒的另一端接近磁针的南极,两者互相排斥

B.将钢棒的一端接近磁针的北极,两者互相吸引,再将钢棒的另一端接近磁针的南极,两者仍互相吸引

C.将钢棒的一端接近磁针的北极,两者互相吸引,再将钢棒的另一端接近磁针的北极,两者仍互相吸引

D.将钢棒的一端接近磁针的北极,两者互相排斥

【解析】选C。将钢棒的一端接近磁针的北极,两者互相吸引,再将钢棒的这端接近磁针的南极,两者互相排斥,说明钢棒是有磁性的,故A错误;将钢棒的一端接近磁针的北极,两者互相吸引,再将钢棒的另一端接近磁针的南极,两者仍互相吸引,说明钢棒可能有磁性的,也可能没有,故B错误;将钢棒的一端接近磁针的北极,两者互相吸引,再将钢棒的另一端接近磁针的北极两者仍互相吸引,该方法说明钢棒无磁性,故C正确;将钢棒的一端接近磁针的北极,两者互相排斥,二者的磁性相同,故D错误。故选C。

3.把铁棒甲的一端靠近铁棒乙的中部,发现两者吸引,而把乙的一端靠近甲的中部时,两者互不吸引,则 (　　)

A.甲有磁性,乙无磁性

B.甲无磁性,乙有磁性

C.甲、乙都有磁性

D.甲、乙都无磁性

【解析】选A。磁体具有磁性,能够吸引铁质物体,磁体各个部分的磁性强弱不同,条形磁体两端的磁性最强,叫作磁极,中间的磁性最弱,几乎没有。当铁棒甲的一端靠近铁棒乙的中部,两者互相吸引,说明甲是磁体,具有磁性;把铁棒乙的一端靠近铁棒甲的中部,两者不能相互吸引,说明乙不是磁体,没有磁性。

4.实验表明:磁体能够吸引一元硬币,对这种现象解释正确的是 (　　)

A.硬币一定是铁做的,因为磁体能吸引铁

B.硬币一定是铝做的,因为磁体能吸引铝

C.磁铁的磁性越强,能吸引的物质种类越多

D.硬币中含有磁性材料,磁化后能被吸引

【解析】选D。磁体能吸引一元硬币,说明硬币一定是由磁性物质制成的,但不能判断一定是铁制成的,铝不是磁性物质,故A、B错误,D正确;磁体的磁性越强,只表示吸引磁性物质的能力强,与能吸引的物质种类无关,故C错误,选项D正确。