高中物理人教版 (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

第三章  磁场

一、磁现象和磁场

【学习导学】

1、本节学习有关磁场的基本知识，通过回顾磁学的发展历史和初中学过的磁学知识，应该掌握磁场的基本概念、磁感线及其物理意义、知道磁铁、电流和地球磁场的磁感线分布情况，并会用安培定则判定磁场方向．

2、基本磁学概念：

①磁性：                                的性质。

②磁极：                               。

③磁场：：磁体周围空间存在________，它的基本性质是对放在其中的磁体或电流有_____的作用，一切磁相互作用都是一种非直接接触的相互作用，必须通过______来实现。

3、描述磁场分布的常用工具——磁感线

描述电场用电场线，描述流体用流线，描述磁场用磁感线。磁感线是指在磁场中引入的一系列曲线，其上每一点的______方向表示该点的磁场方向，也是小磁针静止时____的指向．磁感线在磁铁外部由____极到_____极，在磁铁内部由____极到_____极，构成一闭合的曲线。磁感线越密处磁场越____，磁感线越疏处磁场越____.

4、确定电流产生磁场的方向——安培定则

安培定则又称为右手螺旋定则，是确定电流磁场的基本法则，不仅适用于通电直导线，同时也适用于通电圆环和通电螺线管．对于通电直导线的磁场，使用时大拇指指向表示_____方向，弯曲的四指方向表示_____的方向；对于通电圆环或通电螺线管，弯曲的四指方向表示______方向，大拇指的指向表示螺线管内部的________方向

5、几种常见的磁场的磁感线分布图

①直线电流的磁场

如图3-1-1所示为直线电流的磁感线分布图，右手握住直导线，伸直的大拇指方向与        一致，弯曲的四指方向就是通电直导线在周围空间产生的      的方向．

通电直导线在周围产生的磁场是不均匀分布的，垂直于直导线方向，离直导线越远，磁场         ；反之越强．

②环形电流的磁场

如图3-1-2所示，右手弯曲的四指方向与        方向一致，伸直的大拇指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向，大拇指指向磁        的位置．

螺线管是由多个环形串联而成，所以通电螺线管与环形电流的磁场的确定的方法是相同的．

③运动电荷的磁场

电流是由电荷的定向移动形成的，电流的磁场实质是运动电荷产生的．氢原子核外的电子由于受到库仑力的作用，绕氢原子核做匀速圆周运动，产生的电流相当于一个环形电流，由于在一个周期内电子通过环上任意一个截面一次，根据电流强度的定义，电流强度大小为I=e/T [圆周运动周期满足ke2/r2=m(2π/T)2r]，判断该环形电流的磁场方向时，必须注意，弯曲的四指必须与负电荷运动的方向相反，即指向正电荷运动的方向。

④地球磁场

地磁场的磁感线的分布与条形磁铁、通电螺线管的磁场相似．如图3-1-3所示，与地理南极对应的是地磁北极，与地理北极对应的是地磁南极（不计磁偏角时）。

⑤一对条形磁铁组成的磁场分布（如图3-1-4）

⑥匀强磁场

如果某个区域里磁感应强度大小_______，且______相同，这个区域里的磁场叫做匀强磁场,匀强磁场的磁感线是一组平行且________的直线．匀强磁场是一种理想化的模型，大的异名磁极之间的磁场、通电螺旋管内部（扣除边缘区域）的磁场可以近似看作匀强磁场处理，如图3-1-5所示

6、关于磁偏角

指南针并不指向地球的正南和正北．公元11世纪，我国科学家通过长期的观察发现，指南针的指向并不是地球的正南和正北，而是略微偏离一点．也就是说地的两极和地磁的两极并不重合，这个偏差，在现代科学技术中可以用磁偏角来描述．

如图3-1-6所示，地理南北极与地磁南北极并不重合，地磁的北极（N极）在南半球南纬70010/和东经150045/的地方，地磁的南极（S极）在北半球北纬70050/和西经960的地方．

　　通过磁针静止位置所作的竖直平面叫做地磁子午面，地磁子午面和地理子午面做夹的角度叫做磁偏角．实际测量的结果指出，地球各处的磁偏角不同．

【范例精析】

例1、 做奥斯特实验时，把小磁针放在水平的通电直导线的下方，通电后发现小磁针不动，用手拨动一下小磁针，小磁针转动180o后静止不动，由此可知通电直导线放置情况是 (    )

A．东西向         B．南北向       C．正西南        D．正西北

解析：由于地球磁场的作用，小磁针静止时N极指向地球的北极，如果通电导线是南北方向放置的，则不论电流方向指向南还是指向北，小磁针静止时将偏离南北方向而指向东西方向，即磁针转动的角度接近900。如果通电导线是东西方向放置，通以由东向西的电流，则小磁针北极静止时仍然指向地理的北极；如果通以由西向东的电流，则小磁针静止时北极指向地理的南极。所以本题中的通电导线应东西方向放置，答案A是正确的。

拓展：磁针的偏转是由于受到磁场的作用，做奥斯特实验时的磁针既受到地球磁场的作用，又受到通电直导线的磁场力的作用，如果导线东西方向放置（电流也是在东西方向上），则有可能出小磁针不发生新的偏转，从而误认为电流不能产生磁场，为了有效地演示电流产生的磁场使小磁针偏转的效果，演示奥斯特实验时，要求导线南北方向放置。

例2、如图3-1-7所示，在全自动洗衣机中，排水阀由程序控制器控制其动作的．当洗衣机进行排水和脱水工序时电磁铁的线圈通电，使电磁铁的铁心2动作，牵引排水阀的活塞，排除污水．牵引电磁铁结构如图所示．以下正确的是(    )                            

(A)若a,b初输入交变电流，铁心2不能吸入线圈中

(B)若a,b初输入交变电流，铁心2能吸入线圈中

(C)若某时刻输入控制电流时，a为正，b为负,则铁心2的B为S极

(D)若某时刻输入控制电流时，a为正，b为负,则铁心2的B为N极

解析：只要电磁铁通电就具有磁性，就可能吸合铁心，因此答案B是正确的；根据初中学过的右手螺旋定则可知，若输入控制电流时，a为正，b为负,则铁心2的右端B为N极，答案D是正确的。

拓展：电磁铁是磁性的一种应用，常用的电磁铁大多做成形，目的是让它两个磁极可以同时吸引物体．巨大的电磁铁里可以通以强大的电流，从而产生强大的磁场，充当电磁起重机的提手，吸引起很重的铁块． 

例3、已知电流磁场的磁感应线方向或N、S极方向，请在图3-1-8上标出电流方向。

解析：   根据安培定则，各图中的电流方向如图3-1-9所示。

拓展：    应用安培定则时，对于通电直导线的磁场，大母指指向表示电流的方向，弯曲的四指方向表示磁感线的环绕方向；对于通电圆环或通电螺线管，弯曲的四指方向表示电流方向，大拇指的指向表示螺线管内部的磁感线方向．

例4、  如图3-1-10所示的电路中，当开关S断开时，螺线管中的小磁针的N极指向如图所示，当开关S闭合后，试确定小磁针的N 极指向。

解析：  由于小磁针放在通电螺线管的内部，就涉及螺线管的内部磁场方向问题．根据安培定则，螺线管的内部磁感线方向是向左的，所以小磁针静止时，北极应指向左端．

拓展：部分同学用安培定则确定了通电螺线管左端为北极后，就肯定地回答小磁针静止时，北极应指向右端，这是没有区分内磁场和外磁场的结果，是受了习惯思维的影响．由于磁感线是闭合的，在内部磁场中，磁感线由南极经过内部空间回到北极．

例5、电视机显象管的偏转线圈示意图3-1-11，此时电流方向如图所示。试画出线圈中心的磁场方向。

答案：竖直向下

【能力训练】

1．首先发现电流产生磁场的科学家是( C )

（A）牛顿    （B）阿基米德    （C）奥斯特    （D）伏特

    2．如图3-1-12所示, 一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过磁针的上方时, 磁针的S极向纸内偏转, 这一带电粒子束可能是( BC  )

(A) 向右飞行的正离子束

(B) 向左飞行的正离子束

(C) 向右飞行的负离子束

(D) 向左飞行的负离子束

3．关于磁感线的概念和性质，以下说法中正确的是( A )

(A)磁感线上各点的切线方向就是小磁针静止时北极的指向

(B)磁场中任意两条磁感线有可能相交

(C)铁屑在磁场中的分布所形成的曲线就是实际存在的磁感线

(D)磁感线总是从磁体的N极发出终止于磁体的S极

4．在图3-1-11中，已知下列各图中的电流方向，请画出相应的磁感线。

5．不接触的磁体间的相互作用力，是通过      而发生的，发现电流磁效应的实验是由物理学家      完成的。磁场，奥斯特

6．如图3-1-12所示，可以自由转动的小磁针静止不动时，靠近螺线管的是小磁针的____极。若将小磁针放到螺线管内部，小磁针指向与图示位置时的指向相____（填“同”或“反”）。N、同

7．如图3-1-13所示通电螺线管，试标出它的N、S极.并在A(螺线管内部一点)，B，C，D四点上各画一小磁针，标出当它们平衡时，N极的指向。

8．如图3-1-14所示，一个电子做逆时针方向的圆周运动。请标出圆心处产生的磁场方向及小磁针南极的转动方向。

9．地球是一个大磁体：

（1）试在图3-1-15画出地球磁场的磁感线大致分布图，不考虑磁偏角（即认为磁轴和地轴重合）

（2）19世纪20年代，以塞贝克（数学家）为代表的科学家已认识到：温度差会引起电流，安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度差，从而提出如下假设：地球磁场是由地球的环形电流引起的，则该假设中的电流方向是（注：磁子午线是地球磁场N极与S极在地球表面的连线）( B )

（A）由西向东垂直磁午线

（B）由东向西垂直磁子午线

（C）由南向北沿磁子午线         

（D）由赤道向两极沿磁子午线方向

10．很多矿藏资源都是共生的，也就是说好几种矿物质混合的一起，它们具有不同的磁性。利用这个特点，人们开发了磁选机，将混在一起的不同磁性的矿物质分开，实现了磁性选矿，如图3-1-16为磁选机图，试简述其工作原理。

不同成分矿物质的不同磁性以及磁性强弱的差别，用磁铁吸引这些物质，那么它们所受到的吸引力就有所区别，就可以将他们分开来。