高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 磁场 磁感线教学设计及反思

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 磁场 磁感线教学设计及反思，共12页。


一、磁现象
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
1．奥斯特实验
将导线沿南北方向放置在磁针的上方，通电时磁针发生了转动．
2．奥斯特实验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．
三、磁场
1．定义：磁体与磁体之间，磁体与通电导体之间，以及通电导体与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．
四、地磁场
1．地磁场：地球本身是一个磁体，N极位于地理南极附近，S极位于地理北极附近．(如图所示)
2．磁偏角：地球的地理两极与地磁两极并不重合，因此，磁针并非准确的指向南北，其间有一个夹角，这就是地磁偏角，简称磁偏角．磁偏角的数值在地球上的不同地点是不同的．
五、磁感线
1．定义：用来形象描述磁场的假想曲线．
2．特点
(1)磁感线的疏密程度表示磁场的强弱．
(2)磁感线上某点的切线方向表示该点磁感应强度的方向．
六、安培定则
1．直线电流的磁场：右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向，如图甲所示．
2．环形电流的磁场：让右手弯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，如图乙所示．
3．通电螺线管的磁场：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，或拇指指向螺线管的N极，如图丙所示．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)天然磁体和人造磁体都能吸引铁质物体．(√)
(2)磁场看不见、摸不着，因此磁场是人们假想的，实际并不存在．(×)
(3)电荷周围既能产生电场，又能产生磁场．(×)
(4)地磁场的N极在地理北极，S极在地理南极．(×)
(5)磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的．(×)
2．下列说法中，正确的是( )
A．磁极与磁极间的相互作用是通过磁场产生的
B．电流与电流的相互作用是通过电场产生的
C．磁极与电流间的相互作用是通过电场与磁场共同产生的
D．磁场和电场完全相同
A [电流能产生磁场，在电流的周围有磁场存在，不论是磁极与磁极间，还是电流与电流间、磁极与电流间，都有相互作用的磁场力．磁场是一种特殊物质，它的基本特点是对放入磁场中的磁极、电流有磁场力的作用；而电场是电荷周围存在的一种特殊物质，其最基本的特点是对放入电场中的电荷有电场力的作用，而不会对放入静电场中的磁极产生力的作用．因此，磁场和电场是不同的，各具有自己的特点．正确答案是A.]
3．下列情况中，不可能的是( )
A．一环形电流产生的磁场，环内的磁感线与环外的磁感线数目相等
B．电流产生的磁场比磁铁产生的磁场强
C．磁感线在空间某处中断
D．某区域各处的磁感线疏密一样
C [环形电流环内的磁感线与环外的磁感线构成完整的闭合曲线，因此数目相等；电流磁场和磁铁磁场有强有弱；匀强磁场的磁感线疏密一样．所以选项A、B、D是可能的；磁感线在空间不相交、不相切、不中断，故选项C是不可能的．]
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．
(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．
【例1】 (多选)关于磁铁、电流间的相互作用，下列说法正确的是( )
甲 乙 丙
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
思路点拨：(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．
BC [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．]
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．
1．下列关于磁场的说法中，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
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．]
1.地磁场的特点
地磁场的方向并不是正南正北方向，即地磁两极与地理两极并不重合．地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近．地磁场方向与正南正北方向间有一夹角，叫磁偏角．
2．地磁场问题的处理要点
(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，地磁场方向水平向北．
(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．
3．地磁场的作用
由于磁场对运动电荷有力的作用，故射向地球的高速带电粒子，其运动方向会发生变化，不能直接到达地球．因此地磁场对地球上的生命有保护作用(第5节学习)．
【例2】 一科考船进行环球科考活动从北极附近出发，一路向南直到南极附近，沿途不断测量地磁场的大小和方向，他的测量结果可能是( )
A．地磁场的大小一直不变，磁场方向始终沿正南、正北方向
B．地磁场的大小不断变化，磁场方向始终沿正南、正北方向
C．地磁场的大小一直不变，磁场的方向与正南、正北方向间有一较小的偏角
D．地磁场的大小不断变化，磁场的方向与正南、正北方向间有一较小的偏角
思路点拨：弄清楚以下两个问题是解题的关键：
(1)磁体周围什么位置磁场最强？
(2)地磁两极与地理两极有什么关系？
D [由于地磁两极与地理两极不重合，所以磁场的方向不沿正南、正北方向；由于地磁场类似于条形磁铁的磁场，所以在地球表面不同位置的磁场强弱不同．综上所述，选项D正确．]
对地磁场理解的三大误区
(1)将地理南北极与地磁场的南北极混淆，误将地理南极(或北极)当做地磁场的南极(或北极)．
(2)误认为地理两极与地磁场的两极重合．事实上，两者并不重合，地磁场的两极在地理两极的附近．
(3)误认为地球上各点的磁场方向都是和地面平行的．事实上，除赤道外，南北半球的磁场都有竖直分量．
2．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
D [地球的磁场与条形磁铁的磁场相似，其特点主要有：
(1)地磁场的N极在地理南极附近，S极在地理北极附近．
(2)地磁场的水平分量总是从地理南极指向北极，而竖直分量则南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下．
(3)在赤道平面上，距离地球表面相等的各点，磁场的强弱相同，且方向水平向北．故正确答案为D.]
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．磁感线与电场线的比较
【例3】 如图所示，表示蹄形磁铁周围的磁感线，磁场中有a、b两点，下列说法正确的是( )
A．a、b两处的磁感应强度的大小不等，Ba>Bb
B．a、b两处的磁感应强度的大小不等，BaC．蹄形磁铁的磁感线起始于蹄形磁铁的N极，终止于蹄形磁铁的S极
D．a处没有磁感线，所以磁感应强度为零
B [由题图可知b处的磁感线较密，a处的磁感线较疏，所以Ba(1)在没画磁感线的地方，并不表示没有磁场存在．
(2)若多个磁体或电流的磁场在空间某区域叠加，磁感线描述的是叠加后的合磁场的磁感线分布情况，不能认为该区域有多条磁感线相交．
3．磁场中某区域的磁感线如图所示，则( )
A．a、b两处的磁感应强度的大小不相等，Ba>Bb
B．a、b两处的磁感应强度的大小不相等，BaC．a、b两处磁场方向一定相同
D．a处没有磁感线，所以磁感应强度为零
B [由图可知，b处的磁感线较密，a处的磁感线较疏，所以Ba1.常见永磁体的磁场
条形磁铁 蹄形磁铁 异名磁极 同名磁极
2．三种常见的电流的磁场
(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．
【例4】 (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
思路点拨：(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．
BD [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，则小磁铁在a点时，N极向右，A项错误，D项正确；在b点磁场方向向右，则磁针在b点时，N极向右，B项正确；在c点，磁场方向向右，则磁针在c点时，N极向右，S极向左，C项错误．
]
4．(多选)如图所示是云层之间闪电的模拟图，图中A、B是位于南、北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，下列说法中正确的是( )
A．带同种电荷 B．带异种电荷
C．B带正电 D．A带正电
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，B带负电，选项B、D正确．]
1．奥斯特实验说明了( )
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
C [本题考查了电流的磁效应及奥斯特实验．奥斯特实验中电流能使静止的小磁针发生偏转，说明电流周围存在磁场，即电流产生了磁场．故正确答案为C.]
2．下列关于磁场和磁感线的描述中正确的是( )
A．磁感线可以形象地描述各点磁场的方向
B．磁感线是磁场中客观存在的线
C．磁感线总是由磁铁的N极指向S极
D．实验中观察到的铁屑的分布就是磁感线
A [磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，但它不是客观存在的线，可用细铁屑模拟．在磁铁外部磁感线由N极到S极，但内部是由S极到N极．故只有A正确．]
3．如图所示，假如将一个小磁针放在地球的北极附近的磁极上方，那么小磁针的N极将( )
A．指北 B．指南
C．竖直向上 D．竖直向下
D [地球北极附近的磁极是地磁的S极，其上方磁场方向竖直向下，故小磁针的N极将竖直向下，选项D正确．]
对磁场的理解
对地磁场的理解
对磁感线的理解和应用
常见磁场及安培定则的应用
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
课 堂 小 结
知 识 脉 络
1.对磁场的理解，磁场的基本性质．
2．对地磁场的认识及理解．
3．对磁感线的理解及与电场线的对比．
4．常见几种磁场及安培定则的应用.