鲁科版 (2019)必修 第三册第1节 磁场及其描述导学案
展开了解磁场的概念,知道磁场的基本特性。
理解磁感应强度的概念,知道磁感线的特点和作用.
熟悉几种电流周围磁感线的形状,熟练运用安培定则判断有关问题
了解磁的应用及意义
【重点】
磁感应强度的概念和磁感线
电流的磁场
【难点】
磁感应强度的概念和磁感线
一、新课学习
一、认识磁场
1.我国古代的磁应用
(1).磁石
古人认为磁石吸铁如同慈母召子,故又把磁石称为慈石。
(2).磁极
古人发现,不管形状如何,任何磁体都有两个磁极。
(3).指南针
指南针是我国古代四大发明之一,由原来的司南发展而来,它的发明对促进人类航海事业起了重大作用。
2、磁场
(1).定义:磁体或电流周围存在的一种特殊物质。
(2).基本性质:对放入其中的磁极或电流产生力的作用。
(3).产生:(1)磁体周围存在磁场;(2)电流周围存在磁场——电流的磁效应(1820年丹麦物理学家奥斯特首先发现)。
(4).磁极间的相互作用:同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。
3、地球的磁场
(1).地磁场: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。
(2).磁偏角:地磁场的两极与地理的两极并不重合。水平放在地面上的可以自由转动的小磁针的指向与正南正北方向之间的夹角叫磁偏角。
二、磁感应强度
1. 物理意义:磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量.
2.磁感应强度的方向:磁感应强度的方向就是小磁针N极受力的方向,即静止时小磁针N极所指的方向。
3.磁感应强度的定义及公式:
(1)定义:将电流元IL垂直放入磁场中,它受到的磁场力F与IL的比值叫磁感应强度.
(2)公式: .
(3)单位:在国际单位制中,磁感应强度的单位是特斯拉,简称特,符号是T,
1T=1
4.对磁感应强度的理解
(1)磁感应强度是反映磁场强弱的物理量,它是用 比值法定义的物理量,由磁场自身决定,与是否引入电流元、引入的电流元是否受力及受力大小。
(2)因为通电导线取不同方向时,其受力大小不相同,故在定义磁感应强度时,式中F是指通电直导线垂直磁场放置时受到的磁场力.
(3)磁感应强度的方向是该处小磁针N静止时小磁针N极所指的方向,也是小磁针 的N极 受力方向,而不是该处电流元受力F的方向.
(4)磁感应强度是矢量,其合成或分解运算遵守平行四边形定则。
三、磁感线
1、定义:
磁感线是在磁场中画出一些有方向的曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致。
演示:在磁场中放一块玻璃板,在玻璃板上均匀地撒一层细铁屑,细铁屑在磁场里被磁化成“小磁针”,轻敲玻璃板,使铁屑能在磁场作用下转动。
现象:铁屑静止时有规则地排列起来,显示出磁感线的形状。
2、条形磁铁和蹄形磁铁的磁感线分布情况(演示),如图所示:
3、磁感线的特点
(1)磁感线是假想的,不是真实的
(2)磁感线是闭合曲线。
在磁体的外部磁感线由N极发出,回到S极。在磁体的内部磁感线则由S极指向N极。
(3)磁感线不能相交或相切
(4)磁感线的疏密表示磁场的强弱
(5)磁感线上每一点的切线方向即为该点的磁场的方向
4、磁感线和电场线有何区别
(1)电场线是电场的形象描述,而磁感线是磁场的形象描述。
(2)电场线不是闭合曲线,而磁感线是闭合曲线。
(3)电场线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致,磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁感应强度方向一致。
(4)电场线的疏密程度表示电场强度的大小。磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小。
四、电流的磁场
1.直线电流的磁场与安培定则
演示:
问题1:通电直导线周围的磁感线如何分布?
问题2:直线电流周围的磁感线分布和什么因素有关系?
问题3:直线电流的方向跟磁感线方向之间的关系如何判断呢?
安培定则(一):
用右手握住导线,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(右手螺旋定则)
2.环形电流的磁场
如图所示:
环形电流磁场的磁感线:是一些围绕环形导线的闭合曲线,在环形导线的中心轴线上,磁感线和环形导线的平面垂直。(右图甲)
环形电流的方向跟中心轴线上的磁感线方向之间的关系也可以用安培定则来判定:让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致,伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向。(上图乙)
3.通电螺线管的磁场,如图所示:
问题1:通电螺线管外部的磁场和什么相似?
问题2:通电螺线管内部的磁场如何?
问题3:通电螺线管的磁感线方向和什么因素有关系?
问题4:如何判断通电螺线管的极性?
通电螺线管磁场的磁感线:和条形磁铁外部的磁感线相似,一端相当于南极,一端相当于北极;内部的磁感线和螺线管的轴线平行,方向由南极指向北极,并和外部的磁感线连接,形成一些环绕电流的闭合曲线。
安培定则(右手螺旋定则):
用右手握住螺线管,让弯曲四指所指的方向和电流的方向一致,则大拇指所指的方向就是螺线管的北极(螺线管内部磁感线的方向)
4.三种电流磁场的判断比较
五、磁的应用及意义
1.指南针:司南是世界上最早的指南工具.在司南的基础上人们进行创新,又先后制成了一些新的指南工具,如指南鱼、指南针等.
2.利用磁可以记忆声音、图像和数据等信息,随着技术的发展,人们所熟知的磁记录从磁带到磁鼓、磁盘、记忆棒、磁卡等.
3.磁悬浮列车主要有两种形式:常规磁铁吸引式悬浮和超导排斥式悬浮.
4.核磁共振成像技术诗词在家医学诊断方面的重要应用.
【例1】关于磁场,下列说法正确的是( )
A.只有磁铁周围才有磁场
B.电荷的周围除有电场之外还有磁场
C.电流产生磁场说明电和磁是相互联系的
D.磁铁周围的磁场与电流周围的磁场是形式完全不同的磁场
【例2】在做“奥斯特实验”时,下列操作现象最明显的是( )
A.沿电流方向放置磁针,使磁针在导线的延长线上
B.沿电流方向放置磁针,使磁针在导线的正下方
C.电流沿南北方向放置在磁针的正上方
D.电流沿东西方向放置在磁针的正上方
【例3】(多选)下列说法正确的是( )
A.地球是一个巨大的磁体,其磁体的N极在地球南极附近,磁体的S极在地球北极附近
B.地球表面的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强弱相同
【例4】关于磁感应强度,下列说法正确的是( )
A.由B=eq \f(F,IL)可知,B与F成正比,与IL成反比
B.通电导线放在磁场中某点,该点就有磁感应强度,如果将通电导线拿走,该点的磁感应强度就变为零
C.通电导线所受磁场力不为零的地方一定存在磁场,通电导线不受磁场力的地方一定不存在磁场(即B=0)
D.磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定
【例5】关于磁场和磁感线的描述,正确的说法是( )
A.磁感线从磁体的N极出发,终止于S极
B.磁感线可以表示磁场的方向和强弱
C.沿磁感线方向,磁场逐渐减弱
D.因为异名磁极相互吸引,所以放入通电螺线管内的小磁针的N极一定指向螺线管的S极
1.下列说法中正确的是( )
A.只有磁铁周围才有磁场
B.电荷的周围一定有电场和磁场
C.磁铁周围的磁场与电流周围的磁场是两种不同的磁场
D.电流能产生磁场说明电和磁是有联系的
2.在地球表面的某位置,发现能自由转动的小磁针静止时S极竖直指向地面,则该位置是( )
A.地磁北极附近 B.地磁南极附近
C.赤道附近 D.无法确定
3.铁棒A能吸引小磁针,铁棒B能排斥小磁针,若将铁棒A靠近铁棒B,则( )
A.A、B一定相互吸引
B.A、B一定相互排斥
C.A、B之间有可能没有磁场力的作用
D.A、B可能相互吸引,也可能相互排斥
4、如图所示,一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的上方,并与磁针指向平行,能使小磁针的N极转向读者,那么这束带电粒子可能是 …( )
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
5.匀强磁场(各点的磁感应强度大小、方向均相同的磁场)中长为2 cm的通电导线垂直磁场方向,当通过导线的电流为2 A时,它受到的磁场力大小为4×10-3 N,问:(1)该处的磁感应强度B是多大?(2)若电流不变,导线长度减小到1 cm,则它受到的磁场力F和该处的磁感应强度B各是多少?
参考答案
【例1】解析:磁体和电流周围都存在磁场,而且是同种性质的磁场,静止电荷周围没有磁场,A、B、D错误;电流产生磁场揭示了电与磁之间的相互联系,C正确。
答案:C
【例2】解析:把导线沿南北方向放置在地磁场中处于静止状态的磁针的正上方,通电时磁针发生明显的偏转.
答案:C
【例3】 解析:由地磁场的特点可知,A、B正确;地磁场类似于条形磁铁的磁场,所以在地球表面赤道上的磁场最弱,两极附近地磁场最强,D错误;在地球上不同位置,磁偏角的数值是不同的,C错误。
答案:AB
【例4】解析:磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定,与放入的通电导体无关。选D
答案:D
【例5】 解析:在磁体外部磁感线从磁体的N极指向S极 ,在内部从磁体的S极指向N极; 磁感线可以表示磁场的方向和强弱,但磁感线方向并不代表逐渐减弱;放入通电螺线管内的小磁针的N极受力方向与螺线管内磁感线的方向一致,所以小磁针的N极一定指向螺线管的N极,故答案选B
答案:B
1.解析:磁铁和电流周围都有磁场且性质相同,而电流是电荷定向移动形成的,所以,运动电荷周围既有电场又有磁场,而静止电荷周围只有电场,选项A、B、C错误。电流能产生磁场就是电和磁有联系的证明,故选项D正确。
答案:D
2.解析:地球是个大磁体,地球表面附近的大部分地区的磁场方向基本上是沿南北方向的。因为小磁针静止时北极总指向该处磁场的方向,所以在地球表面附近的大部分地区小磁针静止时总是指南北。但是在地球的南北极附近,即地磁场的南北极附近,地磁场是竖直方向的,从而出现了小磁针沿竖直方向静止的特殊情况。由于小磁针的S极竖直指向地面,该处应该为地理南极,即地磁场的北极附近。
答案:A
3.解析:小磁针本身有磁性,能够吸引没有磁性的铁棒,故铁棒A可能有磁性,也可能没有磁性。铁棒B能排斥小磁针,说明铁棒B一定有磁性。若A无磁性,当A靠近B时,在B的磁场作用下也会被磁化而发生相互吸引。
若A有磁性,则A、B两磁体都分别有N极和S极,当它们的同名磁极互相靠近时,相互排斥;当异名磁极互相靠近时,相互吸引。这说明不论A有无磁性,它们之间总有磁场力的作用。故选项D正确。
答案:D
4.解析:小磁针的N极指向读者,说明小磁针所在处的磁场方向是指向读者,由安培定则可确定出带电粒子形成的电流方向向左,这向左的电流可能是向左飞行的正离子形成,也可能是向右飞行的负离子形成,故答案为B、C。
答案:BC
5.解析:(1)B=eq \f(F,IL)= (2)B不变,
答案:(1)0.1T (2)2
直线电流磁场
环形电流磁场
通电螺线管的磁场
特点
无磁极,非匀强,距导线越远处磁场越弱
环形电流两侧分别是N极和S极,且离圆环中心越远,磁场越弱
与条形磁铁的磁场相似,两端分别是N极和S极,管内是匀强磁场,磁场最强,管外为非匀强磁场
安培定则图示
立体图
横截面图
纵截面图
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