高中物理人教版 (新课标)选修31 磁现象和磁场学案

1　磁现象和磁场

1．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．

2．电流的磁效应

(1)发现：1820年，丹麦物理学家奥斯特在一次讲课中，把导线沿南北方向放置在一个带玻璃罩的指南针上方，通电时磁针转动了．

(2)实验意义：电流磁效应的发现，首次揭示了电与磁之间的联系，揭开了人类对电磁现象研究的新纪元．

1．奥斯特实验说明了磁场可以产生电流．(×)

2．天然磁体与人造磁体都能吸引铁质物体．(√)

3．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．(×)

1．指南针指向南方的是N极还是S极？

【提示】　S极．

2．地球上任何位置都可以用指南针辨别方向吗？

【提示】　不可以，在地磁南北两极点的磁场方向竖直，指南针不能准确指向南方，另外，受其他人为强磁场的干扰，指南针也不会准确指向南方．

如图3­1­1所示，导线与地面平行，在导线正下方的A处有一可自由转动的小磁针．

图3­1­1

探讨1：导线通入电流I时，导线正下方的小磁针一定转动吗？为什么？

【提示】　不一定，若导线中的电流在A处所产生的磁场方向与地磁场方向一致，则导线通电后，小磁针则不发生转动．

探讨2：若将导线沿南北方向放置，导线通电后，则发现小磁针发生了明显地转动．此实验揭示了什么规律？

【提示】　通电导线可以产生磁场，揭示了电与磁之间存在着联系．

1．实验时，通电直导线要南北方向水平放置，磁针要与导线平行地放在导线的正下方或正上方，以保证电流的磁场与地磁场方向不同而使小磁针发生转动．

2．由于地磁场使磁针指向南北方向，直导线通电后小磁针改变指向说明通电直导线周围产生了磁场，即电流周围产生磁场，也就是电流的磁效应．

1．在做“奥斯特实验”时，下列操作中现象最明显的是(　　)

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

【解析】　在做“奥斯特实验”时，为减弱地球磁场的影响，导线应南北放置在小磁针的正上方或正下方，这样电流产生的磁场为东西方向，会使小磁针有明显的偏转．若导线东西放置，电流所产生的磁场为南北方向，小磁针有可能不发生偏转，C正确．

【答案】　C

2．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，下述说法中正确的是(　　)

【导学号：34522036】

A．A、B一定相互吸引

B．A、B一定相互排斥

C．A、B间有可能无磁场力作用

D．A、B可能相互吸引，也可能相互排斥

【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，只是在小磁针磁场作用下暂时被磁化的结果．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的吸引作用．若A有磁性，则A、B两磁体都分别有北极和南极，当它们的同名磁极互相靠近时，互相排斥；当异名磁极互相靠近时，互相吸引．这说明不论A有无磁性，它们之间总有磁场力的作用，故只有D项正确．

【答案】　D

对奥斯特实验的一点提醒

奥斯特实验证明了电流周围产生磁场，本来是没有条件的，但实际实验时必须考虑地磁场的影响，让通电导线沿南北方向放置，磁场方向与地磁场方向尽量不一致，效果明显．

1．电流、磁体间的相互作用

(1)磁体与磁体间存在相互作用．

(2)通电导线对磁体有作用力，磁体对通电导线也有作用力．

(3)两条通电导线之间也有作用力．

2．磁场

(1)定义：磁体与磁体之间，磁体与通电导线之间，以及通电导线与通电导线之间的相互作用，是通过磁场发生的，磁场是磁体或电流周围一种看不见、摸不着的特殊物质．

(2)基本性质：对放入其中的磁体或通电导线产生力的作用．

3．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．自由转动的小磁针能显示出地磁场的方向，这就是指南针的原理．

(2)磁偏角：小磁针的指向与正南方向之间的夹角，如图3­1­2.

图3­1­2

(3)太阳、月亮、其他行星等许多天体都有磁场．

1．地磁场能使小磁针的两极指向正南正北．(×)

2．地理的南北极与地磁的南北极并不重合，地磁的北极在地理北极附近．(×)

3．磁场的基本性质是对处在磁场中的磁极或电流有力的作用．(√)

指南针是我国古代四大发明之一，现在你知道指南针为什么指南吗？

【提示】　地磁场方向由南指向北，水平放置的小磁针处于地磁场中，在地磁场作用下，静止时N极指北，S极指南．

如图3­1­3所示是地磁南北极和地理南北极的示意图．

图3­1­3

探讨1：在地球南极点上方磁场的方向有什么特点？

【提示】　与地面垂直．

探讨2：在地球赤道上方的磁场方向有什么特点？

【提示】　磁场方向与地面平行，与正南正北方向间有夹角．

1．对磁场的理解

(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．

2．对地磁场的理解

(1)地磁场特点：

地磁场的方向并不是正南正北方向的，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)．

3．以下说法中正确的是(　　)

A．磁极与磁极间的相互作用是通过磁场产生的

B．磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生

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．电荷周围同时产生电场和磁场

【解析】　不论是磁极与磁极间、电流与电流间还是磁极与电流间，都有相互作用的磁场力，这些相互作用都是通过磁场产生的，故A正确，C错误；磁场是磁现象中的一种特殊物质，不管磁极与磁极、磁极与电流之间有没有发生作用，磁体周围以及电流周围的磁场始终是客观存在的，故B错；静止的电荷只能产生电场，而运动的电荷即电流既能产生电场，也能产生磁场，电场和磁场是两种不同的物质，各自具有其本身的特点，故D错．

【答案】　A

4．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】　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.

【答案】　D

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．