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1、2022年高中物理 磁現(xiàn)象 磁場教案 新人教版選修3
【要點導(dǎo)學(xué)】
1、本節(jié)學(xué)習(xí)有關(guān)磁場的基本知識,通過回顧磁學(xué)的發(fā)展歷史和初中學(xué)過的磁學(xué)知識,應(yīng)該掌握磁場的基本概念、磁感線及其物理意義、知道磁鐵、電流和地球磁場的磁感線分布情況,并會用安培定則判定磁場方向.
2、基本磁學(xué)概念:
①磁性: 的性質(zhì)。
②磁極: 。
③磁場::磁體周圍空間存在________,它的基本性質(zhì)是對放在其中的磁體或電流有_____的作用,一切磁相互作用都是一種非直接接觸的相互作用,必須通
2、過______來實現(xiàn)。
3、描述磁場分布的常用工具——磁感線
描述電場用電場線,描述流體用流線,描述磁場用磁感線。磁感線是指在磁場中引入的一系列曲線,其上每一點的______方向表示該點的磁場方向,也是小磁針靜止時____的指向.磁感線在磁鐵外部由____極到_____極,在磁鐵內(nèi)部由____極到_____極,構(gòu)成一閉合的曲線。磁感線越密處磁場越____,磁感線越疏處磁場越____.
4、確定電流產(chǎn)生磁場的方向——安培定則
安培定則又稱為右手螺旋定則,是確定電流磁場的基本法則,不僅適用于通電直導(dǎo)線,同時也適用于通電圓環(huán)和通電螺線管.對于通電直導(dǎo)線的磁場,使用時大拇指指向表示_____方
3、向,彎曲的四指方向表示_____的方向;對于通電圓環(huán)或通電螺線管,彎曲的四指方向表示______方向,大拇指的指向表示螺線管內(nèi)部的________方向
5、幾種常見的磁場的磁感線分布圖
①直線電流的磁場
如圖3-1-1所示為直線電流的磁感線分布圖,右手握住直導(dǎo)線,伸直的大拇指方向與 一致,彎曲的四指方向就是通電直導(dǎo)線在周圍空間產(chǎn)生的 的方向.
通電直導(dǎo)線在周圍產(chǎn)生的磁場是不均勻分布的,垂直于直導(dǎo)線方向,離直導(dǎo)線越遠(yuǎn),磁場 ;反之越強(qiáng).
②環(huán)形電流的磁場
如圖3-1-2所示,右手彎曲的四指方向與 方向一致,伸直的大拇指的方向就是環(huán)形導(dǎo)
4、線中心軸線上磁感線的方向,大拇指指向磁 的位置.
螺線管是由多個環(huán)形串聯(lián)而成,所以通電螺線管與環(huán)形電流的磁場的確定的方法是相同的.
③運(yùn)動電荷的磁場
電流是由電荷的定向移動形成的,電流的磁場實質(zhì)是運(yùn)動電荷產(chǎn)生的.氫原子核外的電子由于受到庫侖力的作用,繞氫原子核做勻速圓周運(yùn)動,產(chǎn)生的電流相當(dāng)于一個環(huán)形電流,由于在一個周期內(nèi)電子通過環(huán)上任意一個截面一次,根據(jù)電流強(qiáng)度的定義,電流強(qiáng)度大小為I=e/T [圓周運(yùn)動周期滿足ke2/r2=m(2π/T)2r],判斷該環(huán)形電流的磁場方向時,必須注意,彎曲的四指必須與負(fù)電荷運(yùn)動的方向相反,即指向正電荷運(yùn)動的方向。
④地球磁場
地磁場的
5、磁感線的分布與條形磁鐵、通電螺線管的磁場相似.如圖3-1-3所示,與地理南極對應(yīng)的是地磁北極,與地理北極對應(yīng)的是地磁南極(不計磁偏角時)。
⑤一對條形磁鐵組成的磁場分布(如圖3-1-4)
⑥勻強(qiáng)磁場
如果某個區(qū)域里磁感應(yīng)強(qiáng)度大小_______,且______相同,這個區(qū)域里的磁場叫做勻強(qiáng)磁場,勻強(qiáng)磁場的磁感線是一組平行且________的直線.勻強(qiáng)磁場是一種理想化的模型,大的異名磁極之間的磁場、通電螺旋管內(nèi)部(扣除邊緣區(qū)域)的磁場可以近似看作勻強(qiáng)磁場處理,如圖3-1-5所示
6、關(guān)于磁偏角
指南針并不指向地球的正南和正北.公元11世紀(jì),我國科學(xué)家通過長期的觀察發(fā)現(xiàn),指南針
6、的指向并不是地球的正南和正北,而是略微偏離一點.也就是說地的兩極和地磁的兩極并不重合,這個偏差,在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中可以用磁偏角來描述.
如圖3-1-6所示,地理南北極與地磁南北極并不重合,地磁的北極(N極)在南半球南緯70010/和東經(jīng)150045/的地方,地磁的南極(S極)在北半球北緯70050/和西經(jīng)960的地方.
通過磁針靜止位置所作的豎直平面叫做地磁子午面,地磁子午面和地理子午面做夾的角度叫做磁偏角.實際測量的結(jié)果指出,地球各處的磁偏角不同.
【范例精析】
例1、做奧斯特實驗時,把小磁針放在水平的通電直導(dǎo)線的下方,通電后發(fā)現(xiàn)小磁針不動,用手撥動一下小磁針,小磁針轉(zhuǎn)動180o后
7、靜止不動,由此可知通電直導(dǎo)線放置情況是 ( )
A.東西向 B.南北向 C.正西南 D.正西北
解析:由于地球磁場的作用,小磁針靜止時N極指向地球的北極,如果通電導(dǎo)線是南北方向放置的,則不論電流方向指向南還是指向北,小磁針靜止時將偏離南北方向而指向東西方向,即磁針轉(zhuǎn)動的角度接近900。如果通電導(dǎo)線是東西方向放置,通以由東向西的電流,則小磁針北極靜止時仍然指向地理的北極;如果通以由西向東的電流,則小磁針靜止時北極指向地理的南極。所以本題中的通電導(dǎo)線應(yīng)東西方向放置,答案A是正確的。
拓展:磁針的偏轉(zhuǎn)是由于受到磁場的作用,做奧斯特實驗時的磁針
8、既受到地球磁場的作用,又受到通電直導(dǎo)線的磁場力的作用,如果導(dǎo)線東西方向放置(電流也是在東西方向上),則有可能出小磁針不發(fā)生新的偏轉(zhuǎn),從而誤認(rèn)為電流不能產(chǎn)生磁場,為了有效地演示電流產(chǎn)生的磁場使小磁針偏轉(zhuǎn)的效果,演示奧斯特實驗時,要求導(dǎo)線南北方向放置。
例2、如圖3-1-7所示,在全自動洗衣機(jī)中,排水閥由程序控制器控制其動作的.當(dāng)洗衣機(jī)進(jìn)行排水和脫水工序時電磁鐵的線圈通電,使電磁鐵的鐵心2動作,牽引排水閥的活塞,排除污水.牽引電磁鐵結(jié)構(gòu)如圖所示.以下正確的是( )
(A)若a,b初輸入交變電流,鐵心2不能吸入線圈中
(B)若a
9、,b初輸入交變電流,鐵心2能吸入線圈中
(C)若某時刻輸入控制電流時,a為正,b為負(fù),則鐵心2的B為S極
(D)若某時刻輸入控制電流時,a為正,b為負(fù),則鐵心2的B為N極
解析:只要電磁鐵通電就具有磁性,就可能吸合鐵心,因此答案B是正確的;根據(jù)初中學(xué)過的右手螺旋定則可知,若輸入控制電流時,a為正,b為負(fù),則鐵心2的右端B為N極,答案D是正確的。
拓展:電磁鐵是磁性的一種應(yīng)用,常用的電磁鐵大多做成形,目的是讓它兩個磁極可以同時吸引物體.巨大的電磁鐵里可以通以強(qiáng)大的電流,從而產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場,充當(dāng)電磁起重機(jī)的提手,吸引起很重的鐵塊.
例3、已知電流磁場的磁感應(yīng)線方向或N、
10、S極方向,請在圖3-1-8上標(biāo)出電流方向。
解析: 根據(jù)安培定則,各圖中的電流方向如圖3-1-9所示。
拓展: 應(yīng)用安培定則時,對于通電直導(dǎo)線的磁場,大母指指向表示電流的方向,彎曲的四指方向表示磁感線的環(huán)繞方向;對于通電圓環(huán)或通電螺線管,彎曲的四指方向表示電流方向,大拇指的指向表示螺線管內(nèi)部的磁感線方向.
例4、 如圖3-1-10所示的電路中,當(dāng)開關(guān)S斷開時,螺線管中的小磁針的N極指向如圖所示,當(dāng)開關(guān)S閉合后,試確定小磁針的N極指向。
解析: 由于小磁針放在通電螺線管的內(nèi)部,就涉及螺線管的內(nèi)部磁場方向問題.根據(jù)安培定則,螺線管的內(nèi)部磁感線方向是向左的,所以小磁
11、針靜止時,北極應(yīng)指向左端.
拓展:部分同學(xué)用安培定則確定了通電螺線管左端為北極后,就肯定地回答小磁針靜止時,北極應(yīng)指向右端,這是沒有區(qū)分內(nèi)磁場和外磁場的結(jié)果,是受了習(xí)慣思維的影響.由于磁感線是閉合的,在內(nèi)部磁場中,磁感線由南極經(jīng)過內(nèi)部空間回到北極.
例5、電視機(jī)顯象管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖3-1-11,此時電流方向如圖所示。試畫出線圈中心的磁場方向。
答案:豎直向下
【能力訓(xùn)練】
1.首先發(fā)現(xiàn)電流產(chǎn)生磁場的科學(xué)家是( C )
(A)牛頓 (B)阿基米德 (C)奧斯特 (D)伏特
2.如圖3-1-12所示,一束帶電粒子沿著水平方向平行地飛過磁針的上方時,
12、磁針的S極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn),這一帶電粒子束可能是( BC )
(A)向右飛行的正離子束
(B)向左飛行的正離子束
(C)向右飛行的負(fù)離子束
(D)向左飛行的負(fù)離子束
3.關(guān)于磁感線的概念和性質(zhì),以下說法中正確的是( A )
(A)磁感線上各點的切線方向就是小磁針靜止時北極的指向
(B)磁場中任意兩條磁感線有可能相交
(C)鐵屑在磁場中的分布所形成的曲線就是實際存在的磁感線
(D)磁感線總是從磁體的N極發(fā)出終止于磁體的S極
4.在圖3-1-11中,已知下列各圖中的電流方向,請畫出相應(yīng)的磁感線。
5.不接觸的磁體間的相互作用力,是通過 而發(fā)生的,發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的實驗是由
13、物理學(xué)家 完成的。磁場,奧斯特
6.如圖3-1-12所示,可以自由轉(zhuǎn)動的小磁針靜止不動時,靠近螺線管的是小磁針的____極。若將小磁針放到螺線管內(nèi)部,小磁針指向與圖示位置時的指向相____(填“同”或“反”)。N、同
7.如圖3-1-13所示通電螺線管,試標(biāo)出它的N、S極.并在A(螺線管內(nèi)部一點),B,C,D四點上各畫一小磁針,標(biāo)出當(dāng)它們平衡時,N極的指向。
8.如圖3-1-14所示,一個電子做逆時針方向的圓周運(yùn)動。請標(biāo)出圓心處產(chǎn)生的磁場方向及小磁針南極的轉(zhuǎn)動方向。
9.地球是一個大磁體:
(1)試在圖3-1-15畫出地球磁場的磁感線大致分布圖,不考慮磁偏角(即認(rèn)為磁軸和
14、地軸重合)
(2)19世紀(jì)20年代,以塞貝克(數(shù)學(xué)家)為代表的科學(xué)家已認(rèn)識到:溫度差會引起電流,安培考慮到地球自轉(zhuǎn)造成了太陽照射后正面與背面的溫度差,從而提出如下假設(shè):地球磁場是由地球的環(huán)形電流引起的,則該假設(shè)中的電流方向是(注:磁子午線是地球磁場N極與S極在地球表面的連線)( B )
(A)由西向東垂直磁午線
(B)由東向西垂直磁子午線
(C)由南向北沿磁子午線
(D)由赤道向兩極沿磁子午線方向
10.很多礦藏資源都是共生的,也就是說好幾種礦物質(zhì)混合的一起,它們具有不同的磁性。利用這個特點,人們開發(fā)了磁選機(jī),將混在一起的不同磁性的礦物質(zhì)分開,實現(xiàn)了磁性選礦,如圖3-1-16為磁選機(jī)圖,試簡述其工作原理。
不同成分礦物質(zhì)的不同磁性以及磁性強(qiáng)弱的差別,用磁鐵吸引這些物質(zhì),那么它們所受到的吸引力就有所區(qū)別,就可以將他們分開來。