2019_2020学年高考物理主题3电磁场与电磁波初步1磁现象和磁场学案必修.docx

1磁现象和磁场学科素养与目标要求物理观念：1.了解磁现象在人类生活中的作用，理解科学技术在社会发展中的作用.2.知道磁场的概念和磁场的方向.3.理解磁感线的概念，会用磁感线描述电流的磁场.4.了解地球的磁场，知道磁偏角的概念.科学态度与责任：1.了解我国航海事业的发展及指南针在航海中的作用.2.了解磁现象在现代生活中的应用，培养学生热爱科学的精神.一、磁现象1.磁性：物体具有的吸引铁质物体的性质.磁体：具有磁性的物体.2.磁体间的相互作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引.3.磁现象的应用：(1)指南针在航海中的应用：我国是最早在航海上使用指南针的国家，导航时兼用罗盘和观星，二者相互补充，相互修正.用罗盘指引航向，探索航道，将船舶航向的变动与指南针指向变动的对应关系总结出来，画出的航线在古代称为“针路”或“针径”.葡萄牙航海家麦哲伦用了三年时间完成了环球航行，通过这次航行，人类更加认识到地球是球形.(2)现代生活中磁现象的应用：如磁录音、磁录像、电话、电视、计算机都离不开磁，发电机、电动机、各种电气仪表都跟磁有关.二、磁场1.磁极之间的力是通过一种场磁场来传递的.2.磁场的方向：物理学规定，在磁场中的某一点，小磁针静止时N极所指方向就是这一点的磁场方向.3.磁感线：是在磁场中画出的一些有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的切线方向都与该点的磁场方向一致.三、地磁场1.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1所示)图12.磁偏角：自由转动的小磁针静止时，并不能指向正南、正北.小磁针的指向与地轴之间的夹角，叫做磁偏角.3.宇宙中的许多天体具有磁场，但月球、火星没有全球性的磁场.四、电流的磁场1.电流的磁效应(1)1820年，奥斯特发现：把一根导线平行地放在磁针的上方，给导线通电时，磁针发生了偏转，说明电流能产生磁场，这个现象称为电流的磁效应.(2)电流磁效应的发现，用实验展示了电与磁的联系，说明电与磁之间存在相互作用.2.电流磁场的方向图2(1)直线电流的磁场安培定则：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2所示.(2)通电螺线管的磁场安培定则：右手握住螺线管，让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螺线管内部磁感线的方向，如图3所示.图3(3)环形导线可以看成只有一匝的螺线管，如图4所示.图4判断下列说法的正误.(1)磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种客观存在的特殊物质.()(2)磁感线可以形象地描述各磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时N极所指的方向一致.()(3)磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止的.(×)(4)磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的.(×)一、磁场与磁感线阅读教材并思考如何确定磁场的方向.答案方法一：将一不受外力的小磁针放入磁场中需测定的位置，当小磁针在该位置静止时，N极的指向即为该点的磁场方向.方法二：磁感线上任一点的切线方向就是该点的磁场方向.1.磁场(1)磁场是存在于磁极周围的一种特殊物质.(2)磁场的方向：在磁场中的某一点，小磁针N极受力的方向，也就是小磁针静止时N极所指的方向，就是这一点的磁场方向.(3)磁场的基本性质：对放入其中的磁体和通电导体有力的作用.2.磁感线(1)定义：磁感线是为了形象地描述磁场而人为假想的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同.(2)特点：在磁体外部，磁感线从N极发出，进入S极；在磁体内部由S极回到N极.磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，磁感线越密的地方磁场越强；磁场方向即过该点的磁感线的切线方向.磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断.磁感线是人们为了形象描述磁场而假想的线，并不真实存在.(3)几种特殊磁体外部的磁感线分布(如图5所示)：图53.地磁场地球的磁场与条形磁铁的磁场相似，其主要特点有三个：(1)地磁场的N极在地球南极附近，S极在地球北极附近.(2)地磁场的水平分量总是从地球南极指向地球北极，而竖直分量在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下.(3)赤道上空，各点的磁场方向与地面平行，方向由南向北.例1(多选)下列有关磁场的说法中，正确的是()A.磁体周围的空间存在看不见、摸不着的磁场B.磁极间的相互作用是通过磁场发生的C.磁场是有方向的，在磁场中的不同位置，其磁场方向一般不同D.在磁场中的某点，小磁针南极所受磁场力的方向与该点的磁场方向相同答案ABC解析磁场虽然看不见、摸不到，但它是一种客观存在的物质，它的基本性质是对放入其中的磁体产生力的作用，磁极间的相互作用就是通过磁场发生的，磁场具有方向性，在磁场中的某点，小磁针北极所受磁场力的方向与该点的磁场方向一致，南极所受磁场力的方向与该点的磁场方向相反(磁场方向的另一种描述方法)，故A、B、C正确，D错误.1.电场、磁场、重力场(引力场)，它们有非常接近的性质：看不见，摸不着，但却是客观存在的特殊物质.2.磁场不仅有大小而且有方向.磁场的方向规定为小磁针N极受力方向或者小磁针静止时N极所指的方向或者磁感线的切线方向.例2关于磁感线，下列说法中正确的是()A.两条磁感线的空隙处一定不存在磁场B.磁感线总是从N极到S极C.磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致D.两个磁场叠加的区域，磁感线就可能相交答案C解析磁感线是为了形象描述磁场而假想的有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向表示磁场的方向，曲线的疏密表示磁场的强弱，所以C正确，A错误；在磁体外部磁感线从N极到S极，内部从S极到N极，磁感线不相交，所以B、D错误.针对训练1(多选)图6是几种常见磁场的磁感线分布示意图，下列说法正确的是()图6A.图(a)中a端是磁铁的S极，b端是磁铁的N极B.图(a)中a端是磁铁的N极，b端是磁铁的S极C.图(b)是两异名磁极的磁感线分布示意图，c端是N极，d端是S极D.图(b)是两异名磁极的磁感线分布示意图，c端是S极，d端是N极答案AD解析图(a)是条形磁铁外部磁感线分布示意图，外部磁场的磁感线是从磁铁的N极出来，进入磁铁的S极，故A对，B错；图(b)是两异名磁极磁感线分布示意图，磁感线仍然是从磁铁的N极出来，进入磁铁的S极，故C错，D对.二、电流的磁场1.演示实验：将一根与电源、开关相连接的直导线用架子架高，沿南北方向水平放置.将小磁针平行地放在直导线的上方和下方，请观察直导线通、断电时小磁针的偏转情况.观察到什么现象？通过这个现象可以得出什么结论呢？答案观察到通电时小磁针发生偏转，断电时小磁针又回到原来的位置.通电后导线周围的小磁针发生偏转，说明通电后导线周围的空间对小磁针产生磁力的作用，由此我们可以得出：通电导线和磁体一样，周围存在着磁场.2.重做上面的实验，请观察当电流的方向改变时，小磁针N极的偏转方向是否发生变化.观察到什么现象？这说明什么？答案观察到电流的方向改变时，小磁针N极的偏转方向发生改变，说明电流的磁场方向也发生变化.1.电流的磁效应(1)1820年，奥斯特发现：把一根导线平行地放在磁针的上方，给导线通电时，磁针发生了偏转，说明电流也能产生磁场，这个现象称为电流的磁效应.(2)意义：电流磁效应的发现，用实验展示了电与磁的联系，说明电与磁之间存在着相互作用，对电与磁研究的深入发展具有划时代的意义.2.电流磁场的方向(1)直线电流的磁场图7安培定则：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7所示.画法：如图8所示图8说明：图中的“×”号表示磁场方向垂直进入纸面；“·”号表示磁场方向垂直穿出纸面.特点：是非匀强磁场，距导线越远处磁场越弱.(2)通电螺线管的磁场安培定则：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，如图9所示.图9磁感线特点两端分别是N极和S极，管内是匀强磁场，管外是非匀强磁场，画法如图10所示.图10(3)环形电流的磁场安培定则：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11所示.图11磁感线的特点两侧分别是N极和S极，离圆环中心越远，磁场越弱，画法如图12所示.图12例3如图13所示，a、b是直线电流的磁场，c、d是环形电流的磁场，e、f是螺线管电流的磁场.试在各图中补画出电流方向或磁感线方向.图13答案见解析解析根据安培定则，可以确定a中电流方向垂直纸面向里，b中电流方向从下向上，c中电流方向是逆时针方向，d中磁感线方向向下，e中磁感线方向向左，f中磁感线方向向右.例4电路没接通时三个小磁针方向如图14所示，接通电路后确定三个小磁针的转向及最后N极的指向.(其中小磁针3在螺线管内部)图14答案小磁针1逆时针转动，最后N极指左；小磁针2顺时针转动，最后N极指右；小磁针3顺时针转动，最后N极指右.解析由安培定则可知螺线管内部磁场方向由左向右，故小磁针3顺时针转动，最后N极指右；小磁针1所在位置处磁场方向向左，故小磁针1逆时针转动，最后N极指左；小磁针2所在位置处磁场方向向右，小磁针2顺时针转动，最后N极指右.1.通电螺线管外部的磁感线和条形磁铁外部的磁感线相似，也是从N极出来，进入S极.通电螺线管内部的磁感线跟螺线管的轴线平行，方向由S极指向N极，并和外部的磁感线连接，形成环绕的闭合曲线.2.判断小磁针N极的指向，需要先判断小磁针所在处那一点的磁感线方向.学科素养本题综合应用了安培定则和磁场方向与小磁针N极指向的关系等知识点，培养了学生综合分析和应用物理知识的能力，正是“科学思维”等学科素养的体现.针对训练2如图15所示，一枚小磁针放在半圆形导线环的环心O处，当导线中通以如图所示方向的电流时，小磁针将如何偏转()图15A.沿顺时针方向转动B.沿逆时针方向转动C.N极转向纸里，S极转向纸外D.N极转向纸外，S极转向纸里答案C解析由安培定则知，环形电流内部磁场方向垂直纸面向里，故N极转向纸里，C选项正确.1.(磁场的概念)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.磁极与磁极之间是直接发生作用的D.磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生答案A解析磁场是客观存在于磁极或电流周围的一种物质，是不以人的意志为转移的，所以A对，B、D错；磁极与磁极之间、磁极与电流之间、电流与电流之间的作用都是通过它们的磁场发生的，所以C错.2.(磁感线)关于磁感线与电场线的描述，正确的是()A.电场线起止于电荷，磁感线起止于磁极B.电场线一定是不闭合的，磁感线一定是闭合的C.磁感线是自由小磁针在磁场力作用下的运动轨迹D.电场线和磁感线实际上均存在，只是肉眼看不到答案B解析磁感线没有起点也没有终点，是闭合的曲线.静电场中的电场线不是闭合曲线，起始于正电荷(或无穷远处)，止于无穷远处(或负电荷)，故A错误，B正确；磁感线是描述磁场强弱和方向的形象曲线，当磁感线是曲线时，小磁针在磁场力作用下的运动轨迹并不一定与其重合，故选项C错误；电场线和磁感线都是为了描述抽象的场而人为引入的曲线，实际上并不存在，选项D错误.3.(电流的磁场)如图16所示，两根非常靠近且互相垂直并互相绝缘的长直导线，当通以如图所示方向的电流时，电流所产生的磁场在导线所在平面内的哪个区域内方向是一致且向里的()图16A.区域B.区域C.区域D.区域答案A解析由安培定则可知，I1电流在其上方产生的磁场方向垂直纸面向里，I2电流在其右方产生的磁场方向向里，故只有在区域，两个电流产生的磁场才都向里，选项A正确.4.(电流的磁场)为了判断一个未知正负极的蓄电池极性，某同学将该蓄电池通过电阻跟螺线管连接起来，发现小磁针的N极立即向螺线管偏转，如图17所示.用M、N和P、Q分别表示蓄电池和螺线管两极，下列判断正确的是()图17A.电源M端为正极B.电源N端为正极C.螺线管P端为S极D.螺线管内部磁感应强度方向由P指向Q答案B解析小磁针的N极向螺线管偏转说明小磁针所在位置磁场方向向左，即螺线管P端为N极，Q端为S极，选项C错误；在螺线管的内部磁场方向由S极指向N极，所以螺线管内部磁感应强度方向由Q指向P，选项D错误；根据安培定则可知，在电源外部电流从N流向M，电源N端为正极，选项A错误，B正确.选择题考点一磁场和磁感线1.关于磁场的下述说法中，正确的是()A.磁极之间相互作用是通过磁场发生的B.看不见、摸不着的磁场不是客观存在的C.只有磁体周围才存在磁场D.地球周围不存在磁场答案A解析磁场对放入其中的磁体一定有磁场力作用，磁极之间相互作用是通过磁场发生的，选项A正确；磁场是客观存在的一种物质，虽然看不见，摸不着，但可通过小磁针来体现其存在，选项B错误；在整个空间中都有磁场的存在，只不过在磁体的周围，磁场比较强，磁场可以很明显的表现出来，离磁体远的地方，磁场比较弱，磁场不容易表现出来，所以不是只有磁体周围才存在磁场，选项C、D错误.2.如图1是条形磁铁的部分磁感线分布示意图，关于图中a、b两点磁场的描述，正确的是()图1A.a点的磁场方向为图中Ba指向B.b点的磁场方向为图中Bb指向C.a点的磁场比b点强D.a点的磁场比b点弱答案C解析磁感线上某点的切线方向表示该点磁场的方向，题图中a、b两点的磁场方向均是错误的，故A、B错误.磁感线疏密表示磁场的强弱，a点的磁感线比较密，则a点磁场比b点强，故C正确，D错误.3.(多选)下列说法中正确的是()A.磁体在空间能产生磁场，磁场使磁体间不必接触便能相互作用B.在磁场中的某一点，小磁针仅在磁场力作用下静止时北极所指的方向，就是那一点的磁场方向C.当两个磁体的同名磁极相互靠近时，两条磁感线有可能相交D.磁体周围的磁感线都是闭合的曲线答案ABD解析磁体间的作用力是通过磁场传递的，可以不用接触便产生相互作用，A项对；小磁针仅在磁场力作用下静止时北极的指向是北极受力的方向，就是那一点的磁场方向，B项对；磁感线是闭合的曲线且不能相交，C项错，D项对.4.(多选)下列说法中与实际情况相符的是()A.地球的磁偏角是一个定值B.地磁场的北极在地理的南极附近C.除了地球外，到目前为止其他星球上还没有发现磁现象D.郑和出海远航比哥伦布的远洋探险早答案BD5.(多选)关于地磁场的说法正确的是()A.地磁场的北极在地理北极附近B.地磁场的方向总与地面平行，且由南指向北C.地磁场并不是正南正北方向的D.在北半球，地磁场的方向由南向北且偏下答案CD解析地磁场的磁感线由南指向北，地磁场的北极在地理南极附近，故A错误；除赤道上空外，地磁场的方向与地面并不平行，故B错误；由磁偏角的存在可知C正确；由地磁场磁感线的分布情况可知，D正确.6.下列关于磁感线的说法中正确的是()A.磁感线可以形象地描述磁场的强弱与方向B.磁感线总是从磁铁的N极发出，到S极终止C.磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列的曲线，没有细铁屑的地方就没有磁感线D.沿磁感线的方向磁场逐渐减弱答案A解析磁场是一种看不见的特殊物质，人们为了形象地描述磁场而引入了磁感线这一假想的曲线，它可以表示磁场的强弱与方向，选项A正确；磁感线从磁铁的N极发出，从磁铁的S极进入，构成闭合曲线，由安培定则知电流产生的磁场其磁感线都是闭合曲线，选项B错误；磁感线是人们假想的曲线，与有无铁屑无关，选项C错误；磁场的强弱由磁感线的疏密程度表示，而与磁感线的方向无关，选项D错误.7.(多选)关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是()A.磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种客观存在的特殊物质B.磁感线可以形象地描述各磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致C.磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止的D.磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的答案AB解析磁感线是为了形象描述磁场而假想的有方向的闭合的曲线，实际上并不存在，在磁体内部，磁感线由S极指向N极，所以选项C、D错误；磁场是客观存在的特殊物质，所以选项A正确；磁感线上每一点的切线方向表示磁场方向，磁感线的疏密表示磁场的强弱，小磁针北极受力方向、静止时北极指向均为磁场方向，所以选项B正确.8.如图所示，小磁针所指方向正确的是()答案A解析A图中小磁针所在位置磁感线方向向上，因此小磁针N极指向上方，选项A正确；B图中小磁针所在位置磁感线方向水平向右，因此小磁针N极指向右，选项B错误；根据C图中所给磁感线方向可知，小磁针N极指向左上方，选项C错误；D图中小磁针所在位置磁场方向沿磁感线水平向左，因此小磁针N极应指向左，故D错误.考点二电流的磁场9.下列各图中，用带箭头的细实线表示通电直导线周围磁感线的分布情况，其中正确的是()答案D10.下列各图中，电流及其产生的磁场方向均正确的是()答案C11.如图2所示，水平直导线ab通有向右的电流I，置于导线正下方的小磁针S极将()图2A.向纸外偏转B.向纸内偏转C.在纸面内顺时针转过90°D.不动答案A解析据安培定则可以确定，通电直导线在其下方产生垂直纸面向里的磁场，在磁场力的作用下，小磁针S极向外偏转，A项正确.12.通电螺线管附近放置四个小磁针，如图3所示，当小磁针静止时，图中小磁针的指向正确的是(涂黑的一端为N极)()图3A.aB.bC.cD.d答案B解析由安培定则判断出螺线管的左侧相当于条形磁铁的N极，右侧相当于S极.故在小磁针a、c、d处磁场方向水平向左，小磁针b处磁场方向水平向右，小磁针静止时N极应沿磁感线方向，只有小磁针b指向正确.选项B正确.13.实验室有一旧的学生直流电源，输出端的符号模糊不清，无法辨认正负极.某同学设计了下面判断电源极性的方法：在桌面上放一个小磁针，在磁针东面附近放一螺线管，如图4所示，闭合开关后，小磁针指南的一端向东偏转，下述判断正确的是()图4A.电源的A端是正极，在电源内部电流由A流向BB.电源的A端是正极，在电源内部电流由B流向AC.电源的B端是正极，在电源内部电流由A流向BD.电源的B端是正极，在电源内部电流由B流向A答案C解析由于小磁针指南的一端向东偏转，所以螺线管的西端为N极，由安培定则可知电源的B端为正极，在电源外电流由B通过螺线管流向A，在电源内部电流由A流向B，故C正确.14.弹簧测力计下挂一条形磁铁，其N极一端位于未通电的螺线管正上方，如图5所示，下列说法正确的是()图5A.若将a接电源正极，b接电源负极，弹簧测力计示数将不变B.若将a接电源正极，b接电源负极，弹簧测力计示数将增大C.若将b接电源正极，a接电源负极，弹簧测力计示数将减小D.若将b接电源正极，a接电源负极，弹簧测力计示数将增大答案D解析当a接电源正极，b接电源负极时，由线圈的缠绕方向和安培定则可知通电螺线管内部的磁感线方向自下而上，其上端相当于N极，因同名磁极相互排斥，所以条形磁铁受到通电螺线管向上的排斥力，由磁铁的平衡条件知，弹簧测力计的示数将减小；同理，当b端接电源的正极，a端接负极时，通电螺线管上端相当于S极，异名磁极相互吸引，条形磁铁受到向下的吸引力，由磁铁的平衡条件知，弹簧测力计的示数将增大.故选D.15.(多选)如图6所示，一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针上方.若带电粒子飞过小磁针上方的瞬间，小磁针N极向纸面内偏转，则带电粒子可能是()图6A.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答案AD解析由小磁针N极向纸面内偏转，知离子束下方磁感线垂直纸面向里，由安培定则可知，位于小磁针上方直线电流方向向右，故A、D正确.