高二物理選修3-1磁場講義.doc

磁場第1節(jié) 我們周圍的磁現(xiàn)象知識點回顧：1、地磁場（1）地球磁體的北（N）極位于地理南極附近，地球磁體的南（S）極位于地理 北 極附近。（2）地球磁體的磁場分布與 條形 磁鐵的磁場相似。（3）地磁兩極與地理兩極并不完全重合，存在 偏差 。2、磁性材料（1）按去磁的難易程度劃分可分為 硬磁性材料和軟磁性材料 。（2）按材料所含化學(xué)成分劃分可分為 和 。（3）硬磁性材料剩磁 明顯 ，常用來制造 等。（4）軟磁性材料剩磁 不明顯 ，常用來制造 等。知識點1：磁現(xiàn)象一切與磁有關(guān)的現(xiàn)象都可稱為磁現(xiàn)象。磁在我們的生活、生產(chǎn)和科技中有著廣泛的應(yīng)用，歸納大致分為：（1） 利用磁體對鐵、鈷、鎳等磁性物質(zhì)的吸引力；（2） 利用磁體對通電線圈的作用力；（3） 利用磁化現(xiàn)象記錄信息。知識點2：地磁場（重點）地球由于本身具有磁性而在其周圍形成的磁場叫地磁場。關(guān)于地磁場的起源，目前還沒有令人滿意的答案。一種觀點認為，地磁場是由于地核中熔融金屬的運動產(chǎn)生的，而且熔融金屬運動方向的變化會引起地磁場方向的變化?？茖W(xué)研究發(fā)現(xiàn)，從地球形成迄今的漫長年代里，地磁極曾多次發(fā)生極性倒轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。地磁場具有這樣的特點：（1） 地磁北極在地理南極附近，地磁南極在地理北極附近；（2） 地磁場與條形磁鐵產(chǎn)生的磁場相似，但地磁場磁性很弱；（3） 地磁場對宇宙射線的作用，保護生命（極光、宇宙射線的傷害）；地磁場對生物活動的影響（遷徙動物的走南闖北如信鴿，但候鳥南飛確是受氣候的影響的，不是磁場）拓展：地磁兩極與地理兩極并不重合，存在地磁偏角。這種現(xiàn)象最早是由我國北宋的學(xué)者沈括在夢溪筆談中提出的，比西方早400多年。并不是所有的天體都有和地球一樣的磁性，如火星就沒有磁性知識點3：磁性材料磁性材料一般指鐵磁性物質(zhì)。按去磁的難易程度，磁性材料可分為硬磁性材料和軟磁性材料。硬磁性材料具有很強的剩磁，不易去磁，一般用于制造永磁體，如揚聲器、計算機硬盤、信用卡、飯卡等；軟磁性材料沒有明顯的剩磁，退磁快，常用于制造電磁鐵、電動機、發(fā)電機、磁頭等。易忽略點：怎樣區(qū)分磁性材料如何判斷給定的物體是采用硬磁性材料還是軟磁性材料是學(xué)習(xí)中容易出錯的地方。解決此類問題關(guān)鍵有兩點：1、 明確所給物體的功能和原理；2、 熟悉這兩種磁性材料的特點。練習(xí)：1、下列有關(guān)磁的應(yīng)用中利用磁化現(xiàn)象記錄信息的是（ ）A、門吸 B、磁帶 C、磁石治病 D、磁懸浮2、為了判斷一根鋼棒有無磁性，采取了下列幾種辦法，你認為哪種辦法可以認定鋼棒沒有磁性（ ）A、將鋼棒的一端接近磁針的北極，兩者相互吸引，再將鋼棒的另一端接近磁針的南極，兩者相互排斥。B、將鋼棒的一端接近磁針的北極，兩者相互排斥，將鋼棒的另一端接近磁針的北極時，兩者相互吸引。C、將鋼棒的一端接近磁針的北極時，兩者相互吸引，將鋼棒的另一端接近磁針的南極時，兩者相互吸引。D、將鋼棒的一端接近磁針的北極時，兩者相互吸引，將鋼棒的另一端接近磁針的北極時，兩者相互吸引。第二節(jié) 認識磁場知識點1：磁場（重點）實物和場是物質(zhì)存在的兩種不同形式，磁場和電場一樣，都是客觀存在的一種特殊物質(zhì)。一、 磁場客觀存在于磁體、電流周圍，磁體和電流通過磁場傳遞相互作用。二、 磁場的基本性質(zhì)：對放入其中的磁體或電流產(chǎn)生力的作用。磁極和磁極之間、磁場和電流之間、電流和電流之間的相互作用都是通過磁場來傳遞的三、 磁場有強弱和方向，可以用磁感線形象地描述磁場的強弱和方向，也可以用小磁針受力方向來描述磁場的方向。物理學(xué)規(guī)定，磁場的方向即小磁針N極受力的方向，亦即小磁針靜止時N極指向。四、 磁場是媒介物：磁極間、電流間、磁極與電流間的相互作用是通過磁場發(fā)生的。 知識點2：磁感線（重點）在磁場中每一點，磁場都有確定的大小和方向，物理學(xué)中用磁感線形象地描述磁場。所謂磁感線就是為了使人們更形象更直觀地描述磁場，而引入的一系列有方向的曲線：（1）磁感線的定義在磁場中畫出一些曲線，使曲線上每一點的切線方向都跟這點的磁感應(yīng)強度的方向一致，這樣的曲線叫做磁感線。（2）特點： A、磁感線是閉合曲線，磁鐵外部的磁感線是從北極出來，回到磁鐵的南極，內(nèi)部是從南極到北極.B、每條磁感線都是閉合曲線，任意兩條磁感線不相交。C、磁感線上每一點的切線方向都表示該點的磁場方向。D、磁感線的疏密程度表示磁感應(yīng)強度的大小注意：磁感線是為了形象地描述磁場而引入的數(shù)學(xué)工具，最早是由英國物理學(xué)家法拉第提出的，并不真實存在，實驗時常用被磁化的鐵屑來顯示磁感線的分布，但絕不能認為磁感線是由細鐵屑組成的。磁感線是閉合的，磁場中未畫磁感線的空間，磁場照樣存在，磁感線不相交。磁感線和電場線的區(qū)別項目磁感線電場線相似點意義形象地描述磁場方向和相對強弱而遐想的線形象地描述電場方向和相對強弱而遐想的線方向線上各點的切線方向即為該點的磁場方向，是小磁針N極的受力方向線上各點的切線方向即為該點的磁場方向，是正電荷受力方向疏密表示磁場強弱表示電場強弱特點在空間不相交、不中斷除電荷外，在空間不相交、不中斷不同點不同點是閉合曲線靜電場線始于正電荷或無窮遠處，止于負電荷或無窮遠，是不閉合曲線知識點3：安培定則（重點）法國物理學(xué)家安培通過實驗總結(jié)出了用于判斷電流的磁場分布的法則安培定則，又稱為右手螺旋定則?？捎糜谂袛嘀本€電流、環(huán)形電流和通電螺線管的磁感線分布。直線電流的方向和磁感線方向之間的關(guān)系可用安培定則（也叫右手螺旋定則）來判定：用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向.幾種常見磁場的磁感線的分布（1）條形磁鐵和碲形磁鐵的磁感線條形磁鐵和蹄形磁鐵是兩種最常見的磁體，如圖所示的是這兩種磁體在平面內(nèi)的磁感線形狀，其實它們的磁感線分布在整個空間內(nèi)，而且磁感線是閉合的，它們的內(nèi)部都有磁感線分布。（2）通電直導(dǎo)線磁場的磁感線通電直導(dǎo)線磁場的磁感線的形狀與分布如圖所示，通電直導(dǎo)線磁場的磁感線是一組組以導(dǎo)線上各點為圓心的同心圓。需要指出的是，通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場是不均勻的，越靠近導(dǎo)線，磁場越強，磁感線越密。電流的方向與磁感線方向的關(guān)系可以用安培定則來判斷，如圖所示。用右手握住直導(dǎo)線，伸直的大拇指與電流方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。（3）環(huán)形電流磁場的磁感線環(huán)形電流磁場的磁感線是一些圍繞環(huán)形導(dǎo)線的閉合曲線，在環(huán)形的中心軸上，由對稱性可知，磁感線是與環(huán)形導(dǎo)線的平面垂直的一條直線。如圖甲所示，環(huán)形電流方向與磁感線方向的關(guān)系也可以用右手定則來判斷，如圖乙所示，讓右手彎曲的四指和環(huán)形電流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是圓環(huán)軸線上磁感線的方向；如圖丙所示，讓右手握住部分環(huán)形導(dǎo)線，伸直的大拇指與電流方向一致，則四指所指的方向就是圍繞環(huán)形導(dǎo)線的磁感線的方向。（4）通電螺線管的磁感線通電螺線管表現(xiàn)出來的磁性很像一根條形磁鐵，一端相當(dāng)于北極（N），另一端相當(dāng)于南極（S），形成的磁感線在通電螺線管的外部從北極（N）出來進入南極（S），通電螺線管內(nèi)部具有磁場，磁感線方向與管軸線平行，方向都是由S極指向N極，并與外部磁感線連接形成一些閉合曲線，其方向也可用安培定則判斷，用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致，那么大拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向，如圖所示。（5）地磁場的磁感線地磁場的南北極與地理上的南北極剛好相反，所以磁感線從地理的南極出來進入地理的北極如圖所示。知識點4：分子電流假說1.內(nèi)容：法國物理學(xué)家安培受到通電螺線管外磁場與條形磁鐵的磁場相似的啟發(fā)，提出了著名的分子電流假說：任何物質(zhì)的分子中都存在環(huán)形電流分子電流，分子電流使每個物質(zhì)分子都成為一個微小的磁體，如圖。2.解釋：安培的分子電流假說對有關(guān)磁現(xiàn)象的解釋：（1） 磁化現(xiàn)象：一軟鐵棒，在未被磁化時，內(nèi)部各分子電流的取向雜亂無章，它們的磁場相互抵消，對外不顯磁性。當(dāng)軟鐵棒受到外界磁場的作用時，各分子電流取向變得大致相同，兩端顯示較強的磁作用，形成磁極，軟鐵棒就被磁化了。（2） 消磁：磁體在高溫或猛烈敲擊下，即在激烈的熱運動或機械運動影響下，分子電流取向變得雜亂無章了，磁體磁性消失。拓展：（1）假說是一種常用的科學(xué)研究方法，在安培的時代，人們不知道物質(zhì)內(nèi)部為什么會有分子電流，20世紀后，隨著電子的發(fā)現(xiàn)，人們認識到，原子內(nèi)部帶電粒子的不停運動即對應(yīng)安培所說的分子電流，分子電流假說已經(jīng)成為真理，揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)。（2）需要指出的是并非所有的磁場都是由電荷的運動產(chǎn)生的根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，變化的電場可以產(chǎn)生磁場。（3）磁現(xiàn)象的電本質(zhì)：磁鐵和電流的磁場本質(zhì)上都是運動電荷產(chǎn)生的易錯點：磁體內(nèi)部小磁針指向在判斷小磁針處于磁體內(nèi)部N極指向問題時，有些同學(xué)往往套用初中的結(jié)論“同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引”而做出錯誤判斷，錯誤原因是不了解結(jié)論的適用條件。對于小磁針處于磁體內(nèi)部時，我們應(yīng)該運用高中教材中的物理學(xué)規(guī)定：“小磁針在磁場中靜止時，N極所指的方向就是磁場的方向，也就是磁感線的方向?！彼?，學(xué)習(xí)物理知識，切忌不加分析，盲目套用公式或結(jié)論。易忽略點：磁場的方向磁場的方向可用磁感線的切線方向來表示，也可用小磁針的N極指向來表示。在用小磁針描述時，容易忽略的是：小磁針的哪一極以及小磁針的狀態(tài)（靜止時）。易混點：磁場和電場磁場和電場雖然都是物質(zhì)的一種特殊形態(tài)，都具有物質(zhì)性，但并不是完全相同的物質(zhì)，其不同點有：（1） 起源不同。電場存在于電荷周圍，磁場存在于磁體、電流和運動電荷的周圍。（2） 場線不同。電場線不閉合，起始于正電荷終止于負電荷；磁感線閉合，外部從N極到S極，內(nèi)部從S極到N極。（3） （靜）電場是保守力場，電場力做功與路徑無關(guān)，只與初末位置的電勢差有關(guān)。磁場是渦旋場，不能引入相應(yīng)的“勢能”概念來研究磁場的性質(zhì)。練習(xí)：11-1-12、如圖11-1-1所示，、三枚小磁針分別放在通電螺線管的正上方、管內(nèi)和右側(cè)。當(dāng)這些小磁針靜止時，小磁針極的指向是（ ）、均向左、均向右向左，向右，向右 向右，向左，向右 圖11-1-2變式訓(xùn)練1：如圖11-1-2所示，帶負電的金屬環(huán)繞軸以角速度勻速旋轉(zhuǎn)，在環(huán)左側(cè)軸線上的小磁針最后平衡的位置是（）極豎直向上極豎直向下極沿軸線向左極沿軸線向右4、根據(jù)安培假說的思想，認為磁場是由于運動電荷產(chǎn)生的，這種思想對地磁場也應(yīng)是適用的，而目前在地球上并未發(fā)現(xiàn)相對地球定向移動的電荷，那么由此推斷，地球應(yīng)該（ ）A、負電荷 B、帶正電 C、不帶電 D、無法確定5、一個電子沿紙面做快速的順時針方向的圓周運動，則這個電子的運動將（ ）A、不產(chǎn)生磁場B、產(chǎn)生只在圓周內(nèi)側(cè)存在的磁場C、產(chǎn)生相當(dāng)于環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場，在圓心處的磁場方向垂直紙面向里D、產(chǎn)生相當(dāng)于環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場，在圓心處的磁場方向垂直紙面向外判斷下圖中導(dǎo)線A所受磁場力的方向. 答案：知識點1：安培力(重點)磁場對電流的作用力稱為安培力，安培力是按性質(zhì)命名的力，在對物體（通電導(dǎo)線）進行受力分析時，應(yīng)該加以考慮。（1） 安培力方向的判定方向左手定則：伸開左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面內(nèi)，把手放入磁場中，讓磁感線垂直穿過手心，使伸開的四指指向電流方向，那么大拇指所指的方向為安培力的方向。（2） 安培力的大?。和煌妼?dǎo)線，按不同方式放在同一磁場中，如圖所示，三種情況下，通電導(dǎo)線與磁場垂直時受到的安培力最大，取為Fmax；當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向平行時，不受安培力，F(xiàn)=0；其他情況下，0F B、= C、 D、無法確定4、在赤道上空，水平放置一根通以由西向東電流的直導(dǎo)線，則此導(dǎo)線（ ）A、受到豎直向上的安培力 B、受到豎直向下的安培力C、受到由南向北的安培力 D、受到由西向東的安培力5、通電電流為I的直導(dǎo)線與通電閉合線圈abcd在同一平面內(nèi)，如圖所示，不計重力，若直導(dǎo)線固定，那么閉合線圈將（ ）A、在紙面內(nèi)向上運動 B、在紙面內(nèi)向下運動C、在紙面內(nèi)遠離導(dǎo)線 D、在紙面內(nèi)靠近導(dǎo)線6、如圖所示，在磁感應(yīng)強度B=1.0T、方向豎直向下的勻強磁場中，有一個與水平面成角的通電滑軌，滑軌上放置一個可自由移動的金屬桿ab，已知接在滑軌中的電源的電動勢E=12V，內(nèi)阻不計，ab桿長L=0.5m，桿的質(zhì)量m=0.2kg，桿與平行滑軌間的動摩擦因數(shù)=0.1，滑軌與ab桿的電阻忽略不計，求要使ab桿在滑軌上保持靜止，變阻器R的阻值應(yīng)在什么范圍變化？（g取，可認為最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等）7、如圖所示，兩平行光滑導(dǎo)軌相距為20cm，金屬棒MN的質(zhì)量為10g，電阻R=8，勻強磁場的磁感應(yīng)強