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11自编教材
火药、指南针、印刷术——这是预告资产阶级社会到来的三大发明……指南针打开了世界市场并建立了殖民地……
——马克思
最早的磁性指向器——司南。
它由青铜盘和磁石琢磨的勺组成,磁勺头为磁体的北极,尾为南极。
磁勺放置在盘的中心,受地磁作用,勺尾指向南方。
马克思(KarlHeinrichMarx,1818--1883),马克思主义的创始人,国际共产主义的奠基者。
引文选自《马克思恩格斯全集》47卷427页,人民出版社1979年第1版
到处都有磁现象,近至我们的身体、我们的地球,远至太阳和许多星系;小至原子,原子核和各种粒子,大至各种天体,都有或弱或强的磁性。
在现代生活和生产中,磁的应用十分重要,磁录音、磁录像已经在生活中广泛应用,电话、电视、计算机都离不开磁,发电机、电动机,各种电气仪表也都跟磁有关。
凡是用到电的地方,几乎都有磁相伴随。
科学足迹
图2.1-3针路图
图2.1-1持罗盘者(宋俑)——艺术作品在不经意间记录了科技史实
图2.1-2郑和船队的宝船
欧洲人的远洋探险
在宋,元两代,中外变往和贸易频繁。
我国发明的指南针传到了欧洲和亚洲的许多国家,推动了世界航海事业的发展,使得近代欧洲的远洋探险用指南针(罗盘)导航成为可能。
希腊人关于大地是球形的学说,许多世纪以来为天文学家所熟知,也逐渐成为公众的信念。
从这个信念出发,人们自然会想到由大西洋向西行驶就可以到达亚洲东岸,东方的黄金、香料、丝绸和瓷器便可自海道直接运抵欧洲。
正是由于这种梦想,意大利航海家哥伦布(C.Colomb0,约1451——1506)在西班牙王室
的支持下进行了远洋探险,1492年10月12日到达了巴哈马群岛。
在这次远航中,哥伦布观测到了磁偏角(中国的沈括早他400多年已经观测到磁偏角)。
1519年,在西班牙王室的支持下,葡萄牙航海家麦哲伦(F.Magellan,1480?
-1521)率领265名水手开始环球探险.3年后这支船队回到西班牙,完成了举世闻名的
环球航行。
航海和地理发现使欧洲各国的工商业得到很大的发展,实现了资本的原始积累,也对近代科学的发展产生了深刻的影响。
航海离不开精确的星图和海图,离不开坚固的船舰和威力巨大的火炮武器。
所以,航海事业推动了天文学、大地测量学、力学和数学等学科的发展,航海中的观察记录也为这些学科的发展积累了
大量数据资料。
远洋航海促进了冶金、造船、机械制造等技术和行业的发展。
远航和探险开阔了欧洲人的眼界和心胸。
他们从狭小的欧洲走进广阔的亚洲、美洲和非洲东海岸,前所未见的自然现象丰富了他们的头脑,闻所未闻的各种不同地域的文化,启迪了他们的思想。
环球航行使大地球形的猜想得到了实践的检验,人类第一次真正认识了地球,确立了新的地球现。
远洋探险的成功.使人类获得了解放思想和打破旧观念束缚的巨大精神力量,这些为近代科学在欧洲的诞生起到了促进作用。
所有这些远洋航行的成功,离不开磁学知识的最韧应用——指南针。
教学目标:
1.知道磁作用的本质
2.知道磁场方向与小磁针北极受力方向的关系
3.能绘制条形磁体与蹄形磁体的磁感线分布
4.知道地球磁场及磁偏角
5.奥斯特实验及电流的磁效应
6.安培定则及电流磁场方向的判断
7.直线电流、环形电流和通电螺线管磁场的磁感线分布
8.螺线管磁场和条形磁铁磁场的相似性
磁场
在初中时我们已经知道,磁极之间的力,是通过一种场——磁场来传递的。
磁体在空间产生磁场,磁场使磁体间不必接触便能相互作用。
把小磁针放在磁件的磁场中,小磁针受磁场力的作用,静止时两极指向确定的方向。
在磁场中的不同点,小磁针静止时指的方向一般并不相同。
这个事实说明,磁场是有方向性的。
物理学规定,在磁场中的某一点.小磁针北极受力的方向,也就是小磁针静止时北极所指的方向,就是那一点的磁场方向。
在初中我们已经知道,可以用磁感线来形象地描写各点的融场方向,所谓
磁感线,就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。
实验中常用铁屑在磁场中技磁化的性质,来模拟磁感线的形状。
磁感线的特点:
①磁感线是为了形象地描述磁场而人为规定的,实际并不存在。
②磁感线某点的切线方向表示该点的磁场方向。
③磁感线的疏密表示磁场的强弱。
④磁感线都是不相交的闭合曲线.在磁体外,磁感线都是由N极出发,进入S极,在磁体内部磁感线由S极指向N极.
思考:
磁感线与电场线有什么区别?
磁性的地球
发现磁针能够指向南北,这实际上就是发现了地球的磁场。
指南针的广泛使用,又促进了人们对地球磁场的认识。
地球是一个巨大的磁体,地球周围空间存在的磁场叫地磁场。
地球的地理两极与地磁两极并不重台,因此,磁针并非准确地指南或指北,其间有一个交角,这就是地磁偏角,简称磁偏角。
磁偏角的数值在地球上不同地点是不同的。
不仅如此,由于地球磁极的缓慢移动,磁偏角也在缓慢变化,在使用指南针确定南北方向时,只有将磁偏角考虑在内,才能得出准确的结果。
磁偏角的发现,对于科学的发展和指南针在航海中的应用都很重要。
地球具有全球性的磁场,宇宙中的许多天体都有磁场。
太阳表面的黑子、耀斑和太用风等活动都与太阳磁场有关.
月球没有全球性的磁场。
阿波罗登月计划的重要科研活动之一,就是观测月球表面的磁场和月岩磁性。
这是用其他天文学方法不能做到的。
卫星对火星磁场的观察显示,火星没有地球那样的全球性的磁场,因此指南针不能在火星上工作。
电流的磁效应
18世纪,一些有趣的现象已经引起了科学家的注意.一名美国商人发现,雷电过后,他的一箱新刀叉竟有了磁性。
富兰克林也在实验中发现,在莱顿瓶放电后,附近的缝衣针被磁化了。
电真能产生磁吗?
许多人进行过实验研究,但是在稳定的电源发明之前,这类实验是不可能获得成功的。
当时的一些科学家曾经断言:
电和磁在本质上没有联系。
19世纪,随着对摩擦生热等现象认识的探人,自然界各种运动之间存在着广泛联系的思想逐渐在科学界形成。
除了表面上的一些相似性之外,电和磁之间是否还存在着更深刻的联系,一些科学家相信,答案是肯定的,在实验中寻找这种联系,就成为他们的探索目标。
后来,丹麦物理学家奥斯特首先获得成功。
我们知道,静止的电荷只能产生电场,不能产生磁场。
那么,运动的电荷,也就是电流,能不能产生磁场?
图2.1-4电流能使磁针偏转
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.就好像磁针受到磁铁的作用一样。
这说明不仅磁铁能产生磁场,电流也能产生磁场,这个现象称为电流的磁效应(图2.1-4)。
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,这对电与磁研究的深入发展具有划时代的意义,也预示了电力应用的可能性。
思考:
奥斯特实验中,通电导线能任意放置吗?
电流磁场的方向
奥斯特的发现极大地震动了科学界,人们不仅重复奥斯特的实验,还提出了新问题:
当把小磁针放在电流的磁场中时,小磁针的偏转是否有一定的规律?
'偏转方向与电流的方向有什幺关系?
以安培为代表的法国科学家很快取得了研究成果。
环形导线可以看做只有一匝的螺线管。
想一想:
根据通电螺线管外部磁感线的分布做出判断:
什么位置的磁场最强?
想一想
通电螺线管外部的磁场与条形磁体十分相似。
如果把它看做一个条形磁体,图2.1-7中拇指所指的是条形磁体的N极。
问题与练习
1、磁体是通过 对铁一类物质发生作用的,磁场和电场一样,是 存在的另一种形式,是客观存在.
2、如图2.1-8,把小磁针放在磁场中,说明小磁针将怎样转动并停在哪个方向。
3、某磁场的磁感线如图2.1-9所示。
图中的M点和P点相比,磁场的强弱和方向相同吗?
4、
(1)标出直线电流的方向;
(2)标出接通环形电流瞬间,小磁针的转动方向,并说明小磁针静止时的指向。
5、将小磁针分别放入A、B、C处时,问:
小磁针N极的指向?
图2.1-9
图2.1-8
巩固练习
1、关于磁感线的下列说法中,正确的是( )
A.磁感线是真实存在于磁场中的有方向的曲线
B.磁感线上任一点的切线方向,都跟该点磁场的方向相同
C.磁铁的磁感线从磁铁的北极出发,终止于磁铁的南极
D.磁感线是小磁针受磁场力的运动轨迹
2、下列说法正确的是()
A.磁极间的相互作用是通过磁场发生的
B.磁场和电场一样也是客观存在的的物质
C.磁感线是实际存在的线,可由实验得到
D.磁感线类似于电场线,它总是从磁体的N极出发终止于S
3、关于如图所示的奥斯特实验的意义在于( )
A.发现了磁场能使小磁针受力转动
B.电流对小磁针有作用力,小磁针对电流没有作用力
题3
C.发现电磁感应现象,为后人进而发明发电机奠定基础
D.发现通电导体周围存在磁场,从而把磁现象和电现象联系起来。
4、当通以如图所示方向的电流时,小磁针的S极将向纸外偏转,若改变电流方向,图中的小磁针转向为()
A.小磁针N极将向纸外偏转
B.小磁针S极将向纸外偏转
C.小磁针N极指向不变
D.小磁针N极可能向纸内偏转,也可能向纸外偏转
5、如图所示小张同学在一个通电螺线管的周围添画上一些小磁针以表示该处的磁感线方向,其中小磁针涂黑的是N极,指出画错的小磁针为()
A.aB.bC.cD.d
题5
6、如图所示,在环形导线的磁场中,甲、乙两处各放
题6
一个小磁针,静止时它们的N极指向是()
A.甲处向外、乙处向里B.甲处向里、乙处向外
C.都向外D.都向里
题7
7、如图所示,一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针上方,其轨迹如图中虚线所示。
当粒子飞过时,小磁针的N极转向纸外,S极转向纸内,则这束带电粒子可能是()
A.水平向右飞行的正离子B.水平向右飞行的负离子
C.水平向左飞行的正离子D.水平向左飞行的负离子
8、如图所示的通电螺线管内部a及管外b、c、d四个位置,磁感应强度最大的位置是()
A.aB、bC、cD、d
9、如图所示,甲、乙两根垂直于纸面放置的长直导线中通以大小相等的电流,两导线旁有一点P,P点到甲、乙两导线的距离相等,要使P点的磁场方向水平向右,则甲、乙中所通的电流方向应为()。
A.甲、乙中电流都向外
B.B.甲、乙中电流都向里
C.甲中电流向外,乙中电流向里
D.甲中电流向里,乙中电流向外
10、如图所示,为通电螺线管的纵剖面图,“
”和“
”分别表示导线中电流垂直纸面流进和流出,试画出a、b、c、d四个位置上小磁针静止时N极的指向。
11、已知电流磁场的磁感应线方向或N、S极方向,请在图A、B、C、D上标出电流方向.
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