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学习目标
第二章磁场
Ⅰ学习目标
知识与技能
1.了解条形磁铁、蹄形磁铁周围的磁感线分布情况。
会用磁感线、磁感应强度描述磁场。
2.知道电流周围存在磁场。
知道直线电流、环形电流、通电螺线管的磁感线形状,会用安培定则确定磁感线的方向。
3.认识影响通电导线所受安培力大小和方向的因素。
会用公式F=BIL求安培力的大小,会用左手定则判断安培力和洛伦兹力的方向。
过程与方法
1.通过收集和阅读有关电磁领域重大技术发明的资料,从历史角度体会这些技术发明对人类生活方式、社会发展所起的重要作用。
例如:
阐述我国古代有关磁现象的研究与发明及其对社会发展的影响。
2.通过“磁场对电流的作用”的演示实验,使学生进一步体会控制变量的科学方法。
3.对比热机和电动机的工作原理,讨论从热机到电动机的技术变革对工业发展所起的作用。
情感、态度和价值观
通过介绍奥斯特、安培、洛伦兹几位物理学家取得的成就,让学生感受物理学家们的人格美、情操美。
通过“磁场对运动电荷的作用”一节的教学,让学生体会“推理—假设、—实验验证”的科学研究方法。
Ⅱ学习指导
一、本章知识结构
二、本章重难点分析
1.地磁场
地球是一个巨大的磁体,地球周围空间存在的磁场称为地磁场。
地磁场的北极(N极)在地理的南极附近,地磁场的南极(S极)在地理的北极附近,但两者并不完全重合,所以小磁针并非准确地指南或是指北,它们之间有个夹角称为磁偏角,参见右图。
我国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中写道:
“以磁石摩针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也。
”这是世界上关于磁偏角的最早记载。
由于地磁极不断变动,不同地点的磁偏角大小并不不同,同一个地点的磁偏角的大小、也随着时间的推移而不断变化。
根据天文日历和北京地区的磁偏角年变率推算,开始修建元大都城的1267年的磁偏角为北偏西2.06°,今天呈现在世人面前的北京城的中轴线正是北偏西2.06°。
2.确定磁场方向的方法
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,小磁针N极的指向即为该点的磁场方向。
例题:
右图,把小磁针放在磁场中,小磁针最终停止在哪个方向?
解答:
小磁针停在N极向上的位置。
3.电流磁场的方向
通电导线周围的磁场分布可用安培定则(也叫右手螺旋定则)来判断。
(1)直线电流的磁场:
以导线上各点为圆心的、与导线垂直的同心圆(越靠近导线,磁感线越密)。
说明:
大拇指指向电流方向,弯曲的四指指向磁感线的环绕方向。
(2)通电螺线管(环形电流)的磁场:
在某种程度上,可以等效为条形磁铁周围的磁场分布。
说明:
弯曲的四指指向电流方向,大拇指指向螺线管内部磁感线的方向(或N极)。
例题:
把一条导线(南北方向)平行地放在小磁针的上方,给导线中通入电流。
将会发生什么现象?
分析:
当导线中通入电流,导线下方的小磁针发生转动。
除磁体周围有磁场外,丹麦物理学家奥斯特首先发现电流周围也存在着磁场。
导线下方的小磁针发生转动,说明电流周围的周围也有磁场。
答案:
小磁针N极向里转,S极向外转。
例题:
如图所示,在通有恒定电流的螺线管内有一点P,过P点的磁感线方向是()
A.从螺线管的N极指向S极
B.从螺线管的S极指向N极
C.静止在P点的小磁针N极指的方向
D.静止在P点的小磁针S极指的方向
分析:
由安培定则判断出螺线管磁场左边是S极,右边是N极,在其内部磁感线由S极指向N极,是静止在P点的小磁针N极指的方向。
答案:
BC
4.安培力
在奥斯特发现电流产生磁场的两年后,安培通过实验发现磁场对电流确实有力的作用,人们把这种力称为安培力。
猜想:
安培力的大小与哪些因素有关?
演示:
在实验中,电流方向与磁场方向垂直
(1)在同一位置,保持导线L不变,导体中I增大。
现象:
导线摆角增大。
说明:
受到的安培力变大。
(2)在同一位置,保持I不变,导线L变长(多块磁铁并排放置)
现象:
导线摆角增大。
说明:
受到的安培力变大。
精确的实验表明:
F∝I、F∝L,即F∝IL。
安培力的大小:
F=BIL(B⊥I时)。
例题:
在下面的四个图中,标出了匀强磁场的磁感应强度B的方向、通电直导线中电流I的方向以及通电直导线所受安培力F的方向,其中正确表示这三个方向关系的图是()
分析:
伸开左手,使大拇指和其余四指垂直,且处于同一平面内,把手放入磁场中,让磁感线垂直穿入手心,四指指向电流的方向,那么,拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向。
图A中安培力方向向上;图B中通电导线电流方向和磁场方向平行,不受安力;图C中安培力方向向下;图D中安培力的方向垂直纸面向外。
答案:
A
5.洛伦兹力
电子射线管原理:
从阴极发射出来的电子,在阴、阳两极的高压作用下,使电子加速,形成电子束,轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光,可以显示电子束的运动轨迹。
观察:
(1)在未加外磁场时,电子束沿直线运动。
(2)将蹄形磁铁靠近电子射线管,发现电子束运动轨迹发生了弯曲。
结论:
磁场对运动电荷有力的作用。
例题:
运动电荷在磁场中受到的作用力,叫做________________________________。
解析:
荷兰物理学家洛伦兹首先提出了运动电荷产生磁场和磁场对运动电荷有作用力的观点,为了纪念他,人们称这种力为洛伦兹力。
通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力的宏观表现。
答案:
洛伦兹力。
例题:
在下面的四幅图中,正确标明了带正电的粒子所受洛伦兹力f方向的是()
解析:
伸开左手,使大拇指和其余四指垂直,且处于同一平面内,把手放入磁场中,让磁感线垂直穿入手心,四指指向正电荷运动的方向,那么,拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。
运动的负电荷在磁场中所受的洛伦兹力,方向跟正电荷受的力相反。
在用左手定则判断时,若四指指向是电荷运动的反方向,那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。
图A中洛伦兹力方向向下;图B中洛伦兹力方向向上;图C中洛伦兹力垂直纸面向外;图D中洛伦兹力垂直纸面向里。
答案:
B
Ⅲ探究与拓展
想一想、做一做
1.氢原子的核外电子绕原子核按顺时针方向做圆周运动时,设想在原子核处放一小磁针,则小磁针N极指向何方?
(垂直纸面向外)
2.有两根外形基本相同的铁条,已知其中一根是永磁体,另一根是普通软铁棒,单凭视觉是无法将它们区分开的。
若不用其他任何器材,如何才能把它们区分开?
(参考:
用手拿一根铁条,用它的一端接近另一根铁条的中部,如果吸引力较强,则手拿的一根为永久磁体,如吸引力较弱则手拿的一根为软铁棒)
3.使用指南针时,务必水平地拿着,而且要远离以下列举的各种物品,才可避免磁针发生指向偏差:
指南针应离铁丝网10m以上,离高压线55m以上,离汽车和飞机20m以上,离含有磁铁如磁性容器等10m以上。
第一节指南与远洋航海
1.我国是最早在航海上使用指南针的国家,导航时兼用________和观星,二者相互补充,相互修正。
用罗盘指引航向,探索航道,将船只航向的变动与________变动的关系总结出来,画出的航线在古代称为“针路”或“针径”。
意大利航海家哥伦布用了三年时间完成了环球航行,在这次航行中,观察到了________。
2.磁体上磁性最强的部分叫磁极,同名磁极________,异名磁极________。
磁极之间的力是通过________来传递的。
在磁场中的任意一点,小磁针________受力的方向就是那一点的磁场方向。
3.小磁针能够指向南北,表明地球是一个磁体。
地球在周围空间会产生的磁场叫地磁场,地磁场的分布大致上就像一个磁体________。
不仅地球具有磁场,宇宙中的许多天体都具有磁场,月球也有磁场。
火星不像地球那样有一个全球性的磁场,所以火星上________不起作用。
4.分别用字母在图中空白处标出磁体的南北极。
5.关于磁感线的下列说法,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.磁感线有可能出现相交的情况
6.地理的________附近是地磁场的北极。
指南针并不是准确地指南或指北,其间有一个交角就是________。
在地球两极附近,地磁场的磁感应强度约为5×10-5T,而永久磁铁两极附近的磁感应强度约为0.5T,地磁场是非常弱的。
第二节电流的磁场
1.如图所示,把一条导线平行地放在磁针的上方附近,当电流通过导线时,磁针会发生偏转。
首先观察到这个实验现象的物理学家是()
A.奥斯特B.爱因斯坦
C.伽利略D.牛顿
2.在下面各图中画出导线中电流方向或通电导线周围磁感线的方向。
其中A、B为平面图,C、D为立体图。
3.如下图左所示在通电螺丝管内部中间的小磁针,静止时N极指向右端,则电源的c端为________极,螺线管的a端为________极。
4.如上图右所示,可以自由转动的小磁针静止不动时,靠近螺线管的是小磁针________极,若将小磁针放到该通电螺线管内部,小磁针指向与图示位置时的指向相________(填“同”或“反”)。
5.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,每点的________方向,都跟该点的磁场方向相同。
在同一幅磁感线的示意图中,磁感线密的位置,磁场比较________。
6.关于磁场和磁感线的描述,下列说法中正确的有()
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,是一种物质
B.磁感线可以形象地表现磁场的强弱与方向
C.磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列出的曲线,没有细铁屑的地方就没有磁感线
第三节磁场对通电导线的作用
1.磁场对通电导线的作用力,叫做________________。
该力的方向跟________________方向和________方向有关,可以用左手定则来判定。
2.磁感应强度是一个矢量。
磁场中某点磁感应强度的方向是()
A.通电导线在该点所受力方向
B.通电线圈在该点所受力方向
C.小磁针N极或S极在该点的受力方向
D.在该点的小磁针静止时N极所指方向
3.把长0.10m的直导线全部放入匀强磁场中,保持导线和磁场方向垂直。
已知磁场的磁感应强度B的大小为5.0×10-3T,当导线中通过的电流为3.0A时,该直导线受到的安培力的大小是()
A.3.0×10-3NB.2.5×10-3N
C.2.0×10-3ND.1.5×10-3N
4.在下图所示的四幅图中,正确标明了通电导线所受安培力F方向的是()
5.关于磁感应强度,下列说法正确的是()
A.磁感应强度的大小反映了磁场的强弱
B.磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量
C.磁感应强度的方向就是通电导线在磁场中所受作用力的方向
D.磁感应强度的方向就是通电导线在磁场中所受作用力的反方向
第四节磁场对运动电荷的作用
1.运动电荷在磁场中受到的作用力,叫做________________。
一个电子在匀强磁场中运动而不受到磁场力的作用,则电子运动的方向一定________磁感线方向(填“垂直”或“平行”)。
2.关于电荷在磁场中的受力,下列说法正确性的是()
A.静止电荷一定不受洛伦兹力作用,运动电荷一定受洛伦兹力作用
B.洛伦兹力的方向有可能与磁场方向平行
C.洛伦兹力的方向与带电粒子运动的速度方向垂直
D.运动粒子若不受洛伦兹力作用,则粒子运动方向与磁场平行
3.下列说法正确的是()
A.运动电荷在磁感应强度不为零的地方,一定受到洛伦兹力作用
B.运动电荷在某处不受洛伦兹力作用,则该处的磁感应强度一定为零
C.洛伦兹力总是对带电粒子做正功
D.洛伦兹力总是对带电粒子不做功
4.如图,一个带正电的粒子+q以速度v沿通电螺线管轴线射入,则(不计带电粒子的重力)()
A.带电粒子的速度减小
B.带电粒子的速度增大
C.带电粒子速度大小不变
D.带电粒子速度方向不变
5.如图所示,带正电的粒子在匀强磁场中运动。
关于带电粒子所受洛伦兹力的方向,下列各图中判断正确的是()
6.在赤道正上方,一束电子从上向下运动,在地球磁场的作用下,它将()
A.向东偏转B.向西偏转C.向南偏转D.向北偏转
第五节磁性材料
1.铁、钴、镍以及它们的合金磁化后的磁性比其他物质强得多,这些物质叫做________。
磁性材料根据磁化后去磁的难易可分为________和________。
2.把磁铁靠近铁棒,铁棒会被磁化,这是由于()
A.铁棒两端出现电荷
B.铁棒受到磁铁的吸引力
C.铁棒内的磁畴取向杂乱无章造成的
D.铁棒内的磁畴取向大致相同造成的
3.下列关于磁铁的使用的说法,不正确的是()
A.磁铁受到撞击会使磁铁的磁性减弱
B.原先没有磁性的铁,长期受到磁铁的吸引会产生磁性
C.对磁铁加热会使磁铁的磁性减弱
D.永磁体在受到加热或敲打后,其磁性不会发生改变
4.下列物品中必须用到磁性材料的是()
A.DVD碟片B.计算机上的磁盘
C.电话卡D.电铃上的电磁铁铁芯
5.一块磁铁从高处掉到地上,虽然没有断,但磁性变弱了,这是因为()
A.磁铁被磁化了B.磁铁因剧烈震动而退磁了
C.磁铁是非磁性物质D.磁铁是软磁性材料
6.1991年8月《新民晚报》报道一则消息:
“上海雨点鸽从内蒙古放飞后,历经20余天,返回上海市区鸽巢。
”信鸽的这种惊人的远距离辨认方向的本领,实在令人称奇。
信鸽有高超的认路本领的原因是()
A.信鸽对地形地貌有极强的记忆力
B.信鸽能发射并接收某种超声波
C.信鸽能发射并接收某种次声波
D.信鸽体内有某种磁性物质,它能借助地磁场辨别方向
本章测试
1.下列关于磁场的说法,正确的是()
A.只有磁铁周围才存在磁场
B.磁场是假想的,不是客观存在的
C.磁场使磁体间不必接触就能产生相互作用
D.磁极与磁极,磁极与电流、电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用的
2.空间中某点的磁场方向是()
A.正电荷在该点的受力方向
B.运动电荷在该点的受力方向
C.小磁针N极在该点的受力方向
D.一小段通电直导线在该点的受力方向
3.关于磁感线的一些说法,正确的是()
A.磁感线上各点的切线方向,就是该点的磁场方向
B.磁场中两条磁感线一定不相交
C.磁感线分布较密的地方,磁感应强度较强
D.通电螺线管的磁感线从北极出来,终止于南极,是一条不闭合的曲线
4.在通电螺线管内部有一点A,通过A点的磁感线方向一定是()
A.从螺线管的N极指向S极
B.放在该点的小磁针北极受力的方向
C.从螺线管的S极指向N极
D.放在该点的小磁针的南极受力的方向
5.下列四个实验中,哪一个是丹麦物理学家奥斯特最早发现电流磁效应的实验()
6.在赤道上空,水平放置一根通以由西向东的电流的直导线,则此导线()
A.受到竖直向上的安培力B.受到竖直向下的安培力
C.受到由南向北的安培力D.受到由西向东的安培力
7.一束带电粒子流从小磁针上方平行于小磁针方向从左向右飞过,结果小磁针北极向纸内转动,可以判断这束带电粒子带________电荷。
8.如下图左所示,电子射线管(A为其阴极),放在蹄形磁铁的N、S两极间,此时,荧光屏上的电子束运动径迹________偏转。
(填“向上”、“向下”或“不”)。
9.直导线ab长为0.8m,质量为100g,用线悬挂在匀强磁场中成水平静止状态,导线通以从a到b的电流,电流强度为1.25A,(如上图右所示,磁场方向垂直于纸面)若两根悬线的张力为零,则磁场的磁感应强度的大小为________T。
(g取10m/s2)
10.将长0.5m,通过4A电流的通电导线放在匀强磁场中。
当导线和磁场方向垂直时,通电导线所受磁场力为0.3N,则匀强磁场的磁疗感应强度B大小为________T;若将通电导线中的电流变为2A,则这时匀强磁场的B为________T,导线受安培力为________N。
参考答案
第二章磁场
第一节指南与远洋航海
1.罗盘指南针指向磁偏角
2.相互排斥相互吸引磁场北极
3.条形指南针
4.
5.B6.南极磁偏角
第二节电流的磁场
1.A
2.
3.正S
4.N同
5.切线强
6.AB
第三节磁场对通电导线的作用
1.安培力磁场电流2.D3.D4.A5.AB
第四节磁场对运动电荷的作用
1.洛伦兹力平行2.CD3.D4.CD5.B6.B
第五节磁性材料
1.铁磁性物质软磁性材料硬磁性材料
2.D3.D4.BD5.B6.D
本章测试
1.CD2.C3.ABC4.BC5.A6.A
7.正
8.向下
9.1
10.0.150.150.15
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