第6章 第1节 磁现象与磁场（word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第三册（粤教版2019）

　第六章　电磁现象与电磁波 第一节　磁现象与磁场 核心素养导学 物理观念 (1)了解磁现象，知道磁场的性质。 (2)了解电流的磁效应。 (3)知道磁感线的概念，并能记住几种常见磁场的磁感线分布特点。 (4)知道安培分子电流假说的内容，了解地磁场。 科学思维 会用安培定则判断电流周围的磁场方向。 科学态度与责任 能为我国古代在磁学方面的研究成果及其对人类文明的影响而自豪；能体会磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响。 一、磁现象　磁场 1．磁相互作用：磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流之间，都存在着相互作用，统称为磁相互作用。 2．磁相互作用是通过磁场这种媒介发生的，磁场是客观存在的物质，磁体和电流周围都存在磁场，磁场对置于其中的其他磁体或电流施加作用力。 二、磁感线 1．定义：在磁场中画出一些有方向的曲线，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。 2．特点：磁感线的疏密程度表示磁场强弱，磁场强的地方磁感线密，磁场弱的地方磁感线疏。在磁体或通电螺线管的外部，磁感线从北极(N极)出发回到南极(S极)，在内部的磁感线由S极指向N极，形成闭合的曲线。磁感线不是真实存在的，是假想的一种曲线。 磁感线可以用细铁屑来显示，但它并不真实存在，磁感线是为了形象地研究磁场而人为假设的曲线。　　 三、安培分子电流假说　地磁场 1．分子电流假说：在原子、分子等物质微粒的内部都存在一种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质分子都成为一个微小的磁体。 2．安培的假说能很好地解释铁棒的磁化和高温去磁。 3．地磁场：地球由于本身具有磁性而在周围形成的磁场叫作地磁场。地球磁体的N极位于地理南极附近，地球磁体的S极位于地理北极附近。 4．磁偏角：地磁极与地理极并不重合，它们之间的夹角被称为磁偏角。 1.如图1所示，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。图2所示通电时直导线下面的小磁针会发生偏转。 　为什么磁体之间没有相互接触就会有相互作用？为什么通电导线周围的磁针会发生偏转？ 提示：磁体或通电导线周围存在着一种特殊的物质——磁场，使磁体之间、磁体与电流之间发生相互作用。 2．通电的螺线管相当于一个条形磁铁，一端是N极，另一端是S极，把一个小磁针放入螺线管内部，小磁针的N极指向螺线管的哪端？ 提示：指向螺线管的N极。小磁针N极的指向是N极受到磁场力的方向，N极受力的方向是该位置的磁感线的方向，在螺线管内部，磁感线方向由S极指向N极，所以小磁针的N极指向螺线管的N极。 3．如图所示是古代的司南和现代的指南针。 为什么说指南针的发明使航海事业得到了发展？ 提示：在茫茫大海上航行，人很容易迷失方向，在指南针出现之前，人们只能夜晚依靠北极星，白昼通过太阳确定方向，若天气变化，则无法辨别方向。有了指南针，人们就可以在海上远行，所以说指南针的发明使航海事业得到了发展。 新知学习(一)|对磁场的理解 [任务驱动] 如图，自然界中有电场、磁场、重力场等多种场，这些场有什么共同点呢？ 提示：这些场看不见，摸不着，不是由实物粒子组成，但都是客观存在的物质，都对放入其中的物体有力的作用。　　　　 [重点释解] 1．磁场的存在：磁体的周围、电流的周围都存在磁场。 2．磁场的客观性：磁场虽然看不见、摸不着，不是由分子、原子组成的，但却是客观存在的。场和实物是物质存在的两种形式。 3．磁场的基本性质：对放入其中的磁体或电流有力的作用。磁体与磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之间的相互作用都是通过磁场发生的。 4．磁场的方向性：有方向，处在磁场中能够自由转动的小磁针，静止时N极的指向，即小磁针N极的受力方向就是该处的磁场方向。 5．电场和磁场的比较 比较项目 电场 磁场 不同点 产生 电荷周围 磁体、电流、运动电荷周围 基本性质 对放入其中的电荷有静电力的作用 对放入其中的磁极、电流有磁场力的作用 作用特点 对放入其中的磁体无力的作用 对放入其中的静止电荷无力的作用 相同点 磁场和电场一样，都是不依赖于人的意志而客观存在的特殊物质，都具有能量 [针对训练] 1．奥斯特实验说明了(　 ) A．磁场的存在　　　　　 B．磁场的方向性 C．电流可以产生磁场 D．磁体间有相互作用 解析：选C　奥斯特实验中电流能使静止的小磁针发生偏转，说明电流周围存在磁场，即电流产生了磁场，故C正确。 2．下列关于磁场的说法中正确的是(　 ) A．磁体周围的磁场看不见、摸不着，所以磁场不是客观存在的 B．将小磁针放在磁体附近，小磁针会发生偏转是因为受到磁场力的作用 C．把磁体放在真空中，磁场就消失了 D．当磁体周围撒上铁屑时才能形成磁场，不撒铁屑磁场就消失 解析：选B　理解磁场的物质形态时应与电场类比，磁场看不见、摸不着，但不会因主观意识而存在或消失，磁场与电场一样，都是客观存在的物质形态。磁场是磁体、电流或运动电荷周围存在的一种特殊物质，说它“特殊”，是因为它和我们常见的以分子、原子、离子组成的物质不同，它不是以微粒形式存在，而是以一种“场”的形式存在；说它是“物质”，是因为它和我们常见的实物一样，能对放在其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用，因此我们说磁场是和我们常见的桌子、房屋、水和空气一样，是一种客观存在的物质。虽然它看不见、摸不着，但可以通过它的基本性质反映出来，故B正确，A、C、D错误。 新知学习(二)|对磁感线的理解 [任务驱动] 如图所示为一条形磁体的磁感线，则该磁体的哪端是N极？小磁针的N极在左端还是右端？图中a、b两点哪点的磁场较强？ 提示：磁体的右端为N极；小磁针的N极在左端；图中b点的磁场较强。　　　　 [重点释解] 1．磁感线的特点 (1)为形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在。 (2)磁感线的疏密表示磁场的强弱，密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱。 (3)磁感线的方向：磁体外部从N极指向S极，磁体内部从S极指向N极。 (4)磁感线闭合且不相交、不相切，也不中断。 (5)磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向。 2．常见永磁体的磁场 [针对训练] 1．(多选)下列说法正确的是(　 ) A．磁场是一种物质 B．磁感线真实存在 C．磁体之间通过磁场相互作用 D．磁感线的疏密可以描述磁场的强弱 解析：选ACD　磁场尽管看不见、摸不着，但它是不依赖于我们的感觉而客观存在的物质，故A正确；磁感线是为了形象地描述磁场而假想的线，实际并不存在，故B错误；磁体之间通过磁场相互作用，故C正确；磁感线的疏密可以描述磁场的强弱，磁感线越密，表示该处磁场越强，故D正确。 2.如图所示，表示蹄形磁体周围的磁感线，磁场中有a、b两点，下列说法正确的是(　 ) A. a、b两处的磁场强弱相等 B．a、b两处的磁场强弱不等，b点较强 C．蹄形磁体的磁感线起始于蹄形磁铁的N极，终止于蹄形磁铁的S极 D．a处没有磁感线，所以该处没有磁场 解析：选B　由于磁感线较密处磁场较强，由题图可知b处的磁感线较密，a处的磁感线较疏，故b处磁场较强，A错误，B正确；磁感线是闭合曲线，没有起点和终点，故C错误；在没画磁感线的地方，并不表示没有磁场存在，故D错误。 3．关于磁场的说法正确的是(　 ) A．磁感线和电场线一样，是不闭合的 B．因地磁场影响，在进行奥斯特实验时，通电导线南北放置时实验现象最明显 C．沿着磁感线的方向，磁场逐渐减弱 D．地球表面上任意位置的地磁场方向都与地面平行 解析：选B　磁场的磁感线是闭合的，故A错误；通电导线南北放置时，地磁场影响最小，此时实验现象最明显，故B正确；磁场的强弱用磁感线的疏密表示，与磁感线的方向无关，故C错误；磁感线是闭合的曲线，不是地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行，故D错误。 新知学习(三)|安培定则及其应用 [重点释解] 1．三种常见的电流的磁场 安培定则 立体图 横截面图 纵截面图 直线 电流 以导线上任意点为圆心垂直于导线的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱 环形 电流 内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏 通电螺线管 内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部类似条形磁体，由N极指向S极 [特别提醒] (1)磁场是分布在立体空间的。 (2)利用安培定则不仅可以判断磁场的方向，还可以根据磁场的方向判断电流的方向。 (3)利用安培定则判断直线电流时，四指所指的方向是导线之外磁场的方向；判断环形电流和通电螺线管电流时，拇指的指向是线圈轴线上磁场的方向。 (4)环形电流相当于小磁针，通电螺线管相当于条形磁体，利用安培定则判断时，拇指所指的一端为它的N极。 2．安培分子电流假说 (1)假说内容：在原子、分子等物质微粒内部，存在着一种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。 (2)假说的意义：安培分子电流假说，揭示了磁铁磁性的起源，它使我们认识到：磁体的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的。 (3)假说对一些现象的解释： ①磁化：一根铁棒，在未被磁化的时候，内部各分子电流的取向是杂乱无章的，它们的磁场互相抵消，对外界不显磁性；当铁棒受到外界磁场的作用时，各分子电流的取向变得大致相同，铁棒被磁化。 ②消磁：磁体受到高温或猛烈的敲击会失去磁性，这是因为在激烈的热运动或机械振动的影响下，分子电流的取向又变得杂乱了。 [典例体验] [典例]　(多选)如图所示，螺线管中通有电流，如果在图中的a、b、c三个位置上各放一个小磁针，其中a在螺线管内部，则(　 ) A．放在a处的小磁针的N极向左 B．放在b处的小磁针的N极向右 C．放在c处的小磁针的S极向右 D．放在a处的小磁针的N极向右 [解题指导] (1)通电螺线管的磁场分布与条形磁体相似。 (2)小磁针的N极受力的方向即为磁场的方向。 [解析]　由安培定则，通电螺线管的磁场如图所示，右端为N极，左端为S极，在a点磁场方向向右，则小磁针在a点时，N极向右，A项错误，D项正确；在b点磁场方向向右，则小磁针在b点时，N极向右，B项正确；在c点，磁场方向向右，则小磁针在c点时，N极向右，S极向左，C项错误。 [答案]　BD [针对训练] 1．通电螺线管磁场分布如图所示。图中A、B、C、D四个位置各点磁场方向与图中小磁针所在位置的磁场方向一致的是(　 ) A．A位置 B．B位置 C．C位置 D．D位置 解析：选B　由题图可知，小磁针N极所指的方向水平向右，而A点磁场方向斜向左上；B点的磁场方向水平向右；C点的磁场方向斜向左下；D点的磁场方向斜向左上，可知图中A、B、C、D四个位置各点磁场方向与图中小磁针所在位置的磁场方向一致的是B位置。故选B。 2．关于电流周围产生的磁场分布，下列图示正确的是(　 ) 解析：选D　根据通电直导线周围磁场分布规律可知，从导线向远处延伸，磁场强度逐渐减弱，表示磁感线的×和·逐渐稀疏，根据安培定则可知导线左侧磁场方向应垂直纸面向里，右侧磁场方向应垂直纸面向外，故A错误；根据安培定则可知通电直导线产生的磁场方向应为逆时针方向，且从导线向远处延伸，磁感线应逐渐稀疏，故B错误；根据安培定则可知环内部磁场方向应垂直纸面向里，环外侧磁场方向应垂直纸面向外，且环内磁感线分布应当是不均匀的，故C错误；根据安培定则可知该环形导线产生的磁场方向大致向右，且靠近上方磁感线向上弯曲，靠近下方磁感线向下弯曲，故D正确。 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 物理观念——地磁场及其成因 1．(选自鲁科版教材“科学书屋”)地球本身是一个大磁体，它的N极位于地理南极附近，S极位于地理北极附近(图1)。在地磁两极，磁针竖直指向地面；在赤道上，磁针水平指示南北。磁针指示南北是一种近似的说法，小磁针的指向与地理正南正北方向之间的夹角称为磁偏角。对于地球磁性的成因，目前仍没有确定的说法，部分科学家认为是由地核中熔化了的金属(铁和镍)的环流引起的。 地磁场对人类的生产生活都有重要意义。根据地磁场出现的异常情况，可发现未知的矿藏或者特殊的地质构造。地磁场能使来自太阳的高速带电粒子流偏转，成为地球生命的“保护伞”。 科学家还根据对地球火山岩石的精确测定，发现地磁场强度和方向发生过多次变化(图2)。 　 [讨论与交流]　假如地磁场是由地球表面带电荷引起的，试分析地球表面电荷的电性。 提示：负电荷。因地球表面带有电荷，地球自转时产生环形电流，根据右手螺旋定则可知地球表面环形电流方向自东向西，而地球自转方向自西向东，故地球表面电荷为负电荷。 科学态度与责任——银行信用卡 2．(选自沪科版教材“信息浏览”)信用卡是银行发放给单位和个人的一种特制的“信用凭证”。信用卡可以代替现金，购买东西时，只要“刷刷卡”就行了。使用信用卡，不仅消费结账十分方便，更重要的是不用再为随身携带大量现金而提心吊胆了。有一种信用卡的背面有一条黑色的磁条，上面记录着持卡人的资料和个人密码，供自动柜员机或销售点终端阅读和鉴别使用。这种信用卡俗称磁条卡(磁卡)。 现在广泛使用的信用卡为IC卡。IC卡又称“智能卡”，卡内装有一小块集成电路芯片，芯片里既有微处理器，又有存储器和相应的接口电路，因而它具有数据存储和运算处理的能力，而且存储量大。相比之下，磁卡的存储容量一般只有几十至几百个字节，远不如IC卡。磁卡的最大缺点是防伪和安全性较差，而IC卡则较为安全。 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 1.指南针是我国古代的四大发明之一。司南是春秋战国时期发明的一种指南针，如图所示。它由青铜盘和磁勺组成，磁勺放置在青铜盘的中心，可以自由转动。由于受地磁场作用，司南的磁勺尾静止时指向南方。下列说法中正确的是(　 ) A．磁勺能够指示方向，是利用了地磁场对磁勺的作用 B．磁勺的指向不会受到附近磁体的干扰 C．磁勺的指向不会受到附近铁块的干扰 D．磁勺的N极位于司南的磁勺尾部 解析：选A　司南能够指示南北，是由于地球具有磁场，地磁场是南北指向，故A正确；司南的指向会受到附近磁体和铁块的干扰，故B、C错误；由于司南的磁勺尾静止时指向南方，所以磁勺的S极位于司南的磁勺尾部，故D错误。 2．(2022·浙江1月学考)某充气泵的结构如图所示，当电磁铁通入电流时，可吸引或排斥上部的小磁体，从而带动弹性金属片对橡皮碗下面的气室施加力的作用，达到充气的目的。电磁铁用的铁芯可分为硬磁性材料和软磁性材料，硬磁性材料在磁场撤去后还会有很强的磁性，而软磁性材料在磁场撤去后就没有明显的磁性了。为了可以不断充气，下列说法正确的是(　 ) A．小磁体的下端一定为N极 B．小磁体的下端一定为S极 C．充气泵电磁铁的铁芯应该用硬磁性材料 D．充气泵电磁铁的铁芯应该用软磁性材料 解析：选D　小磁体的下端是N极还是S极，都可以实现吸引或者排斥的效果，A、B错误；充气泵电磁铁的铁芯应该用软磁性材料，因为软磁性材料在磁场撤去后就没有明显的磁性，C错误，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$