新课标高中物理选修第1节 磁现象和磁场教案.docx
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新课标高中物理选修第1节磁现象和磁场教案
第1节 磁现象和磁场
学习目标
核心提炼
1.知道磁体之间、磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间的相互作用是通过磁场发生的。
1种现象——电流的磁效应
3种磁场——磁铁周围的磁场、电流周围的磁场、地磁场
2.了解电流的磁效应及其发现过程。
3.了解地磁场的分布情况和地磁两极的特点。
一、磁现象、电流的磁效应
1.磁性:
磁体吸引铁质物体的性质。
2.磁极:
磁体上磁性最强的区域。
(1)北极:
自由转动的磁体,静止时指北的磁极,又叫N极。
(2)南极:
自由转动的磁体,静止时指南的磁极,又叫S极。
(3)性质:
同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。
3.电流的磁效应
(1)奥斯特实验
将导线沿南北方向放置在磁针的上方,通电时磁针发生了转动。
(2)奥斯特实验发现了电流的磁效应,即电流可以产生磁场,首次揭示了电与磁的联系。
二、磁场、地磁场
1.磁场
(1)定义:
磁体与磁体之间,磁体与通电导体之间,以及通电导体与通电导体之间的相互作用,都是通过磁场发生的。
(2)基本性质:
对放入其中的磁体或电流有力的作用。
2.地磁场
(1)地磁场:
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1
(2)磁偏角:
地球的地理两极与地磁两极并不重合,因此,磁针并非准确地指向南北,其间有一个夹角,这就是地磁偏角,简称磁偏角。
磁偏角的数值在地球上的不同地点是不同的。
思考判断
1.奥斯特实验说明了磁场可以产生电流。
(×)
2.单独一个带电体可以只带正电荷(或负电荷),同样磁体也可以只有N极或S极。
(×)
3.地磁场能使小磁针的两极指向正南、正北。
(×)
4.地理的南北极与地磁的南北极并不重合,地磁的北极在地理北极附近。
(×)
5.磁场的基本性质是对处在磁场中的磁极或电流有力的作用。
(√)
对磁场和电流磁效应的理解
[要点归纳]
1.电场与磁场的比较
电场
磁场
场源
电荷
磁体、电流、运动电荷
基本性质
对放入其中的电荷有电场力的作用
对放入其中的磁体、通电导线有磁场力的作用
相同点
磁场和电场都是客观存在的特殊物质,都具有能量
2.奥斯特实验
(1)实验时,通电直导线要南北方向水平放置,磁针要与导线平行地放在导线的正下方或正上方。
以保证电流的磁场与地磁场方向不同而使小磁针发生转动。
(2)由于地磁场使磁针指向南北方向,直导线通电后小磁针改变指向说明通电直导线周围产生了磁场,即电流周围产生磁场,也就是电流的磁效应。
[精典示例]
[例1]在安培时代,关于验证“电流磁效应”设想的实验中,下列说法正确的是( )
A.奥斯特原来受“纵向力”的局限,把磁针放在通电导线的延长线上,磁针没有发生偏转,这说明了电流没有磁效应
B.奥斯特某一次实验中偶然把磁针放在“沿南北方向放置的通电导线”下方,磁针发生了偏转,这说明了电流的磁效应
C.安培等人把通有同向电流的两根导线平行放置,发现两根通电导线相吸,这不属于电流的磁效应
D.把磁针放在通电螺线管中,磁针发生了偏转,这不属于电流的磁效应
解析 将小磁针放在通电导线延长线上,小磁针所在位置没有磁场,故小磁针不会转动,但不能说明电流没有磁效应,故A错误;奥斯特某一次实验中偶然把磁针放在“沿南北方向放置的通电导线”下方,磁针发生了偏转,说明使磁针发生偏转的磁场是通电导线产生的,这说明了电流的磁效应,B正确;物理学家安培发现两根通有同向电流的平行导线吸引,是因为通电导线周围存在磁场,是电流的磁效应,故C错误;把小磁针放在通电螺线管中,小磁针发生了偏转,说明通电螺线管中存在磁场,属于电流的磁效应,故D错误。
答案 B
[针对训练1](多选)下列说法正确的是( )
A.磁场是客观存在的一种物质
B.磁体上磁性最强的部分叫磁极,任何磁体都有两个磁极
C.磁极或电流在自己周围的空间会产生磁场
D.磁体与磁体间的相互作用是通过磁场发生的,而磁体与通电导体间以及通电导体与通电导体之间的相互作用不是通过磁场发生的
解析 磁场是存在于磁体和通电导体周围的一种客观存在的物质,磁体与磁体、磁体与通电导体、通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场产生的。
答案 ABC
对地磁场的理解
[要点归纳]
1.地磁场的方向
地磁N极位于地理南极附近,地磁S极位于地理北极附近,但它们位置的差别不是很大,因此我们一般认为:
(1)地理南极正上方磁场方向竖直向上,地理北极正上方磁场方向竖直向下。
(2)在赤道正上方,距离地球表面高度相等的点,磁场的强弱相同,且方向水平向北。
(3)在南半球,地磁场方向向北偏向上方;在北半球,地磁场方向向北偏向下方。
2.磁偏角的形成
磁偏角是小磁针的指向与正南、正北方向间的夹角,磁偏角的存在是因为地球的地理两极与地磁两极并不重合,小磁针静止时,它的两极分别指向地磁两极而不是地理两极,所以产生了磁偏角。
3.地磁场的作用
由于磁场对运动电荷有力的作用,故射向地球的带电粒子,其运动方向会发生变化,不能到达地球。
因此,地磁场对地球生命有保护作用。
[精典示例]
[例2](多选)中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角:
“以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也。
”进一步研究表明,地球周围地磁场分布示意图如图2,结合上述材料,下列说法正确的是( )
图2
A.地理南、北极与地磁场的南、北极不重合
B.地球内部也存在磁场,地磁南极在地理北极附近
C.地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行
D.地球表面的磁场的竖直分量在南半球垂直于地面向上,在北半球垂直于地面向下
解析 地球为一巨大的磁体,地磁场的南、北极在地理上的北极和南极附近,两极并不重合;且地球内部也存在磁场,只有赤道上空磁场的方向才与地面平行;地磁场的竖直分量在南半球垂直地面向上,在北半球垂直地面向下,C错误,A、B、D正确。
答案 ABD
[针对训练2]地球是一个大磁体,①在地面上放置一个小磁针,小磁针的南极指向地磁场的南极;②地磁场的北极在地理南极附近;③赤道附近地磁场的方向和地面平行;④北半球地磁场方向相对地面是斜向上的;⑤地球上任何地方的地磁场方向都是和地面平行的。
以上关于地磁场的描述正确的是( )
A.①②④B.②③④ C.①⑤D.②③
解析 求解该题应先明确地磁场的特点及地球表面各处地磁场的方向。
地面上的小磁针静止时,磁针南极应指向地磁场的北极。
地磁场的南极在地理北极附近,地磁场的北极在地理南极附近,因此地磁场的方向在赤道附近和地面平行,北半球地磁场方向相对地面是斜向下的,南半球是斜向上方的。
答案 D
1.(对磁场的理解)(多选)关于磁场,下列说法正确的是( )
A.其基本性质是对处于其中的磁体或电流有力的作用
B.磁场是看不见、摸不着、实际不存在的,是人们假想出来的一种物质
C.磁场是客观存在的一种特殊物质形态
D.磁场的存在与否决定于人的思想,想其有则有,想其无则无
解析 磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流有力的作用,A正确;磁场虽然看不见、摸不着,但是它是客观存在的,B、D错误,C正确。
答案 AC
2.(对地磁场的理解)若把地球的磁场等效为一个条形磁铁的磁场,那么下列城市中哪个城市的地磁场最强( )
图3
A.莫斯科B.新加坡
C.广州D.东京
解析 由地磁场的分布特点知,越靠近两极,磁场越强,故选A。
答案 A
3.(对磁性的理解)
图4
如图4所示,将一根刨光的圆木柱固定在一个木制的圆盘底座C上,将两个内径略大于圆木柱直径、质量均为m的磁环A、B套在圆木柱上,且同名磁极相对,结果磁环A悬浮后静止。
已知重力加速度为g。
这时磁环B对底座C的压力FN的大小为( )
A.FN=mgB.FN=2mg
C.FN>2mgD.mg 解析 以A、B整体为研究对象,由平衡条件可知,C对B的支持力为2mg,再由牛顿第三定律知,B对C的压力大小也是2mg,B项正确。 答案 B 基础过关 1.我国古代四大发明中,涉及到磁现象应用的发明是( ) A.指南针B.造纸术 C.印刷术D.火药 解析 指南针利用地磁场使小磁针偏转来指示方向,涉及到磁现象,而我国古代四大发明中,造纸术、印刷术、火药不涉及磁现象,故选项A正确。 答案 A 2.把铁棒甲的一端靠近铁棒乙的中部,发现两者吸引,而把乙的一端靠近甲的中部时,两者互不吸引,则( ) A.甲有磁性,乙无磁性B.甲无磁性,乙有磁性 C.甲、乙都有磁性D.甲、乙都无磁性 解析 磁体具有磁性,能够吸引铁质物体,磁体各个部分的磁性强弱不同,条形磁体两端的磁性最强,叫做磁极,中间的磁性最弱,几乎没有。 当铁棒甲的一端靠近铁棒乙的中部,两者互相吸引,说明甲是磁体,具有磁性;把铁棒乙的一端靠近铁棒甲的中部,两者不能相互吸引,说明乙不是磁体,没有磁性。 答案 A 3.(多选)为了判断一根钢锯条是否有磁性,某同学用它的一端靠近一个能自由转动的小磁针。 下列给出了几种可能产生的现象及相应的结论,其中正确的是( ) A.若小磁针的一端被推开,则锯条一定有磁性 B.若小磁针的一端被吸引过来,则锯条一定有磁性 C.若小磁针的一端被吸引过来,不能确定锯条是否有磁性 D.若小磁针的一端被推开,不能确定锯条是否有磁性 解析 若发生排斥现象,只有一种可能,锯条肯定有磁性且小磁针靠近锯条的同名磁极。 若发生吸引现象,则锯条可能有磁性,也可能无磁性,故选项A、C正确。 答案 AC 4.如图1所示,举世瞩目的上海磁悬浮列车线是世界上第一条投入商业运营的磁悬浮列车线,其全程共30km,列车最高速度可达552km/h,单向运行约8min。 磁悬浮列车底部装有电磁铁,轨道地面上则安装有线圈。 通过地面线圈与列车上的电磁铁之间的排斥力使列车悬浮起来。 地面线圈的上端磁极极性与列车上的电磁铁下端极性总保持( ) 图1 A.相同B.相反 C.不能确定D.以上均不对 解析 磁悬浮列车采用磁场力使列车与轨道分离并悬浮起来,减小摩擦阻力,地面线圈与列车上的电磁铁间存在斥力,相对的磁极极性应相同。 答案 A 5.(多选)如图2所示,能自由转动的小磁针水平放置在桌面上。 当有一束带电粒子沿与磁针指向平行的方向从小磁针上方水平飞过时,所能观察到的现象是( ) 图2 A.小磁针不动 B.若是正粒子飞过,小磁针会发生偏转 C.若是负粒子飞过,小磁针会发生偏转 D.若是一根通电导线,小磁针会发生偏转 解析 电流是由运动电荷产生的,当带电粒子在小磁针上方运动时也会形成电流,从而形成磁场。 运动的正、负带电粒子形成的两种磁场,均会使小磁针发生转动,故B、C、D正确。 答案 BCD 6.如果你看过中央电视台体育频道的围棋讲座就会发现,棋子在竖直放置的棋盘上可以移动,但不会掉下来。 原来,棋盘和棋子都是由磁性材料制成的。 棋子不会掉落是因为( ) A.质量小,重力可以忽略不计 B.受到棋盘对它向上的摩擦力 C.棋盘对它的吸引力与重力平衡 D.它一方面受到棋盘的吸引力,另一方面还受到空气的浮力 解析 棋子的受力情况如图所示,磁性棋子受到棋盘的吸引力而对棋盘产生压力,棋盘对棋子有弹力,重力使棋子有向下滑动的趋势,因此棋子受到棋盘对它向上的静摩擦力,此力和重力平衡,使棋子不会掉下来;由于空气的浮力远小于重力,故可以忽略不计,B正确。 答案 B 能力提升 7.《新民晚报》报道一则消息: “上海的雨点鸽从内蒙古放飞后,历经20余天,返回上海市区鸽巢。 ”信鸽这种惊人的远距离辨认方向的本领,实在令人称奇。 科学家们曾做过这样一个实验: 把几百只训练有素的信鸽分成两组,在一组信鸽的翅膀下各缚一块小磁铁,而在另一组信鸽的翅膀下各缚一块大小相同的铜块,然后把它们带到离鸽舍一定距离的地方放飞,结果绝大部分缚铜块的信鸽飞回到鸽舍,而缚着磁铁的信鸽全部飞散了。 科学家的实验支持了下列哪种猜想( ) 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 解析 信鸽有远距离辨认方向的本领,是因为其体内有某种磁性物质,它能借助地磁场来辨别方向。 答案 D 8.(2018·山东枣庄滕州二中月考)如图3所示,小钢球m以初速度v0在光滑水平面上运动时,受到磁极的侧向作用力而做如图所示的曲线运动到D点,从图中可知磁极的位置及极性可能是( ) 图3 A.磁极在A位置,极性一定是N极 B.磁极在B位置,极性可能是S极 C.磁极在C位置,极性一定是N极 D.磁极在B位置,极性一定是S极 解析 做曲线运动物体的轨迹一定处于合外力与速度方向之间且弯向合外力这一侧,所以钢球受到的吸引力指向弧内,则磁极在B位置,但极性无法确定,两极对钢球都有吸引力,B正确。 答案 B 9.如图4所示,A为电磁铁,C为胶木秤盘,A和C(包括支架)的总质量为M,B为铁片,质量为m。 当电磁铁通电时,在铁片被吸引上升的过程中,轻绳OO′的拉力F的大小为( ) 图4 A.F=Mg B.Mg C.F=(M+m)g D.F>(M+m)g 解析 (隔离法)B被吸引上升时,B受到重力mg和A对B向上的吸引力F1而向上做加速运动,受力情况如图甲所示,故有F1-mg>0① 对于A和C(包括支架)系统,受轻绳的拉力F,自身的重力Mg及B对A向下的吸引力F1′作用处于平衡状态。 受力情况如图乙所示。 由平衡条件有F-F1′-Mg=0② 又F1和F1′是一对作用力和反作用力,故有F1′=F1③ 由①②③式得F=Mg+F1>Mg+mg=(M+m)g,D正确。 答案 D
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