高二物理选修3-1磁场讲义.pdf

《高二物理选修3-1磁场讲义.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高二物理选修3-1磁场讲义.pdf（11页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、精心整理 精心整理 磁场 第一节 我们周围的磁现象 知识点回顾： 1、地磁场 （1）地球磁体的北（ N ）极位于地理南极附近，地球磁体的南（S）极位于地理北极附近。 （2）地球磁体的磁场分布与条形磁铁的磁场相似。 （3）地磁两极与地理两极并不完全重合，存在偏差。 2、磁性材料 （1）按去磁的难易程度划分可分为硬磁性材料和软磁性材料。 （2）按材料所含化学成分划分可分为和。 （3）硬磁性材料剩磁明显，常用来制造等。 （4）软磁性材料剩磁不明显，常用来制造等。 知识点 1：磁现象 一切与磁有关的现象都可称为磁现象。磁在我们的生活、 生产和科技中有着广泛的应用，归纳大致 分为： （1） 利用磁体对铁

2、、钴、镍等磁性物质的吸引力； （2） 利用磁体对通电线圈的作用力； （3） 利用磁化现象记录信息。 知识点 2：地磁场（重点） 地球由于本身具有磁性而在其周围形成的磁场叫地磁场。关于地磁场的起源， 目前还没有令人满意 的答案。一种观点认为， 地磁场是由于地核中熔融金属的运动产生的，而且熔融金属运动方向的变 化会引起地磁场方向的变化。 科学研究发现， 从地球形成迄今的漫长年代里，地磁极曾多次发生极 性倒转的现象。 地磁场具有这样的特点： （1） 地磁北极在地理南极附近，地磁南极在地理北极附近； （2） 地磁场与条形磁铁产生的磁场相似，但地磁场磁性很弱； （3） 地磁场对宇宙射线的作用，保护生命（

3、极光、宇宙射线的伤害）；地磁场对生物活动的影响 （迁徙动物的走南闯北如信鸽，但候鸟南飞确是受气候的影响的，不是磁场） 拓展： 地磁两极与地理两极并不重合，存在地磁偏角。这种现象最早是由我国北宋的学者沈括在梦溪 笔谈中提出的，比西方早400 多年。 并不是所有的天体都有和地球一样的磁性，如火星就没有磁性 知识点 3：磁性材料 磁性材料一般指铁磁性物质。 按去磁的难易程度， 磁性材料可分为硬磁性材料和软磁性材料。硬磁 性材料具有很强的剩磁，不易去磁，一般用于制造永磁体，如扬声器、计算机硬盘、信用卡、饭卡 等；软磁性材料没有明显的剩磁，退磁快，常用于制造电磁铁、电动机、发电机、磁头等。 易忽略点：怎

4、样区分磁性材料 如何判断给定的物体是采用硬磁性材料还是软磁性材料是学习中容易出错的地方。解决此类问题关 键有两点： 1、明确所给物体的功能和原理； 2、熟悉这两种磁性材料的特点。 练习： 精心整理 1、下列有关磁的应用中利用磁化现象记录信息的是（） A、门吸 B、磁带 C、磁石治病 D 、磁悬浮 2、为了判断一根钢棒有无磁性， 采取了下列几种办法， 你认为哪种办法可以认 定钢棒没有磁性（） A、将钢棒的一端接近磁针的北极，两者相互吸引， 再将钢棒的另一端接近磁针 的南极，两者相互排斥。 B、将钢棒的一端接近磁针的北极，两者相互排斥， 将钢棒的另一端接近磁针的 北极时，两者相互吸引。 C、将钢棒

5、的一端接近磁针的北极时，两者相互吸引， 将钢棒的另一端接近磁针 的南极时，两者相互吸引。 D、将钢棒的一端接近磁针的北极时，两者相互吸引， 将钢棒的另一端接近磁针 的北极时，两者相互吸引。 精心整理 第二节认识磁场 知识点 1：磁场（重点） 实物和场是物质存在的两种不同形式，磁场和电场一样，都是客观存在的一种 特殊物质。 一、磁场客观存在于磁体、电流周围，磁体和电流通过磁场传递相互作用。 二、磁场的基本性质：对放入其中的磁体或电流产生力的作用。磁极和磁极 之间、磁场和电流之间、电流和电流之间的相互作用都是通过磁场来传 递的 三、磁场有强弱和方向，可以用磁感线形象地描述磁场的强弱和方向，也可 以

6、用小磁针受力方向来描述磁场的方向。物理学规定，磁场的方向即小 磁针 N极受力的方向，亦即小磁针静止时N极指向。 四、磁场是媒介物：磁极间、电流间、磁极与电流间的相互作用是通过磁场 发生的。 知识点 2：磁感线（重点） 在磁场中每一点，磁场都有确定的大小和方向，物理学中用磁感线形象地描述 磁场。所谓磁感线就是为了使人们更形象更直观地描述磁场，而引入的一系列 有方向的曲线： （1）磁感线的定义 在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强 度的方向一致，这样的曲线叫做磁感线。 （2）特点： A、磁感线是闭合曲线，磁铁外部的磁感线是从北极出来，回到磁铁的南 极，内部是从南极到北极

7、. B、每条磁感线都是闭合曲线，任意两条磁感线不相交。 C、磁感线上每一点的切线方向都表示该点的磁场方向。 D、磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小 注意：磁感线是为了形象地描述磁场而引入的数学工具，最早是由英国物理学 家法拉第提出的，并不真实存在，实验时常用被磁化的铁屑来显示磁感线的分 布，但绝不能认为磁感线是由细铁屑组成的。 磁感线是闭合的，磁场中未画磁感线的空间，磁场照样存在，磁感线不相交。 磁感线和电场线的区别 项目磁感线电场线 相似点意义形象地描述磁场方向 和相对强弱而遐想的 线 形象地描述电场方向和相对强 弱而遐想的线 方向线上各点的切线方向 即 为 该 点 的 磁 场 方 向，是

8、小磁针N 极的 受力方向 线上各点的切线方向即为该点 的磁场方向，是正电荷受力方向 疏密表示磁场强弱表示电场强弱 特点在空间不相交、不中 断 除电荷外，在空间不相交、 不中 断 不同点不同点是闭合曲线静电场线始于正电荷或无穷远 处，止于负电荷或无穷远， 是不 精心整理 闭合曲线 知识点 3：安培定则（重点） 法国物理学家安培通过实验总结出了用于判断电流的磁场分布的法则安培 定则，又称为右手螺旋定则。可用于判断直线电流、环形电流和通电螺线管的 磁感线分布。 直线电流的方向和磁感线方向之间的关系可用安培定则（也叫右手螺旋定 则）来判定：用右手握住导线， 让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，

9、弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向. 几种常见磁场的磁感线的分布 （1）条形磁铁和碲形磁铁的磁感线 条形磁铁和蹄形磁铁是两种最常见的磁体，如图所示的是这两种磁体在平 面内的磁感线形状，其实它们的磁感线分布在整个空间内，而且磁感线是闭合 的，它们的内部都有磁感线分布。 （2）通电直导线磁场的磁感线 通电直导线磁场的磁感线的形状与分布如图所示，通电直导线磁场的磁感 线是一组组以导线上各点为圆心的同心圆。 需要指出的是，通电直导线产生的磁场是不均匀的，越靠近导线，磁场越 强，磁感线越密。电流的方向与磁感线方向的关系可以用安培定则来判断，如 图所示。用右手握住直导线，伸直的大拇指与电流方向一致，

10、弯曲的四指所指 的方向就是磁感线的环绕方向。 （3）环形电流磁场的磁感线 环形电流磁场的磁感线是一些围绕环形导线的闭合曲线，在环形的中心轴 上，由对称性可知， 磁感线是与环形导线的平面垂直的一条直线。如图甲所示， 环形电流方向与磁感线方向的关系也可以用右手定则来判断，如图乙所示，让 右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是圆环轴 线上磁感线的方向；如图丙所示，让右手握住部分环形导线，伸直的大拇指与 电流方向一致，则四指所指的方向就是围绕环形导线的磁感线的方向。 （4）通电螺线管的磁感线 通电螺线管表现出来的磁性很像一根条形磁铁，一端相当于北极（N） ，另 一端相当于南极（

11、 S） ，形成的磁感线在通电螺线管的外部从北极（N ）出来进入 南极（ S） ，通电螺线管内部具有磁场，磁感线方向与管轴线平行，方向都是由 S 极指向 N极，并与外部磁感线连接形成一些闭合曲线，其方向也可用安培定 则判断，用右手握住螺线管， 让弯曲的四指所指的方向跟电 流的方向一致，那么大拇指所 指的方向就是螺线管内部磁感 线的方向，如图所示。 （5） 地磁场的磁感线 地磁场的南北极与地理上 的南北极刚好相反，所以磁感 线从地理的南极出来进入地理 的北极如图所示。 知识点 4：分子电流假说 1. 内容：法国物理学家安培受到通电螺线管外磁场与条形磁铁的磁场相似的启 精心整理 发，提出了着名的分子

12、电流假说：任何物质的分子中都存在环形电流分子 电流，分子电流使每个物质分子都成为一个微小的磁体，如图。 2. 解释：安培的分子电流假说对有关磁现象的解释： （1） 磁化现象： 一软铁棒，在未被磁化时， 内部各分子电流的取向杂乱无章， 它们的磁场相互抵消， 对外不显磁性。 当软铁棒受到外界磁场的作用时， 各分子电流取向变得大致相同，两端显示较强的磁作用，形成磁极，软 铁棒就被磁化了。 （2） 消磁：磁体在高温或猛烈敲击下， 即在激烈的热运动或机械运动影响下， 分子电流取向变得杂乱无章了，磁体磁性消失。 拓展 ： （1）假说是一种常用的科学研究方法，在安培的时代， 人们不知道物质内部为 什么会有分

13、子电流， 20 世纪后，随着电子的发现，人们认识到，原子内部带电 粒子的不停运动即对应安培所说的分子电流，分子电流假说已经成为真理，揭 示了磁现象的电本质。 （2） 需要指出的是并非所有的磁场都是由电荷的运动产生的根据麦克斯韦的电 磁场理论，变化的电场可以产生磁场。 （3）磁现象的电本质：磁铁和电流的磁场本质上都是运动电荷产生的 易错点：磁体内部小磁针指向 在判断小磁针处于磁体内部N极指向问题时，有些同学往往套用初中的结论 “同 名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”而做出错误判断，错误原因是不了解结 论的适用条件。对于小磁针处于磁体内部时，我们应该运用高中教材中的物理 学规定： “小磁针在磁场中

14、静止时， N极所指的方向就是磁场的方向，也就是磁 感线的方向。”所以，学习物理知识，切忌不加分析，盲目套用公式或结论。 易忽略点：磁场的方向 磁场的方向可用磁感线的切线方向来表示，也可用小磁针的N极指向来表示。 在用小磁针描述时，容易忽略的是：小磁针的哪一极以及小磁针的状态（静止 时） 。 易混点：磁场和电场 磁场和电场虽然都是物质的一种特殊形态，都具有物质性，但并不是完全相同 的物质，其不同点有： （1） 起源不同。电场存在于电荷周围，磁场存在于磁体、电流和运动电荷的 周围。 （2） 场线不同。电场线不闭合，起始于正电荷终止于负电荷；磁感线闭合， 外部从 N极到 S极，内部从 S极到 N极。

15、 （3） （静）电场是保守力场，电场力做功与路径无关，只与初末位置的电势 差有关。磁场是涡旋场，不能引入相应的“势能”概念来研究磁场的性 质。 练习： 2、如图 11-1-1 所示， a、b、c三枚小磁针分别放在通电螺线管的正上方、管 内和右侧。当这些小磁针静止时，小磁针 N极的指向是（） a、b、c均向左 a、b、c均向右 a向左，b向右，c向右 a向右，b向左，c向右 11-1-1 精心整理 变式训练 1：如图 11-1-2 所示，带负电的金属环绕轴 OO以角速度匀速旋转， 在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是（） N极竖直向上 N极竖直向下 N极沿轴线向左 N极沿轴线向右 4、根据安培

16、假说的思想， 认为磁场是由于运动电荷产生的，这种思想对地磁场 也应是适用的，而目前在地球上并未发现相对地球定向移动的电荷，那么由此 推断，地球应该（） A、负电荷 B、带正电 C 、不带电 D、无法确定 5、一个电子沿纸面做快速的顺时针方向的圆周运动，则这个电子的运动将（） A、不产生磁场 B、产生只在圆周内侧存在的磁场 C、产生相当于环形电流产生的磁场，在圆心处的磁场方向垂直纸面向里 D、产生相当于环形电流产生的磁场，在圆心处的磁场方向垂直纸面向外 判断下图中导线A所受磁场力的方向 . 答案： 图 11-1-2 精心整理 知识点 1：安培力 (重点) 磁场对电流的作用力称为安培力，安培力是按

17、性质命名的力，在对物 体（通电导线）进行受力分析时，应该加以考虑。 （1） 安培力方向的判定方向左手定则：伸开左手，使大拇指跟 其余四指垂直， 并且都跟手掌在同一平面内， 把手放入磁场中， 让磁感线垂直穿过手心，使伸开的四指指向电流方向，那么大 拇指所指的方向为安培力的方向。 （2） 安培力的大小： 同一通电导线， 按不同方式放在同一磁场中， 如图所示， 三种情况下，通电导线与磁场垂直时受到的安培力最大，取为Fmax ；当 通电导线与磁场方向平行时， 不受安培力，F=0；其他情况下，0BB、A=BC、ABD、无法确定 4、在赤道上空，水平放置一根通以由西向东电流的直导线，则此导线（） A、受到

18、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 5、通电电流为 I 的直导线与通电闭合线圈abcd 在同一平面内，如 图所示，不计重力，若直导线固定，那么闭合线圈将（） A、在纸面内向上运动B、在纸面内向下运动 C、在纸面内远离导线D、在纸面内靠近导线 6、如图所示，在磁感应强度B=1.0T、方向竖直向下的匀强磁场中，有一个与 水平面成 0 37角的通电滑轨， 滑轨上放置一个可自由移动的金属杆ab，已知 接在滑轨中的电源的电动势E=12V ，内阻不计， ab 杆长 L=0.5m，杆的质量 m=0.2kg，杆与平行滑轨间的动摩擦因数=0.1， 滑轨与

19、 ab 杆的电阻忽略不计， 求要使 ab 杆在滑轨上保持静止，变阻器R 的阻值应在什么范围变化？（g 取 2 /10sm，6 .037sin 0 ， 可认为最大静摩擦力与滑动摩 擦力相等） 7、如图所示，两平行光滑导轨相距为20cm ，金属棒 MN的质量为 10g，电阻 R=8 ，匀强磁场的磁感应强 度 B=0.8T，方向竖直向下，电源电动势E=10V ，内阻 r=1。当开关 K闭合时， MN恰好平衡，求变阻器R1 的取值为多少？设45 a b N S 精心整理 9、如图所示为电流天平， 可以用来测量匀强磁场的磁感应强度，它的右臂挂着 矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为L，处于匀强磁场内，磁感应强度B 的方向与线圈平面垂直。当线圈中通过电流I 时，调节砝码使两臂达到平衡。 然后使电流反向，大小不变，这时需要在左盘中增加质量为m的砝码，才能使 两臂重新平衡。 （1）导出用已知量和可测量n、m 、L、I 计算 B的表达式 （2）当 n=9，L=10.0cm，I=0.10A ，m=8.82g时，磁感应强度