2019-2020学年高中物理沪科版选修3-1学案：第5章 5.1 磁与人类文明、5.2 怎样描述磁场 Word版含答案
单元复习05高二年级物理导学案沪科版选修3-1、第五章磁场含答案
高二年级物理导学案------沪科版选修3-1、第五章磁场编撰人：刘玉啟审核人：教务处审批：班级：姓名：第五章磁场总复习★知识网络：★★专题整合：一、通电导体在安培力作用下运动的判断四法安培力作用下通电导体在磁场中运动问题的分析方法：(1)电流元法：把整段通电导体等效为许多小段的直线电流元，用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断整段通电导体所受合力方向．(2)特殊位置法：把通电导体或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力的方向．(3)等效法：环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁，条形磁铁也可以等效成环形电流或通电螺线管，通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流．(4)利用结论法：①两通电导线相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥；②两者不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势．例1如图1所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面．当线圈内通以图示方向的电流后，线圈的运动情况是()图1A．线圈向左运动B．线圈向右运动C．从上往下看顺时针转动D．从上往下看逆时针转动二、安培力作用下导体的平衡1．分析安培力的方向应牢记安培力方向既跟磁感应强度方向垂直又跟电流方向垂直；2．一般是先把立体图改画成平面图，并将题中的角度、电流的方向、磁场的方向标注在图上，然后根据平衡条件列方程．例2如图2所示，光滑导轨与水平面成α角，导轨宽为L.匀强磁场磁感应强度为B.金属杆长为L，质量为m，水平放在导轨上．当回路总电流为I1时，金属杆正好能静止．求：图2(1)B至少多大？这时B的方向如何？(2)若保持(1)中B的大小不变而将B的方向改为竖直向上，应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆继续保持静止？三、带电粒子在电场或组合场中的运动正确分析带电粒子的受力情况和运动情况，明确运动过程和运动性质，选择恰当的规律解答1．带电粒子在组合场中运动要依据粒子运动过程的先后顺序和受力特点辨别清楚在电场中做什么运动，在磁场中做什么运动．2．带电粒子在电场中的运动(1)当带电粒子(带电体)在电场中做匀速运动时，根据平衡条件列方程求解．(2)当带电粒子(带电体)在电场中做匀速圆周运动时，往往同时应用牛顿第二定律和平衡条件列方程求解．(3)当带电粒子(带电体)在电场中做非匀变速曲线运动时，常选用动能定理或能量守恒定律列方程求解．例3如图3所示，相距为d的两带电平行板间存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，一质量为m ，带电量为q 的小球由下板边缘沿水平方向射入该区域，带电小球恰能在两板间做匀速圆周运动，则()图3A ．小球一定带负电B ．小球一定带正电C ．两板间电压为mgdqD ．小球在两板间的运动时间为2πmqB例4 如图4所示的直角坐标系xOy 中，x <0，y >0的区域内有沿x 轴正方向的匀强电场，x ≥0的区域内有垂直于xOy 坐标平面向外的匀强磁场，x 轴上P 点坐标为(－L,0)，y 轴上M 点的坐标为(0，233L )．有一个带正电的粒子从P 点以初速度v 沿y 轴正方向射入匀强电场区域，经过M 点进入匀强磁场区域，然后经x 轴上的C 点(图中未画出)运动到坐标原点O .不计重力．求： (1)粒子在M 点的速度v ′； (2)C 点与O 点的距离x ；(3)匀强电场的电场强度E 与匀强磁场的磁感应强度B 的比值．1.(通电导体在安培力作用下运动方向的判断)如图5所示，用绝缘细线悬挂一个导线框，导线框是由两同心半圆弧导线和直导线ab 、cd (ab 、cd 在同一条水平直线上)连接而成的闭合回路，导线框中通有图示方向的电流，处于静止状态．在半圆弧导线的圆心处沿垂直于导线框平面的方向放置一根长直导线P .当P 中通以方向向外的电流时( ) A ．导线框将向左摆动 B ．导线框将向右摆动C ．从上往下看，导线框将顺时针转动D ．从上往下看，导线框将逆时针转动2.(安培力作用下导体的平衡)倾角为α的光滑斜面上，放一根长L 、质量为m 的导体棒，通以如图6所示方向电流I ，为使其静止在斜面上，可加一个强度、方向适当的匀强磁场，这磁场可能是( )A ．垂直于斜面向上，B ＝mg sin α/IL B ．垂直于斜面向下，B ＝mg sin α/ILC ．竖直向下，B ＝mg tan α/ILD ．水平向左，B ＝mg /IL3．(带电粒子在混合场中的运动)地面附近空间中存在着水平方向的匀强电场和匀强磁场，已知磁场方向垂直纸面向里，一个带电油滴能沿一条与竖直方向成α角的直线MN 运动(MN 在垂直于磁场方向的平面内)，如图7所示，则以下判断中正确的是( ) A ．油滴一定带正电 B ．油滴一定带负电C ．如果电场方向水平向右，油滴是从M 点运动到N 点D ．如果电场方向水平向左，油滴是从M 点运动到N 点4．(带电粒子在组合场中的运动)如图8所示，在矩形ABCD 内对角线BD 以上的区域存在有平行于AD 向下的匀强电场，对角线BD 以下的区域存在有垂直于纸面的匀强磁场(图中未标出)，矩形AD 边长L ，AB 边长为2L .一个质量为m 、电荷＋q 的带电粒子(不计重力)以初速度v 0从A 点沿AB 方向进入电场，从对角线BD 的中点P 处进入磁场，并从DC 边上的Q 点垂直于DC 离开磁场，试求： (1)电场强度的大小；(2)带电粒子经过P 点时速度的大小和方向； (3)磁场的磁感应强度的大小和方向．章末检测卷(五)(时间：90分钟满分：100分)一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分)1．磁体之间的相互作用是通过磁场发生的．下列对磁场认识正确的是()A．磁感线有可能出现相交的情况B．磁感线总是由N极出发指向S极C．某点磁场的方向与放在该点的小磁针静止时N极所指方向一致D．若在某区域内通电导线不受磁场力的作用，则该区域的磁感应强度一定为零2．关于带电粒子在电场或磁场中的运动，以下表述正确的是()A．带电粒子在电场中某点受到的电场力方向与该点的电场强度方向相同B．正电荷只在电场力作用下，一定从高电势处向低电势处运动C．带电粒子在磁场中运动时受到的洛伦兹力方向与粒子的速度方向垂直D．带电粒子在磁场中某点受到的洛伦兹力方向与该点的磁场方向相同3．在雷雨天气时，空中有许多阴雨云都带有大量电荷，在一楼顶有一避雷针，其周围摆放一圈小磁针，当避雷针正上方的一块阴雨云对避雷针放电时，发现避雷针周围的小磁针的S极呈顺时针排列(俯视)，则该块阴雨云可能带()A．正电荷B．负电荷C．正、负电荷共存D．无法判断4．如图1，两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2，且I1>I2；a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点且a、b、c与两导线截面共线；b点在两导线之间，b、d的连线与导线所在平面垂直．磁感应强度可能为零的点是()A．a点B．b点C．c点D．d点5．如图所示，直导线通入垂直纸面向里的电流，在下列匀强磁场中，能静止在光滑斜面上的是()6.如图2所示，空间存在水平向里、磁感应强度为B的匀强磁场，磁场内有一绝缘的足够长的直杆，它与水平面的倾角为θ，一带电荷量为－q、质量为m的带负电小球套在直杆上，从A点由静止沿杆下滑，小球与杆之间的动摩擦因数μ<tan θ.则小球运动过程中的速度—时间图像可能是下图中的()7.如图3所示，带电粒子以初速度v0从a点进入匀强磁场，运动过程中经过b点，Oa＝Ob.若撤去磁场加一个与y轴平行的匀强电场，带电粒子仍以速度v0从a点进入电场，仍能通过b点，则电场强度E和磁感应强度B的比值为()A．v0 B.1v0C．2v0 D.v02二、多项选择题(本题共5小题，每小题4分，共20分，在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)8．我国第21次南极科考队在南极观看到了美丽的极光．极光是由来自太阳的高能带电粒子流高速冲进高空稀薄大气层时，被地球磁场俘获，从而改变原有运动方向，向两极做螺旋运动(如图4所示)，这些高能粒子在运动过程中与大气分子或原子剧烈碰撞或摩擦从而激发大气分子或原子，使其发出有一定特征的各种颜色的光．地磁场的存在，使多数宇宙粒子不能到达地面而向人烟稀少的两极偏移，为地球生命的诞生和维持提供了天然的屏障．科学家发现并证实，向两极做螺旋运动的这些高能粒子的旋转半径是不断减小的，这主要与下列哪些因素有关()A．洛伦兹力对粒子做负功，使其动能减小B．空气阻力做负功，使其动能减小C．靠近南北两极，磁感应强度增强D．以上说法都不对9．如图5所示是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连．现分别加速氘核(21H)和氦核(42He)．下列说法中正确的是()A．它们的最大速度相同B．它们的最大动能相同C．它们在D形盒中运动的周期相同D．仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能10．如图6所示，带电平行板间匀强电场方向竖直向下，匀强磁场方向水平向里，一带电小球从光滑绝缘轨道上的a点自由滑下，经过轨道端点P进入板间恰好沿水平方向做直线运动．现使球从轨道上较低的b 点开始滑下，经P点进入板间，在之后运动的一小段时间内()A．小球的重力势能可能会减小B．小球的机械能可能不变C．小球的电势能一定会减少D．小球动能可能减小11.为了测量某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图7所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口，在垂直于上、下底面方向加磁感应强度为B 的匀强磁场，在前、后两个内侧固定有金属板作为电极，污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U.若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是() A．若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高B．前表面的电势一定低于后表面的电势，与哪种离子多少无关C．污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大D．污水流量Q与U成正比，与a、b无关12.如图8所示为圆柱形区域的横截面，在该区域加沿圆柱轴线方向的匀强磁场．带电粒子(不计重力)第一次以速度v1沿截面直径入射，粒子飞出磁场区域时，速度方向偏转60°角；该带电粒子第二次以速度v2从同一点沿同一方向入射，粒子飞出磁场区域时，速度方向偏转90°角．则带电粒子第一次和第二次在磁场中运动的()A．半径之比为3∶1 B．速度之比为1∶ 3C．时间之比为2∶3 D．时间之比为3∶2三、计算题(共4小题，共52分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)13. (10分)如图9所示，两平行金属导轨间的距离L＝0.40 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ＝37°，在导轨所在空间，分布着磁感应强度为B＝0.5 T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场．金属导轨的一端接有电动势E＝4.5 V、内阻r＝0.50 Ω的直流电源．现把一个质量为m＝0.040 kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止．导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0＝2.5 Ω，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2.已知sin 37°＝0.60，cos 37°＝0.80，求：(1)通过导体棒的电流；(2)导体棒受到的安培力大小；(3)导体棒受到的摩擦力大小．14．(12分)如图10所示，在x轴上方有匀强磁场B，一个质量为m，带电荷量为－q的粒子，以速度v从O点射入磁场，角θ已知，粒子重力不计，求：(1)粒子在磁场中运动的时间；(2)粒子离开磁场的位置与O点间的距离．15．(15分)如图11所示为研究带电粒子在磁场中偏转问题的实验装置：M、N是竖直放置的两正对着的平行金属板，S1、S2是板上两个正对的小孔，其中N板的右侧有一个在竖直面内，以O为圆心的圆形区域，该区域内存在垂直圆面向外的匀强磁场，另有一个同样以O为圆心的半圆形荧光屏AO′C.已知S1、S2、O 和荧光屏的中间位置O′在同一直线上，且AC⊥S1O′.当在M、N板间加恒定电压U时，一带正电离子在S1处由静止开始加速向S2孔运动，最后打在图中的荧光屏上的P处，∠COP＝30°.若要让上述带正电离子(不计重力)仍在S1处由静止开始加速，最后打在图中的荧光屏下边缘C处，求M、N板间所加电压的大小U′.16.(15分)如图12所示，直角坐标系xOy位于竖直平面内，在水平的x轴下方存在匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度为B，方向垂直xOy平面向里，电场线平行于y轴．一质量为m、电荷量为q的带正电荷的小球，从y轴上的A点水平向右抛出．经x轴上的M点进入电场和磁场，恰能做匀速圆周运动，从x轴上的N点第一次离开电场和磁场，MN之间的距离为L，小球过M点时的速度方向与x轴正方向夹角为θ.不计空气阻力，重力加速度为g，求：(1)电场强度E的大小和方向；(2)小球从A点抛出时初速度v0的大小；(3)A点到x轴的高度h.答案例1. 解析 解法一 电流元法首先将线圈分成很多小段，每一小段可看作一直线电流元，取其中上、下两小段分析，其截面图和受到的安培力情况如图所示．根据对称性可知，线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动．只有选项A 正确． 解法二 等效法将环形电流等效成小磁针，如图所示，根据异名磁极相互吸引知，线圈将向左运动，选A.也可将左侧条形磁铁等效成环形电流，根据结论“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”也可判断出线圈向左运动，选A. 答案 A 例2.解析 在解这类题时必须画出截面图，只有在截面图上才能正确表示各力的准确方向，从而弄清各矢量方向间的关系．(1)画出金属杆的截面图．由三角形法则得，只有当安培力方向沿导轨平面向上时安培力才最小，B 也最小．根据左手定则，这时B 应垂直于导轨平面向上，大小满足BI 1L ＝mg sin α，B ＝mg sin α/I 1L .(2)当B 的方向改为竖直向上时，这时安培力的方向变为水平向右，要使金属杆保持静止，应使沿导轨方向的合力为零，得BI 2L cos α＝mg sin α，I 2＝I 1/cos α. 答案 (1)mg sin α/I 1L 垂直于导轨平面向上 (2)I 1/cos α例3. 答案 BC解析 要使小球在复合场中做匀速圆周运动，必须满足重力与电场力平衡，即mg ＝Eq ，方向相反，因为电场方向向上，故小球一定带正电，A 错误，B 正确；根据E ＝U d 可得mg ＝U d q ，所以U ＝mgdq，C 正确；小球在两板间的运动时间为整个圆周运动周期的一半，即t ＝122πm Bq ＝πmBq，D 错误．例4. 解析 (1)设粒子在由P 到M 的过程中运动时间为t ，在M 点时速度为v ′，沿x 轴正方向的速度大小为v x ，带电粒子在第二象限做匀变速曲线运动，则： OM ＝v t ＝233L ①OP ＝12v x t ＝L ②v ′2＝v 2＋v 2x ③联解①②③得：v ′＝2v ④(2)设粒子在M 点的速度v ′与y 轴正方向的夹角为θ，如图所示，则： tan θ＝v x v ⑤粒子在x ≥0的区域内受洛伦兹力作用做匀速圆周运动，运动轨迹如图所示．⑥设轨迹半径为R ，由几何关系有： OM ＝2R sin θ＝233L ⑦x ＝2R cos θ⑧联解⑤⑥⑦⑧得：x ＝23L ⑨(3)设粒子质量为m ，带电荷量为q ，则： qE ·OP ＝12m v ′2－12m v 2⑩q v ′B ＝m v ′2R ⑪联解⑧⑨⑩⑪得：E B ＝v2答案 (1)2v (2)23L (3)v 2自我检测： 1. 答案 D解析 当直导线P 中通以方向向外的电流时，由安培定则可判断出长直导线P 产生的磁场方向为逆时针方向，磁感线是以P 为圆心的同心圆，半圆弧导线与磁感线平行不受安培力，由左手定则可判断出直导线ab 所受的安培力方向垂直纸面向外，cd 所受的安培力方向垂直纸面向里，从上往下看，导线框将逆时针转动，故D 正确． 2. 答案 BCD解析 当磁场方向垂直于斜面向上时导体棒受到的安培力方向沿斜面向下，又重力竖直向下，所以不可能静止在斜面上，A 错误．当磁场垂直斜面向下时，导体棒受到的安培力方向沿斜面向上，当B ＝mg sin α/IL 时，沿斜面方向上的合力为零，故可能，B 正确．当磁场方向竖直向下时，导体棒受到的安培力方向水平向左，当B ＝mg tan α/IL 时，合力为零，故C 正确．当磁场方向水平向左时，导体棒受到的安培力竖直向上，所以当安培力等于重力时，合力为零，即B ＝mg /IL ，D 正确． 3. 答案 D解析 粒子所受力只有重力的方向是确定的，竖直向下，根据力的合成与分解可知磁场力的方向必须是垂直MN 斜向上的，电场力的方向必须是水平向左的，所以如果电场方向水平向左，那么粒子带正电，从M 点运动到N 点，如果电场方向水平向右，那么粒子带负电，从N 运动到M ，故D 正确． 4. 答案 (1)2m v 20qL (2)3v 0 方向垂直BD 向下(3)2m v 0qL方向垂直纸面向外解析 (1) 带电粒子受电场力作用做类平抛运动，则 L 2＝12at 2 2L2＝v 0t Eq ＝ma 解得E ＝2m v 20qL(2)在竖直方向上做匀变速运动，设竖直方向分速度为v y ，则有2 a L2＝ v 2y 得v y ＝aL ＝2v 0到P 点时速度为v ＝v 20＋v 2y ＝3v 0(3)粒子在磁场中运动轨迹的圆心就在D 点，则 R ＝12BD ＝32Lq v B 0＝m v 2R B 0＝2m v 0qL方向垂直纸面向外章末检测卷(五)1．答案 C解析 在磁场中某点的磁场只能有一个方向，即该点的磁感线的切线方向，如果磁感线相交，则该点磁场就有两个方向了，A 错误；在磁铁外部磁感线是由N 极出发指向S 极，在磁铁内部磁感线是由S 极出发指向N 极，B 错误；在磁场中，某点的磁场的方向是该点放置的小磁针静止时N 极所指方向，C 正确；若在某区域内通电导线不受磁场力的作用，可能磁场和通电导线是平行的，D 错误；故选C. 2．答案 C解析 当带电粒子带负电时，在电场中某点受到的电场力方向与该点的电场强度方向相反，当带电粒子带正电时，受到的电场力方向与该点的电场强度方向相同，故A 错误；由U AB ＝Wq 知，若电场力的方向与运动方向相反，电场力做负功，则正电荷将从低电势处向高电势处运动，故B 错误；根据左手定则，带电粒子在磁场中运动时受到的洛伦兹力方向一定与速度和磁场的方向垂直．故C 正确，D 错误．所以选C. 3． 答案 B解析 小磁针的S 极顺时针排列，说明磁场方向为逆时针，由安培定则可知，电流方向为竖直向上，即该阴雨云带负电荷，故选项B 正确． 4．答案 C解析 两电流在该点的合磁感应强度为0，说明两电流在该点的磁感应强度满足等大反向关系．根据右手螺旋定则在两电流的同侧磁感应强度方向相反，则磁感应强度可能为零的点为a 或c ，又I 1>I 2，所以该点应距I 1远距I 2近，所以是c 点．故选C. 5． 答案 A 6答案 C解析 带电小球静止时受到竖直向下的重力G 、垂直直杆向上的支持力N 和沿直杆向上的摩擦力f ，小球下滑后，再受到一个垂直直杆向上的洛伦兹力f 0，沿直杆方向有：mg sin θ－μ(mg cos θ－f 0)＝ma ，在垂直于直杆方向有：N ＋f 0＝mg cos θ，由于球加速运动，据f 0＝q v B ，f 0增大而支持力N 减小，据f ＝μN ，摩擦力减小，导致加速度a 增大；当速度v 增到某个值时，mg cos θ－f 0＝0，有mg sin θ＝ma ，此时加速度最大；此后，f 0＞mg cos θ，支持力N 反向，且速度继续增大，支持力N 增大，摩擦力f 也随着增大，最后出现mg sin θ＝f ，之后小球匀速下滑；所以只有C 选项正确． 7.答案 C解析 设Oa ＝Ob ＝d ，因带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，所以圆周运动的半径正好等于d 即d ＝m v 0qB ，得B ＝m v 0qd. 如果换成匀强电场，带电粒子做类平抛运动，那么有d ＝qE 2m (d 0)2得E ＝2m v 02qd ，所以E B ＝2v 0.选项C 正确．8．答案 BC解析 洛伦兹力不做功，空气阻力做负功．由r ＝m vqB ，速率减小，B 增大，所以半径减小．9． 答案 AC 10．答案 AC 11. 答案 BD解析 由左手定则可知，正离子受洛伦兹力向后表面偏，负离子向前表面偏，前表面的电势一定低于后表面的电势，流量Q ＝V t ＝v bctt ＝v bc ，其中v 为离子定向移动的速度，当前后表面电压一定时，离子不再偏转，所受洛伦兹力和电场力达到平衡，即q v B ＝U b q ，得v ＝U bB ，则流量Q ＝U Bb bc ＝UBc ，故Q 与U 成正比，与a 、b 无关． 12答案 AC解析 设磁场半径为R ，当第一次以速度v 1沿截面直径入射时，根据几何知识可得：r 12R ＝cos 30°，即r 1＝3R .当第二次以速度v 2沿截面直径入射时，根据几何知识可得：r 2＝R ，所以r 1r 2＝31，A 正确．两次情况下都是同一个带电粒子在相等的磁感应强度下运动的，所以根据公式r ＝m v Bq ，可得v 1v 2＝r 1r 2＝31，B 错误．因为周期T ＝2πm Bq ，与速度无关，所以运动时间比为t 1t 2＝60°360° T 90°360°T ＝23，C 正确，D 错误．故选A 、C.13. 答案 (1)1.5 A (2)0.30 N (3)0.06 N 解析 (1)根据闭合电路欧姆定律I ＝ER 0＋r ＝1.5 A.(2)导体棒受到的安培力F 安＝BIL ＝0.30 N. (3)导体棒受力如图，将重力正交分解 F 1＝mg sin 37°＝0.24 N ，F 1<F 安，根据平衡条件，mg sin 37°＋f ＝F 安， 解得f ＝0.06 N.14．答案 (1)2(π－θ)m qB (2)2m v sin θqB解析 (1)先确定其大概的轨迹，然后由几何关系确定圆心角、弦长与半径的关系，如图 半径r ＝m vqBT ＝2πm qB圆心角为2π－2θ所以运动时间t ＝2π－2θ2πT ＝2(π－θ)mqB .(2)离开磁场的位置与入射点的距离即为弦长s ＝2r sin θ＝2m v sin θqB15． 答案U 3解析 设离子的质量为m ，电荷量为q ，磁场的磁感应强度为B ，所在区域的半径为R ，离子加速后获得的速度为v .当电压为U 时，由动能定理有qU ＝12m v 2①在磁场中，离子做匀速圆周运动(见右图)由牛顿第二定律可知 q v B ＝m v 2/r ②由①②式得U ＝r 2B 2q /(2m )③ 其中r ＝R tan 60°＝3R ④当电压为U ′时，离子打在C 处，同理有U ′＝r ′2B 2q /(2m )⑤ 其中r ′＝R ⑥由③④⑤⑥可解得U ′＝U /3.16. 答案 (1)mg q 竖直向上 (2)qBL 2m cot θ (3)q 2B 2L 28m 2g解析 (1)小球在电场、磁场中恰能做匀速圆周运动，其所受电场力必须与重力平衡，有qE ＝mg ① E ＝mgq②重力的方向是竖直向下，电场力的方向则应为竖直向上，由于小球带正电，所以电场强度方向竖直向上．(2)小球做匀速圆周运动，O ′为圆心，MN 为弦，∠MO ′P ＝θ，如图所示．设半径为r ，由几何关系知 L2r＝sin θ③ 小球做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，设小球做圆周运动的速率为v ，有q v B ＝m v 2r④由速度的合成与分解知v 0v ＝cos θ⑤ 由③④⑤式得v 0＝qBL2mcot θ⑥(3)设小球到M 点时的竖直分速度为v y ，它与水平分速度的关系为v y ＝v 0tan θ⑦ 由匀变速直线运动规律v 2y ＝2gh ⑧由⑥⑦⑧式得h ＝q 2B 2L 28m 2g。
2019-2020高中物理沪科版选修3-1教学建议：5.1 磁与人类文明 Word版含答案
教学建议磁与人类文明一节的教学中,主要是让学生知道磁是自然界一些物质与生俱来的性质,如我们的地球以及宇宙中许多行星都具有磁性。
我们的祖先很早就发现了物质的这一性质并发明了指南针和指南车。
用哲学家培根对这一发明的评价,让学生感悟一项发明往往会导致一种新的社会事业或产业的产生与发展。
同时还要让学生知道自古至今人类从来就没有停止过对磁现象研究的脚步,进而介绍形形色色磁性材料的广泛应用,使学生比较充分地领悟人类研究磁现象的价值并产生了解磁现象和研究磁现象的兴趣。
地球的磁场教学在“明白地理的南北极和地磁的南北极的区别,知道存在磁偏角,介绍沈括对磁偏角的研究,用一个条形磁铁来模拟地球,说明小磁针静止时为什么会指向地球的南北极”的基础上,对磁偏角,作了更细致的描述。
教学中除指导学生阅读教材了解这些知识外,还应让学生认识并能够清楚地表述地磁场的空间立体分布情况。
锻炼学生的空间想象和空间表述能力,对后续学习是有很大帮助的。
由于磁现象在学生平时的学习、生活中都有了一定的基础,所以认识起来不会存在大的困难,但他们对磁现象的认识还很肤浅,有的还不统一,所以加强演示实验还是很有必要的。
对于生活中一些能记录磁信息的东西,学生比较新奇,他们见到的也不多、不全,上课时多拿一些磁卡之类的东西展示,学生的兴趣能得到很好的提高。
参考资料磁力对大脑的影响美国佐治亚州亚特兰大Emory大学的神经学专家查尔斯做了一个实验。
查尔斯让他的同事拉赫大声地数数,而他将一个手机大小的磁线圈对准拉赫的前额。
“一、二、三”,拉赫数着。
但当查尔斯把线圈开关打开后,拉赫很快就说不出话了,而是含混地重复着类似“四”的发音。
查尔斯把开关关上后,拉赫又“四、五、六”地数下去了。
“太奇怪了”!拉赫说:“单词就在嘴边却说不出来,和做梦时手脚不听使唤的感觉一样。
”在这个实验中,查尔斯通过磁场刺激,影响了拉赫的一部分大脑。
他使用的方法叫穿颅磁力刺激法,简称TMS。
TMS的工作原理非常简单:8字形线圈内短暂电流在千分之一秒内产生强磁场,它在小范围内又产生了一个电场,作用于大脑表皮下几厘米的地方,从而使大脑的神经细胞反应异常。
2019-2020年沪科版3-1选修三5.1《磁与人类文明》WORD教案2
2019-2020年沪科版3-1选修三5.1《磁与人类文明》WORD教案2
磁体按不同的情况可以分为若干类，磁极只有两个，是根据其指向性命名的，磁化的现象也很多，生活中己把它作为记录信息的一个载体看待、使用了。
作
业
动手动脑学物理：①、②
教学
流程
板书设计
第一节磁现象
一、磁现象
1．磁体；
2．磁极（南极、北极）；
3．磁体的指向性；
4．磁极间的相互作用（同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引）二、磁化：原来没有磁性的物体具有磁性的过程
课后该课内容较多，比较零碎，各部分知识内部联系比较紧密，环环相扣，需要我们明了知识内容间的逻辑结构，先讲什么，后讲什么，尽量排好顺序。
由于磁现象在学生平时的学习、生活中都有了一定的基础，所以认识起来不会存在。
沪科版高中物理选修3-1学案：第5章磁场与回旋加速器5.6洛伦兹力与现代科技学案 Word版含答案
5、6 洛伦兹力与现代科技学 习 目 标知 识 脉 络1、了解回旋加速器的构造及工作原理．( 重点 )2、了解质谱仪的构造及工作原理．( 重点 )3、掌握综合运用电场和磁场知识研究带电粒子在两场中的受力与运动问题．( 难点 )回 旋 加 速 器[先填空]1．构造图及特点( 如图561所示 )图561回旋加速器的核心部件是两个D 形盒,它们之间接交流电源,整个装置处在与D 形盒底面垂直的匀强磁场中．2．工作原理 ( 1 )加速条件交流电的周期必须跟带电粒子做圆周运动的周期相等,即T ＝2πm Bq、图562( 2 )加速特点粒子每经过一次加速,其轨道半径就大一些( 如图562所示 ),但由T ＝2πm Bq知,粒子做圆周运动的周期不变．[再判断]1．回旋加速器交流电的周期等于带电粒子圆周运动周期的一半．( × ) 2．回旋加速器的加速电压越大,带电粒子获得的最大动能越大．( × )3．利用回旋加速器加速带电粒子,要提高加速粒子的最终能量,应尽可能增大磁感应强度B 和D 形盒的半径R 、( √ )[后思考]回旋加速器中粒子的周期是否变化？粒子的最大速度和D 形盒的半径有什么关系？ [提示] 根据T ＝2πmqB,周期保持不变．根据r ＝mvqB ,v ＝qBr m、[合作探讨]如图563所示,为回旋加速器原理图．图563探讨1:回旋加速器所加的电场和磁场各起什么作用？电场为什么是交变电场？ [提示] 电场对电荷加速,磁场使电荷偏转,为了使粒子每次经过D 型盒的缝隙时都被加速,需加上与它圆周运动周期相同的交变电场．探讨2:粒子每次经过D 型盒狭缝时,电场力做功的多少一样吗？ [提示] 一样．探讨3:粒子经回旋加速器加速后,最终获得的动能与交变电压大小有无关系？ [提示] 无关,仅与盒半径有关． [核心点击]1．回旋加速器的主要特征( 1 )带电粒子在两D 形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场的变化周期,与带电粒子的速度无关．( 2 )将带电粒子在两盒狭缝之间的运动首尾连起来是一个初速度为零的匀加速直线运动．( 3 )带电粒子每加速一次,回旋半径就增大一次,第一次qU ＝12mv 21,第二次2qU ＝12mv 22,第三次3qU ＝12mv 23,…,v 1∶v 2∶v 3＝1∶2∶3∶…、因r ＝mvqB ,所以各半径之比为1∶2∶3…、2．最大动能( 1 )由r ＝mv qB得,当带电粒子的速度最大时,其运动半径也最大,若D 形盒半径为R ,则带电粒子的最终动能为E m ＝q 2B 2R 22m、( 2 )要提高加速粒子的最终能量,应尽可能增大磁感应强度B 和D 形盒的半径R 、 3．粒子被加速次数的计算粒子在回旋加速器盒中被加速的次数n ＝E kmqU( U 是加速电压的大小 ),一个周期加速两次．4．粒子在回旋加速器中运动的时间在电场中运动的时间为t 1,缝的宽度为d ,则nd ＝v 2t 1,t 1＝2ndv ,在磁场中运动的时间为t 2＝n 2T ＝n πmqB( n 是粒子被加速次数 ),总时间为t ＝t 1＋t 2,因为t 1≪t 2,一般认为在盒内的时间近似等于t 2、1．( 多选 )1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,其原理如图564所示．这台加速器由两个铜质D 形盒D 1、D 2构成,其间留有空隙,下列说法正确的是( )图564A ．离子由加速器的中心附近进入加速器B ．离子由加速器的边缘进入加速器C ．离子从磁场中获得能量D ．离子从电场中获得能量[详细解析] 回旋加速器对离子加速时,离子是由加速器的中心附近进入加速器的,故选项A 正确,选项B 错误;离子在磁场中运动时,洛伦兹力不做功,所以离子的能量不变,故选项C 错误;D 形盒D 1、D 2之间存在交变电场,当离子通过交变电场时,电场力对离子做正功,离子的能量增加,所以离子的能量是从电场中获得的,故选项D 正确．[正确答案] AD2、回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器,其核心部分是两个D 形金属扁盒,两盒分别和一高频交流电源两极相接,以使在盒间的窄缝中形成匀强电场,使粒子每穿过狭缝都得到加速,两盒放在匀强磁场中,磁感应强度为B ,磁场方向垂直于盒底面,离子源置于盒的圆心附近,若离子源射出的离子电荷量为q ,质量为m ,离子最大回旋半径为R ,其运动轨迹如图565所示．问:[导学号:29682034]图565( 1 )盒内有无电场？ ( 2 )离子在盒内做何种运动？( 3 )所加交流电频率应是多大,离子角速度为多大？ ( 4 )离子离开加速器时速度为多大,最大动能为多少？[详细解析] ( 1 )扁形盒由金属导体制成,扁形盒可屏蔽外电场,盒内只有磁场而无电场．( 2 )离子在盒内做匀速圆周运动,每次加速之后半径变大．( 3 )离子在电场中运动时间极短,因此高频交流电压频率要等于离子回旋频率f ＝qB 2πm, 角速度ω＝2πf ＝qBm、( 4 )离子最大回旋半径为R ,由牛顿第二定律得qv m B ＝mv 2m R ,其最大速度为v m ＝qBRm,故最大动能E km ＝12mv 2m ＝q 2B 2R22m、[正确答案] ( 1 )见详细解析 ( 2 )匀速圆周运动 ( 3 )qB2πm qB m ( 4 )qBR m q 2B 2R 22m分析回旋加速器应注意的问题( 1 )洛伦兹力永不做功,磁场的作用是让带电粒子“转圈圈”,电场的作用是加速带电粒子．( 2 )两D 形盒狭缝所加的是与带电粒子做匀速圆周运动周期相同的交流电,且粒子每次过狭缝时均为加速电压．( 3 )若将粒子在电场中的运动合起来看,可等效为匀加速直线运动,末速度由r ＝mvqB得到,加速度由a ＝qU dm 得到( d 为两D 形盒间距 ),则t 1＝v a ＝BdrU、质 谱 仪[先填空] 1．原理图及特点如图566所示,S 1与S 2之间为加速电场;S 2与S 3之间的装置叫速度选择器,它要求E 与B 1垂直且E 方向向右时,B 1垂直纸面向外( 若E 反向,B 1也必须反向 );S 3下方为偏转磁场．图5662．工作原理 ( 1 )加速带电粒子进入加速电场后被加速,由动能定理有qU ＝12mv 2、( 2 )速度选择通过调节E 和B 1的大小,使速度v ＝E B 1的粒子进入B 2区． ( 3 )偏转R ＝mv qB 2⇒q m ＝v RB 2＝2E B 1B 2L、 3．应用常用来测定带电粒子的比荷( 也叫荷质比 )和分析同位素等． [再判断]1．比荷不同的带电粒子通过速度选择器的速度不同．( × )2．电量相同而质量不同的带电粒子,以相同的速度进入匀强磁场后,将沿着相同的半径做圆周运动．( × )3．利用质谱仪可以检测化学物质或核物质中的同位素和不同成分．( √ ) [后思考]什么样的粒子打在质谱仪显示屏上的位置会不同？位置的分布有什么规律？ [提示] 速度相同,比荷不同的粒子打在质谱仪显示屏上的位置不同．根据qvB ＝mv 2r ,r ＝mvqB、可见粒子比荷越大,偏转半径越小．[合作探讨]探讨1:质谱仪为什么能将不同种类的带电粒子分辨出来？[提示] 将质量不同、电荷不同的带电粒子经电场加速后进入偏转磁场．各粒子由于轨道半径不同而分离,其轨道半径r ＝mvqB＝2mE kqB＝2mqU qB ＝1B 2mUq、探讨2:带电粒子在质谱仪中的运动可分为几个阶段？遵循什么运动规律？ [提示] 带电粒子的运动分为三个阶段: 第一阶段在加速电场中加速,遵循动能定理．第二阶段在速度选择器中通过,遵循匀速直线运动规律． 第三阶段在磁场中偏转,遵循匀速圆周运动的规律． [核心点击]1．带电粒子在质谱仪中的运动如图567,可分为三个阶段:先加速,再通过速度选择器,最后在磁场中偏转．图5672．加速:带电粒子经加速电场加速,获得动能12mv 2＝qU ,故v ＝2qUm、3．速度选择器:电场力和洛伦兹力平衡,粒子做匀速直线运动．qE ＝qvB ,故v ＝E B、 4．偏转:带电粒子垂直进入匀强磁场,其轨道半径r ＝mv qB＝2mUqB 2,可得粒子质量m ＝qB 2r 22U、不同质量的粒子其半径不同,即磁场可以将同电量而不同质量的同位素分开．3．质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具,它的构造原理如图568所示,离子源S 产生的各种不同的正离子束( 速度可看为零 ),经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场,到达记录它的照相底片P 上,设离子在P 上的位置到入口处S 1的距离为x ,下列判断不正确的是( )图568A ．若离子束是同位素,则x 越大,离子质量越大B ．若离子束是同位素,则x 越大,离子质量越小C ．只要x 相同,则离子质量与电量的比值一定相同D ．只要x 相同,则离子的比荷一定相同[详细解析] 由动能定理qU ＝12mv 2、离子进入磁场后将在洛伦兹力的作用下发生偏转,由圆周运动的知识,有:x ＝2r ＝2mv qB ,故x ＝2B 2mUq,分析四个选项知,A 、C 、D 正确,B 错误．[正确答案] B4．质谱仪原理如图569所示,a 为粒子加速器,电压为U 1;b 为速度选择器,磁场与电场正交,磁感应强度为B 1,板间距离为d ;c 为偏转分离器,磁感应强度为B 2、今有一质量为m 、电荷量为e 的正粒子( 不计重力 ),经加速后,该粒子恰能通过速度选择器,粒子进入分离器后做匀速圆周运动．求:图569( 1 )粒子的速度v 为多少？ ( 2 )速度选择器的电压U 2为多少？( 3 )粒子在B 2磁场中做匀速圆周运动的半径R 为多大？[详细解析] ( 1 )在a 中,e 被加速电场U 1加速,由动能定理有eU 1＝12mv 2得v ＝2eU 1m、( 2 )在b 中,e 受的电场力和洛伦兹力大小相等, 即e U 2d＝evB 1,代入v 值得U 2＝B 1d2eU 1m、( 3 )在c 中,e 受洛伦兹力作用而做圆周运动,回转半径R ＝mv B 2e ,代入v 值解得R ＝1B 22U 1me、[正确答案] ( 1 )2eU 1m ( 2 )B 1d2eU 1m ( 3 ) 1B 22mU 1e质谱仪问题的分析技巧( 1 )分清粒子运动过程的三个阶段． ( 2 )在加速阶段应用动能定理． ( 3 )在速度选择器中应用平衡条件．( 4 )在偏转阶段应用洛伦兹力提供向心力的规律．带 电 粒 子 在 复 合 场 中 的 运 动1．复合场与组合场( 1 )复合场:电场、磁场、重力场共存,或其中某两场共存．( 2 )组合场:电场与磁场各位于一定的区域内,并不重叠,或在同一区域,电场、磁场分时间段或分区域交替出现．2．运动情况分类 ( 1 )静止或匀速直线运动当带电粒子在复合场中所受合外力为零时,将处于静止状态或匀速直线运动状态． ( 2 )匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小相等、方向相反时,带电粒子在洛伦兹力的作用下,在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动．( 3 )较复杂的曲线运动当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化,且与初速度方向不在同一条直线上时,粒子做非匀变速曲线运动,这时粒子的运动轨迹既不是圆弧,也不是抛物线．( 4 )分阶段运动带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域,其运动情况随区域发生变化,其运动过程由几种不同的运动阶段组成．5．如图5610所示,在xOy 平面内,匀强电场的方向沿x 轴正向,匀强磁场的方向垂直于xOy 平面向里．一电子在xOy 平面内运动时,速度方向保持不变．则电子的运动方向沿( )[导学号:29682035]图5610A ．x 轴正向B ．x 轴负向C ．y 轴正向D ．y 轴负向[详细解析] 电子受电场力方向一定水平向左,所以需要受向右的洛伦兹力才能做匀速运动,根据左手定则进行判断可得电子应沿y 轴正向运动．[正确答案] C6．质量为m ,带电荷量为q 的微粒,以速度v 与水平方向成45°角进入匀强电场和匀强磁场同时存在的空间,如图5611所示,微粒在电场、磁场、重力场的共同作用下做匀速直线运动,求:图5611( 1 )电场强度的大小,该带电粒子带何种电荷; ( 2 )磁感应强度的大小．[详细解析] ( 1 )微粒做匀速直线运动,所受合力必为零,微粒受重力mg ,电场力qE ,洛伦兹力qvB ,由此可知,微粒带正电,受力如图所示,qE ＝mg ,则电场强度E ＝mg q、( 2 )由于合力为零,则qvB ＝2mg , 所以B ＝2mgqv、mg q 正电荷( 2 )2mgqv[正确答案] ( 1 )。
5.1磁与人类文明-沪科教版选修3-1教案
5.1 磁与人类文明-沪科教版选修3-1教案一、教学内容1. 磁的特性及应用•磁性物质的种类及磁性体的分类•磁性材料在工业、生活中的应用2. 磁场的产生及测量•磁场的概念、性质和特点•磁场的产生和测量，以及应用3. 磁电效应及其应用•磁电效应的概念•基本的电动势规律、法拉第电磁感应定律和电动机动力学二、教学目标1.熟练掌握磁性材料的种类、磁性体的分类。
2.熟悉磁性材料在工业和生活中的应用。
3.掌握磁场的概念、性质、特点和产生测量，以及应用。
4.熟悉磁电效应的概念和基本的电动势规律、法拉第电磁感应定律和电动机动力学。
三、教学重点和难点1. 教学重点•磁性材料的种类、磁性体的分类以及应用。
•磁场的概念、性质、特点和产生测量，以及应用的掌握和熟悉。
•磁电效应的概念和基本规律的熟悉和掌握。
2. 教学难点•磁场的概念、性质、特点和产生测量，以及应用的深度理解和应用能力的提高。
•磁电效应的基本规律的深度理解和应用能力的提高。
四、教学策略1. 教学方法本节课主要采用讲授、实验结合的教学方法。
2. 教学手段利用多媒体手段进行教学，提供多种学习资源和实验环节，提高学生对知识的理解和应用能力。
五、教学过程设计1. 课前预习•学生对磁性材料和磁场的概念进行预习。
•在本单元的课本中找到相应的学习资源，预习相关知识。
2. 导入新课在课堂上介绍磁性材料的相关知识，引入磁场的概念和特性。
3. 讲解重点内容•磁性材料的种类，磁性体的分类和应用。
•磁场的概念、特性、产生和测量，以及应用。
•磁电效应的概念和基本规律。
4. 实验环节分小组进行实验，观察磁场的产生和测量，以及磁电效应的实验，加深对相关知识的理解。
5. 作业布置•在家中进行课本上的练习和复习。
•查找相关知识资料，探究磁性材料在不同领域的应用。
六、教学评价1. 课堂表现评价•认真听讲并有提问。
•积极参与实验讲解和实验操作。
2. 作业评价•完成作业，准确答题。
•主动查找相关知识资料，并探究磁性材料在不同领域的应用。
20182019学年沪科版选修31 5.1磁与人类文明 教案-文档资料
5.1磁与人类文明教材分析磁现象和磁场是新教材中磁场章节的第一节课，从整个章节的知识安排来看，本节是此章的知识预备阶段，是本章后期学习的基础，是让学生建立学习磁知识兴趣的第一课，也是让学生建立电磁相互联系这一观点很重要的一节课，为以后学习电磁感应等知识提供铺垫。
整节课主要侧重要学生对生活中的一些磁现象的了解如我国古代在磁方面所取得的成就、生活中熟悉的地磁场和其他天体的磁场（太阳、月亮等），故本节课首先应通过学生自己总结生活中与磁有关的现象。
电流磁效应现象和磁场对通电导线作用的教育是学生树立起事物之间存在普遍联系观点的重要教学点，是学生在以后学习物理、研究物理问题中应有的一种思想和观点。
学生分析磁场的基本知识在初习中已经有所接触，学生在生活中对磁现象的了解也有一定的基础。
但磁之间的相互作用毕竟是抽象的，并且大部分学生可能知道电与磁的联系，但没有用一种普遍联系的观点去看电与磁的关系，也没有一种自主的能力去用物理的思想推理实验现象和理论的联系。
学生对磁场在现实生活中的应用是比较感兴趣的，故通过多媒体手段让学生能了解地磁场、太阳的磁场和自然界的一些现象的联系（如黑子、极光等），满足学生渴望获取新知识的需求。
教学目标一、知识与技能1、让学生自己总结生活中与磁有关的现象，了解现实生活中的各种磁现象和应用，培养学生的总结、归纳能力。
2、通过实验了解磁与磁、磁与电的相互作用，掌握电流磁效应现象。
使学生具有普遍联系事物的能力，培养观察实验能力和分析、推理等思维能力。
3、通过直观的多媒体手段让学生熟悉了解地磁场和其他天体的磁场及与之有关的自然现象。
二、过程与方法1、让学生参与课前的准备工作，收集课外的各种磁有关的现象和应用。
2、在电流磁效应现象的教育中，本节课采用类似学研究的方式，还原物理规律的发现过程，强调学生自主参与。
3、学生对物理现象进行分析、比较、归纳，采用老师与学生双向交流感知现象下的物理规律的普遍联系。
(沪科版)物理选修【3-1】第5章《磁与人类文明 怎样描述磁场》导学案
学案1 磁与人类文明 怎样描述磁场[学习目标定位] 1.知道地磁场的特点，了解磁性材料.2.理解磁感线的概念并熟悉几种典型磁场的磁感线分布规律.3.理解磁通量和磁感应强度的概念，并会用磁通量和磁感应强度描述磁场．一、我们生活在天然磁场——地磁场中1．地球本身是一个磁体，其周围存在着磁场，地磁场的磁南极(S 极)在地球的北端，磁北极(N 极)在地球的南端．地磁场很弱，自由转动的小磁针能显示出地磁场的作用，这也是指南针的原理．2．磁偏角：地磁的两极跟地理的两极并不重合，地磁轴和地球自转轴两者的夹角约为11°，因而水平放置的磁针的指向跟地理子午线之间有一个交角，这个交角叫做磁偏角．二、形形色色的磁性材料1．通过人工方法使磁性材料获得磁性，这个过程叫做磁化．磁性材料被磁化后，在一定条件下会失去磁性，这个过程叫做退磁或去磁．2．磁化后容易退掉磁性的物质叫做软磁性材料，不容易退掉磁性的物质叫做硬磁性材料．软磁性材料适用于需要反复磁化的场合，硬磁性材料适合制造永磁铁．三、磁场的形象描述1．磁感线：在磁场中人为地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磁场方向相间．磁感线越密的地方，表示磁场越强；磁感线稀疏的地方，表示磁场弱．2．匀强磁场： 磁感线的间距相等、相互平行且指向相同的磁场．四、磁场的定量描述1．磁通量(1)定义：磁场中穿过平面的磁感线的条数叫穿过这个平面的磁通量，用字母Φ表示．(2)单位：国际制单位为韦伯，简称韦，符号是Wb.1 Wb ＝1 T·m2.2．磁感应强度：垂直穿过某单位面积上的磁通量叫做磁感应强度．用公式表示为B ＝ΦS.磁感应强度的方向与该点处磁感线的切线方向一致.一、地磁场[问题设计]指南针是我国古代四大发明之一，它对人类航海事业的发展产生了巨大的影响，但在古代指南针为什么指南曾是一个不解之谜，你知道为什么吗？答案 因为地球是个大磁体，它对指南针有影响．图1[要点提炼]1．地磁场地球是一个大磁体，其周围存在的磁场叫地磁场．如图1所示，地球磁体的N极(北极)位于地理南极附近，地球磁体的S极(南极)位于地理北极附近．2．磁偏角地磁的两极跟地理的两极并不重合，水平放置的磁针的指向跟地理子午线之间有一个交角，这个交角叫做磁偏角．[延伸思考]宇宙中的其他天体是否有磁场？答案有些有磁场，有些没有磁场．二、磁场的形象描述[问题设计]在磁场中放一块玻璃板，玻璃板上均匀地撒一层细铁屑，轻敲玻璃板，铁屑就会有规则地排列起来，模拟出磁感线的形状，由实验得到条形磁铁和蹄形磁铁的磁场的磁感线是如何分布的？磁感线有什么特点？磁感线是磁场中真实存在的吗？答案见要点提炼．[要点提炼]1．磁感线的特点(1)磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向．磁感线的疏密程度表示磁场的强弱．(2)磁感线不相交、不相切、不中断、是闭合曲线；在磁体外部，其方向从N极指向S极；在磁体内部，由S极指向N极．(3)磁感线是为了形象描述磁场而假想的物理模型，在磁场中并不真实存在，不可认为有磁感线的地方有磁场，没有磁感线的地方没有磁场．2．匀强磁场磁感线的间距相等、相互平行且指向相同的磁场叫匀强磁场．距离很近的两个异名磁极的中间区域的磁场为匀强磁场．3．磁感线和电场线的比较相同点：都是疏密程度表示场的强弱，切线方向表示场的方向；都不能相交．不同点：电场线起于正电荷，终止于负电荷，不闭合；但磁感线是闭合曲线．三、磁场的定量描述[问题设计]若在磁场中垂直于磁场方向有一个面积为S＝1 m2的平面，在磁场强弱不同的情况下，穿过这个平面的磁感线的条数是否相同？该结论说明了什么问题？答案不相同．磁场强时磁感线密，穿过的磁感线的条数多．这说明穿过这个平面的磁感线的条数多少能反映磁场强弱．[要点提炼]1．磁通量是指穿过某一平面的磁感线的条数．一匝线圈和n匝同样大小的线圈，当放置方式相同时，磁通量相同．2．磁通量是标量，但有正负，其正负表示磁感线穿过某一面积的方向与规定的正方向是相同还是相反．若有两个相反方向的磁场穿过某一面积时，则穿过这一面积的磁通量为合磁场的磁感线穿过这一面积的“净”条数．图23．当线圈平面与磁场垂直时，磁通量Φ＝BS ；当线圈平面与垂直于磁场的方向有一夹角θ时，穿过线圈的磁通量为Φ＝BScos_θ.(如图2)4．磁感应强度：(1)垂直穿过某单位面积的磁通量．公式：B ＝ΦS，其中S 为垂直于磁感线的平面的面积．如果平面跟磁场方向不垂直，则S 为垂直于磁场方向的投影面积．(2)磁感应强度的方向为该点处磁感线的切线方向，也是小磁针静止时N 极的指向．一、对地磁场的认识例1 关于地磁场，下列叙述正确的是( )A ．地球的地磁两极和地理两极重合B ．我们用指南针确定方向，指南针指南的一极是指南针的北极C ．地磁的北极与地理的南极重合D ．地磁的北极在地理的南极附近解析 地球是一个大磁体，地球的地磁两极与地理两极并不重合，且相对位置在极其缓慢地变化，因此A 、C 错误；因为地磁北极在地理南极附近，因此，指南针指南的一极应是指南针的南极，其实指南针的南北极就是按其指向来命名的，故B 错误，D 正确．答案 D二、对磁场及磁感线的认识例2 下列关于磁场和磁感线的描述，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，也是一种物质B ．磁感线可以形象地表现磁场的强弱与方向C ．磁感线总是从磁铁的北极出发，到南极终止D ．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解析 磁场具有能量，所以是一种物质，A 正确；磁感线的疏密程度可表示磁场的强弱，磁感线的方向可表示磁场的方向，B 正确；磁感线是闭合曲线，在磁体外部，从磁铁的北极出发，进入南极；在磁体内部，从南极指向北极，C 错误；用细铁屑在磁铁周围排列出的曲线可以模拟磁感线，但并不是磁感线．没有细铁屑的地方同样可以画出磁感线．故D 错误．故选A 、B.答案 AB三、对磁通量的认识及计算例3 如图3所示，框架面积为S ，框架平面与磁感应强度为B 的匀强磁场方向垂直，则穿过平面的磁通量为__________．若使框架绕OO′转过60°角，则穿过框架平面的磁通量为________；若从初始位置转过90°角，则穿过框架平面的磁通量为__________；若从初始位置转过180°角，则穿过框架平面的磁通量的变化量是__________．图3解析初始位置Φ1＝BS；框架转过60°角时Φ2＝BS⊥＝BScos 60°＝12BS；框架转过90°角时Φ3＝BS⊥＝BScos 90°＝0；若规定初始位置磁通量为“正”，则框架转过180°角时磁感线从反面穿出，故末态磁通量为“负”，即Φ4＝－BS，所以ΔΦ＝Φ4－Φ1＝(－BS)－BS＝－2BS.答案BS 12BS0－2BS1．(对地磁场的认识)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．②③④C．①⑤D．②③答案 D解析地面上小磁针静止时，南极应指向地磁场的北极，①错；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，②对；只有在赤道附近地磁场的方向和地面才平行，③对，⑤错；地磁场方向在北半球斜向下方，南半球斜向上方，④错．故正确答案为D. 2．(对磁场及磁感线的认识)关于磁感线和电场线，下列说法正确的是()A．磁感线不是闭合曲线，起始于N极，终止于S极B．电场线起始于负电荷，终止于正电荷C．电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线D．空间某处磁感线、电场线分布越密集，表示该处磁感应强度、电场强度越大答案 D解析磁感线是闭合曲线，A错；电场线起始于正电荷，终止于负电荷，B错；电场线和磁感线都不是电场和磁场中实际存在的线，C错；故选D.3．(对磁通量的认识及计算)下列关于磁通量和磁感应强度的说法正确的是()A．磁感应强度的大小与磁通量成正比B．磁感应强度的大小取决于磁场本身C．穿过垂直于磁感应强度方向某面积的磁感线条数等于磁感应强度D．当平面跟磁场方向平行时，穿过这个平面的磁通量必为零答案BD4．(对磁通量的认识及计算)如图4所示，半径为R的圆形线圈共有n匝，其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面．若磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为()图4A．πBR2 B．πBr2C．nπBR2 D．nπBr2答案 B解析磁通量与线圈匝数无关，且磁感线穿过的面积为πr2，并非πR2，故B项对．题组一对磁现象及地磁场的认识1．磁性水雷是用一个可以绕轴转动的小磁针来控制起爆电路的，军舰被地磁场磁化后变成了一个浮动的磁体，当军舰接近磁性水雷时，就会引起水雷的爆炸，其依据是() A．磁体的吸铁性B．磁极间的相互作用规律C．电荷间的相互作用规律D．磁场对电流的作用原理答案 B解析军舰被地磁场磁化后变成了磁体，当军舰靠近水雷时，对控制引爆电路的小磁针有力的作用，使小磁针转动引爆水雷．B项正确．2．以下关于地磁场的说法中正确的是()A．地磁场是地球的盾牌，起着保护地球上生命的作用B．地磁场的N极在地理位置的南极附近，但不与南极重合C．地磁场的方向会随时间的流逝而缓慢变化D．在行星中，只有地球有磁场答案ABC解析宇宙中射向地球的高能粒子流如果不受阻碍地射到地球上，会杀死地球上的生命体，正是由于地磁场的保护，使得大量的粒子被偏转，人类和其他生命才得以延续，故A项正确．地磁场的N极在地理南极附近，但不与南极重合，有磁偏角，B项正确．地磁场的N、S极的位置会缓慢移动，故C项正确．在行星中，并不是只有地球有磁场，故D项错误．3．下列说法中与实际情况相符的是()A．地球的磁偏角是一个定值B．地磁场的北极在地理位置的北极附近C．除了地球外，到目前为止其他星球上还没有发现磁现象D．郑和出海远航比哥伦布的远洋探险先使用指南针答案 D解析磁偏角随地理位置变化而变化，A错误；地磁场的北极在地理南极附近，B错误；其他星球上也有磁场存在，C错误；我国是最早利用指南针航海的国家，D正确．题组二对磁场及磁感线的认识4．关于磁感线的描述，下列说法中正确的是()A．磁感线可以形象地描述各点磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致B．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的C．两条磁感线的空隙处一定不存在磁场D．两个磁场叠加的区域，磁感线就一定相交答案 A解析磁感线上每一点的切线方向表示磁场方向，即小磁针静止时北极所指的方向，所以A 正确；磁感线是为了形象地描述磁场而假想的一组有方向的闭合曲线，实际上并不存在，细铁屑可以显示出其形状，但那并不是磁感线，B错；磁感线的疏密反映磁场的强弱，磁感线是假想的人为画出的曲线，两条磁感线的空隙处也存在磁场，C错；磁感线不相交，D错．5．下列关于磁场的说法中，正确的是()A．磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质B．磁场是为了解释磁极间相互作用而人为规定的C．磁体与磁体之间是直接发生作用的D．磁场只有在磁体与磁体、磁体与电流发生作用时才产生答案 A解析磁场是一种客观存在的物质，磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流间相互作用时都是通过磁场而发生，故B、C、D错误，A正确．6．关于磁通量，下列说法中正确的是()A．磁通量不仅有大小而且有方向，所以是矢量B．磁通量越大，磁感应强度越大C．穿过某一面积的磁通量为零，该处磁感应强度不一定为零D．磁通量就是磁感应强度答案 C7．关于磁通量，下列叙述正确的是()A．在匀强磁场中，穿过一个平面的磁通量等于磁感应强度与该平面面积的乘积B．在匀强磁场中，a线圈的面积比b线圈大，则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的磁通量大C．把一个线圈放在M、N两处，若放在M处时穿过线圈的磁通量比放在N处时大，则M 处的磁感应强度一定比N处大D．同一线圈放在磁感应强度大处，穿过线圈的磁通量不一定大答案 D解析在匀强磁场中，穿过一个平面的磁通量等于磁感应强度与该平面在垂直于磁场方向的投影面积的乘积，线圈的面积大，投影面积不一定大，磁通量不一定大，故A、B错；磁感应强度的大小取决于磁场本身，与线圈在此处的磁通量的大小无关，C错；同一线圈放在磁感应强度大处，磁通量可能是零，D对．8．如图1所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁体N极附近下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中的位置Ⅰ经过位置Ⅱ下落到位置Ⅲ，且位置Ⅰ和位置Ⅲ都很靠近位置Ⅱ，在这个过程中，线圈中的磁通量()图1A．是增加的B．是减少的C．先增加，后减少D．先减少，后增加答案 D。
2019-2020学年高中物理沪科版选修3-1学案：第5章 5.3 探究电流周围的磁场 Word版含答案
5.3探究电流周围的磁场1.了解直线电流、环形电流、通电线圈的磁感线分布，并会运用安培定则判定电流的磁场方向.(重点)2.知道磁现象的电本质，了解安培分子电流假说.一、电流的磁场1.观察直线电流磁场的分布直线电流磁场的磁感线是一些以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在跟导线垂直的平面上，如图所示.2.探究通电线圈的磁场(1)环形电流磁场的磁感线是一些围绕环形导线的闭合曲线Ｗ.在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直Ｗ.(2)①通电螺线管外部磁感线和条形磁铁外部的磁感线相似，也是从北极出来，进入南极Ｗ.②螺线管内部的磁感线跟螺线管的轴线平行，方向由南极指向北极，并和外部的磁感线连接，形成闭合曲线.3.安培定则(1)判定直线电流的方向跟它的磁感线方向之间的关系时，安培定则表述为：用右手握住导线，让大拇指指向电流的方向，则弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向.(2)判定环形电流和通电螺线管的电流方向和磁感线方向之间的关系时要统一表述为：让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致，大拇指所指的方向就是环形电流或通电螺线管内部磁感线的方向(这里把环形电流看作是一匝的线圈).4.直线电流周围的磁感应强度的大小B∝IrＷ.5.通电螺线管的磁场B∝nIＷ.二、探究磁现象的本质1.安培分子电流假说在原子、分子等物质微粒的内部存在着一种环形电流——分子电流，分子的两侧相当于两个磁极.2.磁现象的电本质磁铁的磁场和电流的磁场是一样的，都是由电荷的运动产生的.根据安培假设的思想，认为磁场是由于运动电荷产生的，这种思想如果对地磁场也适用，而目前在地球上并没有发现相对地球定向移动的电荷，那么由此推断，地球应该带什么电呢？提示：根据地磁分布和安培定则知地球应带负电.三种常见电流磁场的特点学案导引1.谁发现电流周围存在磁场的？通过什么现象说明这一点？2.电流磁场和磁体磁场有区别吗？怎样判断电流磁场的方向？1.三种常见的电流的磁感线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，外部类似条形磁铁，由N极指向S极.(2)没有磁感线的地方，并不表示那里没有磁场存在，通过磁场中任一点总能而且只能画出一条磁感线.(3)图中的“×”号表示磁场方向垂直纸面向里，“·”号表示磁场方向垂直纸面向外.2.安培定则(右手螺旋定则)的应用方法(1)分清“因”和“果”：在判定直线电流磁场的方向时，大拇指指“原因”：电流方向；四指指“结果”：磁场绕向.在判定环形电流磁场方向时，四指指“原因”：电流绕向；大拇指指“结果”：环内沿中心轴线的磁感线方向，即指N极.(2)优先采用整体法：一个任意形状的电流(如三角形、矩形)的磁场，从整体效果上可等效为环形电流的磁场.再根据安培定则确定磁场的方向，即磁感线的方向.如图所示，甲、乙是直线电流的磁场，丙、丁是环形电流的磁场，戊、己是螺线管电流的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向.[思路点拨] 解答本题可按以下思路分析：[解析]根据安培定则，可以确定甲中电流方向垂直纸面向里，乙中电流的方向从下向上，丙中电流方向是逆时针，丁中磁感线的方向向下，戊中磁感线方向向左，已中磁感线的方向向右.[答案]应用安培定则时，关键要明确在直线电流、环形电流、通电螺线管的磁场中，弯曲的四指指向各代表什么方向，拇指指向各代表什么方向.1.(多选)下列所示各图中，小磁针的指向正确的是()解析：选ABD．小磁针N极受力方向是该点的磁感应强度方向，由安培定则及地磁场、条形磁铁、蹄形磁铁磁场分布可知选项A、B、D正确.探究磁现象的本质学案导引安培如何从分子电流的角度理解铁棒被磁化或被消磁的？1.安培分子电流假说内容安培认为，在原子、分子等物质微粒的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，分子的两侧相当于两个磁极，如图所示.2.安培假说对有关磁现象的解释(1)磁化现象：一根软铁棒，在未被磁化时，内部各分子电流的取向杂乱无章.它们的磁场互相抵消，对外不显磁性，当软铁棒受到外界磁场的作用，各分子电流取向变得大致相同时，两端显示较强的磁作用，形成磁极，软铁棒就被磁化了.(2)磁体的消磁：磁体在高温或猛烈敲击，即在激烈的热运动或机械运动影响下，分子电流取向又变得杂乱无章，磁体磁性消失.分子电流假说揭示了电和磁的本质联系.为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的.在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是()[思路点拨] 解此题的关键有两点：(1)地磁场的N极、S极与地理位置北极和南极的关系.(2)正确的应用安培定则.[解析]地磁场是从地理的南极附近出来，进入地理的北极附近，除两极外地表上空的磁场都具有向北的磁场分量，由安培定则，环形电流外部磁场方向向北可知，B正确.A图地表上空磁场方向向南，故A错误.C、D在地表上空产生的磁场方向是东西方向，故C、D错误.[答案] B2.(多选)用安培分子电流假说可以解释下列哪些现象()A．永久磁铁的磁场B．直线电流的磁场C．环形电流的磁场D．软铁棒被磁化的现象解析：选AD．安培分子电流假说是为解释磁体的磁现象而提出的，所以选项A、D是正确的.而通电导线周围的磁场是由其内部自由电荷定向移动形成的宏观电流产生的.分子电流和宏观电流虽然都是由运动电荷引起的，但产生的原因是不同的.典型问题——安培定则与力学知识的综合(多选)南极考察队队员在地球南极附近用弹簧测力计竖直悬挂一未通电螺线管，如图所示.下列说法正确的是()A．若将a端接电源正极，b端接电源负极，则弹簧测力计示数将减小B．若将a端接电源正极，b端接电源负极，则弹簧测力计示数将增大C．若将b端接电源正极，a端接电源负极，则弹簧测力计示数将增大D．不论螺线管通电情况如何，弹簧测力计示数均不变\x(\a\al(判断螺线管,的磁极方向))⇒判断地球磁场,在南极的方向)⇒判断弹簧测力计的示数变化Ｋ[解析]分析弹簧测力计示数是否变化或怎样变化，关键在于确定螺线管与地磁场之间的作用情况.一方面，可以将地球等效处理为一个大磁铁，地理南极相当于磁铁的N极，因而在南极附近地磁场方向近似竖直向上，如图所示.另一方面，可利用安培定则判定通电螺线管在周围产生的磁场方向，再根据“同名磁极相斥，异名磁极相吸”原理可判定螺线管与地磁场之间的作用情况，故正确选项为A、C．[答案]AC题干中的“在地球南极附近”是磁极的北极是解决本题的关键所在，如果忽略了这一点也必将忽略了地磁场的存在，从而找不到解答本题的思路.[随堂检测]1.(多选)关于安培分子电流假说的说法正确的是()A．安培观察到物质内部有分子电流存在就提出了假说B．为了解释磁铁产生磁场的原因，安培提出了假说C．事实上物体内部并不存在类似的分子电流D．根据后来科学家研究，原子内电子绕核旋转形成环形电流与安培分子电流假说相符解析：选BD．为了解释磁铁产生磁场的原因，安培提出了分子电流假说，安培提出分子电流假说时，人们还不知道物质内电子绕核高速旋转的微观结构，所以称为假说，根据后来科学家研究，原子内电子绕核旋转形成环形电流与安培分子电流假说相符，选项B、D正确.2.(多选)如图所示为电流产生磁场的磁感线分布图，正确的图是()解析：选AD．A图中电流方向向上，由右手螺旋定则可得磁场为逆时针(从上向下看)，故A正确；B图中电流方向向下，由右手螺旋定则可得磁场为顺时针(从上向下看)，故B错误；C图中电流为环形电流，由右手螺旋定则可知，内部磁场应向右，故C错误；D图中根据图示电流方向，由右手螺旋定则可知，内部磁感线方向向右，故D正确.3.如图所示，圆环上带有大量的负电荷，当圆环沿顺时针方向转动时，a、b、c三枚小磁针都要发生转动，以下说法正确的是()A．a、b、c的N极都向纸里转B．b的N极向纸外转，而a、c的N极向纸里转C．b、c的N极都向纸里转，而a的N极向纸外转D．b的N极向纸里转，而a、c的N极向纸外转解析：选B．由于圆环带负电荷，故当圆环沿顺时针方向转动时，等效电流的方向为逆时针，由安培定则可判断环内磁场方向垂直纸面向外，环外磁场方向垂直纸面向里，磁场中某点的方向，即是放在该点的小磁针静止时N极的指向，所以b的N极向纸外转，a、c的N极向纸里转.4.(多选)对于通电螺线管，下列说法正确的是()A．通电螺线管表现出来的磁性相当于条形磁铁，一端相当于N极，另一端相当于S极B．通电螺线管外部的磁感线也是从N极出来，进入S极的C．通电螺线管内部的磁感线与螺线管轴线平行，由S极指向N极D．把小磁针放在通电螺线管内，小磁针静止时，小磁针的N极指向螺线管的S极解析：选ABC．通电螺线管表现出来的磁性相当于条形磁铁，其性质与条形磁铁相同，螺线管的磁感线在外部由N极指向S极，在内部由S极指向N极，在螺线管内部，小磁针N 极方向指向螺线管的N极.5.如图所示，ABCD是一环形导线，在C、D处用导线与直导线ab接通，图中标出了环形电流的磁感线方向，则可知A、B两端中接电源正极的是端，放在ab下方的小磁针极将转向纸外.解析：环形导线内的磁场为AC、BD上电流形成的合磁场，由安培定则可知，电流方向如图所示，则接电源正极的是B端，放在ab下方的小磁针N极转向纸外.答案：B N[课时作业]一、单项选择题1.在做“奥斯特实验”时，下列操作中现象最明显的是()A．沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的延长线上B．沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的正下方C．电流沿南北方向放置在磁针的正上方D．电流沿东西方向放置在磁针的正上方解析：选C．把导线沿南北方向放置在地磁场中处于静止状态的磁针的正上方，通电时磁针发生最明显的偏转，因为这种情况下电流的磁场方向和地磁场方向恰好垂直.2.在同一平面内有四根彼此绝缘的通电直导线，如图所示，四导线中电流I1＝I3＞I2＞I4，要使O点磁场增强，则应该()A．切断I1B．切断I2C．切断I3D．切断I4解析：选D．从图中可得I1、I3、I2在O点产生的磁感应强度的方向都为垂直纸面向里，而I4在O点产生的磁感应强度方向为垂直纸面向外，故要使O点磁场增强，则应该切断I4，D正确.3.指南针静止时，其位置如图中虚线所示，若在其上方放置一水平方向的导线，并通以恒定电流，则指南针转向图中实线所示位置，据此可能是()A．导线南北放置，通有向北的电流B．导线南北放置，通有向南的电流C．导线东西放置，通有向西的电流D．导线东西放置，通有向东的电流解析：选B．若导线南北放置，通有向北的电流，根据安培定则可知，小磁针N极将向西偏转，与图中实线所示位置相反，故A错误；导线南北放置，通有向南的电流时，根据安培定则可知，小磁针N极将向东偏转，可转向图中实线所示位置，故B正确；导线东西放置，通有向西的电流，根据安培定则可知，小磁针N极将向南偏转，故C错误；导线东西放置，通有向东的电流，根据安培定则可知，小磁针N极不偏转，故D错误.4.把小磁针放在环形电流中央，通以如图所示顺时针方向电流，则小磁针N极指向为()A．水平向左B．垂直环形电流所在平面向里C．水平向右D．垂直环形电流所在平面向外解析：选B．通电时，据安培定则得出环形线圈的前面是S极、后面是N极，故其磁感线的方向：环形线圈外面是垂直于纸面向外，环形线圈里面是垂直纸面向里，而小磁针静止时的N极指向与线圈的磁感线的方向是一致的，所以垂直环形电流所在平面向里，故B正确.5.一根电缆埋藏在一堵南北走向的墙体中，在墙的西侧放一指南针时，它的指向刚好比原来旋转180°.由此可以判定，这根电缆中电流的方向是()A．可能是向北B．可能是竖直向下C．可能是向南D．可能是竖直向上解析：选D．指南针静止时N极指北，在电缆产生的磁场作用下比原来旋转180°，即此时N极指南，可知此处的磁场方向向南，根据安培定则只有D正确.6.下列所说的情况中，不可能的是()A．一环形电流产生的磁场，环内的磁感线与环外的磁感线数目相等B．电流产生的磁场比磁极产生的磁场强C．磁感线在空间某处中断D．某两处的磁感线疏密一样解析：选C．磁感线是闭合的，所以环形电流环内与环外的磁感线数目应该是相等的；电流产生的磁场和磁极产生的磁场大小没有必然联系，电流产生的磁场有可能比磁极产生的磁场强；但磁感线是闭合的，它不可能在空间某处中断；磁感线疏密一样说明磁场强度大小相等，这也是有可能的.7.如图所示为一种利用电磁原理制作的充气泵的结构示意图，其工作原理类似打点计时器，当电流从电磁铁的接线柱a流入，吸引小磁铁向下运动时，以下选项中正确的是()A．电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为N极B．电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为S极C．电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为S极D．电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为N极解析：选D．当电流从a端流向电磁铁时，据安培定则可确定电磁铁的上端为S极，此时能吸引小磁铁向下运动，故说明小磁铁的下端为N极.8.如图所示，a、b两根垂直纸面的直导体通有等值的电流，两导线旁有一点P，P点到a、b距离相等，要使P点磁场方向向右，则a、b中电流的方向() A．向纸外B．向纸里C．a中电流向纸外；b中向纸里D．a中电流向纸里；b中向纸外解析：选C．要使P点磁场向右，应使a中电流的磁场垂直aP斜向上，使b中电流的磁场垂直bP斜向下，根据安培定则知a中电流向纸外，b中电流向纸里，故答案为C．二、多项选择题9.如图所示是云层之间闪电的模拟图，图中B、A是位于南、北方向带有电荷的两块阴雨云，在放电的过程中在两云的尖端之间形成了一个放电道，发现位于通道正上方的小磁针N极转向纸里，S极转向纸外，则关于A、B的带电情况，下列说法中正确的是()A．带同种电荷B．带异种电荷C．B带正电D．A带正电解析：选BD．云层间闪电必须发生在异种电荷之间，故B对；在云层间放电时，形成的强电场和高温将空气电离成正离子和负离子，并在强电场的作用下做定向移动，形成电流.由题意知，从南往北看，磁场是逆时针的，根据安培定则可以判断电流是从A流向B的，故可知A带正电，B带负电，所以D选项正确.10.如图所示，一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的上方，并与小磁针的指向平行，能使小磁针的N极转向读者，那么这束带电粒子可能是()A．向右飞行的正离子束B．向左飞行的正离子束C．向右飞行的负离子束D．向左飞行的负离子束解析：选BC．小磁针的N极转向读者，说明小磁针所在处的磁场方向指向读者，由安培定则可确定出带电粒子形成的电流方向向左，而向左的电流可能是由向左飞行的正离子束形成，也可能是由向右飞行的负离子束形成，故选项B、C正确.三、非选择题11.一块没有标明南、北极的小磁针，你能想办法判断它的磁极吗？(1)A同学用一个已知磁性的小磁针，立刻得出了结果.你知道他是怎样得出的吗？(2)B同学设计了这样一个方案：他将小磁针固定在小塑料盘中，然后放在水中.他的结论也是正确的，你能说出他利用了什么原理吗？解析：(1)A同学利用磁体磁极间的相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引.(2)B同学利用了地磁场的影响，地理的南极为地磁的北极，地理的北极为地磁的南极.小磁针指地理南极的一端一定是小磁针的S极，指地理北极的一端一定是小磁针的N极.答案：见解析12.如图所示，在甲、乙之间用两条导线连一个直流电路，将小磁针放在两导线之间时，N极向读者偏转，接在A与B间的电压表向B接线柱一侧偏转(此电压表指针总偏向电流流进时的一侧)，由此判断甲、乙两处哪处是电源，哪处是负载？解析：小磁针N极向读者偏转，可判断小磁针所在处磁场方向向外，由安培定则知，上面的导线中的电流由乙处流向甲处，由电压表指针的偏转方向可知，电压表中的电流由B流向A，即B端电势高.综上所述，乙处一定是电源，甲处一定是负载.答案：乙处是电源甲处是负载。
高中物理选修31沪科版课件：5.1 磁与人类文明 (共18张PPT)
一次航行美洲时才发现了地磁偏角,比沈括的发现晚了约四百年,所以选项
A、B、D 正确。
答案:ABD
一
二
三
二、我们生活在天然磁场——地磁场中
1.地磁场
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。如图所示。
• You have to believe in yourself. That's the secret of success. 人必须相信自己，这是成功的秘诀。
•
一
二
三
三、形形色色的磁性材料
1.磁化与退磁
(1)磁化:使磁性材料获得磁性的过程叫磁化。任何物质在外磁场中都
能或多或少地被磁化。
(2)退磁:磁性材料被磁化后,在一定条件下失去磁性的过程。
•10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。2021/9/152021/9/152021/9/159/15/2021 6:59:05 AM
•11、只有让学生不把全部时间都用在学习上，而留下许多自由支配的时间，他才能顺利地学习……（这）是教育过程的逻辑。2021/9/152021/9/152021/9/15Sep-2115-Sep-21
能工作。
答案:AD
1
2
3
4
5
)
5.(多选)以下说法中正确的是(
A.只有两个磁铁相互接触时,才能发生相互作用
B.把一根条形磁铁从中间折断,则被分开的两部分只有 N 极或 S 极
C.极光现象与地球的磁场有关
D.人们用来代步的电动自行车中存在磁体
解析:磁铁的周围存在一种特殊的物质——磁场,磁铁间不接触时也可以通
沪科版选修3-1 5.1 磁与人类文明 学案
5.1磁与人类文明指南针是我国古代四大发明之一||，我国古人利用磁石指向南北的特性发明了指示方向的司南||，在古代这种器具称为“杓”||。
指南针的发明||，促进了人类文明的传播||，使航海事业得到了发展||。
2．我们生活在天然磁场——地磁场中地球周围存在着磁场||，这个磁场叫做地磁场||。
它的N极位于地理南极附近||，S极位于地理北极附近||。
用一个能自由转动的小磁针观察地磁场方向时||，可以看到它的磁极一般并不指向地理的正南北方向||，水平放置的小磁针的指向跟地理子午线之间的夹角叫做磁偏角||。
地球表面任一点的地磁场方向跟水平方向之间的夹角叫做磁倾角||。
预习交流1根据图||，分析指南针为什么能够指南？答案：地球本身是一个巨大的磁体||，地球周围存在着磁场||，这个磁场叫做地磁场||。
指南针在地磁场的作用下根据同名磁极相斥||，异名磁极相吸的原理发生偏转而指示方向||。
3．形形色色的磁性材料(1)磁化：人们通过人工方法使磁性材料获得磁性的过程||。
(2)退磁：磁性材料被磁化后||，在一定条件下会失去磁性||，这个过程叫做退磁或去磁||。
(3)磁性材料的分类：根据磁性材料被磁化后退磁的难易程度分为软磁性材料和硬磁性材料||。
磁化后容易退磁的物质叫做软磁性材料||，不容易退磁的物质叫做硬磁性材料||。
预习交流2大家都有这样的体会||，当你把一段没有磁性的铁片放在磁铁上||，然后拿铁片与小铁钉靠近||，发现铁片将吸引小铁钉||，试分析这其中的道理||。
答案：这种现象叫磁化||，即铁片靠近磁铁时||，铁片内部的电子旋转方向在磁铁的磁场作用下||，由杂乱无章的无规则旋转变为有序旋转||，使铁片显出磁性||。
一、地磁场(1)磁场是一种物质吗？为什么？(2)地球周围存在着磁场||，这个磁场叫做地磁场||，试探究地磁场有什么特点||。
答案：(1)磁场和电场一样也是物质||，但它与其他常见的物质不同；磁场是磁体、电流和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||。
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5.1磁与人类文明、5.2怎样描述磁场1.了解我国古代在磁方面的成就，知道地磁场及认识各种磁性材料.2.知道磁感线的定义，知道条形磁体的磁感线分布及磁感线的特点.(重点)3.知道磁通量是定量描述磁场的物理量，知道磁通量的概念，并会进行计算.(重点)4.了解磁感应强度，知道其方向的规定.(重点、难点)一、改变人类活动的发明指南针是我国古代四大发明之一，我国古人利用磁石指向南北的特性发明了指示方向的司南，在古代这种器具称为“指南针”.指南针的发明，促进了人类文明的传播，使航海事业得到了发展.二、地磁场及磁性材料1.地磁场(1)定义：地球周围存在磁场，这个磁场叫地磁场Ｗ.(2)地理南北极与地磁南北极的关系：指南针在静止时沿地球南北取向，这表明地球是一个大磁体.地磁的N极(北极)位于地理的南极附近，地磁的S极(南极)位于地理的北极附近.(3)磁偏角地磁的两极跟地理的两极并不重合，地磁轴和地球自转轴两者的夹角约为11°，因而水平放置的磁针的指向跟地理子午线之间有一个交角，这个交角叫做磁偏角Ｗ.2.形形色色的磁性材料(1)磁化：人们通过人工方法使磁性材料获得磁性的过程.(2)退磁：磁性材料被磁化后，在一定条件下会失去磁性，这个过程叫做退磁或去磁Ｗ.(3)磁性材料的分类根据磁性材料被磁化后退磁的难易程度分为软磁性材料和硬磁性材料Ｗ.磁化后容易退磁的物质叫做软磁性材料，不容易退磁的物质叫做硬磁性材料Ｗ.(4)计算机磁盘及磁盘驱动器计算机磁盘是在盘片上均匀地涂上一层极薄的磁性材料构成的，盘片是软塑料薄膜的叫软盘，盘片是硬的铝片或陶瓷片的叫硬盘Ｗ.盘片按指定格式被磁化，就成了能保存信息的磁盘.三、磁场的描述1.磁场的形象描述(1)实验观察磁感线的分布 ①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，每一点的切线方向都在该点磁场的方向上. ②磁感线的疏密表示磁场的强弱Ｗ. ③磁感线不相交、不相切、不中断、是闭合曲线；在磁体外部，从N 极指向S 极；在磁体内部，由S 极指向N 极Ｗ.(2)匀强磁场 磁感应强度大小、方向处处相同的磁场叫匀强磁场，匀强磁场的磁感线是一些间距相同的平行直线.1.在用实验观察时，细铁屑的分布是磁感线吗？提示：不是.2.磁场的定量描述(1)磁通量①定义：设在匀强磁场中有一个与磁感线方向垂直的平面，若穿过该平面的磁感线有Φ条，我们就称穿过这个平面的磁通量为Φ.②单位：韦伯，简称韦，符号是Wb Ｗ.1 Wb ＝1 T ·m 2③磁通量是标量，但有正负.(2)磁感应强度①定义：垂直穿过某单位面积上的磁通量叫做磁感应强度.②定义式：B ＝ΦS. ③单位：特斯拉，简称特Ｗ.符号是T Ｗ.1 T ＝1 Wb m 2④磁感应强度是矢量，自由小磁针静止时N 极所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向，简称为磁场的方向.2.穿过某一面积的磁感线条数越多，该处的磁场就越强吗？提示：不一定，穿过某面积的磁感线条数不仅和磁感应强度有关还与该面的放置方式有关.对地磁场的认识学案导引1.指南针指南的原因是什么？2.地磁场的分布和条形磁铁形成的磁场一样吗？1.地磁场：地球本身是一个磁体，附近存在的磁场叫地磁场，地磁的南极在地球北极附近，地磁的北极在地球南极附近，磁感线分布如图所示.2.地磁场的分布特点(1)地磁体周围的磁场分布：与条形磁铁周围的磁场分布情况相似.(2)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.(3)在赤道正上方，距离地球表面高度相等的各点，磁场的强弱相同，且方向水平向北.(4)在南半球，地磁场方向指向北上方；在北半球，地磁场方向指向北下方.3.指南针指南的原因地球的磁场很弱，其表面的磁场比一条小磁铁近旁的磁场弱得多，然而，能自由旋转的小磁针已显示出地磁场对它的作用，指南针正是利用这一原理制成的.人们使用指南针以防止旅游、探险时迷路.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球的北极；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．②③④C．①⑤D．②③[思路点拨] 解决此类问题应先明确地磁场的分布特点及地球表面各处地磁场的方向.[解析]本题考查地磁场的特点与分布，地磁场与条形磁铁的磁场相似，主要有三个特点：(1)地磁场的N极在地理南极附近，S极在地理北极附近，磁感线分布如图所示.(2)在磁场B的水平分量(B x)总是从地理南极指向北极，而竖直分量(B y)则南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下.(3)在赤道平面上，距离地球表面相等的各点，磁感应强度相等，且方向水平向北.故正确答案为D．[答案] D本题易误认为①⑤也正确，误认为①正确的原因是受“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”的影响，简单套用这一结论而不理解指南针指南北的原理.误认为⑤正确的原因是不清楚地磁场的分布情况.以后在解决此类问题时应弄清物理现象的原理，指南针的指向取决于指南针所处位置的磁场方向，其N极指向该处磁场方向，地磁场由南向北，其方向并非与地面平行，所以小磁针的南极指向地球南方.1.关于地磁场下列说法中正确的是()A．地理位置的南、北极即为地磁场的南、北极B．在赤道上的小磁针的N极在静止时指向地理南极C．在赤道上的小磁针的N极在静止时指向地理北极D．地磁场在地表附近某处有两个分量，水平分量指向地理的北极附近，竖直分量一定竖直向下解析：选C．根据地磁场的特点可知：地理北极附近为地磁场南极，地理南极附近为地磁场北极，但并不重合，A错误；小磁针由于受到地磁场的作用，静止时，N极总指向地理北极，B错误，C正确；在赤道正上方，地磁场方向水平向北，在南半球地磁场的竖直分量向上，在北半球竖直分量向下，D错误.对磁感线的进一步理解学案导引1.磁感线就是磁体周围的磁场吗？2.如何用磁感线说明磁场的特点？1.对磁感线的理解(1)磁感线是为了形象地研究磁场而假想的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线.(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线较密的地方磁场较强，磁感线较疏的地方磁场较弱.(3)磁场中某一点，磁感线的方向、磁场的方向和小磁针静止时N极所指的方向，三者是一致的.(4)任意两条磁感线不能相交，也不能相切.(5)没有画磁感线的地方，并不表示那里没有磁场的存在.通过磁场中的任意一点总能而且只能画出一条磁感线.(6)磁场中的任意一条磁感线都是闭合曲线.2.磁感线与电场线的比较比较项目磁感线电场线相似点意义用来形象地描述磁场方向和强弱而假想的线用来形象地描述电场方向和强弱而假想的线方向某点的切线方向为磁场方向，也是小磁针N极的受力方向某点的切线方向为电场方向，也是正电荷受电场力的方向疏密表示磁场强弱表示电场强弱特点在空间不相交在空间不相交不同点闭合曲线始于正电荷或无穷远处，止于负电荷或无穷远处，不是闭合曲线强弱——线的疏密；方向的唯一性——空间任一点场线不相交.(2)从两种场的区别理解两种场线的区别：电场——正负电荷分离——电场线有始、终(不闭合)；磁场——N、S极不分离——磁感线闭合.(3)在没有画磁感线的地方，并不表示没有磁场存在.(4)若多个磁体或电流的磁场在空间某区域叠加，磁感线描述的是叠加后的磁场的磁感线分布情况，不能认为该区域有多条磁感线相交.关于磁场、磁感线，下列说法正确的是()A．磁场并不是真实存在的，而是人们假想出来的B．磁铁周围磁感线的形状，与铁屑在它周围排列的形状相同，说明磁场呈线条形状，磁感线是磁场的客观反映C．磁感线可以用来表示磁场的强弱和方向D．磁感线类似电场线，它总是从磁体的N极出发，至S极终止[思路点拨] 解此题要注意两点：(1)磁场的物质性(2)磁感线的特点及用途[解析]磁针放在磁体的周围受到力的作用，说明磁体在周围空间产生了磁场，磁场是一种客观物质，由此可知选项A是错误的；人们为了形象地描绘磁场，用图形——磁感线将抽象的磁场描绘出来，磁感线是假想的曲线，客观上并不存在，铁屑在磁场中被磁化为小磁针，在磁场的作用下转动，最终规则地排列起来，显示出磁感线的分布特点，并非磁场的客观反映.电流的磁场和磁体的磁场的磁感线都是闭合曲线，在磁体外从N极到S极，在磁体内从S 极到N极，而电场线从正电荷出发到负电荷终止，不闭合.由此可知选项B、D是错误的，选项C正确.[答案] C用磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，它是一种理想化模型，并不真正存在.由于磁体的N极和S极是不可分离的，所以磁感线总是闭合的曲线，可以这样理解和记忆：磁感线——N、S极不可分离——磁感线闭合.2.关于磁感线的说法，正确的是()A．磁感线总是从N极出发，终止于S极B．磁感线是客观存在的、肉眼看不见的曲线C．磁感线上任一点的切线方向表示该点磁场的方向，磁感线的疏密程度表示磁场的强弱D．磁感线就是磁场中铁粉排列成的曲线解析：选C．磁感线是闭合不相交的、假想的、实际不存在的线.是为了形象描述磁场而引入的线.故选C．磁通量和磁感应强度学案导引1.磁通量是如何定量描述磁场的？磁通量和磁感线间有什么关系？2.磁通量越大，磁场就越强吗？磁场的方向能用磁通量表示吗？1.对磁通量的理解(1)关于磁通量也可以这样定义：在匀强磁场中，磁感应强度B与垂直磁场的面积S的乘积，叫做穿过这个面积的磁通量.(2)若平面与磁场垂直Φ＝BS.若平面与磁场不垂直①Φ＝BS cos α(α为S与垂直于B的平面间的夹角)②Φ＝BS sin θ(θ为B与平面间的夹角)由此可见，在计算磁通量时一定要注意α、θ角的位置.(3)磁通量虽然是标量，但有正、负，若规定磁感线从某一侧穿入平面时为正值，则从该侧穿出平面为负值.从两个相反方向穿过某一平面的磁通量可相互抵消.(4)在匀强磁场B中，若磁感线与平面不垂直，公式Φ＝BS中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积.如图所示，在水平方向的匀强磁场中，平面abcd与垂直于磁感线方向的平面的夹角为θ，则穿过面积abcd的磁通量应为Φ＝B·S cos θ.S cos θ即为面积S在垂直于磁感线方向的投影，我们称之为“有效面积”.若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁感线条数为Φ1，反向磁感线条数为Φ2，则磁通量等于穿过平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和)，即Φ＝Φ1－Φ2.2.磁感应强度的理解(1)磁感应强度是定量描述磁场强弱的物理量，其作用相当于用电场强度描述电场.磁场中穿过垂直于磁感线的单位面积的磁感线条数等于该处的磁感应强度.(2)磁感应强度越大的地方，磁感线越密集.(3)磁场中某点的磁感应强度的大小取决于磁场本身，与其他因素无关.(4)磁感应强度有方向，其方向也就是该处的磁场方向，与该处的磁感线的切线方向相同，也与放在该处的小磁针的N 极的受力方向相同.一边长为10 cm 的正方形线圈放在匀强磁场中，当线圈平面与磁场方向成30°角时，若通过线圈的磁通量为2.5×10－3 Wb ，则该磁场的磁感应强度B 为多少？[思路点拨][解析] 线圈垂直于磁场方向的面积S ＝L 2sin 30°＝0.1×0.1×12 m 2＝5×10－3m 2，则B ＝ΦS ＝2.5×10－35×10－3T ＝0.5 T. [答案] 0.5 T利用公式B ＝ΦS进行计算时，必须明确B 与S 垂直的前提，若不垂直时可采用两种方法处理：(1)将面积S 向垂直磁场方向投影.(2)将磁感应强度B 进行分解，利用与面积垂直的磁感应强度的分量.3.关于磁通量，下列说法中正确的是( )A ．磁通量不仅有大小而且有方向，所以是矢量B ．磁通量越大，磁感应强度越大C ．通过某一平面的磁通量为零，该处磁感应强度不一定为零D．磁通量就是磁感应强度解析：选C．磁通量是标量，没有方向，故A不对.由Φ＝BS知Φ是由B和S两个因素决定，Φ越大，有可能是由于S较大造成的，所以，认为磁通量越大，磁感应强度越大是错误的，由Φ＝BS⊥知，当线圈平面与磁场平行时，S⊥＝0，Φ＝0，但磁感应强度B不为零，故C对，磁通量和磁感应强度是两个不同的物理量，故D不对.典型问题——磁感应强度的叠加磁感应强度是矢量，当空间存在几个磁体(或电流)时，每一点的磁场为各个磁体(或电流)在该点产生磁场的矢量和.磁感应强度叠加时遵循平行四边形定则.如图所示，两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流.A、O、B在M、N的连线上，O为MN的中点，C、D 位于MN的中垂线上，且A、B、C、D到O点的距离均相等.关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是()A．O点处的磁感应强度为零B．A、B两点处的磁感应强度大小相等，方向相反C．C、D两点处的磁感应强度大小相等，方向相同D．A、C两点处的磁感应强度的方向不同[解析]根据安培定则判断：两直线电流在O点产生的磁场方向垂直于MN向下，O点的磁感应强度不为0，故选项A错误；A、B两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，故选项B错误；根据对称性，C、D两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，故选项C正确；A、C两点处的磁感应强度方向相同，故选项D错误.[答案] C(多选)如图所示，两根平行长直导线相距2l，通有大小相等、方向相同的恒定电流，a、b、c是导线所在平面内的三点，左侧导线与它们的距离分别为l2、l和3l.关于这三点处的磁感应强度，下列判断正确的是()A．a处的磁感应强度大小比c处的大B．b、c两处的磁感应强度大小相等C．a、c两处的磁感应强度方向相同D．b处的磁感应强度为零解析：选AD ．磁感应强度为矢量，由安培定则可判断每根导线在其左侧产生的磁场方向向里，在其右侧产生的磁场方向向外.因导线中电流相等，每条导线在离导线越近处产生的磁场越强，故B a >B c ，选项A 正确.而b 处因两根导线产生的磁感应强度大小相等，方向相反，故b 处磁感应强度为零，选项D 正确.[随堂检测]1.指南针是我国古代四大发明之一，东汉学者王充在《论衡》一书中描述的“司南”是人们公认的最早的磁性定向工具，关于指南针能指示南北方向是由于( )A ．指南针的两个磁极相互吸引B ．指南针的两个磁极相互排斥C ．指南针能吸引铁、钴、镍等物质D ．地磁场对指南针的作用解析：选D ．用指南针指示方向，是由于地球本身是一个大磁体，地球的磁场对磁体产生力的作用，地球的南极在地磁的N 极附近，地球的北极在地磁的S 极附近，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，故指南针指示南北方向，因此选项D 正确，A 、B 、C 错误.2.雪龙号南极科考船从南极出发，赴澳大利亚海域附近参与MH370搜寻工作，若沿途不断测量地磁场的强弱和方向，测量结果可能是( )A ．地磁场的大小一直不变，磁场方向始终沿正南、正北方向B ．地磁场的大小不断变化，磁场方向始终沿正南、正北方向C ．地磁场的大小一直不变，磁场的方向与正南、正北方向间有一较小的偏角D ．地磁场的大小不断变化，磁场的方向与正南、正北方向间有一较小的偏角解析：选D ．磁极附近磁场最强，故磁场大小不断变化.地磁场N 极在地理南极附近，但不重合，故D 正确.3.(多选)关于磁通量，下列说法中正确的是( )A ．穿过某个平面的磁通量为零，该处磁感应强度一定为零B ．穿过任何一个平面的磁通量越大，该处磁感应强度一定越大C ．匝数为N 的线圈放在磁感应强度为B 的匀强磁场中，线圈面积为S ，且与磁感线垂直，则穿过该线圈的磁通量为BSD ．穿过垂直于磁感应强度方向的某一个平面的磁感线的数目等于穿过该面的磁通量的绝对值解析：选CD ．公式B ＝ΦS的应用条件是B ⊥S ，当B 与S 不垂直时，B 或S 取有效值.当B 与S 平行时，Φ＝0，但B 不一定等于0，所以A 、B 错.Φ＝BS 与线圈的匝数无关，只与线圈面积和磁感应强度有关，所以C 对.穿过垂直于磁感线方向平面的磁感线的条数为穿过此平面的磁通量，故D对.4.(多选)关于磁感线的性质和概念，下列说法正确的是()A．磁感线上各点的切线方向就是各点的磁感应强度的方向B．磁场中任意两条磁感线均不相交C．铁屑在磁场中的分布曲线就是磁感线D．磁感线总是从磁体的N极指向S极解析：选AB．磁感应强度的方向就是磁场的方向，磁感线的切线方向就是磁场方向，因此选项A是正确的；两条磁感线相交就说明在两线相交处有两个切线方向，即两个磁感应强度方向，这是不可能的，磁场中某点磁感应强度是唯一确定的，磁感应强度的方向也只有一个，因此两条磁感线不能相交，选项B是正确的.磁感线是为形象描述磁场的磁感应强度分布而假想的一组曲线，不是真实存在的，但铁屑的分布曲线只能证明磁感线描述磁场的方法是正确的，而铁屑不是磁感线，选项C是错误的.在通电螺线管内部，在条形磁体内部的磁感线应是从S极指向N极，选项D错误.5.如图所示，有一个垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B＝0.8 T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为1.0 cm.现在纸面内先后放上圆线圈，圆心均在O处，A线圈半径为1.0 cm，10匝；B线圈半径为2.0 cm，1匝；C线圈半径为0.5 cm，1匝.问：(1)在B减为0.4 T的过程中，A和B中磁通量各改变多少？(2)在磁场方向转过30°角的过程中，C中的磁通量改变多少？解析：(1)A线圈半径为1.0 cm，正好和圆形磁场区域的半径相等，而B线圈半径为2.0 cm，大于圆形磁场区域的半径，但穿过A、B线圈中的磁感线的条数相等，因此在求通过B线圈中的磁通量时，面积S只能取圆形磁场区域的面积.设圆形磁场区域的半径为R，改变前线圈磁通量Φ1＝B1πR2，改变后线圈磁通量Φ2＝B2πR2，对线圈A，磁通量的改变量：ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×(1.0×10－2)2 Wb＝1.256×10－4Wb，对线圈B，磁通量的改变量：ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×(1.0×10－2)2 Wb＝1.256×10－4Wb.(2)原图中线圈平面与磁场方向垂直，若用公式Φ＝BS sin θ求磁通量，此时θ1＝90°；当磁场方向转过30°角时，磁场方向与线圈平面之间的夹角为θ2＝60°.对线圈C：设C线圈的半径为r，Φ1＝Bπr2sin θ1，Φ2＝Bπr2sin θ2，磁通量的改变量：ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝Bπr2(sin 90°－sin 60°)≈0.8×3.14×(5×10－3)2×(1－0.866) Wb≈8.4×10－6 Wb.答案：(1)ΔΦA＝1.256×10－4 WbΔΦB＝1.256×10－4 Wb(2)ΔΦC＝8.4×10－6 Wb[课时作业]一、单项选择题1.地球是一个大磁体，它的磁场分布情况与一个条形磁铁的磁场分布情况相似，以下说法正确的是()A．地磁场的方向是沿地球上经线方向的B．地磁场的方向是与地面平行的C．地磁场的方向是从北向南的D．在地磁南极上空，地磁场的方向是竖直向下的解析：选D．地理南北极与地磁南北极不重合，所以地磁场方向与经线有夹角即磁偏角；地磁场方向不与地面平行，它们之间的夹角称为磁仰角；在地磁极附近，磁场方向与地面是垂直的.2.磁性水雷是用一个可绕轴转动的小磁针来控制起爆电路的，军舰被地磁场磁化后就变成了一个浮动的磁体，当军舰接近磁性水雷时，就会引起水雷的爆炸，其依据是() A．磁体的吸铁性B．磁极间的相互作用规律C．电荷间的相互作用规律D．磁场对电流的作用原理解析：选B．军舰已被磁化，是小磁针与磁化的军舰发生作用，故属于磁极间的相互作用，B正确.3.现有甲、乙两根钢棒，当把甲的一端靠近乙的中部时，没有力的作用；而把乙的一端靠近甲的中部时，二者相互吸引，则()A．甲有磁性，乙无磁性B．甲无磁性，乙有磁性C．甲、乙均无磁性D．甲、乙均有磁性解析：选B．条形磁体两端磁性最强，中部磁性最弱，当甲的一端对乙中部没有吸引力，说明甲一定没有磁性，但不能判定乙是否有磁性，而乙的一端对甲中部有吸引力，则可判定乙有磁性，故选B．4.一平面线圈用细杆悬于P点，开始时细杆处于水平位置，释放后让它在如图所示的匀强磁场中运动.已知线圈平面始终与纸面垂直，当线圈第一次通过位置B和位置C的过程中，下列对磁通量变化判断正确的是()A．一直变大B．一直变小C．先变大后变小D．先变小后变大解析：选C．由题图可知，线圈由A经过B到C的过程中，线圈垂直磁场方向的面积先增大后减小，通过线圈的磁通量为Φ＝BS，可见通过线圈的磁通量先变大后变小.5.如图所示，在条形磁铁外套有A、B两个大小不同的圆环，穿过A环的磁通量ΦA与穿过B环的磁通量ΦB相比较()A．ΦA>ΦBB．ΦA<ΦBC．ΦA＝ΦBD．不能确定解析：选A．分别画出穿过A、B环的磁感线的分布如图所示，磁铁内的磁感线条数与其外部磁感线条数相等.通过A、B环的磁感线条数应该这样粗略计算，用磁铁内的磁感线总条数减去磁铁外每个环中的磁感线条数(因为磁铁内、外磁感线的方向相反).很明显，磁铁外部的磁感线通过B环的条数比A环的多，故B环中剩下的磁感线比A环剩下的磁感线条数少，故ΦA>ΦB，故A 对，B、C、D都错.6.一磁感应强度为B的匀强磁场方向水平向右，一面积为S的矩形线圈abcd如图所示放置，平面abcd与竖直方向成θ角，将abcd绕ad轴转180°角，则穿过线圈平面的磁通量的变化量是()A．0 B．2BSC．2BS cos θD．2BS sin θ解析：选C．线圈在图示位置时，磁通量为：Φ1＝BS cos θ线圈绕ad轴向下转过180°时，磁通量为：Φ2＝－BS cos θ所以该过程中，通过线圈的磁通量的变化量为：ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|－2BS cos θ|＝2BS cos θ.二、多项选择题7.关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是()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，也是一种客观存在的物质B．磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致C．磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止的D．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的解析：选AB．条形磁铁内部磁感线从S极到N极，C不正确，磁感线是为了形象描述磁场而假设的一组有方向的闭合的曲线，实际上并不存在，所以选项D不正确；磁场是一种客观存在的物质，所以选项A正确；磁感线上每一点切线方向表示磁场方向，磁感线的疏密表示磁场的强弱，小磁针静止时N极受力方向和N极指向均为磁场方向，所以选项B正确.。