高中物理 第三章 第1节 磁现象和磁场学案(含解析)新人教版选修3-1-新人教版高二选修3-1物理学

磁现象和磁场1.磁体是具有磁性的物体，磁体有N、S两个极，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。

2．奥斯特发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系。

3．磁场是一种特殊的物质，它对放入其中的磁体、电流有力的作用。

4．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。

5．火星上没有一个全球性的磁场，所以指南针在火星上不能工作。

一、磁现象及电流的磁效应1．磁现象(1)磁性：物质具有吸引铁质物体的性质叫磁性。

(2)磁体：天然磁石和人造磁铁都叫做磁体。

(3)磁极：磁体的各部分磁性强弱不同，磁性最强的区域叫磁极。

能够自由转动的磁体，静止时指南的磁极叫做南极(S极)，指北的磁极叫做北极(N极)。

(4)磁极间相互作用规律：自然界中的磁体总存在着两个磁极，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。

2．电流的磁效应(1)奥斯特实验：把导线沿南北方向放置在指向南北的磁针上方，通电时磁针发生了转动。

(2)意义：奥斯特实验发现了电流的磁效应，即电流可以产生磁场，首先揭示了电与磁的联系。

二、磁场1．磁体、电流间的相互作用(1)磁体与磁体间存在相互作用。

(2)通电导线对磁体有作用力，磁体对通电导线也有作用力。

(3)两条通电导线之间也有作用力。

2．磁场(1)定义：磁体与磁体之间，磁体与通电导线之间，以及通电导线与通电导线之间的相互作用，是通过磁场发生的，磁场是磁体或电流周围一种看不见、摸不着的特殊物质。

(2)基本性质：对放入其中的磁体或通电导线有力的作用。

三、地球的磁场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。

自由转动的小磁针能显示出地磁场的方向，这就是指南针的原理。

2．磁偏角小磁针的指向与正南方向之间的夹角。

3．太阳、月亮、其他行星等许多天体都有磁场。

1．自主思考——判一判(1)奥斯特实验说明了磁场可以产生电流。

(×)(2)天然磁体与人造磁体都能吸引铁质物体。

(√)(3)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。

(×)(4)地磁场能使小磁针的两极指向正南正北。

(×)(5)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。

(×)(6)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。

(√)2．合作探究——议一议(1)若将一条形磁体从中间截开后，是不是一部分为北极，另一部分为南极？提示：不是，磁体从中间分开后，成为两个小磁体，任何一磁体均有两个磁极。

(2)指南针是我国古代四大发明之一，现在你知道指南针为什么指南吗？提示：地磁场方向由南指向北，水平放置的小磁针处于地磁场中，在地磁场作用下，静止时N极指北，S极指南。

对磁场和奥斯特实验的理解1．电场与磁场的比较电场磁场场源电荷磁体、电流、运动电荷对放入其中的磁体、通电导线有磁场力基本性质对放入其中的电荷有电场力的作用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。

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。

故正确答案为C。

2．[多选]关于磁铁、电流间的相互作用，下列说法正确的是( )A．甲图中，电流不产生磁场，电流对小磁针力的作用是通过小磁针的磁场发生的B．乙图中，磁体对通电导线的力是通过磁体的磁场发生的C．丙图中电流间的相互作用是通过电流的磁场发生的D．丙图中电流间的相互作用是通过电荷的电场发生的解析：选BC 导线中的电流对小磁针的作用、磁体对电流的作用、电流之间的相互作用都是通过磁场发生的，故B、C均正确。

3．以下说法中正确的是( )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．磁极与磁极间是直接发生作用的D．磁场和电场是同一种物质解析：选A 磁场是客观存在于磁极或电流周围的一种物质，是不以人的意志为转移的，A对，B错；磁极与磁极之间、磁极与电流之间、电流与电流之间的作用都是通过磁场发生的，并不需要物体之间直接接触，C错；磁场是一种特殊物质，它的基本特点是对放入磁场中的磁极、电流有磁场力的作用；而电场是电荷周围存在的一种特殊物质，其最基本的性质是对放入电场中的电荷有电场力的作用，但它不会对放入电场中的磁极产生力的作用，因此，磁场和电场是两种不同的物质，各自具有其本身的特点，D错。

对地磁场的理解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。

[典例] 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[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，南半球斜向上方。

[答案] D对地磁场理解的三大误区(1)将地理南北极与地磁场的南北极混淆，误将地理南极(或北极)当作地磁场的南极(或北极)。

(2)误认为地理两极与地磁场的两极位置重合。

事实上，两者位置并不重合，地磁场的两极在地理两极的附近。

(3)误认为地球上各点的磁场方向都是和地面平行的。

事实上，除赤道外，南北半球的磁场都有竖直分量。

1．如图所示，假设将一个小磁针放在地球的北极点上，那么小磁针的N极将( )A．指北B．指南C．竖直向上D．竖直向下解析：选D 我们已经知道地球的地理北极点上可以近似地认为是地磁的南极，根据磁体的同性相斥，异性相吸，所以小磁针的N极将竖直向下，故选D。

2．[多选]下列说法正确的是( )A．地球是一个巨大的磁体，其N极在地球南极附近，S极在地球北极附近B．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C．地球的周围存在着磁场，但地磁的两极与地理的两极并不重合，其间有一个夹角，这就是磁偏角，磁偏角的数值在地球上不同地点是相同的D．在地球表面各点磁场强弱相同解析：选AB 地磁场类似于条形磁铁的磁场，所以在地球表面赤道上的磁场最弱，选项D不正确。

在地球上不同位置，磁偏角的数值是不同的，因此C不正确。

故选A、B。

1．实验表明：磁体能吸引一元硬币，对这种现象的解释正确的是( )A．硬币一定是铁做的，因为磁体能吸引铁B．硬币一定是铝做的，因为磁体能吸引铝C．磁体的磁性越强，能够吸引的物质种类越多D．硬币中含有磁性材料，磁化后能够被吸引解析：选D 一元硬币为钢芯镀镍，钢和镍都是磁性材料，放在磁体的磁场中能够被磁化获得磁性，因而能够被磁体吸引，故选项D正确。

2．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，则锯条一定没有磁性D．若小磁针的一端被推开，不能确定锯条是否有磁性解析：A 若小磁针的一端被推开，根据同名磁极相互排斥，则锯条一定有磁性，故A 正确，D错误；若小磁针的一端被吸引，则锯条可能没有磁性，也可能是异名磁极间的相互吸引，故不能确定锯条有没有磁性，故B、C错误。

3．[多选]如图所示，通电直导线处在蹄形磁铁两极间，受到力F的作用发生偏转，以下说法正确的是( )A．这个力F是通过磁场产生的B．这个力F没有反作用力C．这个力F的反作用力作用在通电导线上D．这个力F的反作用力作用在蹄形磁铁上解析：选AD 这个力是通过磁场产生的，故A正确；产生磁场的物体就是施力物体，蹄形磁铁是产生这个磁场的物体，力F的反作用力作用在施力物体上，即作用在蹄形磁铁上，故B、C错误，D正确。

4．如果你看过中央电视台体育频道的象棋讲座，就会发现棋子都是由磁性材料制成的。

棋子不会掉下来是因为( )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：选B 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(由于空气浮力远小于重力，故可以忽略不计)。

选项B正确。

5.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30 km，列车最高速度可达552 km/h，单向运行约8 min。

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( ) A．相同B．相反C．不能确定D．以上均不对解析：选A 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。

6．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铁的干扰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铁和铁块的干扰，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。