2019-2020版高中物理 第5章 磁場與回旋加速器 5.1-5.2 磁與人類文明 怎樣描述磁場講義+精練（含解析）滬科版選修3-1

磁與人類文明 怎樣描述磁場學科素養(yǎng)與目標要求物理觀念：1.了解磁現(xiàn)象、磁極、磁場等概念，了解地磁場的分布情況和地磁的兩極的特點.2.知道磁感線的概念和特點.3.理解磁感應強度的概念，知道磁感應強度是描述磁場的強弱和方向的物理量.4.知道磁通量的概念.科學思維：1.知道磁感線能描述磁場的強弱和方向，知道磁感線是形象地描述磁場的工具.2.明確磁通量的意義并能進行有關計算.科學態(tài)度與責任：1.了解我國古代在磁現(xiàn)象方面的研究成果及其對人類文明的影響.2.體會奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應的重要意義.一、地磁場與磁性材料指南針是我國古代四大發(fā)明之一，它對人類航海事業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響，但在古代指南針為什么指南曾是一個不解之謎，你知道為什么嗎？答案因為地球是個大磁體，它對指南針有影響.要點總結1.地磁場地球是一個大磁體，周圍的磁場叫地磁場.如圖1所示，地球磁體的N極(北極)位于地理南極附近，地球磁體的S極(南極)位于地理北極附近.圖12.磁偏角地磁的兩極跟地理的兩極并不重合，水平放置的磁針的指向跟地理子午線之間有一個交角，這個交角叫做磁偏角.3.磁性材料(1)磁化：通過人工方法使磁性材料獲得磁性的過程.退磁(去磁)：被磁化后的磁性材料在一定條件下失去磁性的過程.(2)軟磁性材料：磁化后容易退掉磁性的物質.硬磁性材料：磁化后不容易退掉磁性的物質.延伸思考宇宙中的其他天體周圍都有磁場嗎？答案有些有磁場，有些沒有磁場.例1(多選)(2016·北京卷)中國宋代科學家沈括在夢溪筆談中最早記載了地磁偏角：“以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也.”進一步研究表明，地球周圍地磁場分布示意圖如圖2.結合上述材料，下列說法正確的是()圖2A.地理南、北極與地磁場的南、北極不重合B.地球內部也存在磁場，地磁南極在地理北極附近C.地球表面任意位置的地磁場方向都與地面平行D.地球表面的磁場的豎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答案ABD解析地球為一巨大的磁體，地磁場的南、北極在地理上的北極和南極附近，兩極并不重合，地球內部也存在磁場，只有赤道附近上空磁場的方向才與地面平行，地磁場的豎直分量在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下，C錯誤，A、B、D項正確.學科素養(yǎng)例1考查了學生對地磁場知識的了解程度，體現(xiàn)了“物理觀念”的學科素養(yǎng).又通過夢溪筆談中的這個例子，讓學生了解我國古代在磁現(xiàn)象方面的研究成果及其對人類文明的影響，體現(xiàn)了“科學態(tài)度與責任”的學科素養(yǎng).二、磁場的形象描述在磁場中放一塊玻璃板，玻璃板上均勻地撒一層細鐵屑，輕敲玻璃板，鐵屑就會有規(guī)則地排列起來，模擬出磁感線的形狀，由實驗得到條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場的磁感線分布.請定性畫出條形磁鐵和碲形磁鐵周圍的磁感線.答案如圖所示要點總結1.磁感線：在磁場中畫出的一些有方向的曲線，曲線上每一點的切線方向都跟該點的磁場方向一致.磁感線的特點：(1)磁感線上任一點的切線方向表示該點的磁場方向，即靜止時小磁針N極所指的方向.(2)磁鐵外部的磁感線從N極指向S極，內部從S極指向N極，磁感線是閉合(填“閉合”或“不閉合”)曲線.(3)磁感線的疏密表示磁場強弱，磁感線密集處磁場強，磁感線稀疏處磁場弱.(4)磁感線在空間不相交(填“相交”或“不相交”).(5)磁感線是為了形象地表示磁場而假想的曲線，實際上并不存在.2.勻強磁場磁感線的間距相等、相互平行且指向相同的磁場叫勻強磁場.距離很近的兩個異名磁極的中間區(qū)域的磁場為勻強磁場.3.磁感線和電場線的比較相同點：都是疏密程度表示場的強弱，切線方向與場的方向一致；都不能相交.不同點：電場線起于正電荷(或無窮遠)，終止于無窮遠(或負電荷)，不閉合；但磁感線是閉合曲線(填“閉合”或“不閉合”).例2(多選)關于磁場和磁感線的描述，正確的為()A.磁極之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的，磁場和電場一樣，也是一種物質B.磁感線可以形象地表現(xiàn)磁場的強弱與方向C.磁感線總是從磁鐵的北極出發(fā)，到南極終止D.磁感線就是細鐵屑在磁鐵周圍排列出的曲線，是真實存在的答案AB解析磁場具有能量，所以是一種物質，A正確；磁感線的疏密程度可表示磁場的強弱，磁感線的方向可表示磁場的方向，B正確；磁感線是閉合曲線，在磁體外部，從磁體的北極出發(fā)，進入南極；在磁體內部，從南極指向北極，C錯誤；用細鐵屑在磁鐵周圍排列出的曲線可以模擬磁感線，但并不是磁感線，磁感線是假想的曲線，D錯誤.三、磁場的定量描述若在磁場中垂直于磁場方向有一個面積為S1 m2的平面，在磁場強弱不同的情況下，穿過這個平面的磁感線的條數(shù)是否相同？磁場的強弱能否用穿過平面的磁感線的條數(shù)表示？答案不相同.磁場強時磁感線密，穿過平面的磁感線的條數(shù)多.這說明穿過這個平面的磁感線的條數(shù)能反映磁場的強弱.要點總結1.磁通量(1)定義：磁場中穿過平面的磁感線的條數(shù)叫穿過這個平面的磁通量，用字母表示.(2)單位：國際制單位為韋伯，簡稱韋，符號是Wb.1 Wb1 T·m2.一匝線圈和n匝同樣大小的線圈，當放置方式相同時，磁通量相同(填“相同”或“不同”).(3)磁通量是標量，但有正負，其正負表示磁感線穿過某一面積的方向與規(guī)定的正方向是相同還是相反.若有兩個相反方向的磁場穿過某一面積時，則穿過這一面積的磁通量為穿過這一面積的磁感線的“凈”條數(shù).2.磁感應強度(1)定義：垂直穿過某單位面積上的磁通量.(2)表達式：B.其中S為垂直于磁場方向的平面的面積，若平面與磁場方向不垂直，則S為垂直于磁場方向的投影面積.(3)單位：特斯拉，簡稱特，符號是T,1 T.(4)方向：磁感應強度是矢量，方向為該點處磁感線的切線方向，也是小磁針靜止時N極的指向.3.磁通量的計算公式(勻強磁場)：當線圈平面與磁場垂直時，磁通量BS；當線圈平面與垂直于磁場的平面有一夾角時，穿過線圈的磁通量為BScos .(如圖3)圖3例3如圖4所示，線框面積為S，線框平面與磁感應強度為B的勻強磁場方向垂直，則穿過線框平面的磁通量為多少？若使線框繞OO軸轉過60°角，則穿過線框平面的磁通量為多少？若從初始位置轉過90°角，則穿過線框平面的磁通量為多少？若從初始位置轉過180°角，則穿過線框平面的磁通量變化了多少？圖4答案BSBS02BS解析在題圖所示位置時，磁感線與線框平面垂直，1BS.當線框繞OO軸轉過60°時可以將原圖改畫成從上面向下看的俯視圖，如圖所示.2BSBS·cos 60°BS.轉過90°時，線框由與磁感線垂直變?yōu)槠叫校?0.線框轉過180°時，磁感線仍然垂直穿過線框，但穿過的方向改變了.BSBS2BS.1.(磁感線、磁感應強度)下列說法正確的是()A.磁感線上各點的切線方向就是該點磁場的方向B.磁感線越密，該處磁通量越大C.鐵屑能顯示磁感線，所以磁感線是真實存在的D.磁通量為零，磁感應強度一定為零答案A2.(地磁場)(多選)指南針是我國古代四大發(fā)明之一.關于指南針，下列說法正確的是()A.指南針可以僅具有一個磁極B.指南針能夠指向南北，說明地球具有磁場C.指南針的指向會受到附近鐵塊的干擾D.指南針靜止時S極的指向，為該處磁場的方向答案BC解析指南針是一個小磁體，具有N、S兩個磁極，因為地磁場的作用，指南針的N極指向地理的北極，選項A錯誤，選項B正確.因為指南針本身是一個小磁體，所以會對附近的鐵塊產(chǎn)生力的作用，同時指南針也會受到反作用力，所以會受鐵塊干擾，選項C正確.指南針靜止時N極的指向，為該處磁場的方向，選項D錯誤.3.(磁感應強度)(多選)下列關于磁通量和磁感應強度的說法正確的是()A.磁感應強度的大小與磁通量成正比B.磁感應強度的大小取決于磁場本身C.穿過垂直于磁感應強度方向某面積的磁感線條數(shù)等于磁感應強度D.當平面跟磁場方向平行時，穿過這個平面的磁通量必為零答案BD4.(對磁通量的認識及計算)如圖5所示，半徑為R的圓形線圈共有n匝，其中心位置處半徑為r的虛線范圍內有勻強磁場，磁場方向垂直于線圈平面.若磁感應強度為B，則穿過線圈的磁通量為()圖5A.BR2 B.Br2C.nBR2 D.nBr2答案B解析磁通量與線圈匝數(shù)無關，且磁感線穿過的面積為r2，并非R2，故B正確.考點一對磁現(xiàn)象及地磁場的認識1.磁性水雷是用一個可以繞軸轉動的小磁針來控制引爆電路的，軍艦被地磁場磁化后變成了一個浮動的磁體，當軍艦接近磁性水雷時，就會引起水雷的爆炸，其依據(jù)是()A.磁體的吸鐵性B.磁極間的相互作用規(guī)律C.電荷間的相互作用規(guī)律D.磁場與電荷間的相互作用規(guī)律答案B解析軍艦被地磁場磁化后變成了磁體，當軍艦靠近水雷時，對控制引爆電路的小磁針有力的作用，使小磁針轉動引爆水雷，B項正確.2.(多選)以下關于地磁場的說法中正確的是()A.地磁場的N極在地理位置的北極附近，但不與北極重合B.地磁場的N極在地理位置的南極附近，但不與南極重合C.地磁場的方向會隨時間的流逝而緩慢變化D.在行星中，只有地球有磁場答案BC解析地磁場的N極在地理南極附近，但不與南極重合，有磁偏角，B項正確，A項錯誤.地磁場的N、S極的位置會緩慢移動，C項正確；在行星中，并不是只有地球有磁場，D項錯誤.考點二對磁感線的認識3.如圖1是條形磁鐵的部分磁感線分布示意圖，關于圖中a、b兩點磁場的描述，正確的是()圖1A.a點的磁場方向為圖中Ba指向B.b點的磁場方向為圖中Bb指向C.a點的磁感應強度大于b點的磁感應強度D.a點的磁感應強度小于b點的磁感應強度答案C解析磁感線上某點的切線方向與此點磁場的方向一致，題圖中a、b兩點的磁場方向均是錯誤的，故A、B錯誤；磁感線疏密表示磁場的強弱，a點的磁感線比較密，則a點磁感應強度大于b點的磁感應強度，故C正確，D錯誤.4.關于磁感線和電場線，下列說法中正確的是()A.磁感線是閉合曲線，而電場線不是閉合曲線B.磁感線和電場線都是一些互相平行的曲線C.磁感線起始于N極，終止于S極；電場線起始于正電荷，終止于負電荷D.磁感線和電場線都只能分別表示磁場和電場的方向答案A解析磁感線是閉合曲線，電場線不是閉合曲線，A正確；只有勻強磁場和勻強電場才滿足B選項，B錯誤；磁感線既然是閉合的就無起點和終點，C錯誤；它們的疏密程度均反映場的強弱程度，D錯誤.考點三對磁通量、磁感應強度的認識5.下列關于磁感應強度方向的說法中，錯誤的是()A.磁感線上某點的切線方向就是該點磁感應強度的方向B.某處磁感應強度的方向就是該處小磁針靜止時北極所指的方向C.磁感應強度是個標量，沒有方向D.某處磁感應強度的方向就是該處磁場的方向答案C解析磁感線是為了形象地描述磁場而人為假想的曲線，曲線上每一點的切線方向都跟該點的磁場方向相同， A正確；如果在磁場中某點放入小磁針，小磁針靜止時N極所指的方向就是該點磁感線的切線方向，也就是該點的磁感應強度的方向，B正確；磁感應強度是矢量，有大小也有方向，C錯誤；磁感應強度是表示磁場大小和方向的物理量，所以某處磁感應強度的方向就是該處磁場的方向，D正確.6.關于磁通量，下列說法中正確的是()A.磁通量不僅有大小而且有方向，所以是矢量B.磁通量越大，磁感應強度越大C.穿過某一面積的磁通量為零，該處磁感應強度不一定為零D.磁通量就是磁感應強度答案C7.如圖2所示，一水平放置的矩形閉合線圈abcd在細長磁體N極附近下落，保持bc邊在紙外，ad邊在紙內，由圖中的位置經(jīng)過位置下落到位置，且位置和位置都很靠近位置，在這個過程中，線圈中的磁通量()圖2A.是增加的 B.是減少的C.先增加，后減少 D.先減少，后增加答案D8.如圖3所示，邊長為L的n匝正方形線框abcd內部有一邊長為的正方形區(qū)域的勻強磁場，磁場的磁感應強度為B.下列說法正確的是()圖3A.穿過線框abcd的磁通量為BL2B.穿過線框abcd的磁通量為nBL2C.穿過線框abcd的磁通量為D.穿過線框abcd的磁通量為答案C9.科考隊進入某一磁礦區(qū)域后，發(fā)現(xiàn)指南針原來指向正北的N極逆時針轉過30°(如圖4所示，不考慮磁偏角)，設該位置地磁場磁感應強度水平分量為B，則磁礦所產(chǎn)生的磁感應強度水平分量最小時的值為()圖4A. B.BC.2B D.答案A解析由題可知，磁礦所產(chǎn)生的磁場使原來指向正北的N極逆時針轉過30°，根據(jù)三角形定則可知：磁礦所產(chǎn)生的磁感應強度水平分量最小時方向與圖中虛線垂直，其大小為Bsin 30°.- 10 -