高中物理 第1章 從富蘭克林到庫侖 2_1 揭示電磁聯(lián)系的第一個實驗教師用書 滬科版選修1-1

2.1揭示電磁聯(lián)系的第一個實驗1(3分)如圖211所示，兩根完全相同的絕緣細線，把兩個質(zhì)量相等的小球懸掛在同一點O上，甲球的電荷量大于乙球的電荷量，則()圖211A甲、乙兩球都帶正電B甲、乙兩球都帶負電C甲球受到的靜電力大于乙球受到的靜電力D甲、乙兩球受到的靜電力大小相等【解析】從兩球互相遠離的現(xiàn)象來看，兩球應(yīng)該帶的是同種電荷，但不能肯定小球究竟帶的是哪種電荷；由于甲和乙之間的作用力屬于作用力和反作用力，故這兩個力一定大小相等、方向相反，故D正確【答案】D2(3分)下列說法中錯誤的是()A磁場是一種看不見、摸不著的物質(zhì)B磁極間的相互作用是通過磁場進行的C磁鐵吸引鐵釘、鐵屑的作用是通過磁場進行的D磁場只存在于磁鐵內(nèi)部【解析】磁場是磁體周圍存在的一種物質(zhì)磁極間相互作用就是通過磁場進行的，A、B、C均正確，磁場在磁鐵內(nèi)外部都存在D錯誤故選D.【答案】D3(4分)在地球表面某處存在一豎直方向的電場，一帶電荷量為q、質(zhì)量為m的粒子在此電場中恰好能懸浮于空中，電場強度的方向是_，由此可知該處地球表面帶_電荷(填“正”或“負”)【解析】帶負電的粒子受重力和電場力平衡，所以電場力應(yīng)向上，場強向下，地球表面帶負電【答案】向下負課標導思1.了解前人對磁的探究過程，了解奧斯特實驗，知道幾種典型磁場的特點2知道安培定則，能用安培定則判定電流周圍磁場的磁感線分布(重點難點)一、吉爾伯特的斷言1吉爾伯特于1600年出版的巨著論磁是物理學史上第一部系統(tǒng)闡述磁現(xiàn)象的科學著作2吉爾伯特的認識誤區(qū)：他認為電與磁是兩種截然無關(guān)的現(xiàn)象，并得到庫侖的認可早期電磁學領(lǐng)域中兩位杰出的先驅(qū)者的觀點深深影響著科學家的思想，以至在很長一段時間內(nèi)，人們都將電和磁作為孤立的問題加以研究二、奧斯特的探索118世紀中葉陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象(1)1713年，一名英國商人發(fā)現(xiàn)，雷電過后，他的新刀叉竟帶上磁性(2)1751年，富蘭克林發(fā)現(xiàn)，萊頓瓶放電后，縫紉針被磁化了2奧斯特的探索(1)奧斯特的觀念：信奉自然力是統(tǒng)一的，可以相互轉(zhuǎn)化，物理學不再是關(guān)于運動、熱、光、空氣、電磁以及我們所知道的任何其他現(xiàn)象的零散羅列，我們將把整個宇宙容納在一個體系中(2)丹麥物理學家奧斯特通過多年的探索，在1820年通過實驗的方法發(fā)現(xiàn)通電導線可以使小磁針偏轉(zhuǎn)，從而證明了電流的磁效應(yīng)(3)奧斯特的發(fā)現(xiàn)終于使分離了千百年的電與磁，被小磁針的偏轉(zhuǎn)聯(lián)系在一起了3小磁針“偏轉(zhuǎn)”的實質(zhì)通電導線跟磁體一樣，能產(chǎn)生磁場，它就是依靠磁場這種物質(zhì)對磁針發(fā)生作用的即三、安培的貢獻1安培根據(jù)通電直導線對不同位置處的磁針的作用總結(jié)出判斷電流磁場方向的右手螺旋法則(即安培定則)2安培定則(1)通電直導線磁場：用右手握住導線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向(2)通電螺線管磁場：用右手握住螺線管讓彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致，大拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向也就是說，大拇指指向通電螺線管的北(N)極四、奧斯特實驗的意義奧斯特的發(fā)現(xiàn)為電磁學的研究開辟了一個嶄新的領(lǐng)域，它對人們認識事物本質(zhì)特征和研究事物間的聯(lián)系都有很大的推動作用根據(jù)奧斯特實驗所揭示的電流磁效應(yīng)，很快研制出了電磁鐵，在生產(chǎn)實踐中體現(xiàn)了它的價值.一、對磁場的理解磁場與電場一樣，都是物質(zhì)磁場是磁體周圍存在的一種特殊物質(zhì)，說它“特殊”是因為它和我們常見的以分子、原子、離子組成的物質(zhì)不同，它不是以微粒組成的物質(zhì)的形式存在，而是以一種“場”的形式存在；說它是“物質(zhì)”是因為它和我們常見的實物一樣，能對放入其中的磁體、電流和運動電荷有力的作用因此我們說磁場和我們常見的桌子、房屋、水和空氣一樣，是一種客觀存在的物質(zhì)磁體間的相互作用是通過磁場來產(chǎn)生的【特別提醒】磁場力是非接觸力，磁場是一種客觀存在的物質(zhì)，具有力的性質(zhì)也具有能的性質(zhì).磁體之間的磁場力通過磁場而發(fā)生.二、電流周圍的磁場直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場特點無磁極、非勻強且距導線越遠處磁場越小與條形磁鐵的磁場相似，管內(nèi)為勻強磁場，管外為非勻強磁場環(huán)形電流的兩側(cè)，是N極和S極，且離圓環(huán)中心越遠，磁場越小安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖【深化探究】我們利用電場線和磁感線分別形象地描述電場和磁場，那么磁感線與電場線有什么不同之處？提示：磁感線是閉合曲線，電場線起于正電荷(或無窮遠處)，止于負電荷(或無窮遠處).一、對奧斯特實驗應(yīng)用的探究在做“奧斯特實驗”時，下列操作現(xiàn)象最明顯的是()A沿電流方向放置磁針，使磁針在導線的延長線上B沿電流方向放置磁針，使磁針在導線的正下方C通電導線沿南北方向放置在磁針的正上方D通電導線沿東西方向放置在磁針的正上方【導析】認真閱讀教材中奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁場的史實，體驗科學探索的艱苦與偶然性【解析】把導線沿南北方向放置在靜止于地磁場中的磁針的正上方，通電時磁針發(fā)生明顯的偏轉(zhuǎn)故選C.【答案】C奧斯特的實驗本題通過奧斯特實驗考查小磁針在電流產(chǎn)生的磁場中的偏轉(zhuǎn)但要注意，電流產(chǎn)生的磁場與地磁場對磁針的影響1.如圖212所示，a、b、c三枚小磁針分別在通電螺線管的正上方、管內(nèi)和右側(cè)，當這些小磁針靜止時，小磁針N極的指向是() 【導學號：22940014】圖212Aa、b、c均向左Ba、b、c均向右Ca向左，b向右，c向右Da向右，b向左，c向右【解析】小磁針靜止時N極的指向與該點磁感線方向相同，如果a、b、c三處磁感線方向確定，那么三枚磁針靜止時N極的指向也就確定所以，只要畫出通電螺線管的磁感線如圖所示，即可知a磁針的N極在左邊，b磁針的N極在右邊，c磁針的N極在右邊【答案】C二、安培定則的應(yīng)用在圖213中，分別給出了導線中的電流方向或磁場中某處小磁針N極的指向或磁感線方向請畫出對應(yīng)的磁感線(標上方向)或電流方向圖213【導析】靈活利用安培定則，根據(jù)磁場對小磁針的作用特點加以分析判斷【解析】根據(jù)安培定則，可以確定：【答案】如圖所示應(yīng)用安培定則注意的問題應(yīng)用安培定則時，要注意直線電流和環(huán)形電流的區(qū)別，同時要看清所給圖示是立體圖、橫截面圖還是縱截面圖2(多選)如圖214所示是云層之間閃電的模擬圖，圖中A、B是位于南、北方向帶有電荷的兩塊陰雨云，在放電的過程中，在兩云的尖端之間形成了一個放電通道，發(fā)現(xiàn)位于通道正上方的小磁針N極轉(zhuǎn)向紙里，S極轉(zhuǎn)向紙外，則關(guān)于A、B的帶電情況，下列說法中正確的是()圖214A帶同種電荷B帶異種電荷CB帶正電DA帶正電【解析】兩云之間放電，說明它們帶有異種電荷，故A選項錯誤，B選項正確；小磁針N極向里，說明電流上方磁感線(磁場)方向向里，由安培定則可判定電流由A向B，故A帶正電，B帶負電，所以C選項錯誤，D選項正確【答案】BD1人們早在公元前6、7世紀就發(fā)現(xiàn)了磁石吸鐵、磁石指南等現(xiàn)象，如圖215所示是最早的指南儀器司南，形似勺子、勺柄是其南極，則司南靜止時，勺柄所指的方向是()圖215A東方B北方C西方D南方【解析】地球磁場的地磁北極在地理南極附近，地磁南極在地理北極附近由于司南勺柄是其南極，靜止時應(yīng)指向地磁北極，即指向地理南極【答案】D2磁場中任意一點的磁場方向規(guī)定為，小磁針在磁場中()A受磁場力的方向B北極所受磁場力的方向C南極所受磁場力的方向D受磁場力作用轉(zhuǎn)動的方向【解析】物理學規(guī)定磁場中任意一點的磁場方向為小磁針北極所受磁場力的方向，或靜止時小磁針北極的指向【答案】B3(多選)下列哪些物體周圍一定存在著磁場()A地球B通電導線C電子束D靜止的帶電金屬球【解析】磁體及運動電荷周圍存在磁場，所以靜止的帶電金屬球周圍不存在磁場，A、B、C正確【答案】ABC4下列各圖為電流產(chǎn)生磁場的分布圖，正確的分布圖是()ABCD【解析】根據(jù)安培安則可知，正確【答案】C5圖216中電磁鐵的N、S極標的正確的是()圖216【解析】根據(jù)電池的接法和導線的繞向以及安培定則可判斷選項B正確【答案】B學業(yè)達標測評(五) (建議用時：45分鐘)1若地磁場是由地球表面帶電產(chǎn)生的，則地球表面帶電情況為()A正電B負電C南半球為正電，北半球為負電D無法確定【解析】假定地磁場是由環(huán)形電流形成的，由于地磁場的N板在地理南極附近，則由安培定則可知，環(huán)形電流的方向為東向西但由于地球的自轉(zhuǎn)方向為自西向東，所以要想形成由東向西的環(huán)形電流，則地球表面必須帶負電【答案】B2.如圖217所示為磁場、磁場作用力演示儀中的亥姆霍茲線圈，在線圈中心處掛上一個小磁針，且與線圈在同一平面內(nèi)，則當亥姆霍茲線圈中通以如圖所示方向的電流時，則()圖217A小磁針N極向里轉(zhuǎn)B小磁針N極向外轉(zhuǎn)C小磁針在紙面內(nèi)向左擺動D小磁針在紙面內(nèi)向右擺動【解析】由安培定則可知，螺線管內(nèi)部的磁感線向里，小磁針N極的受力方向即為該處的磁場方向【答案】A3關(guān)于磁感線，下列說法中正確的是()A兩條磁感線的空隙處一定不存在磁場B磁感線總是從N極到S極C磁感線上每一點的切線方向都跟該點的磁場方向一致D兩個磁場疊加的區(qū)域，磁感線就可能相交【解析】磁感線是為了形象描繪磁場而假設(shè)的一組有方向的曲線，曲線上每一點的切線方向表示磁場方向，曲線疏密表示磁場強弱，所以C正確，A錯誤；在磁體外部，磁感線從N極到S極，內(nèi)部從S極到N極，磁感線不相交，所以B、D錯誤【答案】C4實驗表明，磁體能吸引一元硬幣，對這種現(xiàn)象解釋正確的是()A硬幣一定是鐵做的，因為磁體能吸引鐵B硬幣一定是鋁做的，因為磁體能吸引鋁C磁體的磁性越強，能吸引的物質(zhì)種類越多D硬幣中含有磁性材料，磁化后能被吸引【解析】磁體能吸引硬幣，只能說明硬幣中含有磁性材料，但不一定含有鐵硬幣在磁場中被磁化而帶磁性，所以才被磁鐵吸引故選D項正確【答案】D5正在通電的條形電磁鐵的鐵芯突然斷成兩截，則兩截鐵心將() 【導學號：22940015】A互相吸引 B互相排斥C不發(fā)生相互作用D無法判斷【解析】磁體斷開后就成為兩個磁體，靠近的磁極相反，相互吸引【答案】A6如圖218所示，已標出電流I和該電流產(chǎn)生的磁感線的方向，其中符合安培定則的是()圖218【解析】根據(jù)安培定則可知選項C正確【答案】C7超導是當今高科技的熱點之一，當一塊磁體靠近超導體時，超導體中會產(chǎn)生強大的電流，對磁體有排斥作用這種排斥力可使磁體懸浮在空中，磁懸浮列車就采用了這項技術(shù)，磁體懸浮的原理是()超導體電流的磁場方向與磁體的磁場方向相同超導體電流的磁場方向與磁體的磁場方向相反超導體使磁體處于失重狀態(tài)超導體對磁體的磁力與磁體的重力相平衡A BCD【解析】由于超導體無電阻，當磁鐵靠近時會產(chǎn)生強大電流，當使磁體懸浮在空中時，說明磁體的磁場與超導體的磁場方向相反，由此知D正確【答案】D8如圖219所示，帶負電的金屬環(huán)繞軸OO以角速度勻速旋轉(zhuǎn)，在環(huán)左側(cè)軸線上的小磁針最后平衡的N極的指向為_圖219【解析】沿OO方向看，金屬環(huán)順時針轉(zhuǎn)動，因帶負電，負電荷順時針轉(zhuǎn)動，等效電流的方向為逆時針，由安培定則知過圓心的磁感線從O指向O，所以小磁針最后N極向左【答案】沿軸線向左9利用電流的磁效應(yīng)，可以用小磁針和一些導線做成一種簡便的靈敏電表(如圖2110所示)，用它可以檢查電路或電器是否有斷路的地方使用的時候，先轉(zhuǎn)動底板，使磁針靜止的方向跟它上方的導線方向平行，然后用兩支表筆去接觸要檢查的電路的兩端，從磁針是否偏轉(zhuǎn)就能知道電路中是否有斷路的地方試說明這種電表的原理圖2110【解析】我們知道直線電流產(chǎn)生的磁場的磁感線是一系列以導線上各點為圓心的同心圓，放在導線上面的磁針將受到磁場力的作用，方向與導線垂直因此，為了檢測導線中是否有電流，使用前需要把磁針調(diào)整到與導線平行的位置，如果兩表筆接觸電路時，磁針偏轉(zhuǎn)，說明導線中有電流通過，電路導通；如果兩表筆接觸電路，磁針不偏轉(zhuǎn)，則電路中存在斷路【答案】見解析鴿子回家和海龜回游許多人都知道，家里養(yǎng)的鴿子可以從離家?guī)资?、幾百甚至上千公里的地方飛回家里；燕子、大雁等候鳥每年都在春秋兩季分別從南方飛回北方，又從北方飛到南方；一些海龜從棲息的海灣游出幾百、幾千公里后又能回到原來的棲息處它們是如何辨別方向的？尤其是在茫茫的海洋上難道它們也像人類航海時一樣使用指南針嗎？大量和長期的觀察研究表明，這些生物從原居處遠行后再回到原居處，的確是與地球磁場有關(guān)的我們來看看一些觀察研究的情況首先關(guān)于鴿子的觀察研究曾將兩組鴿子分別綁上強磁性的永磁鐵塊和弱磁性的銅塊，在遠離鴿巢放飛后，綁有銅塊的鴿子全部都飛回鴿巢，但大部分綁有永磁鐵塊的鴿子卻迷失方向而未返回鴿巢這表明永磁鐵塊的磁場干擾，使鴿子不能識別地球磁場其次關(guān)于海龜回游的觀察研究對出生在美國東南海岸的一種海龜游動進行的觀察發(fā)現(xiàn)，幼海龜在大西洋中沿著順時針路線出游，經(jīng)過若干年后又能回到出生地產(chǎn)卵這些海龜是依靠什么導航呢？有的觀察研究者認為同地球磁場有關(guān)，并進行了這樣的實驗研究在裝有海水并加上人造磁場的大容器中放入海龜，其沿某一方向游行當人造磁場反向時，海龜?shù)挠蝿右卜聪蜻@表明磁場是影響海龜?shù)挠涡械?