2019-2020学年人教版物理选修1-1同步配套讲义：第二章 1 第一节 指南针与远洋航海 Word版含答案

第一节指南针与远洋航海
1.了解指南针在远洋航海中的作用，了解磁场的基础知识．
2.知道磁感线，知道磁感线上任意一点的切线方向就是该点的磁场方向．(重点＋难点)
3.了解磁感线描述条形磁铁、蹄形磁铁的磁场分布．(重点)
4.了解地理南北极与地磁南北极反向并且不重合，知道磁偏角．
,[学生用书P23])
一、郑和下西洋
我国是最早在航海上使用指南针的国家.1405～1433年间，郑和先后7次下西洋，是世界航海史上伟大的壮举．
二、欧洲人的远洋探险
希腊人关于大地是球形的学说，许多世纪以来为天文学家所熟知，也逐渐成为公众的信念．约1451～1506年间，意大利航海家哥伦布进行了远洋探险，观测到了磁偏角.1519年，葡萄牙航海家麦哲伦开始环球探险，3年后完成了举世闻名的环球航行．
三、磁场
1．磁极之间的力是通过磁场来传递的．磁体在空间产生磁场．
2．磁场方向：在磁场中的某一点，小磁针北极受力的方向，也就是小磁针静止时北极所指的方向，就是该点的磁场方向．
3．磁感线：磁感线可以用来形象地描述各点的磁场方向，磁感线上每一点的切线方向都与该点的磁场方向一致．
1．磁感线与电场线的相同点与不同点有哪些？
提示：相同点：(1)都是用来描绘场的假想的曲线．
(2)都能描绘场的强弱和方向．
(3)两条电场线或磁感线都不相交．
不同点：电场线起源于正电荷(或无穷远)，终止于负电荷(或无穷远)，而磁感线是闭合
曲线．
四、磁性的地球
1．地球是一个大磁体，其周围存在磁场．
2．地磁场的北极在地理南极附近，地磁场的南极在地理北极附近．
3．地球的地理两极与地磁两极并不重合，磁针并非准确的指南或指北，其间有一个交角，称为地磁偏角．
2．指南针为什么能指南？
提示：指南针是磁性材料制成的，地球是大磁体，地磁的S极在地理的北极，地磁的N 极在地理的南极．根据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，所以指南针的S极会指向地理的南极．
磁场和磁感线[学生用书P24]
1．磁场
(1)磁性：人们把物体能够吸引铁、钴、镍等物质的性质叫做磁性．
(2)磁体：具有磁性的物体叫做磁体．
(3)磁极：磁体上磁性最强的部分叫做磁极．一个磁体有两个磁极，分别叫南极(S极)和北极(N极)．
(4)磁场的基本性质：对放入其中的磁体、电流有力的作用．
2．磁感线
(1)定义：磁感线是为了形象地描述磁场而人为画出的一组有方向的曲线，磁场中实际上并不存在磁感线．
(2)磁感线的特点
①在磁体外部，磁感线从北极发出，进入南极；在磁体内部由南极回到北极．磁感线是闭合曲线．
②磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线越密的地方磁场越强；磁场方向在过该点的磁感线的切线上．
③磁感线不相交，不相切，也不中断．
3．几种特殊磁体的磁感线分布(如图所示)．
(1)磁场是客观存在的一种特殊物质，而磁感线虽然可以通过实验模拟出来，但它是人们为了描述磁场而假想出来的，实际上并不存在．
(2)两条磁感线间没有画磁感线的空白地方，并不表示那里没有磁场存在．
(多选)条形磁铁上方一小磁针平衡时N极指向如图所示，假定磁铁内部也有一小磁针，平衡时如图所示，则下列说法正确的是()
A．磁铁c端是N极，d端是S极
B．磁铁c端是S极，d端是N极
C．小磁针a端是N极，b端是S极
D．小磁针a端是S极，b端是N极
[思路点拨] 解答本题应先根据外部小磁针的指向判断条形磁铁的磁极，再根据条形磁铁的磁感线分布判断内部小磁针的磁极．
[解析]小磁针静止时N极的指向即为该处的磁场方向，而条形磁铁外部磁感线方向是由N极指向S极，而内部是由S极指向N极．由小磁针静止时N极所指的方向可判定磁铁d端是N极，c端是S极；磁铁内部的小磁针，由内部磁场方向可判定，a端是S极，b端是N极．
[答案]BD
1．关于磁感线的下列说法中正确的是()
A．磁感线是真实存在于磁场中的有方向的曲线
B．磁感线上任一点的切线方向，都跟该点磁场的方向相同
C．磁感线有可能出现相交的情况
D．以上说法均不正确
解析：选B.磁感线是为了形象地研究磁场而人为假想的曲线，并不是客观存在于磁场
中的真实曲线，所以A错误．磁感线如果相交的话，那么交点处的磁场方向就有两个，这显然是不可能的，所以C错误．故选B.
地球的磁场[学生用书P24]
1．地球是一个巨大的磁体，地球周围存在着磁场——地磁场．
2．可以将地球看成一个类似于条形磁铁的大磁体，其N极在地理南极附近，S极在地理北极附近，其磁感线的分布如图所示．在地球外部，磁场从地球南极指向地球北极；在地球内部，磁场从地球北极指向地球南极．
(1)磁偏角随地点的不同是不同的，即使同一点随着时间的演化，磁偏角
也在变化．
(2)在赤道的正上方，磁场方向水平向北，南北半球地磁场的方向与地球表面并不平行．
(多选)下列说法正确的是()
A．地球是一个巨大的磁体，其N极在地理南极附近，S极在地理北极附近
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，其间有一个交角，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]地球周围的磁场分布类似于条形磁铁周围的磁场分布，所以在地球表面赤道上
的磁场最弱，选项D错误；在地球上不同位置，磁偏角的数值是不同的，因此选项C错误．[答案]AB
磁偏角是指地磁子午线与地理子午线之间的交角，即小磁针静止时所指方向与地理南北方向间的交角，该交角在地球表面不同位置是不同的．
2.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.在地球的北极，磁场方向竖直向下，小磁针北极的受力方向是小磁针静止时北极的指向，也就是磁场的方向，故选项D正确．
磁场作用下的平衡问题[学生用书P25]
如图所示，在A、B、C、D四幅图中，完全相同的8个磁体都处于平衡状态，且A、B图中的弹簧均处于伸长状态，则四幅图中对地面压力最小的是()
[审题指导] 解答本题应把握好以下两点：
(1)正确选择研究对象受力；
(2)弄清磁场间的相互作用在平衡中的作用．
[解析]四幅图中磁铁都处于平衡状态，设每块磁铁的重力为mg，地面的支持力为F N.
(1)对A、B图分析，以地面上的磁铁为研究对象，如图甲、乙所示，A图中地面上的磁铁受到向上的磁场力，B图中地面上的磁铁受到向下的磁场力，
根据力的平衡条件：对于A图支持力F N＝mg－F磁
对于B图，F N＝mg＋F磁．
(2)对C、D图分析，如图丙所示，根据力的平衡条件：地面的支持力F N等于总重力2mg.根据牛顿第三定律可知A图对地面压力最小．
[答案] A
解磁场作用下的平衡问题的几个注意点：
(1)磁场力是力的一种，具有力的共性，矢量性、相互性等；
(2)磁场力具有自己的特点，磁场力不通过接触就能够产生，分析受力时注意不要遗漏；
(3)磁场力的平衡问题仍然是平衡问题，解题的方法与一般的平衡问题相同．
[随堂检测] [学生用书P25]
1．地球的地理两极与地磁两极并不完全重合，它们之间存在磁偏角，首先观测到磁偏角的是()
解析：选D.首先观测到磁偏角的是沈括，早哥伦布400多年．
2．(多选)指南针是我国古代“四大发明”之一，下列哪些事件中指南针发挥了重要作用()
A．古人用磁石治病B．郑和下西洋
C．哥伦布发现新大陆D．麦哲伦的环球航行
解析：选BCD.指南针的发明引起了航海技术的革命，推动了世界各国航海事业的发展．所以选B、C、D项．
3.人们早在公元前6、7世纪就发现了磁石吸铁、磁石指南等现象，如图所示是最早的指南仪器——司南，形似勺子．勺柄是其南极，则司南静止时，勺柄所指的方向是()
A．东方B．北方
C．西方D．南方
解析：选D.地球磁场的地磁北极在地理南极附近，地磁南极在地理北极附近．由于司南勺柄是其南极，静止时应指向地磁北极，即指向地理南极．
4．(多选)关于磁感线，下列说法中正确的是()
A．两条磁感线一定不相交
B．磁感线是磁场中实际存在的线
C．磁感线总是从N极出发，到S极终止
D．磁感线的疏密程度反映磁场的强弱
解析：选AD.磁感线是人们为了形象化地描述磁场而引入的假想线，实际上并不存在．磁感线是不相交的闭合曲线，在磁体的外部从N极指向S极，在磁体的内部从S极指向N极．磁感线上某点的切线方向与该点的磁场方向相同，磁感线的疏密反映磁场的强弱．综合上述分析可知A、D正确．
5．如图所示的是用来描绘某一磁体周围磁场的部分磁感线，由磁感线的分布特点可知，a点的磁场比b点的磁场________(选填“强”或“弱”)；若在b点放置一个可自由转动的小磁针，则小磁针静止时，其N极指向________处(选填“P”或“Q”)．
答案：弱Q
[课时作业] [学生用书P83(单独成册)]
一、单项选择题
1．1954年，我国地质勘探队伍发现，在山东某地一面积约4万平方千米地区的地磁场十分异常．据此，勘探队伍推测该地区地下可能蕴藏着()
A．铜矿B．铁矿
C．煤矿D．石油
解析：选B.铁矿受地磁场影响，产生磁性，能使勘探队伍的勘测仪器发生异常，故B
选项正确．铜矿、煤矿和石油不会影响磁场．
2．关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是()
A．磁感线只能形象地描述各点磁场的方向
B．磁极之间的相互作用是通过磁场发生的
C．磁感线是磁场中客观存在的线
D．磁感线总是从磁体的北极出发到南极终止
解析：选B.磁感线既能形象地描述各点磁场的方向，又能用其疏密程度表示磁场的强弱，A错；磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，B对；磁感线不是磁场中客观存在的线，是为了研究磁场方便而人为引入的，C错；磁感线在磁体的外部从磁体的北极指向南极，在磁体的内部从磁体的南极指向北极，D错．
3．如图所示，其中正确的是()
解析：选A.画出小磁针所在位置的磁感线，而小磁针N极的指向为该处磁感线的切线方向，由此得题图所示中选项A正确．
4．下列说法中不正确的是()
A．磁体在空间能产生磁场，磁场使磁体间不必接触便能相互作用
B．在磁场中的某一点，小磁针静止时北极所指的方向，就是那一点的磁场方向
C．当两个磁体的同名磁极相互靠近时，两条磁感线有可能相交
D．磁体周围的磁感线都是闭合的曲线
解析：选C.磁体间的作用力是通过磁场传递的，可不用接触便产生相互作用，A对．小磁针静止时北极指向是那一点的磁场方向，所以B对．磁感线是闭合的曲线且不能相交，所以C错，D对．
5．下列所述情况，哪项不能说明钢棒有磁性()
A．将钢棒一端接近磁针北极，两者互相吸引，再将钢棒的这端接近磁针的南极，两者相互排斥
B．将钢棒一端接近磁针北极时，两者相互排斥
C．将钢棒一端接近磁针北极时，两者相互吸引，再将钢棒调转，仍相互吸引
D．将钢棒一端靠近磁针北极时，两者相互吸引，将钢棒调转，则互相排斥
解析：选C.磁极之间相互作用的规律是：“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”，而有磁性的物体有吸引铁、钴、镍的性质，就是说，磁体能吸引钢，钢棒也吸引小磁针．因
此“吸引”现象有两种情况：一是磁体吸引铁、钴、镍、钢之类物体，二是异名磁极相互吸引．故以“小磁针一端吸引钢棒”不能判断出钢棒是否有磁性，而“排斥”现象只有一种可能，那就是同名磁极相互排斥，故以“小磁针一端与钢棒相排斥”可以判断出钢棒有磁性，且这端磁极与小磁针的这端磁极属同名磁极．
6．北斗系统在航海中有重要的应用，轮船上的接收设备可以通过接收卫星的信息，进而确定自己的位置．在此过程中，该设备接收信息主要利用了()
A．电磁波B．声波
C．太阳能D．地磁场
答案：A
二、多项选择题
7．下列说法正确的是()
A．指南针指出的“北”不是真正的北，两者有一定的差别
B．地球两极与地磁两极不重合，地磁南极在地球南极附近，地磁北极在地球北极附近C．在任何星球上都能利用指南针进行方向判断
D．我国是最早在航海上使用指南针的国家
解析：选AD.因为磁偏角的存在，所以地磁南极在地球北极附近，地磁北极在地球南极附近，故A正确，B错误．火星不像地球那样有一个全球性的磁场，因此指南针不能在火星上工作，故C错．据史书记载，我国是最早在航海上使用指南针的国家，故D正确．
8．下列关于磁场方向的说法中正确的是()
A．小磁针静止时南极所指方向，即为该处的磁场方向
B．小磁针静止时北极所指方向，即为该处的磁场方向
C．磁场中各点的磁场方向都在过该点的磁感线的切线方向上
D．磁场中某点的磁场方向不一定与过该点的磁感线的切线方向一致
解析：选BC.空间某点磁场的方向是该点小磁针静止时北极所指的方向，南极所指的反方向，A错误，B正确；磁场的方向也可以用磁感线表示，该点磁感线的切线方向表示该点磁场方向，选项C正确，D错误．
9．下面关于磁感线的理解正确的是()
A．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就表示该点的磁场方向
B．磁感线总是从磁铁N极指向S极
C．磁场和电场一样也是一种客观存在的特殊物质
D．磁感线就是磁场中碎铁屑排列成的曲线
解析：选AC.磁感线是人们为了研究磁场性质而采用的表示方法，实际上并不存在．由
磁感线的重要特征可知A正确．由于磁感线是闭合曲线，B选项未明确是在磁铁内部还是外部，笼统地说磁铁的磁感线是从N极指向S极，显然是错误的．磁场和电场一样也是一种客观存在的特殊物质，因此C选项正确．利用碎铁屑在磁场中被磁化的性质可显示磁感线的形状，但碎铁屑排列成的曲线本身不是磁感线，因为磁感线客观上并不存在，故D选项错误．
10．如图是两种常见磁场的磁感线分布示意图，下列说法正确的是()
A．图甲中a端是磁铁的S极，b端是磁铁的N极
B．图甲中a端是磁铁的N极，b端是磁铁的S极
C．图乙是两异名磁极的磁感线分布示意图，c端是N极，d端是S极
D．图乙是两异名磁极的磁感线分布示意图，c端是S极，d端是N极
解析：选AD.题图甲是条形磁铁外部磁感线分布示意图，外部磁场的磁感线是从磁铁的N极出来，进入磁铁的S极，故A对，B错．图乙是两异名磁极磁感线分布示意图，磁感线仍然是从N极出来，进入磁铁的S极，故C错，D对．
三、非选择题
11．《新民晚报》报道一条消息：“上海的雨点鸽从内蒙古放飞后，历经20余天，返回市区鸽巢”．信鸽这种惊人的远距离辨认方向的本领，实在令人称奇，那么信鸽究竟是靠什么来判别方向的呢？科学家们曾经做过这样一个实验：几百只训练有素的信鸽分成两组，在一组信鸽的翅膀下各缚了一块小磁铁，而在另一组信鸽的翅膀下各缚一块大小相同的铜块，然后将它们带到离鸽舍数十至数千米的地方，逐批放飞，结果绝大部分缚铜块的信鸽飞回到鸽舍，而缚着磁铁的信鸽大部分都飞散了，这一实验证实了人们的一个猜想——鸽子高超的认路本领是依赖于____________来判别方向的．
解析：不缚小磁铁的信鸽都能够飞回来，缚小磁铁的信鸽大部分都飞散了，说明信鸽是利用地磁场来判别方向的，小磁铁改变信鸽周围的磁场分布后，信鸽就迷失方向了．
答案：对地磁场的感应
12．如图所示为磁铁旁边静止的小磁针所处的位置，试判断各图中小磁铁的南、北极．
解析：在磁铁内部磁感线由S极到N极，在磁铁外部，磁感线由N极到S极，根据小磁针静止时N极指向该点磁感线方向，即可以确定各个磁铁的南、北极．
答案：甲：右端为S极，左端为N极乙：左端为N极，右端为S极丙：左端为N 极，右端为S极丁：左端为S极，右端为N极戊：两端同为N极，或者两端同为S极。