高中物理 人教版选修3-1 3.1-2 磁现象和磁场、磁感应强度 教学设计、教案

〔情景切入〕我们的祖先在磁现象的发现及应用方面写下了灿烂的一页。

早在战国时期就有“慈石召铁”的记载，讲的是天然磁石对铁块的吸引。

指南针是我国古代的四大发明之一，对世界文明有重大影响。

磁到底是什么？指南针为什么能指明方向？磁对人类有什么作用？这一章我们就来探究磁的奥秘。

〔知识导航〕本章研究有关磁场的产生、描述及磁场对电流和运动电荷作用的知识，安培力、洛伦兹力是磁场性质的具体体现，磁电式电流表、质谱仪和回旋加速器是安培力和洛伦兹力的具体应用。

本章在知识结构上可以分为三个单元：1～3节是第一单元，这个单元主要学习磁场基本知识、描述磁场力的性质的物理量——磁感应强度、用磁感线对几种常见磁场进行描述；第4节是第二单元，主要学习电流在磁场中受到的安培力大小的表达，和安培力方向的判断方法——左手定则，同时还有与电流受力有关的电流表的组成和工作原理。

5～6节是第三单元，主要讨论磁场对运动电荷的作用力——洛伦兹力的大小和方向，了解电视机显像管的工作原理。

本章学习的重点：磁感应强度的概念，磁现象的电本质；磁场对电流的作用力—安培力；磁场对运动电荷的作用力—洛伦兹力。

本章难点：带电粒子在磁场中运动的基本规律以及带电粒子在电场、磁场、重力场中的运动规律的综合应用。

〔学法指导〕1．本章的学习可以通过与前面学过的电场类比从而更好地理解，例如磁场与电场类比，磁感应强度与电场强度类比，磁感线与电场线类比，安培力、洛伦兹力与电场力类比等。

2．要注意培养空间想象能力。

磁感应强度、电流、安培力和洛伦兹力分布在一个立体空间，在头脑中对它们的方向构成的立体关系要清晰，层次分明，并且还要根据需要转化为平面内的关系。

3．要分清左右手的用法。

用左手判断安培力的方向，洛伦兹力的方向，用右手判断电流方向，还要注意研究正负粒子在磁场中运动的问题时，四个手指指向的区别。

4．善于利用几何关系。

带电粒子的圆周运动，关键是确定圆周的圆心，再利用洛伦兹力提供向心力这一条件，确定圆周运动的半径和周期，再进一步确定运动时间、偏转角度等物理量。

1磁现象和磁场素养目标定位※认识磁现象，知道磁场的概念※知道磁场是客观存在的物质，了解电流的磁效应※了解地磁场的分布、变化，以及对人类生活的影响,素养思维脉络知识点1磁现象1．磁性物质具有__吸引铁、钴、镍__等物质的性质叫磁性。

2．磁体__具有磁性__的物体叫磁体。

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。

(1)任何磁体都有两个磁极，一个叫__南极(又称S极)__，另一个叫__北极(又称N极)__。

(2)同名磁极相互__排斥__，异名磁极相互__吸引__。

知识点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．实验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。

知识点3磁场1．定义磁体或电流周围存在一种特殊物质，能够传递磁体与磁体之间、__磁体和电流__之间、__电流和电流__之间的相互作用，这种特殊的物质叫磁场。

2．磁场的基本性质对放入其中的__磁极__或__电流__产生力的作用。

所有与磁现象有关的相互作用，都是通过磁场发生的，可与电荷间的相互作用相类比。

3．磁场的产生①__永磁体__周围存在磁场；②__电流__周围存在磁场——电流的磁效应。

知识点4地球的磁场1．地磁场地球本身是一个磁体，其周围存在的磁场叫__地磁场__。

地磁场的N极位于地理__南极__附近，S极位于地理__北极__附近。

地磁场很弱，但自由转动的小磁针能显示出地磁场的作用，这是__指南针__的原理。

2．磁偏角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__指南__或__指北__，其间有一个交角，这就是__地磁偏角__，简称磁偏角。

(如图所示)思考辨析『判一判』(1)磁场看不见，摸不着，因此磁场是人们假想的，实际并不存在。

(×)(2)磁体与磁体之间的作用是通过磁场发生的，通电导线与通电导线之间的作用是通过电场发生的。

(×)(3)磁体中各部分的磁性都是相同的。

(×)(4)地球的磁场与条形磁体的磁场相似。

(√)(5)我国古代四大发明中，涉及磁现象应用的发明是指南针。

(√)『选一选』(2019·浙江省绍兴一中高二上学期期中)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，如图所示，其依据是(B)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．磁场具有方向性解析：磁性水雷中的小磁针静止时，一端指南，一端指北，水雷不会爆炸，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，由磁极间的相互作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引知，就会使水雷中的小磁针发生转动，而触发水雷发生爆炸。

故B正确，ACD错误。

『想一想』如图是医生用来取出病人吞下的金属物品的仪器。

当仪器顶部接触金属物品时，医生将手控环内推，再拉出整条塑料管。

(1)你能说出这种仪器的原理吗？(2)如果小孩不慎吞下的是易拉罐拉环或一个回形针，哪种物体可以用这种仪器取出来？(3)如果把活动永磁体换成电磁铁，你认为是不是更实用呢？解析：(1)当仪器顶部接触金属物品时，将手控环内推，其上的活动永磁铁使固铁磁化，磁化后吸引铁磁性金属物品，然后拉出整条塑料管，即可把这种金属物品取出。

(2)由于磁铁只能吸引铁磁性物体，而易拉罐环是铝合金材料的，不是铁磁性物质，因此不能取出；而回形针是铁磁性物体，可以用此仪器取出。

(3)电磁铁的磁性强弱可以随电流的变化而变化，如果是误吞了比较重的金属，可通过调节电流大小使磁性增强，把它取出来。

故使用电磁铁应更实用一些。

探究一对磁场的理解S思考讨论i kao tao lun 1如图所示，磁体间、通电导线和磁体间都可以在不接触的情况下发生作用。

(1)甲图中两磁铁作用时，悬挂的磁铁两种情况下转动的方向不同，这说明了磁极间的作用有何特点？(2)乙图中当给导线通电时，与导线平行放置的小磁针发生转动，表明电流和磁场存在什么关系？提示：(1)同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。

(2)电流周围产生磁场。

,G 归纳总结ui na zong jie1．磁场的性质基本性质对放入其中的磁体或电流产生磁力作用客观性质磁场虽然不是由分子、原子组成，但是它和常见的桌子、房屋、水和空气一样，是一种客观存在的物质特殊性质磁场和常见的由分子、原子组成的物质不同，不是以微粒形式存在，而是以一种场的形式存在磁场的方向性磁场是具有方向的。

所谓磁场的方向就是小磁针在磁场中其北极受力的方向，即小磁针静止时其北极所指的方向。

(1)电现象与磁现象的联系：①磁体总存在着两个磁极，自然界中存在两种电荷。

②同种电荷相互排斥，同名磁极相互排斥；异种电荷相互吸引，异名磁极相互吸引。

(2)奥斯特的实验：①实验装置如图所示。

②实验现象：当给导线通电时，与导线平行放置的小磁针发生转动。

③注意事项：为了排除地磁场的影响，使实验现象明显，导线应沿南北方向水平放置在小磁针的正上方。

④实验结论：电流具有磁效应，即电流可以产生磁场。

⑤实验意义：电流磁效应的发现，首次揭示了电与磁之间的联系，揭开了人类对电磁现象研究的新纪元。

特别提醒：自然界有两种基本的物质形态：实物和场。

(1)实物即具体的、有形的物质形态，由物质粒子组成。

(2)场是物质的另一种存在形态，和实物一样也是一种客观存在物，具有质量、能量、动量等物质的基本属性。

D 典例剖析ian li pou xi典例1以下说法中正确的是(A)A．磁体与磁体间的相互作用是通过磁场产生的B．电流与电流间的相互作用是通过电场产生的C．磁体与电流间的相互作用是通过电场与磁场共同产生的D．磁场和电场是同一种物质解题指导：磁体周围有磁场，电流周围也存在磁场，磁体与磁体之间、电流与电流之间、磁体与电流之间的相互作用都是通过磁场发生的。

解析：电流能产生磁场，在电流的周围就有磁场存在，不论是磁体与磁体间，还是电流与电流间、磁体与电流间，都有相互作用的磁场力。

磁场是一种特殊物质，其最基本的性质是对放入其中的磁体或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其中的电荷有电场力的作用，它不会对放入其中的磁体产生力的作用，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，正确选项为A。

〔对点训练1〕下列关于磁场的说法中正确的是(A)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的相互作用而人为引入的C．磁极与磁极间是直接发生作用的D．磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生解析：磁场是客观存在于磁极或电流周围的一种物质，所以B、D选项错误；磁极之间、磁极与电流之间、电流与电流之间、运动电荷之间的作用都是通过磁场发生的，不是直接发生的，故C选项错误。

探究二地球的磁场S思考讨论i kao tao lun 2信鸽千里归巢是一件再普通不过的事情。

可为鸽子导航的“地图”在哪儿？为什么在没有阳光的暴风雨天气或者在出现日食的日子鸽子会迷路？提示：地球是一个大磁体，信鸽体内有某种磁性物质，它能借助地磁场辨别方向。

,G 归纳总结ui na zong jie1．地磁场的方向地磁场的方向并不是正南正北方向，即地磁两极与地理两极并不重合。

地磁场方向与正南正北方向间有一个夹角——磁偏角。

虽然地磁两极与地理两极并不重合，但它们的位置相对来说差别不是很大。

因此，一般我们认为：(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，地磁场方向指向北上方；在北半球，地磁场方向指向北下方。

2．地磁场的影响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，不能直接到达地球，因此地磁场对地球生命有保护作用。

特别提醒：地球上不同的地点地磁场的方向不同，水平分量由南指向北，竖直分量在南半球竖直向上，在北半球竖直向下，因此当涉及地磁场的问题时，要注意明确在地球上的位置。

D 典例剖析ian li pou xi典例2(2019·江苏省扬州市高二上学期物理期末)中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。

”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图所示。

结合上述材料，下列说法不正确的是(C)A．地理南、北极与地磁场的南、北极不重合B．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近C．地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行D．信鸽可以借助地磁场来辨别方向解题指导：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。