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(shí)驗(yàn)教師用書 滬科版選修1-1
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2.1 揭示電磁聯(lián)系的第一個實(shí)驗(yàn) 1.(3分)如圖211所示,兩根完全相同的絕緣細(xì)線,把兩個質(zhì)量相等的小球懸掛在同一點(diǎn)O上,甲球的電荷量大于乙球的電荷量,則( ) 圖211 A.甲、乙兩球都帶正電 B.甲、乙兩球都帶負(fù)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(yuǎn)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】 D 2.(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(jìn)行的 C.磁鐵吸引鐵釘、鐵屑的作用是通過磁場進(jìn)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(jìn)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】 D 3.(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(qiáng)度的方向是________,由此可知該處地球表面帶________電荷(填“正”或“負(fù)”). 【解析】 帶負(fù)電的粒子受重力和電場力平衡,所以電場力應(yīng)向上,場強(qiáng)向下,地球表面帶負(fù)電. 【答案】 向下 負(fù) 課 標(biāo) 導(dǎo) 思 1.了解前人對磁的探究過程,了解奧斯特實(shí)驗(yàn),知道幾種典型磁場的特點(diǎn). 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(diǎn)+難點(diǎn)) 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(xué)史上第一部系統(tǒng)闡述磁現(xiàn)象的科學(xué)著作. 2.吉爾伯特的認(rèn)識誤區(qū):他認(rèn)為電與磁是兩種截然無關(guān)的現(xiàn)象,并得到庫侖的認(rèn)可.早期電磁學(xué)領(lǐng)域中兩位杰出的先驅(qū)者的觀點(diǎn)深深影響著科學(xué)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 1.18世紀(jì)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(xué)不再是關(guān)于運(yùn)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(xué)家奧斯特通過多年的探索,在1820年通過實(shí)驗(yàn)的方法發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)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(shí)質(zhì) 通電導(dǎo)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(xiàn) 1.安培根據(jù)通電直導(dǎo)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(dǎo)線磁場:用右手握住導(dǎo)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(shí)驗(yàn)的意義 奧斯特的發(fā)現(xiàn)為電磁學(xué)的研究開辟了一個嶄新的領(lǐng)域,它對人們認(rèn)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(shí)驗(yàn)所揭示的電流磁效應(yīng),很快研制出了電磁鐵,在生產(chǎn)實(shí)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?yàn)樗臀覀兂R姷囊苑肿印⒃?、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?yàn)樗臀覀兂R姷膶?shí)物一樣,能對放入其中的磁體、電流和運(yùn)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(diǎn) 無磁極、非勻強(qiáng)且距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場越小 與條形磁鐵的磁場相似,管內(nèi)為勻強(qiáng)磁場,管外為非勻強(qiáng)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(yuǎn),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(yuǎn)處),止于負(fù)電荷(或無窮遠(yuǎn)處). 一、對奧斯特實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的探究 在做“奧斯特實(shí)驗(yàn)”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(dǎo)線的延長線上 B.沿電流方向放置磁針,使磁針在導(dǎo)線的正下方 C.通電導(dǎo)線沿南北方向放置在磁針的正上方 D.通電導(dǎo)線沿東西方向放置在磁針的正上方 【導(dǎo)析】 認(rèn)真閱讀教材中奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁場的史實(shí),體驗(yàn)科學(xué)探索的艱苦與偶然性. 【解析】 把導(dǎo)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(shí)驗(yàn) 本題通過奧斯特實(shí)驗(yàn)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(dāng)這些小磁針靜止時,小磁針N極的指向是( ) 【導(dǎo)學(xué)號:22940014】 圖212 A.a(chǎn)、b、c均向左 B.a(chǎn)、b、c均向右 C.a(chǎn)向左,b向右,c向右 D.a(chǎn)向右,b向左,c向右 【解析】 小磁針靜止時N極的指向與該點(diǎn)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(dǎo)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(biāo)上方向)或電流方向. 圖213 【導(dǎo)析】 靈活利用安培定則,根據(jù)磁場對小磁針的作用特點(diǎn)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214 A.帶同種電荷 B.帶異種電荷 C.B帶正電 D.A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(xiàng)錯誤,B選項(xiàng)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(fù)電,所以C選項(xiàng)錯誤,D選項(xiàng)正確. 【答案】 BD 1.人們早在公元前6、7世紀(jì)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215 A.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】 D 2.磁場中任意一點(diǎn)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(xué)規(guī)定磁場中任意一點(diǎn)的磁場方向?yàn)樾〈裴槺睒O所受磁場力的方向,或靜止時小磁針北極的指向. 【答案】 B 3.(多選)下列哪些物體周圍一定存在著磁場( ) A.地球 B.通電導(dǎo)線 C.電子束 D.靜止的帶電金屬球 【解析】 磁體及運(yùn)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】 ABC 4.下列各圖為電流產(chǎn)生磁場的分布圖,正確的分布圖是( ) A.①③ B.②③ C.①④ D.②④ 【解析】 根據(jù)安培安則可知,①④正確. 【答案】 C 5.圖216中電磁鐵的N、S極標(biāo)的正確的是( ) 圖216 【解析】 根據(jù)電池的接法和導(dǎo)線的繞向以及安培定則可判斷選項(xiàng)B正確. 【答案】 B 學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)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(fù)電 C.南半球?yàn)檎姡卑肭驗(yàn)樨?fù)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?yàn)闁|向西.但由于地球的自轉(zhuǎn)方向?yàn)樽晕飨驏|,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(fù)電. 【答案】 B 2.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(dāng)亥姆霍茲線圈中通以如圖所示方向的電流時,則( ) 圖217 A.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】 A 3.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(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)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(diǎn)的切線方向表示磁場方向,曲線疏密表示磁場強(qiáng)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】 C 4.實(shí)驗(yàn)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?yàn)榇朋w能吸引鐵 B.硬幣一定是鋁做的,因?yàn)榇朋w能吸引鋁 C.磁體的磁性越強(qiáng),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(xiàng)正確. 【答案】 D 5.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(dǎo)學(xué)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】 A 6.如圖218所示,已標(biāo)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(xiàng)C正確. 【答案】 C 7.超導(dǎo)是當(dāng)今高科技的熱點(diǎn)之一,當(dāng)一塊磁體靠近超導(dǎo)體時,超導(dǎo)體中會產(chǎn)生強(qiáng)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(xiàng)技術(shù),磁體懸浮的原理是( ) ①超導(dǎo)體電流的磁場方向與磁體的磁場方向相同 ②超導(dǎo)體電流的磁場方向與磁體的磁場方向相反 ③超導(dǎo)體使磁體處于失重狀態(tài)?、艹瑢?dǎo)體對磁體的磁力與磁體的重力相平衡 A.①③ B.①④ C.②③ D.②④ 【解析】 由于超導(dǎo)體無電阻,當(dāng)磁鐵靠近時會產(chǎn)生強(qiáng)大電流,當(dāng)使磁體懸浮在空中時,說明磁體的磁場與超導(dǎo)體的磁場方向相反,由此知D正確. 【答案】 D 8.如圖219所示,帶負(fù)電的金屬環(huán)繞軸OO′以角速度ω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?yàn)開_______. 圖219 【解析】 沿OO′方向看,金屬環(huán)順時針轉(zhuǎn)動,因帶負(fù)電,負(fù)電荷順時針轉(zhuǎn)動,等效電流的方向?yàn)槟鏁r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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)線上各點(diǎn)為圓心的同心圓,放在導(dǎo)線上面的磁針將受到磁場力的作用,方向與導(dǎo)線垂直.因此,為了檢測導(dǎo)線中是否有電流,使用前需要把磁針調(diào)整到與導(dǎo)線平行的位置,如果兩表筆接觸電路時,磁針偏轉(zhuǎn),說明導(dǎo)線中有電流通過,電路導(dǎo)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(yuǎn)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(qiáng)磁性的永磁鐵塊和弱磁性的銅塊,在遠(yuǎn)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(jìn)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(dǎo)航呢?有的觀察研究者認(rèn)為同地球磁場有關(guān),并進(jìn)行了這樣的實(shí)驗(yàn)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(dāng)人造磁場反向時,海龜?shù)挠蝿右卜聪颍@表明磁場是影響海龜?shù)挠涡械模?- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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