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第二十章 电与磁
在地球南北极附近的高纬度地区，人们常常可以看到一种奇异的自然现象:巨大的天幕似乎被染上了各种颜色，这些颜色还会不断变化;从紫色到黄绿色，直至橘红色，耀人眼目。
这是天上的画家在挥笔作画，还是盛装的少女手持彩练在空中载歌载舞
古人对这种现象进行了种种猜测，直到近代才有了科学的解释。科学家把这种现象叫作极光。极光的发生与地球的磁场有密切关系。
第1节 磁现象 磁场
1.了解磁现象，认识磁场、地磁场。
2.经历用磁感线描述磁场的过程，培养模型建构和科学推理能力。
3.通过研究磁体周围磁场方向的实验，培养观察和分析能力。
4.了解我国古代对磁现象的研究，感受中国古人的智慧，增强民族自豪感。
教学目标
问题
843年，在没有航标、没有明确航道的大海上，一艘帆船正在日夜不停地航行(右图)。
一些聪明的中国人利用手中的罗盘指示方向，开辟了从浙江温州到达日本值嘉岛的航线。是什么神秘的力量驱动着罗盘，让它指示方向
罗盘即平常我们说的指南针，它是我国古代的四大发明之一。
1世纪初，东汉学者王充(27一约97)在《论衡》中有关于我国早期的指南针——司南的记载:“司南之杓，投之于地，其柢指南。”
右图是一种司南的模型，它是把天然磁石琢磨成勺子的形状，放在一个水平光滑的“地盘”上制成的。
磁现象
在2000多年前的春秋时期，我们的祖先就发现了天然磁铁矿石吸铁的性质。
现在，人们利用这些磁铁矿石、钢或某些合金及人工合成材料，根据需要制成各种形状的磁体(下图)。
磁体能够吸引铁、钴、镍等物质。
它的吸引能力最强的两个部位(下图)叫作磁极(magnetic pole)。
能够自由转动的磁体，例如悬吊着的磁针，静止时指南的那个磁极叫作南极(south pole)或S极，指北的那个磁极叫作北极(north pole)或N极。
磁针的南极
磁针的北极
请你认真观看磁极间相互作用的视频，你发现磁极间相互作用的规律是什么？
学生活动
磁极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。
N极与N极相互排斥，S极与S极相互排斥，N极与S极相互吸引。
有些物体在磁体或电流的作用下会获得磁性，这种现象叫作磁化(magnetization)。
许多物体容易被磁化。机械手表磁化后，走时不准;钢针磁化后，可以用来制作指南针。
你会磁化钢针吗
磁化钢针的视频
磁针和磁体并没有接触，怎么会有力的作用呢 这是因为磁体周围存在着一种物质，能使磁针偏转。这种物质看不见、摸不着，我们把它叫作磁场(magnetic field)。
磁场
如果把磁针拿到一个磁体附近，它会发生偏转。
磁场对磁针有力的作用，我们可以通过它对磁针的作用情况来认识它。像磁场这种物质，我们用实验可以感知它，所以它是确确实实存在的。
我们看不见风，但可以通过它对树叶的吹动情况来认识它。在物理学中，对于一些看不见、摸不着的物质，可以通过它对其他物体的作用来认识它。
如下图所示，在条形磁体附近的某点放一枚小磁针，观察小磁针N极的指向。
演示
用磁针感知磁场
换用其他小磁针放在该点，再做两次实验，观察小磁针N极的指向。
由实验可以看出，尽管小磁针不同，但是小磁针北极在磁体周围某个确定点的指向是不变的。在物理学中，把放在磁场中的小磁针静止时北极所指的方向规定为该点磁场的方向。
实验
研究磁体周围磁场的方向
在条形磁体周围放置一些小磁针，如右图所示，观察小磁针N极的指向，画出各点的磁场方向。
磁场的分布是否有规律
在磁体外部放置越多、越小的磁针，就能越清楚地看出磁场的分布情况。如下图所示，在条形磁体上面放一块玻璃板，在玻璃板上撒一层铁屑，铁屑被条形磁体磁化，就变成一枚枚“小磁针”。轻轻敲打玻璃板，你看到了什么
研究磁体周围磁场的方向的视频
我们看到，小磁针(或被磁化后的铁屑)在磁体周围磁场的作用下，有规则地排列起来。
小磁针(或被磁化后的铁屑)在磁场中的排列情况启发我们，可以用一些带箭头的曲线，方便、形象地描述磁场，这样的曲线叫作磁感线(magnetic induction line)。
下图是用磁感线描述的条形磁体和蹄形磁体的磁场。
从图中可以看出，在用磁感线描述磁场时，磁体外部的磁感线都是从磁体的N极出发，回到S极的。
2.磁场充满磁体周围整个空间，并不只是一个平面;不画磁感线的空间也有磁场存在。
说明：
1.磁场和磁感线的关系:磁场看不见、摸不着，可通过它对其他物体的作用来认识它。磁感线是为了方便、形象地描述磁场而引入的带箭头的曲线，是描述磁场而引入的物理模型。磁场真实存在，而磁感线并不存在。
拿来几枚小磁针放在桌面上，你可以发现什么？
地磁场
能水平转动的磁针就是指南针。
你可以发现，静止时它们都指向同一方向，即小磁针的N极总是指向北方。
我们把一个小磁针放在一个条形磁铁
的上方，小磁针静止时如左图所示。
为了便于在这里展示，我们把主视图
变为俯视图（左2图为左1图的俯视图）
下图展示了在水平桌面上慢慢旋转条形磁铁的情形
上图中的各种情形下，小磁针南北极所指的方向有什么共同点？
小磁针的N极始终指着条形磁铁的S极，
小磁针的S极始终指着条形磁铁的N极。
不难理解，小磁针的N极、S极分别受到条形磁铁的S极、N极的吸
引，始终指着条形磁铁的S极、N极。
但是，这些小磁针下面并没有放条形磁铁，它们的指向也都一致。
即使只放一枚小磁针，也是小磁针静止时N极指北，S极指南。
明明小磁针旁边没有磁体，却跟小磁针下方放了一个如图所示的条
形磁铁的情形一样呢？
原来，地球本身相当于一个巨大的磁体，能在水平面内自由转动的
小磁针就是因为受到了这个磁体的磁场的作用而在静止时南极指南方，
北极指北方。
小磁针静止时南极指着地球这个大磁体的N极，北极指着地球这个大磁体的S极。
N
S
能在水平面内自由转动的小磁针，静止时
总是N极指北，S极指南。
这说明，地球周围存在着磁场——地磁场。
图中这条蓝色的线代表一条经线，
点代
表地理的北极，
点代表地理的南极。可见，
地磁场的南极（S极）是在地理的北极附近，
地理北极
地理南极
地磁的南极
地磁的北极
地磁场的北极（N极）是在地理的南极附近。
在地球表面及空中的不同位置测量地磁场的方向，可以画出地磁场的磁感线，如右图所示。
地磁场的形状跟条形磁体的磁场相似。
不过，地理的两极和地磁场的两极并不重合，磁针所指的南北方向与地理的南北方向略有偏离。
世界上最早记述这一现象的人是我国宋代学者沈括(1031一1095)，这个发现比西方早了400多年。
地磁场的磁感线的立体演示
有些动物能够感觉到磁场，如绿海龟、鸽子等，它们能利用地磁场“导航”。
地磁场究竟是怎样产生的 人们对这个问题已经研究了多年，至今还没有满意的结果。学习了下一节电流的磁场以后，也许你会对此多一份猜想。
1.用钢条的一端去接近小磁针，如果小磁针被吸引过来，则( )
A.钢条肯定有磁性 B.钢条肯定没有磁性
C.钢条可能有磁性 D.以上说法都不对
也可能是钢条没有磁性，与小磁针这个磁体相互吸引，
小磁针被吸引过来，可能是钢条有磁性，而且与小磁针的一端是异名磁极相互吸引；
所以钢条可能有磁性，也可能没有磁性。
C
2.如图甲所示，用弹簧测力计吊着一磁体，
沿水平方向从水平放置的条形磁体的A端移到B端的过程中，能表示弹簧测力计示数与水平位置关系的是图乙中的( )
水平放置的条形磁体两端磁性强，中间磁性弱，从A端到条形磁体的中间，表现为斥力，且斥力逐渐减小，所以弹簧测力计的示数逐渐增大;从磁体中间到B端，表现为引力，且引力逐渐增大，所以弹簧测力计的示数继续逐渐增大。可知整个过程中，弹簧测力计的示数一直增大。
D
3.磁体外部的磁感线都是从磁体的N极出发，回到S极的。请你根据这个规律，在下面的甲、乙两个图中标出磁体的磁极名称，并画出磁感线的箭头。
磁体外部的磁感线都是从磁体的N极出发，回到S极。甲图中的磁感线是从一个磁极出发，回到另一个磁极，所以甲图中的一个磁极是N极，另一个磁极是S极。答案如上图或下图。
甲
乙
N
S
N
S
用铁屑演示异名磁极间的磁场视频
甲
乙
磁体外部的磁感线都是从磁体的N极出发，回到S极。乙图中的磁感线不是从一个磁极出发，回到另一个磁极，所以乙图中的两个磁极或者都是N极，或者都是S极。答案如上图或下图。
N
N
S
S
4.如右图所示，在一个条形磁体的上面放一块有机玻璃，玻璃上撒一层铁屑，轻轻敲打玻璃，可以看到铁屑有规则地排列起来。据此现象，同学们展开了激烈的讨论。下列说法中正确的是( )
A.小明认为铁屑被磁化，相当于一个个小磁针
B.小红认为此实验不能证明条形磁体周围存在磁场
C.小李认为铁屑组成了磁感线，磁感线是磁场中实际存在的曲线
D.小华认为此实验显示了条形磁体周围磁场的分布情况，表明磁场有强弱、无方向
物体在电流或磁场的作用下获得磁性的过程叫磁化，撒在磁体周围的每个小铁屑都磁化成了小磁针，A正确;
利用撒在磁体周围的铁屑可以判断该磁体周围的磁感线分布，说明条形磁体周围存在磁场，B错误;
4.如右图所示，在一个条形磁体的上面放一块有机玻璃，玻璃上撒一层铁屑，轻轻敲打玻璃，可以看到铁屑有规则地排列起来。据此现象，同学们展开了激烈的讨论。下列说法中正确的是( )
A.小明认为铁屑被磁化，相当于一个个小磁针
B.小红认为此实验不能证明条形磁体周围存在磁场
C.小李认为铁屑组成了磁感线，磁感线是磁场中实际存在的曲线
D.小华认为此实验显示了条形磁体周围磁场的分布情况，表明磁场有强弱、无方向
磁感线是为了描述磁场的性质而引入的，磁感线是不存在的，更不是由铁屑组成的，C错误;
磁感线的疏密表示磁场强弱，磁感线某点的切线方向表示该点的磁场方向，磁场有方向，D错误。
A
5.如右图所示是一款磁吸车载手机支架，其底部用胶水粘在汽车中控平台上，支架顶端的"台面"是一块磁体，再将一块软式磁力贴贴在手机壳或手机背面，使用时将手机磁力贴位置对准支架顶端的"台面”，就可以将手机牢牢固定，关于这款手机支架，下列说法中正确的是( )
A.支架顶端的"台面"的外部的磁感线从S极出发回到N极
B.支架顶端的"台面"的上表面一定是磁体的N极
C.支架顶端的"台面"可以吸附任何金属
D.支架顶端的"台面"与手机磁力贴间吸附是因为异名磁极相互吸引
支架顶端的"台面"的外部的磁感线从N极出发回到S极，A错误；
支架顶端的"台面"的上表面可能是磁体的N极，也可能是磁体的S极，B错误;
磁极间相互作用:同名磁极互相排斥，异名磁极相互吸引，支架顶端的“台面”与手机磁力贴间吸附是因为异名磁极相互吸引，D正确。
5.如右图所示是一款磁吸车载手机支架，其底部用胶水粘在汽车中控平台上，支架顶端的"台面"是一块磁体，再将一块软式磁力贴贴在手机壳或手机背面，使用时将手机磁力贴位置对准支架顶端的"台面”，就可以将手机牢牢固定，关于这款手机支架，下列说法中正确的是( )
A.支架顶端的"台面"的外部的磁感线从S极出发回到N极
B.支架顶端的"台面"的上表面一定是磁体的N极
C.支架顶端的"台面"可以吸附任何金属
D.支架顶端的"台面"与手机磁力贴间吸附是因为异名磁极相互吸引
支架顶端的"台面”可以吸附铁、钴、镍等物质，非磁性物质不能被吸引，C错误;
D
6.关于磁场，下列说法中正确的是( )
A.铜、铁和铝都能够被磁体所吸引
B.磁感线是磁场中真实存在的一些曲线
C.地球是一个大磁体，地磁N极在地理南极附近
D.物理学中，把小磁针静止时S极所指的方向规定为该点的磁场方向
物理学中，把小磁针静止时N极所指的方向规定为该点的磁场方向，D错误。
铜和铝都不是磁性材料，都不能被磁体吸引，A错误;
磁感线在磁场中不是真实存在的，只是为了便于研究磁场，人为画出的一些曲线，B错误;
地球本身是一个大磁体，且地磁场的两极与地理的两极并不重合，C正确;
C
7.关于磁场和磁感线，以下说法中正确的是( )
A.地磁场的北极在地理的南极附近，所以指南针静止时北极指向地理南极
B.磁体周围存在着磁感线
C.磁体外部的磁感线都是从磁体的N极出发，回到S极的
D.磁场中，小磁针静止时南极所指的方向为该点的磁场方向
地磁场的北极在地理的南极附近，地磁场的南极在地理的北极附近，根据异名磁极相互吸引，指南针静止时北极应指向地理北极，A错误;
磁感线不是真实存在的，是为了描述磁场建立的物理模型，B错误;
7.关于磁场和磁感线，以下说法中正确的是( )
A.地磁场的北极在地理的南极附近，所以指南针静止时北极指向地理南极
B.磁体周围存在着磁感线
C.磁体外部的磁感线都是从磁体的N极出发，回到S极的
D.磁场中，小磁针静止时南极所指的方向为该点的磁场方向
磁体外部的磁感线都是从磁体的N极出发，回到 S极的，磁体内部的磁感线是从S极到N极，形成闭合曲线，C正确;
磁场中，小磁针静止时N极所指的方向为该点磁场的方向，D错误
C
小结
磁现象 磁场
├─磁体
│ ├─磁性：能够吸引铁、钴、镍等物质的性质
│ ├─磁极：磁体上磁性最强的部位，磁体有两个磁极 (N 极、S 极)
│ ├─磁极间的相互作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引
│ └─磁化：没有磁性的物体获得磁性
├─地磁场
│ ├─磁场分布：地磁场的形状跟条形磁体的磁场相似
│ └─磁偏角：地理两极与地磁两极不重合
├─磁场
│ ├─概念：磁体周围看不见、摸不着的特殊物质
│ ├─基本性质：对放入磁场中的磁体产生磁力的作用
│ ├─磁场方向：小磁针静止时北极所指的方向
│ └─磁场强弱：磁极处磁场最强
└─磁感线
├─概念：为描述磁场分布而假想的曲线
└─磁感线方向：磁体外部的磁感线都是从磁体的 N 极出发，回到 S 极的
练习与应用
1.磁现象在生活中的应用给我们带来了方便。例如门吸，它由安装在墙上(或地上)的磁体和门上的吸板两部分组成，如右图所示。门打开后，磁体和吸板吸合，能够防止风吹或不小心触碰时房门关闭。请你再列举两个磁现象在生活中应用的实例。
解：
1.冰箱门上的磁性封条
3.磁性板擦、磁扣吸附在铁质白板上
2.螺丝刀的磁性刀头
箱包磁扣
钱包磁扣
磁性象棋
磁性围棋
2.如右图所示，在水平桌面上横放一根条形磁体，
用弹簧测力计悬挂一个铁块置于磁体一端的上方，让铁块与磁体在相距一定距离的情况下保持平衡。在弹簧测力计沿水平方向朝另一端移动的过程中，它的示数是如何变化的 为什么
条形磁体两端磁性强，中间磁性弱，对铁块的吸引力先变小后变大。
先变小后变大。
解：
3.两根外形完全相同的钢棒，其中一根有磁性，另一根无磁性。没有别的器材，你如何把它们区别开来
若吸引力很弱，则钢棒乙有磁性，甲无磁性。
甲
乙
解：
如右图所示，将钢棒甲的一端接触或靠近另一根钢棒乙的中部，
若吸引力很大，则钢棒甲有磁性，乙无磁性；
4.下图中的两幅图分别画出了两个磁极间的磁感线。请在图中标出磁极的名称，并画出位于图中A点和B点的小磁针静止时北极所指的方向。
S
N
N
N
N
N
5.如下图所示，将小磁针放置于条形磁体和蹄形磁体的周围，请分别画出甲、乙两图中A、B、C三点的小磁针静止时北极所指的方向。
N
N
N
N
N
N
6.请找两根缝衣针、一个按扣、一根大头针和一块橡皮泥，做一个指南针。用橡皮泥和大头针制作指南针的底座。使缝衣针磁化后，穿过按扣的小孔，放在底座的针尖上，这就是一个小小指南针，如右图所示。
如果图中的指南针静止下来后，针尖指北，那么针尖是N极还是S极 为什么
解：
小磁针静止时，指北的磁极就是小磁针的N极。
针尖是N极；
谢谢观看
Thanks!
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