第三章磁場

§3.1磁現(xiàn)象和磁場

我國是世界上最早發(fā)現(xiàn)磁現(xiàn)象的國家,我國古代的四大發(fā)明之一的哪項(xiàng)發(fā)明是利用了磁現(xiàn)象?

司南創(chuàng)設(shè)情境一、磁現(xiàn)象

最初發(fā)現(xiàn)的磁體是被稱為“天然磁石”的礦物，其中含有主要成分為Fe3O4，能吸引其他物體，很像磁鐵.一、磁現(xiàn)象

東漢王充在《論衡》中寫道：“司南之杓[sháo]（同勺），投之于地，其柢[dǐ]（樹木的根，根深柢固）指南”磁與生活在現(xiàn)代，磁現(xiàn)象與日常生活、科技密切相關(guān)．生活中哪些東西利用了磁？電磁爐采用磁場感應(yīng)電流（又稱為渦流）的加熱原理，通過電子線路板組成部分產(chǎn)生交變磁場、當(dāng)用含鐵質(zhì)鍋具底部放置爐面時，鍋具即切割交變磁感線而在鍋具底部金屬部分產(chǎn)生交變的電流（即渦流），渦流使鍋具鐵分子高速無規(guī)則運(yùn)動，分子互相碰撞、摩擦而產(chǎn)生熱能使器具本身自行高速發(fā)熱，用來加熱和烹飪食物。

上海磁懸浮列車專線西起上海地鐵龍陽路站，東至上海浦東國際機(jī)場,列車加速到平穩(wěn)運(yùn)行之后，速度是430公里/小時。這個速度超過了F1賽事的最高時速。磁懸浮列車上裝有電磁體，鐵路底部則安裝線圈。通電后，地面線圈產(chǎn)生的磁場極性與列車上的電磁體極性總保持相同，兩者“同性相斥”，排斥力使列車懸浮起來。鐵軌兩側(cè)也裝有線圈，交流電使線圈變?yōu)殡姶朋w。它與列車上的電磁體相互作用，使列車前進(jìn)。列車頭的電磁體（N極）被軌道上靠前一點(diǎn)的電磁體（S極）所吸引，同時被軌道上稍后一點(diǎn)的電磁體（N極）所排斥。托卡馬克磁約束裝置

一類控制熱核聚變的裝置。用特殊形態(tài)的磁場把氘、氚等輕原子核和自由電子組成的、處于熱核反應(yīng)狀態(tài)的超高溫等離子體約束在有限的體積內(nèi)，使它受控制地發(fā)生大量的原子核聚變反應(yīng)，釋放出原子核所蘊(yùn)藏的能量。磁約束熱核聚變是當(dāng)前開發(fā)聚變能源中最有希望的途徑,是等離子體物理學(xué)的一項(xiàng)重大應(yīng)用.

閱讀課本80頁,填空1.磁性：能夠

的性質(zhì).2.磁體：具有

的物體叫磁體.3.磁極：磁體上

的部分叫磁極.小磁針靜止時指南的磁極叫做

極,又叫

極;

指北的磁極叫做

極,又叫

極.4.磁極間的相互作用:同名磁極

，異名磁極

.5.變無磁性物體為有磁性物體叫

,

變有磁性物體為無磁性物體叫

.自主學(xué)習(xí)磁化吸引鐵質(zhì)物體磁性磁性最強(qiáng)南S北N相互排斥相互吸引退磁【思考】

1.電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象有何相似?

2.電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象有何不同?

3.電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象有何聯(lián)系?問題探究磁體間的相互作用是通過什么發(fā)生的呢?【聯(lián)想】電荷間的相互作用是通過什么發(fā)生的呢?電荷之間的相互作用是通過電場發(fā)生的磁體之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的磁場和電場都是客觀存在的物質(zhì)問題探究1.磁場:磁體周圍空間存在的一種特殊物質(zhì).二、磁場【問題】是否只有磁體周圍才存在磁場?

磁體磁體磁場問題歸納2、電流的磁效應(yīng)奧斯特實(shí)驗(yàn)問題歸納1.奧斯特實(shí)驗(yàn)2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象當(dāng)給導(dǎo)線通電時,與導(dǎo)線平行放置的小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動3、注意事項(xiàng):導(dǎo)線應(yīng)沿南北方向水平放置4、實(shí)驗(yàn)結(jié)論:通電導(dǎo)線對小磁針有力的作用，即電流可以產(chǎn)生磁場。問題歸納、1，地磁場的方向是沿南北方向的，也就是說不加導(dǎo)線時候小磁針受力平衡后的指向是南北方向；出了重力之外，只有地磁場力讓它指向南北。

2，奧斯特實(shí)驗(yàn)是為了證明通電導(dǎo)體的周圍存在磁場，你在后續(xù)章節(jié)會知道通電導(dǎo)體周圍的磁場是什么樣的。

3，將導(dǎo)線沿南北方向平行放在小磁針的上方，這樣放的時候恰好導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場作用于小磁針的方向就是東西方向；

4，這樣的話，小磁針就會同時受到兩個磁場力（南北方向的地磁場力,東西方向的導(dǎo)線磁場力）；比起最開始沒有放導(dǎo)線的時候受力不平衡了，小磁針會向東西方向偏，所以就證明了通電導(dǎo)體周圍存在磁場。

因?yàn)橥娭睂?dǎo)線產(chǎn)生的磁場分布在一族以導(dǎo)線為軸的同心圓柱面上（磁場方向可用右手定則判斷，大拇指指電流方向，四指彎曲指向磁場方向），小磁針自然靜止時是指向南北方向的，如果導(dǎo)線沿東西方向放的話產(chǎn)生的磁場對小磁針的力矩為零，不會觀察到小磁針偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。只有當(dāng)導(dǎo)線南北放置時，導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場對小磁針的力矩不為零才有可能觀察到小磁針偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

2.電流的磁效應(yīng)：磁體磁體磁場二、磁場1.磁場:磁體周圍空間存在的一種特殊物質(zhì).問題歸納電流能在周圍空間產(chǎn)生磁場.磁體不是磁場的唯一來源.磁體電流磁場問題探究電流能產(chǎn)生磁場，小磁針在電流的磁場中受到了力的作用。根據(jù)牛頓第三定律，力的作用是相互的，既然電流對磁體有力的作用，那么，磁體對電流有沒有力呢？實(shí)驗(yàn)：把一段直導(dǎo)線懸掛在蹄形磁鐵的兩極間，通以電流，導(dǎo)線就會運(yùn)動。問題探究結(jié)論：磁體對通電導(dǎo)體有力的作用問題：磁體和通電導(dǎo)體之間的相互作用是通過什么發(fā)生的呢?問題歸納磁體電流磁場問題歸納問題:電流與電流之間是否有力的作用?

如果有，力的作用是怎樣發(fā)生的?實(shí)驗(yàn)：平行通電直導(dǎo)線之間的相互作用現(xiàn)象：同向電流相互吸引反向電流相互排斥結(jié)論：電流與電流之間有力的作用問題探究電流電流磁場

磁場對放入其中的磁體或通電導(dǎo)體會產(chǎn)生磁力作用。3、磁場的性質(zhì)二、磁場問題歸納問題歸納磁體磁體磁場電流磁體磁場電流電流磁場三、地磁場1.地球是一個巨大的磁體2.地球周圍空間存在的磁場叫地磁場3.地磁的北極在地理的南極附近,地磁的南極在地理的北極附近,但兩者并不完全重合,它們之間的夾角稱為

磁偏角4.磁偏角的數(shù)值在地球上不同地方是不同的你知道嗎？美麗的極光的發(fā)生與地球的磁場有密切關(guān)系。

地球?yàn)槭裁词莻€大磁場？

因?yàn)榈睾藘?nèi)存在大量熔融鐵，科學(xué)家相信，由于地核的體積極大，溫度和壓力又相對較高，使地層的導(dǎo)電率極高，使得電流就如同存在于沒有電阻的線圈中，可以永不消失地在其中流動，這使地球形成了一個磁場強(qiáng)度較穩(wěn)定的南北磁極。另外，電子的分布位置并不是固定不變的，并會因許多的因素影響下會發(fā)生變化，再加上太陽和月亮的引力作用，地核的自轉(zhuǎn)與地殼和地幔并不同步，這會產(chǎn)生一強(qiáng)大的交變電磁場，地球磁場的南北磁極因而發(fā)生一種低速運(yùn)動，造成地球的南北磁極翻轉(zhuǎn)。關(guān)于地球磁場的形成原因，一種關(guān)于地球磁場成因的假說認(rèn)為：地球磁場的形成原因和其它行星的磁場的形成原因是類似的，地球或其它行星由于某種原因而帶上了電荷或者導(dǎo)致各個圈層間電荷分布不均勻。這些電荷由于隨行星的自轉(zhuǎn)而做圓周運(yùn)動，由于運(yùn)動的電荷就是電流，電流必然產(chǎn)生磁場。這個產(chǎn)生的磁場就是行星的磁場，地球的磁場也是類似的原因產(chǎn)生的。這個假說和各個行星磁場的有無和強(qiáng)弱現(xiàn)象符合的非常完美。但形成原因至今沒有定論。

形象地說，地球磁場類似一個條形磁鐵，存在兩個極，南磁極和北磁極。由于歷史的原因，我們稱地理北極附近的地磁極為地磁南極，稱地理南極附近的地磁極為地磁北極，現(xiàn)代科學(xué)觀測表明，這兩個磁極每年都在一定范圍內(nèi)移動。而所謂地磁倒轉(zhuǎn)是指原來的地磁北極變成地磁南極，而地磁南極變成地磁北極。

沒有理論準(zhǔn)確描述地磁倒轉(zhuǎn)原因

由于目前地磁學(xué)界還未能建立可被驗(yàn)證為真實(shí)、準(zhǔn)確的關(guān)于地磁場起源的數(shù)學(xué)物理模型，因此還沒有一個理論能準(zhǔn)確描述地磁倒轉(zhuǎn)的原因。地球從地表往下，分為地殼、地幔和地核三部分，地核又分為固態(tài)的內(nèi)核與液態(tài)的外核兩部分。大多數(shù)地磁學(xué)者認(rèn)為液態(tài)外核的受熱對流及由此產(chǎn)生的平流等磁流體動力學(xué)過程產(chǎn)生了地磁場，相當(dāng)于一部超級“地核發(fā)電機(jī)”。而自然的推論是：該磁流體動力學(xué)活動模式的改變導(dǎo)致了地磁倒轉(zhuǎn)。

一般地磁倒轉(zhuǎn)之前，地磁場的強(qiáng)度會變?nèi)?。但依?jù)以往測定的古地磁數(shù)據(jù)，倒轉(zhuǎn)過程中幾乎不可能出現(xiàn)零磁力的狀況，只存在磁力變小的可能。一般地磁倒轉(zhuǎn)前地磁場減小，為現(xiàn)在磁場的一半或者1/3左右。

從1900年至今的地磁觀測記錄看，地磁場的能量確實(shí)是在不斷減弱，目前已經(jīng)減少了10%左右。但不能因此簡單推論今后地磁場會持續(xù)減弱至地磁倒轉(zhuǎn)，因?yàn)?900年至今地磁場能量減弱的過程并不是持續(xù)穩(wěn)定的，有些年減小的速度大，有些年減小的速度小，有些年份甚至出現(xiàn)略微上升的“反彈”。因此今后地磁場是否持續(xù)減弱，尚待檢驗(yàn)。

同時，地磁倒轉(zhuǎn)也并沒有嚴(yán)格的周期性，所以很難對何時出現(xiàn)地磁倒轉(zhuǎn)的現(xiàn)象預(yù)先判斷。地球的磁場是因?yàn)榈厍虻淖赞D(zhuǎn)產(chǎn)生的，如果地球停止自轉(zhuǎn)，磁場就會消失；而永久磁體是指不管處于什么狀態(tài)，都具有磁場的物體。地磁場與地磁偏角沈括，中國宋代科學(xué)家，在其著作《夢溪筆談》中最早提及磁偏角?！胺郊乙源攀メ樹h，則能指南，然常微偏東，不全南也”。近百年地球磁場衰減

地磁場的減弱是可能導(dǎo)致磁場方向倒轉(zhuǎn)的預(yù)兆。

宇宙中的磁場

不但地球具有磁場，宇宙中的許多天體都有磁場：太陽表面的黑子、耀斑和太陽風(fēng)等活動都與太陽磁場有關(guān)。阿波羅登月計劃的重要科研活動之一，就是觀測月巖磁性，并由此推斷，月球內(nèi)部全部為固態(tài)物質(zhì)，這是其他天文學(xué)方法不能做到的。對火星磁場的觀察顯示，火星不像地球那樣有一個全球性的磁場，因此指南針不能在火星上工作。課堂小結(jié)磁現(xiàn)象和磁場日常生活中，磁的應(yīng)用給我們帶來很多方便。例如，在柜門上安裝“門吸”能方便地把門關(guān)緊；把螺絲刀做成磁性刀頭，可以像手一樣抓住需要安裝的鐵螺釘，還能把掉在狹縫中的鐵螺釘取出來。請同學(xué)們課后注意關(guān)注自己的生活，看看還有那些地方如果應(yīng)用磁性可以帶來方便。寫出你的創(chuàng)意，并畫出你設(shè)計的示意圖。學(xué)以致用

1.首先發(fā)現(xiàn)電流產(chǎn)生磁場的科學(xué)家是()A．富蘭克林

B．法拉第

C．安培

D．奧斯特例題分析D

2、鐵棒A能吸引小磁針,鐵棒B能排斥小磁針,若將鐵棒A靠近鐵棒B時,則（）A.A、B一定互相吸引B.A、B一定互相排斥C.A、B間有可能無磁場力作用D.A、B間可能互相吸引,也可能互相排斥D3、下列關(guān)于磁場的說法中,正確的是A．磁場跟電場一樣,是人為假設(shè)的B．磁極或電流在自己周圍的空間會產(chǎn)生磁場C．指南針指南說明地球周圍有磁場D．磁極對磁極的作用、電流對電流的作用都是通過磁場發(fā)生的BCD4、下列說法中正確的是（）A．磁體上磁性最強(qiáng)的部分叫磁極,任何磁體都有兩個磁極B．磁體與磁體間的相互作用是通過磁場而發(fā)生的,而磁體與通電導(dǎo)體間以及通電導(dǎo)體與通電導(dǎo)體之間的相互作用不是通過磁場發(fā)生的C．地球的周圍存在著磁場,地球是一個大磁體