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§3.1磁现象和磁场教学目标知识与技能过程与方法情感态度价值观1．了解磁现象，知道磁性、磁极的概念。知道电流的磁效应、磁极间的相互作用。知道磁极和磁极之间、磁极和电流之间、电流和电流之间都是通过磁场发生相互作用的。知道地球具有磁性。2．利用类比法、实验法、比较法使学生通过对磁场的客观认识去理解磁场的客观实在性。通过类比的学习方法，培养学生的逻辑思维能力，体现磁现象的广泛性。二．重点与难点：电流的磁效应和磁场概念的形成；磁现象的应用。教具：多媒体投影仪、条形U形磁铁、直导线、小磁针。一、磁现象古代人们就发现了天然磁石吸引铁器的现象。我国春秋战国时期已有关于磁石的记载和描述，东汉学者王充在《论衡》书中描述的“司南”，是人们公认的最早的磁性定向工具。指南针是我国古代四大发明之一。12世纪初，我国已将指南针用于航海。现代磁现象与日常生活科技密切相关。导入人们最早发现的天然磁石的主要成分是Fe3O4。现在使用的磁体，多是用铁、钴、镍等金属或用某些氧化物制成的。天然磁石和人造磁体都叫做永磁体，它们都具有吸引铁、钴、镍等金属物体的性质——磁性magnetism。磁体（具有磁性的物体）的各部分磁性强弱不同，磁性最强的区域叫做磁极magnetiepole。能够自由转动的磁体，例如悬吊着的磁针，静止时指南的磁极叫做南极（S极），指北的磁极叫做北极（N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。变无磁性物体为有磁性物体叫磁化；变有磁性物体为无磁性物体叫退磁。电磁炉采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁感线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物。上海磁悬浮列车专线西起上海地铁龙阳路站，东至上海浦东国际机场,列车加速到平稳运行之后，速度是430公里/小时。这个速度超过了F1赛事的最高时速。磁悬浮列车上装有电磁体，铁路底部则安装线圈。通电后，地面线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总保持相同，两者“同性相斥”，排斥力使列车悬浮起来。铁轨两侧也装有线圈，交流电使线圈变为电磁体。它与列车上的电磁体相互作用，使列车前进。列车头的电磁体（N极）被轨道上靠前一点的电磁体（S极）所吸引，同时被轨道上稍后一点的电磁体（N极）所排斥。托卡马克磁约束装置一类控制热核聚变的装置。用特殊形态的磁场把氘、氚等轻原子核和自由电子组成的、处于热核反应状态的超高温等离子体约束在有限的体积内，使它受控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出原子核所蕴藏的能量。磁约束热核聚变是当前开发聚变能源中最有希望的途径，是等离子体物理学的一项重大应用。二、电流的磁效应【提出问题】电现象与磁现象有何相似？电现象与磁现象有何区别？为什么丹麦物理学家奥斯特相信电和磁之间存在关系？为什么之前的实验都失败了？奥斯特1820年4月发现了电流的磁效应。纵向力横向作用电现象与磁现象的相似使我们猜想，两者之间可能存在某种联系。自然界中的磁体总存在着两个磁极，自然界中同样存在着两种电荷。不仅如此，磁极之间的相互作用，与电荷之间的相互作用具有相似的特征：同名磁极或同种电荷相互排斥，异名磁极或异种电荷相互吸引。二、电流的磁效应1731年，一名英国商人发现，雷电过后，他的一箱刀叉竟然有了磁性。1751年，富兰克林发现莱顿瓶放电能使缝衣针磁化。也许是由于磁极不可能单独存在，也许是磁体不会对带电体产生直接影响……也许是由于其他原因，直到19世纪初，库仑、托马斯.杨和安培等著名物理学家，都认为电与磁是互不相关的两回事。不过，在18世纪和19世纪之交，随着对摩擦生热及热机做功等现象认识的深化，自然界各种运动形式之间存在着相互联系并相互转化的思想，在哲学界和科学界逐渐形成。深受康德哲学思想影响的丹麦物理学家奥斯特相信，就像电和热、电和光之间存在联系一样，电和磁之间也应该存在联系。奥斯特的实验研究并非一帆风顺。当时人们见到的力都沿着物体连线方向，即都是所谓“纵向力”。受到这个观念的局限，奥斯特总是把磁针放在导线的延长线上，实验均以失败告终。1820年4月，在一次讲课中，他偶然地把导线沿南北方向放置在一个带玻璃罩的指南针上方，通电时磁针转动了。这个现象可能没有引起听众的注意，但却是奥斯特盼望已久的。他连续进行了大量的研究，同年7月发表论文，宣布发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系。为此，安培写到：“奥斯特先生……已经永远把他的名字和一个新纪元联系在一起了。”法拉第则评论说：“他突然打开了科学中一个黑暗领域的大门，使其充满光明”。奥斯特实验的实验装置、实验现象、实验结论：当给沿南北方向水平放置的导线通电时，与导线平行放置的小磁针发生转动——通电导体对磁体有力的作用——电流在其周围空间激发磁场（就像电荷在其周围空间激发电场一样），磁场的基本性质是对其中的磁极或电流具有磁场力或安培力的作用。电流的磁效应：电流（电荷定向移动）和磁体（大量的微观环形电流——分子环流经磁化而规则排列显示宏观磁性）能在其周围空间激发（产生）磁场。磁铁不是磁场的唯一来源。磁体电流磁体电流磁场磁场：磁体或电流在其周围空间激发的特殊物质——存在于电流周围空间的一种特殊物质，它的基本性质是对磁场中的电流或磁极具有磁场力的作用。电场和磁场都是一种场物质，具有矢量性和叠加性。所有磁现象的本质都是运动的电荷之间通过磁场发生的相互作用。产生产生作用作用问题：是否只有磁铁周围才存在磁场？磁体和通电导体之间的相互作用是通过什么发生的呢?磁场有何性质？什么叫做磁现象的电本质？思考与讨论：联想电荷之间是通过什么发生相互作用的?思考磁体之间是通过什么发生相互作用的?电荷之间的相互作用是通过电场发生的。磁体之间的相互作用是通过磁场发生的。电流与电流之间是否有磁场力的作用?电流和电流之间的相互作用是通过什么发生的呢?磁体电流磁体电流磁场磁场：存在于电流和磁体周围空间的一种特殊物质（场物质）。磁场的基本性质：对磁场中的电流或磁极有磁场力的作用。磁场还具有矢量性和叠加性。三、磁场自奥斯特实验之后，安培等人又做了很多实验研究。他们发现，不仅通电导线对磁体有作用力，磁体对通电导线也有作用力。例如，把一段直导线悬挂在蹄形磁铁的两极间，通以电流，导线就会移动。他们还发现，任意两条通电导线之间也有作用力。这些相互作用力是怎样发生的？正像电荷之间的相互作用是通过电场发生的，磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间，以及通电导体与通电导体之间的相互作用，是通过磁场magneticfild发生的。同向电流相互吸引。反向电流相互排斥。四、地球的磁场发现磁针能够指向南北，这实际上就是发现了地球的磁场。指南针的广泛使用，又促使了人们对地球磁场的认识。不但地球具有磁场，宇宙中的许多天体都有磁场。太阳表面的黑子、耀斑和太阳风等活动都与太阳磁场有关。阿波罗登月计划的重要科技活动之一，就是探测月岩磁性，并由此推断，月球内部为固态物质，这是用其他天文学方法不能做到的。对火星磁场的观察显示，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。地球是一个巨大的磁体。地球周围空间存在的磁场叫地磁场。地磁的北极在地理的南极附近，地磁的南极在地理的北极附近。地球的地理两极与地磁两极并不重合，因此，磁针并非准确地指向南北，其间有一个夹角——地磁偏角。磁偏角的数值在地球上不同地点是不同的。不仅如此，由于地球磁极的缓慢移动，磁偏角也在缓慢变化。磁偏角的发现对于科学的发展和指南针在航海中的应用都很重要。D例题1.首先发现电流产生磁场的科学家是()A．富兰克林B．法拉第C．安培D．奥斯特2、铁棒A能吸引小磁针，铁棒B能排斥小磁针，若将铁棒A靠近铁棒B时，则（）A.一定互相吸引B.一定互相排斥C.可能无磁场力作用D.可能互相吸引，也可能互相排斥D3、下列关于磁场的说法中,正确的是A．磁场跟电场一样,是人为假设的B．磁极或电流在自己周围的空间会产生磁场C．指南针指南说明地球周围有磁场D．磁极对磁极的作用、电流对电流的作用都是通过磁场发生的BCD4、地球是一个大磁体，它的磁场分布情况与一个条形磁铁的磁场分布情况相似，以下说法正确的是()A.地磁场的方向是沿地球上经线方向的B.地磁场的方向是与地面平行的C.地磁场的方向是从北向南方向的D.在地磁南极上空，地磁场的方向是竖直向下的D5、下列说法中正确的是（）A．磁体上磁性最强的部分叫磁极，任何磁体都有两个磁极B．磁体与磁体间的相互作用是通过磁场而发生的，而磁体与通电导体间以及通电导体与通电导体之间的相互作用不是通过磁场发生的C．地球的周围存在着磁场，地球是一个大磁体，地球的地理两极与地磁两极并不重合，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方是相同的D．磁场是客观存在的一种物质AD磁体磁体磁场电流电流4、地磁场：地球周围空间存在的磁场叫地磁场。地磁的北极在地理的南极附近，地磁的南极在地理的北极附近，但两者并不完全重合，它们之间的夹角称为磁偏角。地磁偏角的大小随地理位置变化。1、磁现象：磁性；磁体；磁极；磁化；退磁。2、电流的磁效应：电流能在周围空间产生磁场。3、磁场：磁体或电流在其周围空间激发的一种特殊物质（场物质）。磁场的基本性质：磁场对磁场中的磁体或通电导体会产生磁场力作用。具有矢量性和叠加性。磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的。