第三章磁場

§3.1磁現象和磁場

我國是世界上最早發現磁現象的國家,我國古代的四大發明之一的哪項發明是利用了磁現象?

司南創設情境一、磁現象

最初發現的磁體是被稱為“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”磁與生活在現代，磁現象與日常生活、科技密切相關．生活中哪些東西利用了磁？電磁爐采用磁場感應電流（又稱為渦流）的加熱原理，通過電子線路板組成部分產生交變磁場、當用含鐵質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生交變的電流（即渦流），渦流使鍋具鐵分子高速無規則運動，分子互相碰撞、摩擦而產生熱能使器具本身自行高速發熱，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場,列車加速到平穩運行之后，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。鐵軌兩側也裝有線圈，交流電使線圈變為電磁體。它與列車上的電磁體相互作用，使列車前進。列車頭的電磁體（N極）被軌道上靠前一點的電磁體（S極）所吸引，同時被軌道上稍后一點的電磁體（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、處于熱核反應狀態的超高溫等離子體約束在有限的體積內，使它受控制地發生大量的原子核聚變反應，釋放出原子核所蘊藏的能量。磁約束熱核聚變是當前開發聚變能源中最有希望的途徑,是等離子體物理學的一項重大應用.

閱讀課本80頁,填空1.磁性：能夠

的性質.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

.自主學習磁化吸引鐵質物體磁性磁性最強南S北N相互排斥相互吸引退磁【思考】

1.電現象與磁現象有何相似?

2.電現象與磁現象有何不同?

3.電現象與磁現象有何聯系?問題探究磁體間的相互作用是通過什么發生的呢?【聯想】電荷間的相互作用是通過什么發生的呢?電荷之間的相互作用是通過電場發生的磁體之間的相互作用是通過磁場發生的磁場和電場都是客觀存在的物質問題探究1.磁場:磁體周圍空間存在的一種特殊物質.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、電流的磁效應奧斯特實驗問題歸納1.奧斯特實驗2.實驗現象當給導線通電時,與導線平行放置的小磁針發生轉動3、注意事項:導線應沿南北方向水平放置4、實驗結論:通電導線對小磁針有力的作用，即電流可以產生磁場。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，奧斯特實驗是為了證明通電導體的周圍存在磁場，你在后續章節會知道通電導體周圍的磁場是什么樣的。

3，將導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線產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,東西方向的導線磁場力）；比起最開始沒有放導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體周圍存在磁場。

因為通電直導線產生的磁場分布在一族以導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，如果導線沿東西方向放的話產生的磁場對小磁針的力矩為零，不會觀察到小磁針偏轉的現象。只有當導線南北放置時，導線產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的現象。

2.電流的磁效應：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.問題歸納電流能在周圍空間產生磁場.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生磁場，小磁針在電流的磁場中受到了力的作用。根據牛頓第三定律，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？實驗：把一段直導線懸掛在蹄形磁鐵的兩極間，通以電流，導線就會運動。問題探究結論：磁體對通電導體有力的作用問題：磁體和通電導體之間的相互作用是通過什么發生的呢?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，力的作用是怎樣發生的?實驗：平行通電直導線之間的相互作用現象：同向電流相互吸引反向電流相互排斥結論：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體會產生磁力作用。3、磁場的性質二、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.磁偏角的數值在地球上不同地方是不同的你知道嗎？美麗的極光的發生與地球的磁場有密切關系。

地球為什么是個大磁場？

因為地核內存在大量熔融鐵，科學家相信，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度較穩定的南北磁極。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生變化，再加上太陽和月亮的引力作用，地核的自轉與地殼和地幔并不同步，這會產生一強大的交變電磁場，地球磁場的南北磁極因而發生一種低速運動，造成地球的南北磁極翻轉。關于地球磁場的形成原因，一種關于地球磁場成因的假說認為：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而做圓周運動，由于運動的電荷就是電流，電流必然產生磁場。這個產生的磁場就是行星的磁場，地球的磁場也是類似的原因產生的。這個假說和各個行星磁場的有無和強弱現象符合的非常完美。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，現代科學觀測表明，這兩個磁極每年都在一定范圍內移動。而所謂地磁倒轉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。

沒有理論準確描述地磁倒轉原因

由于目前地磁學界還未能建立可被驗證為真實、準確的關于地磁場起源的數學物理模型，因此還沒有一個理論能準確描述地磁倒轉的原因。地球從地表往下，分為地殼、地幔和地核三部分，地核又分為固態的內核與液態的外核兩部分。大多數地磁學者認為液態外核的受熱對流及由此產生的平流等磁流體動力學過程產生了地磁場，相當于一部超級“地核發電機”。而自然的推論是：該磁流體動力學活動模式的改變導致了地磁倒轉。

一般地磁倒轉之前，地磁場的強度會變弱。但依據以往測定的古地磁數據，倒轉過程中幾乎不可能出現零磁力的狀況，只存在磁力變小的可能。一般地磁倒轉前地磁場減小，為現在磁場的一半或者1/3左右。

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

同時，地磁倒轉也并沒有嚴格的周期性，所以很難對何時出現地磁倒轉的現象預先判斷。地球的磁場是因為地球的自轉產生的，如果地球停止自轉，磁場就會消失；而永久磁體是指不管處于什么狀態，都具有磁場的物體。地磁場與地磁偏角沈括，中國宋代科學家，在其著作《夢溪筆談》中最早提及磁偏角。“方家以磁石磨針鋒，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致磁場方向倒轉的預兆。

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、耀斑和太陽風等活動都與太陽磁場有關。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，月球內部全部為固態物質，這是其他天文學方法不能做到的。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。課堂小結磁現象和磁場日常生活中，磁的應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。請同學們課后注意關注自己的生活，看看還有那些地方如果應用磁性可以帶來方便。寫出你的創意，并畫出你設計的示意圖。學以致用

1.首先發現電流產生磁場的科學家是()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、下列關于磁場的說法中,正確的是A．磁場跟電場一樣,是人為假設的B．磁極或電流在自己周圍的空間會產生磁場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生的BCD4、下列說法中正確的是（）A．磁體上磁性最強的部分叫磁極,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生的,而磁體與通電導體間以及通電導體與通電導體之間的相互作用不是通過磁場發生的C．地球的周圍存在著磁場,地球是一個大磁體