第14讲 磁体的特点及其应用
 

突破点1  磁场的能量

例题1【5☆】（2010•湖北）磁场具有能量，磁场中单位体积所具有的能量叫磁能量密度，其值为B2/2u，式中B是描述磁场强弱的物理量，u为常数，为了近似地测量条形磁铁端面附近的B，王华用一根端面面积为A的条形磁铁吸住相同面积的铁片P，再用力将铁片拉开微小的距离△L，并测出拉力的值为F，如图所示．因为F所做的功等于△L间隙中磁场的能量，则B= ________．

解析：在用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离△L的过程中，拉力F可认为不变，因此F所做的功为：W=F•△L；
以ω表示间隙中磁场的能量密度，由题给条件ω= B2/2u，根据磁能量密度的定义可得：

解得：B= ．
答案：．
点拨：本题考查解磁能量密度，对于学生来说虽是一个新的物理量，但结合所学的密度不难解答；主要是正确理解磁能量密度的物理意义。因为F所做的功等于△L间隙中磁场的能量，所以先分别求出F所做的功和△L间隙中磁场的能量，然后根据等量关系得出一等式，即可解得．

突破点2  磁场的特点 

例题2【4☆】某同学受奥斯特实验的启发，产生了探究通电长直导线周围磁场的兴趣．探究过程如下：
A．让竖直的通电长直导线垂直穿过一张硬纸板，以导线为中心在纸板上任意做直线．在直线上不同位置放上能够自由转动的小磁针，发现小磁针静止时N极指向都与直线垂直；
B．直线上任意关于导线对称两点处的小磁针N极指向相反；
C．改变电流大小时，小磁针指向不变；
D．通过查阅资料得知，通电长直导线外某点的磁场强弱与电流大小成正比，与这一点到直导线的距离成反比．
（1）做实验时，纸板的俯视图如下，其中“∅（〇，•）”表示电流方向垂直纸面向外，小磁针涂黑部分为N极．请在右边探究过程纸板的俯视图上作出通电长直导线周围的磁感线分布图．（分布图要能够反映不同位置处磁场的强弱和方向）．

（2）若要验证某点磁场强弱与其到通电长直导线距离成反比的结论，应控制_____________不变．
（3）同一通电长直导线周围，离通电导线距离为r和2r的两点．磁场强弱的比值为______________．
解析：（1）因各小磁针的指向均与过电流的直线垂直，则可知，若将各点的方向连接起来应是以直导线为圆心的圆，故答案如图
（2）磁场强弱与电流的大小及离电流的远近有关，故要想探究磁场强弱与其到通电长直导线的距离成反比，应控制变量电流大小不变；
（3）由已知得，磁场强弱与到通电长直导线的距离成反比，则两点的磁场强弱之比等于距离的反比，即2：1．
答案：（2）电流大小；（3）2：1．
点拨：本题考查学生的审题及分析能力，区分度较高；应学会灵活应用数学知识解决物理问题。（1）由现象可知小磁场方向与电流的大小无关，小磁针的N极指向与直线垂直，则可知磁感线的形状；（2）因磁场强弱可能与电流大小及离通电直导线的距离有关，故应控制电流大小不变；（3）由已知磁场强弱与通电长直导线的距离成反比可知两点磁场强弱的比值；

突破点3  地磁场 

例题3【5☆】小华利用双休日来到郊区某林场进行社会实践活动，此时有一群大雁自右向左迁徙，他为了确定大雁飞行的方向，他拿出指南针放在一颗成材后被砍伐了的树桩左侧，指南针静止时如图所示．请你根据图中提供的信息帮助小华确定磁针的A端为什么磁极？此时季节是春季还是秋季？并说明理由．

解析：A端为N极；春季．
理由：从树桩横断面上的年轮可以判明小磁针A端指向北方．根据磁极间的作用规律和电磁场的N极在地理南极附近的特点，可知小磁针的A端为N极，因为大雁从南方向北方迁徙，所以此季节为春季．
点拨：本题的解题关键是先从树桩的年轮判明方向，（1）利用树桩横断面上的年轮判断方向：树木生长过程中，树干朝南一面受阳光照射较多，形成层原始细胞分裂也较迅速，径向生长加快，结果茎干南面的年轮也较宽．而在茎干背阴朝北的一面，年轮则明显狭窄．然后根据磁极间的作用规律和大雁迁徙的特性进行分析。

突破点4  影响电磁铁磁性强弱的因素 

例题4【4☆】一位同学在做如图所示的实验过程中，闭合开关S后，用滴管向稀硫酸中逐渐滴入氢氧化钡溶液，下列图象能表示电磁铁磁性强弱随加入氢氧化钡溶液质量变化关系的是（　　）

A、         B、          C、          D、 

解析：电磁铁的磁性强弱跟电流的大小有关，电流越大，电磁铁的磁性越强．当向稀硫酸中逐渐滴入氢氧化钡溶液时，由于稀硫酸与氢氧化钡反应生成硫酸钡沉淀，使溶液的导电能力减弱，从而电磁铁的磁性变弱；当氢氧化钡与稀硫酸完全反应后，再向里加入氢氧化钡溶液，则会使溶液的导电性能增强，电流变大，电磁铁的磁性变强． 

答案：C。
点拨：此题主要考查了电流大小对电磁铁磁性的影响．关键是掌握何时溶液的导电性强，何时导电性弱。
创新能力挑战

1.【4☆】如图所示，在“山”字型铁芯的B端绕有一通电线圈，则它的磁极位置（　　） 

A、A端为N极，C端为S极 

B、A端为极C端为N极 

C、C两端均为N极，B端为S极 

D、C两端均为S极，B端为N极 

2、【5☆】兴趣小组在研究扬声器结构时，发现扬声器中有一个环形磁体，他们不知道环形磁体的磁极分布情况，于是几位同学提出了以下三种猜想：

猜想1：磁极呈横向分布（例如图甲，左侧为N极，右侧为S极）；猜想2：磁极呈轴向分布（例如图乙，上面为N极，下面为S极）；猜想3：磁极呈上中下分布（例如图丙，上下面为N极，中部为S极）．
（1）根据所学知识，他们经过讨论，断定猜想3是错误的．你认为他们判断的依据是______________．
（2）为了验证其他猜想，他们用细线将环形磁体水平悬挂起来（如图丁所示），结果观察到磁体在任意位置都能保持静止．这说明猜想__________是错误的．
（3）请设计一个简单实验，验证剩下的一个猜想是否正确，简述你的实验方案．
主要器材：______________；简要做法：___________；
如何判断：______________________________．
3、【4☆】如图所示，人们研究发现：一个放在磁场中的铁质球壳（截面有一定厚度），外面磁场的绝大部分沿铁质球壳壁“通过”，极少部分进入球内空间，这种现象称为“磁屏蔽”，试回答下列问题：
（1）类比电流与电阻的关系，球内的空气与铁这两种物质，谁的导磁能力强？谁的“磁阻”大？
（2）人们从这一现象得到启发，为使精密仪器不受外面的影响，可以将仪器放在什么地方？
（3）有人为了研究地磁场对动物的影响，把一组小白鼠放在类似铁球内部空间的环境中将地磁场屏蔽掉，结果其寿命比放在正常环境中的另一组小白鼠的短，这个实验说明了什么问题？