16 . 1從永磁體談起
早在兩千多年前，人類就發(fā)現(xiàn)了磁體。用磁體制作的指南針，是我國古代的四大發(fā)明之一，它曾為世界航海事業(yè)做出了很大的貢獻(xiàn)。今天，磁體廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，如電力設(shè)備、家用電器、醫(yī)療器械、信息及空間技術(shù)等，推動著社會的發(fā)展和進(jìn)步。
那么，什么是磁體?它有哪些性質(zhì)?
從古代中國的四大發(fā)明之一——指南針(司南)到現(xiàn)在中國最新(2021年7月)的時速到達(dá)600km/h的磁懸浮列車，這里面就涉及磁體以及很多磁現(xiàn)象的具體應(yīng)用。
磁體：自然界中存在能吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)的物體， 如磁鐵。
人造磁鐵(條形磁鐵、蹄形磁鐵，磁針)
磁體性質(zhì)：能夠吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)。
磁性可以長久保持的磁體稱為永磁體。
試一試，用磁體能夠吸引我們身邊的哪些物品?
為了尋找宇宙中的反物質(zhì)或暗物質(zhì)，中國、俄羅斯、美國等十幾個國家聯(lián)合研制了“α－磁譜儀(圖16－2)，并于1998年用航天飛機(jī)發(fā)射到太空中。其核心部件是我國研制的永磁體，它是一個高為80cm、直徑為120cm的圓柱體，質(zhì)量達(dá)2t。
思考下列問題： (1) 磁體各處的磁性(吸引能力)是否完全一樣？ (2) 磁體有幾個磁極(吸引能力最大的地方)？ (3) 磁極間的相互作用有何規(guī)律？
(1) 如何驗(yàn)證磁鐵兩端的磁性強(qiáng)弱？
磁性的強(qiáng)弱可以通過吸引大頭針的數(shù)量驗(yàn)證
結(jié)論：磁鐵兩端都有磁性，且磁性相同。
(2) 磁鐵的所有部位磁性強(qiáng)弱都相同嗎？
可以將鐵屑灑在磁體的周圍，觀察鐵屑在磁體周圍的分布來判斷。
結(jié)論：磁鐵兩極的磁性最大，稱為磁極，中間的磁性最弱。
任何磁鐵都有兩個磁極，一塊磁鐵無論被分割得多么小，總存在兩個磁極。
(3)無外界干擾下的靜止小磁針指向？
注意：1 、不能讓其他磁體靠近它 2 、多次用手撥動觀察小磁針最后靜止時的指向
發(fā)現(xiàn)：小磁針靜止后的位置總是指向南北方向
結(jié)論：小磁針指向北的一端叫北極(N極)，指向南的一端叫南極(S極)。
條形磁鐵的磁極靠近靜止的小磁針，觀察小磁針的旋轉(zhuǎn)方向。
(4) 如何驗(yàn)證磁鐵與磁鐵之間的相互作用？
結(jié)論：同名磁極相排斥(N極和N極、S極和S極之間)，異名磁極(N極和S極)相吸引。
通過上述活動，你得出的結(jié)論是:
(1) 磁體的_____磁性最強(qiáng)，叫做磁極，每一個磁體都有兩個磁極。 (2) 懸掛著的磁體靜止時，總是一端指南，一端指北，指南的一端是磁體的______極，又叫做S極；另一端是______極，又叫做N極。
(3) 磁極間相互作用的規(guī)律是：同名磁極_________，異名磁極____________。
一塊磁體，無論被分割得多么小，總存在南極和北極。 1931年，英國物理學(xué)家狄拉克(，1902－1984)從理論上推測，存在著只有一個磁極的粒子——磁單極子。但是，直到現(xiàn)在，尋找磁單極子的工作仍在進(jìn)行中。
人們發(fā)現(xiàn)，一些沒有磁性的鐵質(zhì)物體,如鐵釘、鋼尺等,有時會變得有磁性。 這是怎么回事呢? 下面，我們通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行研究。
探究“磁化”和“去磁”
【思考】鐵釘本身沒有磁性，能否使其具有磁性？
準(zhǔn)備一塊條形磁鐵、兩枚鐵釘和一些鐵屑。實(shí)驗(yàn)前，先用鐵釘接觸鐵屑以證明鐵釘無磁性。
(1) 請按照圖(a)、(b)所示的方法，分別用兩枚鐵釘試一試。
(a) 將磁鐵的一極靠 近或接觸鐵釘
(b) 將磁鐵的一極在鐵釘上沿 同一方向反復(fù)摩擦
【實(shí)驗(yàn)】按照上圖方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察鐵釘能否吸引小磁釘？
實(shí)驗(yàn)表明，用人工的方法可以使物體獲得磁性。 在物理學(xué)中，把這種使原來沒有磁性的物體獲得磁性的過程叫做磁化。
①將磁鐵的一極靠近或接觸鐵釘后，鐵釘可以吸引大頭釘；
②將磁鐵的一極在鐵釘上沿同一方向反復(fù)摩擦，移走磁 鐵后仍然可以吸引大頭釘;
③使用充磁機(jī)來充磁；將鐵釘放在大型用電器附近;
(2) 物體的磁性既能獲得，也會失去。
不斷敲擊或放在火焰上加熱已被磁化的鐵釘，鐵釘就會失去磁性，這個過程稱為“去磁”。
利：磁帶、磁盤上的磁性材料被有序磁化后可以存儲信息
弊：機(jī)械手表被磁化后走時不準(zhǔn)，彩電的顯像管被磁化后顏色失真
物體與物體之間能夠發(fā)生力的作用，可以是相互接觸，如摩擦力，彈力；但也有兩個物體不需要接觸就有力的作用的情況，有之前前我們學(xué)過的：砸到牛頓頭上的蘋果受到地球?qū)λ闹亓ψ饔茫€有節(jié)課中提到磁體間的吸力和斥力作用。
科學(xué)研究表明，磁體的周圍存在著磁場。
處于磁場中的磁體受到磁場的作用
磁體間的相互作用和磁化現(xiàn)象都是通過磁場發(fā)生的。將小磁針放在條形磁鐵周圍，小磁針靜止后會有不同的指向，這是由于各處小磁針的磁極受到磁鐵的磁場作用力方向不同。
磁場是有方向的，人們把小磁針在磁場中靜止時N極所指的方向，規(guī)定為這一點(diǎn)的磁場方向。
用鐵屑顯示磁體周圍的磁場分布
在水平放置的磁體上放一塊玻璃板，在玻璃板上均勻地撒一些鐵屑，輕敲玻璃板，就可看到鐵屑形成如圖所示的圖形。
(a) 條形磁鐵周圍的鐵居分布
(b) 蹄形磁鐵周圍的鐵居分布
鐵屑為什么會形成這樣的分布呢?
因?yàn)殍F屑在磁場作用下被磁化成一個個小磁針。根據(jù)磁極間相互作用的規(guī)律，它們就在磁場中形成了如圖所示的排列。
如何驗(yàn)證磁場的存在呢？
在磁鐵的周圍放置鐵屑，鐵屑在磁鐵周圍進(jìn)行有序排布，可以據(jù)此衡量磁場。
這種排布關(guān)系可以證明磁場存在。
鐵屑可以被磁鐵磁化，磁化的鐵屑為小磁針
小磁針與磁鐵之間有力的作用，使其固定排布。
那么磁場的方向怎么定義呢？
磁場中能夠自由轉(zhuǎn)動的小磁針靜止時北極的指向規(guī)定為磁場方向。
在磁鐵的不同位置，小磁針具有不同朝向。
【思考】 如何去描述磁場呢？
為了形象地表示磁場，我們仿照鐵屑在磁場中的分布圖形，畫出一條條帶有箭頭的曲線，這樣的曲線叫做磁感線，如圖所示。
磁感線上各點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場方向。用磁感線可以形象地表示磁場的方向和它的分布情況。磁體外面的磁感線是從它的N極出來，回到它的S極。如圖所示的是條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁感線。磁感線的疏密可以表示磁場的強(qiáng)弱。
嘗試總結(jié)下磁感線的特點(diǎn)？
磁感線的疏密表示磁性強(qiáng)弱
密的地方表示磁性強(qiáng)，疏的地方表示磁性弱
所以越靠近磁極的地方磁感線越密集
在磁場外部，是N極指向S極
磁感線上任意一點(diǎn)的切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)的磁場方向
為了幫助人們想象磁場在空間的分布情況，科學(xué)家借用磁感線來形象地描繪磁場，磁感線是假想的物理模型，實(shí)際上并不存在。
1. 下列關(guān)于磁感線的說法，正確的是 ( ) A.?磁感線分布越密的地方，磁場越弱 B.?磁感線是磁場中真實(shí)存在的一些曲線，還可以通過實(shí)驗(yàn)來模擬
C.?磁體周圍的磁感線從磁體的S極出發(fā)，回到磁體的N極，構(gòu)成閉合曲線 D.?磁感線上某一點(diǎn)的切線方向與放在該點(diǎn)的小磁針靜止時南極所指的方向相反
從磁鐵的N極出發(fā)，回到磁體的S極
2. 如圖所示，在條形磁鐵周圍放置 4 只可以自由轉(zhuǎn)動的小磁針，其中方向標(biāo)得不正確的是________(選填“甲”“乙”“丙”或“丁”)。
【思考】 為什么指南針(小磁針)靜止后總是指向南北？
原來地球是一個巨大的天然磁體，地球周圍的磁場叫做地磁場。
研究表明地磁場的形狀與條形磁體的磁場很相似。
地磁場的磁感線分布如圖所示。
地磁的北極在地理的南極附近， 地磁的南極則在地理的北極附近。
(1)地磁場的南北極與地球地理南北極相反 (但不重合)。
水平放置的磁針指向與地理子午線之間的夾角
(2) 地磁偏角為15度。
我國宋代科學(xué)家沈括是世界上第一個發(fā)現(xiàn)地磁偏角的人
【思考】 判斷一條形鐵塊是否具有磁性的方法有哪些？
方法1 ：將條形鐵塊靠近鐵粉，若能吸引說明它有磁性，是磁鐵；反之無磁性；
方法2 ：將條形鐵塊用細(xì)線系住中間，懸掛起來，如果它總會在南北方向停下來，說明它有磁性。如果它在任意方向停下來，則該鐵塊不具有磁性；
方法3 ：另取一根條形磁鐵，用其兩端分別去靠近條形鐵塊的某一端，如果兩次都能吸引，說明它是鐵塊，無磁性，如果一次吸引，一次排斥，說明它有磁性，是磁鐵。
下圖是我國早期的指南針——司南，是把天然磁石磨成勺子的形狀，把它放在水平光滑的“地盤”上，東漢學(xué)者王充在《論衡》中記載：“司南之杓(用途)，投之于地，其柢(握柄)指南”。下列說法中正確的是( )
A.?地磁場的北極在地理的北極附近????? B.?司南握柄端指向地磁場的南極 C.?司南握柄端是磁石的北極 D.?司南握柄端指南是由于受到地磁場的作用??????????????????????????
地磁的兩極跟地理的兩極并不重合，因而水平放置的磁針的指向跟地理子午線之間有一個交角，這個交角就是磁偏角，我國宋代學(xué)者沈括(1031－1095)是世界上最早注意到這一現(xiàn)象的人，比西方早了四百多年。
現(xiàn)代科學(xué)發(fā)現(xiàn)，生物體的生理活動也會產(chǎn)生磁場。例如，正常人的心臟跳動產(chǎn)生的心磁場約為10－10T*，腦的神經(jīng)活動產(chǎn)生的腦磁場約為5×10－13 T。它們比地磁場(約為5×10－5T)弱得多，需要用精密儀器才能測出。
當(dāng)生物體發(fā)生病變時，病變部位的磁場強(qiáng)弱會有所變化醫(yī)學(xué)上可利用這一點(diǎn)，通過人體磁圖技術(shù)，繪制磁圖(心磁圖腦磁圖)，對相應(yīng)部位進(jìn)行病理研究和疾病診斷。人體磁圖技術(shù)跟人體電圖(心電圖、腦電圖) 技術(shù)相比，具有不需要與人體接觸、測量信息量大、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。
但是，目前磁圖技術(shù)應(yīng)用的難度較大，人們正在積極努力，使磁圖技術(shù)能盡快推廣到醫(yī)學(xué)臨床診斷上。
1. 如圖所示，a、b、c三根鐵棒中有一根沒有磁性，那么這一根可能是( ) A．a(chǎn) 　 B．b 　 C．c 　 D．都有可能
點(diǎn)撥：拉b c 兩鐵棒的繩張開，分析兩個鐵棒一定是相互排斥，說明b c兩棒都有磁性，而且相對的兩端是異名磁極。同理a b 兩棒間是相互吸引的，但吸引并不需要兩棒都有磁性。
2. 如圖所示，重為G的小鐵塊在水平方向力F的作用下，沿條形磁鐵的表面從N極滑到S極，下列說法正確的是 (　　) A. 小鐵塊受到的重力始終不變 B. 小鐵塊對磁鐵的壓力始終不變 C. 小鐵塊受到的摩擦力始終不變 D. 小鐵塊對磁鐵的壓強(qiáng)始終不變
點(diǎn)撥：小鐵塊受到的重力G＝mg，始終不變； 鐵塊在左端時，受到N極的引力較大，鐵塊對磁鐵的壓力較大； 越靠近中間，磁性越弱，磁鐵對鐵塊的引力越小，鐵塊對磁鐵的壓力越小靠近S極，磁性增強(qiáng)，引力增大，鐵塊對磁鐵的壓力較大。
3. 如圖所示是某一磁體周圍磁場的部分磁感線，由磁感線的分布特點(diǎn)可知，B點(diǎn)的磁場比A點(diǎn)的磁場_______ (選填“強(qiáng)”或“弱”)；若在B點(diǎn)放置一個可自由轉(zhuǎn)動的小磁針，則小磁針靜止時，其S極指向_____(選填“P”或“Q”)處。
點(diǎn)撥：磁感線越密的地方磁場越強(qiáng)。
4.下列說法正確的是 ( ) A. 磁場和磁感線都是真實(shí)存在的 B. 在磁體的外部，磁感線都是從磁體的 北極出發(fā)回到南極 　 C. 西方人最早發(fā)現(xiàn)地磁兩極和地理兩極并不重合 　 D. 同名磁極相互吸引，異名磁極相互排斥
1、一根條形磁鐵，你能想出幾種辦法辨別它的南極和 北極?
方法①：用線將條形磁鐵中部吊起，靜止時指南北，指南的一端為S極，指北的一端為入極；
方法②：用線將條形磁鐵中部吊起，用已知磁性的磁體靠近它，觀察它們的相互作用情況，當(dāng)已知磁極的磁體的N極靠近它的一端是吸引，則這端是S極； 若排斥，則是N極.
2、以下關(guān)于磁場和磁感線的說法中，正確的是( )。 A. 磁體周圍存在著磁場 B. 磁場中實(shí)際存在著磁感線 C. 磁體周圍，畫有磁感線的地方有磁場， 沒有畫磁感線的地方則沒有磁場 D. 磁感線上某一點(diǎn)的磁場方向是放在該點(diǎn)處的小 磁針南極所指的方向
3、把一根鋼條靠近磁針的一個磁極時，發(fā)現(xiàn)該磁極被排斥，則這根鋼條( ). A. 一定具有磁性 B. 一定沒有磁性 C. 可能有磁性，也可能沒有磁性 D. 條件不足，無法判斷
4、信鴿(圖16－10)能從幾百千米甚至2000km外的地方飛回自己的窩。有人做過實(shí)驗(yàn)，如果在信鴿的身上綁一小塊磁體，那么它們就會迷失方向。這是什么原因呢?你還知道哪些生物是利用地磁場幫助定向的?
因?yàn)樾砒濗w內(nèi)有某種磁性物質(zhì)，它能借助地磁場辨別方向。
當(dāng)給信鴿身上綁一小塊磁體，信鴿會受磁體磁場的干擾而不能借助地磁場來辨別方向。 像海龜、鯨魚、候鳥等眾多遷徙動物都是依靠地磁場幫助定向的。
5、如圖16－11所示，兩根條形磁鐵同極相對放置，請畫出兩極之間磁感線分布的大致情況。
6、如圖16 － 12所示，磁體在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。請你再列舉一些生活中應(yīng)用磁體的事例。
指南針、門吸、磁懸浮列車、電磁爐、電話、手機(jī)、起重機(jī)、電鈴等等，都是生活中應(yīng)用磁體的事例。

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