高中物理3-1第三章磁场

1第一节磁现象和磁场同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引.两个不直接接触的磁极之间是通过什么发生相互作用的？磁场.1．磁现象【板书】磁性、磁体、磁极：能吸引铁质物体的性质叫磁性。具有磁性的物体叫磁体，磁体中磁性最强的区域叫磁极。2．电流的磁效应奥斯特实验了解电流的磁效应的发现过程，认识到奥斯特实验在电磁学中的重要意义(打开了电磁学的大门)，为后来法拉第的研究工作(电能生磁、磁也可以生电)奠定了基础。【板书1】磁极间的相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引.（与电荷类比）【板书2】电流的磁效应：电流通过导体时导体周围存在磁场的现象(奥斯特实验)。3．磁场【板书1】磁场的概念：磁体周围存在的一种特殊物质（看不见摸不着，是物质存在的一种特殊形式）。【板书2】.磁场的基本性质：对处于其中的磁极和电流有力的作用.【板书3】磁场是媒介物：磁极间、电流间、磁极与电流间的相互作用是通过磁场发生的。4．磁性的地球【板书1】地球是一个巨大的磁体，地球周围存在磁场---地磁场。地球的地理两极与地磁两极不重合（地磁的N极在地理的南极附近，地磁的S极在地理的北极附近），其间存在磁偏角。地磁体周围的磁场分布情况和条形磁铁周围的磁场分布情况相似。宇宙中的许多天体都有磁场。月球也有磁场。第二节磁感应强度磁场不仅具有方向，而且也具有强弱，为表征磁场的强弱和方向就要引入一个物理量.怎样的物理量能够起到这样的作用呢？1．哪个物理量来描述电场的强弱和方向？用电场强度来描述电场的强弱和方向.2．电场强度是如何定义的？其定义式是什么？电场强度是通过将一检验电荷放在电场中分析电荷所受的电场力与检验电荷量的比值来定义的，其定义式为E=F/q磁感应强度的方向小磁针静止时N极所指的方向规定为该点的磁感应强度方向【板书1】精确实验表明，通电导线和磁场方向垂直时，通电导线受力（磁场力）大小ILF写成等式为：F=BIL①式中B为比例系数。注意：①B与导线的长度和电流的大小无关②在不同的磁场中B的值不同（即使同样的电流导线的受力也不样）【板书2】磁感应强度的大小（表征磁场强弱的物理量）（1）定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的力（安培力）F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度。符号：B说明：如果导线很短很短，B就是导线所在处的磁感应强度。其中，I和导线长度L的乘积IL称电流元。2（2）定义式：ILFB②（3）单位：在国际单位制中是特斯特，简称特，符号T.1T=N/A·m（4）物理意义：磁感应强度B是表示磁场强弱的物理量.对B的定义式的理解：①要使学生了解比值F/IL是磁场中各点的位置函数。换句话说，在非匀强磁场中比值F/IL是因点而异的，也就是在磁场中某一确定位置处，无论怎样改变I和L，F都与IL的乘积大小成比例地变化，比值F/IL跟IL的乘积大小无关。因此，比值F/IL的大小反映了各不同位置处磁场的强弱程度，所以人们用它来定义磁场的磁感应强度。还应说明F是指通电导线电流方向跟所在处磁场方向垂直时的磁场力，此时通电导线受到的磁场力最大。②有的学生往往单纯从数学角度出发，曲公式B=F/IL得出磁场中某点的B与F成正比，与IL成反比的错误结论。③应强调说明对于确定的磁场中某一位置来说，B并不因探测电流和线段长短（电流元）的改变而改变，而是由磁场自身决定的；比值F/IL不变这一事实正反映了所量度位置的磁场强弱程度是一定的。【例】磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线，它的电流强度是2.5A，导线长1cm，它受到的安培力为5×10-2N，则这个位置的磁感应强度是多大？解答：T2m101A5.2N10522ILFB第三节几种常见的磁场【板书】1．磁感线（1）磁感线的定义在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致，这样的曲线叫做磁感线。（2）特点：A、磁感线是闭合曲线，磁铁外部的磁感线是从北极出来，回到磁铁的南极，内部是从南极到北极.B、每条磁感线都是闭合曲线，任意两条磁感线不相交。C、磁感线上每一点的切线方向都表示该点的磁场方向。D、磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小【注意】①磁场中并没有磁感线客观存在，而是人们为了研究问题的方便而假想的。②区别电场线和磁感线的不同之处：电场线是不闭合的，而磁感线则是闭合曲线。2．几种常见的磁场【演示】条形磁铁（图1）、蹄形磁铁（图2）、通电直导线（图3）、通电环形电流（图4）、通电螺线管以及地磁场(简化为一个大的条形磁铁)（图5）、※辐向磁场（图6）、还有二同名磁极和二异名磁极的磁场。3（1）条形、蹄形磁铁，同名、异名磁极的磁场周围磁感线的分布情况（图1、图2）（2）电流的磁场与安培定则①直线电流周围的磁场○直线电流周围的磁感线：是一些以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在跟导线垂直的平面上.（图3）○直线电流的方向和磁感线方向之间的关系可用安培定则（也叫右手螺旋定则）来判定：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向.②环形电流的磁场○环形电流磁场的磁感线：是一些围绕环形导线的闭合曲线，在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直（图4）。○环形电流的方向跟中心轴线上的磁感线方向之间的关系也可以用安培定则来判定：让右手弯曲的四指和和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向.③通电螺线管的磁场.○通电螺线管磁场的磁感线：和条形磁铁外部的磁感线相似，一端相当于南极，一端相当于北极；内部的磁感线和螺线管的轴线平行，方向由南极指向北极，并和外部的磁感线连接，形成一些环绕电流的闭合曲线（图5）○通电螺线管的电流方向和它的磁感线方向之间的关系，也可用安培定则来判定：用右手握住螺线管，让弯曲四指所指的方向和电流的方向一致，则大拇指所指的方向就是螺线管的北极（螺线管内部磁感线的方向）.③电流磁场（和天然磁铁相比）的特点：磁场的有无可由通断电来控制；磁场的极性可以由电流方向变换；磁场的强弱可由电流的大小来控制。【说明】由于后面的安培力、洛伦兹力、电磁感应与磁感应强度密切相关，几种常见磁场的磁感线的分布是一个非常基本的内容，不掌握好，对后面的学习有很大影响。3．安培分子电流假说4（1）安培分子电流假说（P92）对分子电流，结合环形电流产生的磁场的知识及安培定则，以便学生更容易理解“它的两侧相当于两个磁极”，这句话；并应强调“这两个磁极跟分子电流不可分割的联系在一起”，以便使他们了解磁极为什么不能以单独的N极或S极存在的道理。（2）磁现象的电本质：磁铁和电流的磁场本质上都是运动电荷产生的．4．匀强磁场（1）匀强磁场：如果磁场的某一区域里，磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫匀强磁场。匀强磁场的磁感线是一些间隔相同的平行直线。（2）两种情形的匀强磁场：即距离很近的两个异名磁极之间除边缘部分以外的磁场；相隔一定距离的两个平行线圈(亥姆霍兹线圈)通电时，其中间区域的磁场P92图3.3-7，图3.3-8。5.磁通量（1）定义：磁感应强度B与线圈面积S的乘积，叫穿过这个面的磁通量（是重要的基本概念）。（2）表达式：φ=BS【注意】①对于磁通量的计算要注意条件，即B是匀强磁场或可视为匀强磁场的磁感应强度，S是线圈面积在与磁场方向垂直的平面上的投影面积。②磁通量是标量，但有正、负之分，可举特例说明。（3）单位：韦伯，简称韦，符号Wb1Wb=1T·m2（4）磁感应强度的另一种定义（磁通密度）:即B=φ/S上式表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量，并且用Wb/m2做单位（磁感应强度的另一种单位）。所以：1T=1Wb/m2=1N/A·m巩固练习1.如图所示，放在通电螺线管内部中间处的小磁针，静止时N极指向右.试判定电源的正负极.解析：小磁针N极的指向即为该处的磁场方向，所以在螺线管内部磁感线方向由a→b，根据安培定则可判定电流由c端流出，由d端流入，故c端为电源的正极，d端为负极.2.如图所示，当线圈中通以电流时，小磁针的北极指向读者.试确定电流方向.电流方向为逆时针方向.第四节磁场对通电导线的作用力安培力：磁场对电流的作用力.安培力是以安培的名字命名的，因为他研究磁场对电流的作用力有突出的贡献.1．安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，也就是说，安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面.左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且跟手掌在同一个平面内，把手放人磁场中，让磁感线垂直穿人手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么，拇指所指的方向，就是通电导线在磁场中的受力方向．（如图）。*一般情形的安培力方向法则介绍…结论：电流和磁场可以不垂直，但安培力必然和电流方向垂直，也和磁场方向垂直，用左手定则时，磁场不一定垂直穿过手心，只要不从手背传过就行。*至于大小法则，如果电流和磁场不垂直，则将磁场进行分解，取垂直分量代入公式即可；5从这个角度不难理解——如果电流和磁场平行，那么安培力是多少？[学生]为零。补充练习：判断下图中导线A所受磁场力的方向.答案：（垂直于纸面向外）2、安培力的大小通电导线（电流为I、导线长为L）和磁场（B）方向垂直时，通电导线所受的安培力的大小：F=BIL（最大）两种特例：即F=ILB(I⊥B)和F=0(I∥B)。一般情况：当磁感应强度B的方向与导线成θ角时，有F=ILBsinθ还应该注意的是：尽管公式F=ILB是从公式B=F/IL变形而得的，但两者的物理意义却有不同。①公式B=F/IL是根据放置于给定磁场中的给定点上的检验电流(电流元)受力情况，来确定这一位置的磁场的性质，它对任何磁场中的任何点都是适用的。②公式F=ILB则是在已知磁场性质的基础上，确定在给定位置上给定的一小段通电直导线的受力情况，在中学阶段，它只适用于匀强磁场。教师应该给学生指出：物理公式在作数学的等价变形时，其物理意义和适用范围将会发生变化。这是应用数学知识解决物理问题时所要引起注意的问题，但却往往被人们所忽视。应该提醒学生注意安培力与库仑力的区别。电荷在电场中某一点受到的库仑力是一定的，方向与该点的电场方向要么相同，要么相反。而电流在磁场中某处受到的磁场力，与电流在磁场中放置的方向有关，电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL，一般情况下的安培力大于零，小于BIL，方向与磁场方向垂直。3、磁电式电流表电流表的组成：永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘.（最基本的是磁铁和线圈）所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度.该磁场并非匀强磁场，但在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度B的大小是相等的.第五节磁场对运动电荷的作用1、洛伦兹力的方向和大小洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的作用力.通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力的宏观表现.【说明】可以根据磁场对电流有作用力而对未通电的导线没有作用力，引导学生提出猜想：洛伦兹力方向的判断——左手定则伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，若四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所受的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向；若四指指向是电荷运动的反方向，那么拇指所指的正方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向.6［学生解答］甲中正电荷所受的洛伦兹力方向向上.乙中正电荷所受的洛伦兹力方向向下.丙中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向读者.丁中正电荷所受的洛伦兹力的方向垂直于纸面指向纸里洛伦兹力的大小洛伦兹力的计算公式（1）当粒子运动方向与磁感应强度垂直时（v┴B）F=qvB（2）当粒子运动方向与磁感应强度方向成θ时（v∥B）F=qvBsinθ上两式各量的单位：F为牛（N），q为库伦（C），v为米/秒（m/s）,B为特斯拉（T）2．像管的工作原理（1）原理：应用电子束磁偏转的道理（2）构造：由电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等组成（介绍各部分的作用102