教科版物理选修3-1第三章磁场全章教案

1第一节磁场磁感线生活中我们常常遇到电现象，与电现象密不可分是磁现象，其实用到电的地方，几乎都有磁现象相伴.从本章开始我们将在初中所学知识的基础上，进一步学习有关磁现象以及电磁联系方面的知识.一、几个基本概念：1、磁性：物体具有的吸引铁、钴、镍等物质的性质.2、磁体：具有磁性的物体叫做磁体，生活中常见的磁体为条形磁铁、小磁针、蹄形磁铁.3、磁极：磁体上磁性较强的部分叫磁极.4、磁极间的相互作用：同名磁极相斥，异名磁极相吸.二、磁场的概念及其性质两个异种电荷靠近时，它们之间有相互作用的吸引力产生.相互间的吸引力是这样产生的：带电体在其周围空间产生电场，电场对处于其中的电荷有电场力的作用；B处于A产生的电场中，该电场给B一个向左的作用力，同时A处于B产生的电场中，该电场给A一个向右的反作用力.电荷间的相互作用力是通过电场来传递的.两个条形磁铁的异名磁极靠近时，它们之间也有相互作用的吸引力产生，这两个磁极并没有直BABAFABFBAABFBAF2接接触，它们之间的相互作用力是怎样产生的呢？将磁体与带电体进行类比：磁体之间的相互作用力是这样产生的：A在周围空间产生磁场，B处于A产生的磁场中，该磁场给B一个向左的作用力；同时B也会在其周围空间产生磁场，A处于B产生的磁场中，该磁场给A一个向右的反作用力.该现象说明了NO1、磁体能在其周围空间产生磁场;NO2、磁场对磁体有力的作用;NO3、磁体与磁体之间的相互作用是通过磁场来传递的.磁场对其它物体的作用力叫做磁场力.在图3-1-3（a）中，当导线中有电流时，小磁针发生偏转，说明小磁针受到了磁场力作用，该区域一定存在磁场，该磁场只能由电流产生，即电流对磁体有磁场力作用.根据牛顿第三定律，小磁针一定对电流有反作用力，即小磁针产生的磁场对电流也有磁场力作用.该实验叫做奥斯特实验，它说明了NO1、电流也能产生磁场；NO2、磁场对电流有磁场力作用；NO3、电流与磁体之间的相互作用也是通过磁场来传递的.由奥斯特实验的结论可以从理论上推出；NO4、电流与电流之间也有相互作用的磁场力；NO5、电流与电流之间的相互作用也是通过磁场来3传递的.生活中我们可以看到平行同向电流相互吸引，平行异向电流相互排斥.在图3-1-3（a）中，让向右定向移动的正电荷代替电流，小磁针发生相同的偏转，说明了定向移动的电荷也能产生磁场，定向移动的电荷对磁体有磁场力作用.根据牛顿第三定律，小磁针一定对定向移动的电荷有反作用力，即小磁针产生的磁场对定向移动的电荷也有磁场力作用.该实验说明了NO1、定向移动的电荷也能产生磁场；NO2、磁场对定向移动的电荷有磁场力作用；NO3、定向移动的电荷与磁体之间的相互作用力也是通过磁场来传递的.由此，我们可以总结出哪些物质能产生磁场.1、磁场的产生：磁体或电流或定向移动的电荷在其周围空间产生的一种（看不见，摸不着的）特殊物质.其中我们把电流产生磁场的现象叫做电流的磁效应.2、磁场的性质：磁场对处于其中的磁体、电流、定向移动的电荷有磁场力作用.3、磁场的作用：磁体、电流、定向移动电荷之间的相互作用力都是通过磁场来传递的.可见，磁场是一种非常重要的物质，我们必须把它认识清楚.运动电荷电流磁场磁体4三、对常见磁场的认识在研究电场的时候，由于电场是一种看不见，摸不着的物质，不可能直接研究，但电场对处于其中的电荷有力的作用，根据电场对处于其中的电荷有力的作用的特点，在电场中引入试探电荷，根据试探电荷在电场中的受力情况来间接研究电场.而对于磁场来说，由于磁场对磁体和电流以及定向移动的电荷有磁场力作用，也可以在磁场中引入磁体或电流或定向移动的电荷，根据它们在磁场中的受力情况来间接研究磁场.1、研究磁场的方法：引入磁体或电流或定向移动的电荷.如图3-1-7所示，把很多相同的小磁针放在条形磁铁的磁场中，在磁场中的不同点，小磁针静止时N极所指的方向一般并不相同.这个事实说明了小磁针在不同点受到的磁场力的方向一般并不相同，也说明了磁场在不同点的方向一般并不相同，即磁场是有方向性的.物理学中规定：2、磁场方向的规定：在磁场中的任一点，小磁针北极受力的方向，亦即小磁针静止时北极所指的方向，就是那一点的磁场方向.在图3-1-7中，画出各点的磁场方向，再将小磁针所在的位置用曲线连接起来，发现曲线各点的切线方向正好是该点的磁场方向，在条形磁铁的N极和S5极附近，曲线的分布更密集，显示了条形磁铁的N极和S极附近的磁场更强.这样的曲线可以形象、简洁的描述磁场的方向和强弱，我们把这样的曲线叫做磁感线.3、磁感线：在磁场中假想出来的一些有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的切线方向都在该点的磁场方向上，曲线的疏密表示磁场的强弱.4、确定磁场方向的方法归纳：1）、小磁针北极受到的磁场力方向（适用于动态分析）2）、小磁针静止时北极所指的方向（适用于静态分析）3）、磁感线在该点的切线方向5、用实验模拟各种磁场磁感线的分布1）、符号系统：磁场方向远离观察者；g磁场方向指向观察者；电流方向远离观察者；e电流方向指向观察者；磁场力方向远离观察者；磁场力方向指向观察者.2）、磁体的磁场：条形磁铁和蹄形磁铁（1）、磁感线是闭合曲线；6（2）、磁铁外部的磁感线由北极指向南极，磁铁内部的磁感线由南极指向北极；（3）、两磁极附近的磁感线更密集，磁场也更强.蹄形磁铁中间部分的磁感线平行且间距相等.NSNS横截面图NNSNN73）、电流的磁场：（1）、通电直导线磁场的磁感线分布：A、通电直导线的电流方向跟它的磁感线环绕方向之间的关系可以用安培定则来判定：如教材82页图3-1-10（d）右图所示，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.B、一些以直导线为轴线的同心圆柱面；C、某一小段通电直导线的磁感线分布为一些以该小段直导线为圆心的同心圆环，这些同心圆环都在跟直导线垂直的平面上，越靠近通电直导线的地方，磁感线分布越密集，磁场越强.D、磁场磁感线分布的立体图和截面图（2）、环形电流磁场的磁感线分布：A、环形导线的中心轴线上：如教材82页图3-1-10（d）左图所示，磁感线与环形电流所在的平面垂直；可用安培定则来判定：让右手弯曲的四指所指的方向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II立体图I纵截面图I横截面图8B、环形导线附近：如教材82页图3-1-10（b）所示，环形电流磁场的磁感线为一些围绕导线的闭合曲线，越靠近环形导线的地方，磁感线的分布密集.可把环形导线分成很多小段，每一小段可用判断直线电流磁场的磁感线分布的方法来判断其附近的磁感线分布.C、磁场磁感线分布的立体图和截面图（3）、通电螺线管磁场的磁感线分布：A、通电螺线管内部的磁感线分布：如教材82页图3-1-10（c）所示，通电螺线管内部的磁感线均匀分布，其方向可用右手定则判定：用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，大拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向.B、外部的磁感线的分布情况和条形磁铁磁场的分布情况相同.C、磁场磁感线分布立体图和截面图INS立体图I横截面图IINS纵截面图9D、通电螺旋管可以等效成很多个电流绕行方向一致的通电圆环串联.（4）、电流的磁场相比于天然磁铁的磁场的优点：电流磁场的强弱和有无容易调节和控制.（5）、磁场的等效：由图可知，条形磁铁，通电圆环，通电螺线管的磁感线分布情况近似，它们的磁场可以相互等价.5、（了解）磁感线的相关知识1）、磁感线是假想出来的，并不真实存在于磁场中2）、磁感线不相交，不相切.3）、磁感线是封闭曲线4）、磁感线的切线表示磁场方向5）、磁感线的疏密程度定性地反映了磁场的强弱：在同一幅磁感线分布图中，磁感线越密集的地方磁场越强，磁感线越稀疏的地方，磁场越弱.四、磁现象的电本质如教材83页图3-1-14所示，原子的每个核外电NSNSNSII横截面图立体图NSI纵截面图10子都在不停地绕核旋转，形成环形电流，称为分子电流，产生磁场，该磁场可以等价成小磁针产生的磁场.原子内多个电子的分子电流的磁场取向一致时，原子就等价成大一点的小磁体，产生的磁场称为原子磁场.1、磁体具有磁性的原因：物体内原子磁场的取向较一致时，整体对外显示出磁性，取向的一致性越好，显示出的磁性越强.由此总结出：一切磁场均来源于电荷的运动.2、磁现象的电本质：一切磁场均来源于电荷的运动.3、磁化：教材83页图3-1-15第1、2、3幅图，在外界因素影响下，物体内原子磁场的取向更加一致时，显示出的磁性增强，该过程叫做磁化.实验室常用通电螺线管产生的磁场磁化钢胚制作条形磁铁.4、退磁：在外界因素影响下，物体内原子磁场的取向更加不一致时，显示出的磁性减弱，该过程叫做退磁.温度升高，电子无规则的热运动加剧，原子磁场的取向变得不一致，磁体磁性减弱.剧烈振动磁体，也可能使得原子磁场的取向变得不一致，使得磁性减弱.所以在做有关条形磁铁的实验时，对条形磁铁要轻拿轻放，不得对条形磁铁进行剧烈加温.5、无论磁体大小和形状如何，必定只有N极和S极两个磁极.一块磁铁被摔成两半后，变成两块新磁铁，每块各有一个N极和S极.第二节磁场对通电导线的作用——安培力11最简单、最特殊的磁场：一、匀强磁场：1、定义：磁场的强弱和方向都相同的磁场2、特点：磁感线平行且间距相等；3、生活中可以近似看着匀强磁场的磁场：条形磁铁的相互靠近的N极和S极之间的区域；蹄形磁铁中间的区域，通电螺旋管内部的磁场（除边缘部分外）.物理学中，把磁场对通电导线的磁场力叫做安培力.二、安培力：磁场对通电导线的磁场力.安培力方向远离观察者；安培力方向指向观察者安培力与哪些因素有关呢？通过猜想并分析，影响安培力的因素有电流I的大小，磁场的强弱，磁场中通电导线的长度L等.应该用控制变量法进行探究.我们通过教材85页3-2-1的实验来探究.三、探究影响安培力的因素探究一：磁场强弱不变，处于磁场中的导线长度L不变的情况下，探究安培力F与电流I之间的关系.一）、电流方向与磁场方向平行时NSNSNSNSI12在接通电路前，弹簧测力计的读数等于导线框的重力，即0Fmg，接通电路后，无论如何调节滑动变阻器改变电流，弹簧测力计的读数始终等于导线框的重力.结论：电流方向与磁场方向平行时，通电导线不受安培力；二）、电流方向与磁场方向垂直时1、保持导线框的竖直边在磁场区外.2、在接通电路前，弹簧测力计的读数等于导线框的重力，即0Fmg3、接通电路后，调节滑动变阻器使电流表的读数为1I，记录此时弹簧测力计的读数为1F，10FF就是导线框受到的安培力.4、继续调节滑动变阻器使电流表的读数为2I，3InI，观察并记录弹簧测力计相应的读数为2F，3FnF；5、分别计算出安培力10FF，20FF，30FF0nFF6、在表格中列出iI与安培力0iFF的对应关系iI0iFFI0F0=FF磁场方向NSII13结论：当通电导线与磁场方向垂直时，在磁场强弱不变，处于磁场中的导线长度L不变的情况下，通电导线所受安培力F安与电流I成正比.探究二：当通电导线与磁场方向垂直时，在磁场强弱不变，电流I大小不变的情况下，保持导线框的竖直边在磁场区外，探究安培力F安与处于磁场中的导线长度L之间的关系调节滑动变阻器使电流表的读数为一个合适的读数I，记下此时测力计的读数并算出此时的安培力为0IFF；紧挨着蹄形磁铁再并排放上一个相同的蹄形磁铁（相同极性在同一侧），这就使得处于磁场中的导线长度为原来的2倍，记下此时测力计的读数并算出此时的安培力为0IIFF；使处于磁场中的导线长度为原来的3倍，记下测力计的读数并算出相应的安培力为0IIIFF.NSII磁场方向0FiF0iFF14结论：当通电导线与磁场方向垂直时，在磁场强弱不变，电流I大小不变的情况下，通电导线所受安培力F安与处于磁场中的导线长度L成正比.探究三：当通电导线与磁场方向垂直时，在电流I大小不变，处于磁场中的导线长度L不变的情况下，保持导线框的竖直边在磁场区外，探究安