用心 愛心 專心 第一節(jié)第一節(jié) 磁場磁場 磁感線磁感線 第二節(jié)第二節(jié) 安培力安培力 磁感應強度磁感應強度人教版人教版 同步教育信息同步教育信息 一 本周教學內(nèi)容 第十五章 磁場 第一節(jié) 磁場 磁感線 第二節(jié) 安培力 磁感應強度 二 知識要點 1 知道磁場的基本特性是對處在它里面的磁極或電流有磁場力的作用 2 知道磁極和磁極之間 磁極和電流之間 電流和電流之間都是通過磁場發(fā)生相互作用的 3 知道什么叫磁感線 4 知道條形磁鐵 蹄形磁鐵 直線電流 環(huán)形電流和通電螺線管的磁感線分布情況 5 會用安培定則判定直線電流 環(huán)形電流和通電螺線 6 理解磁感應強度 B 的定義及單位 7 知道用磁感線的疏密可以形象直觀地反映磁感應強度的大小 8 知道什么叫勻強磁場 知道勻強磁場的磁感線的分布情況 9 知道什么是安培力 知道電流方向與磁場方向平行時 電流受的安培力為零 電流方向 與磁場方向垂直時 電流受安培力的大小 F BIL 10 會用左手定則熟練地判定安培力的方向 三 重點 難點解析 1 磁場 演示 在玻璃板上放兩輛小車 小車上各放置一條形磁鐵 通過演示實驗 1 觀察到 磁 體同名磁極相斥 異名磁極相吸 且不需要接觸就可以發(fā)生力的作用 顯然這一力是場力 但磁不帶電 不存在電場 它就是另一種場一一磁場 磁體周圍存在著磁場 常見的條形磁 鐵 蹄形磁鐵周圍都存在著磁場 除磁體周圍有磁場外 丹麥物理學家奧斯特首先發(fā)現(xiàn)電流 周圍也存在著磁場 觀察演示實驗 得出 當通入電流時 小磁針轉(zhuǎn)動 說明電流周圍也有 磁場 磁極與磁極之間 電流與磁極之間 電流與電流之間通過演示 實驗看出都會發(fā)生相 互作用 這種作用都是通過磁場這種特殊物質(zhì)發(fā)生作用的 圖 1 圖 2 1 磁場的性質(zhì) 在磁鐵周圍的不同位置放置一些小磁針 發(fā)現(xiàn)小磁針靜止時 指向各不相同 如圖 2 所 示 這表明磁場中不同位置力的作用方向不同 因此磁場具有方向性 與電場對比 在電場中 我們利用檢驗電荷的受力情況來反映電場的方向性 規(guī)定正電 荷受的電場力方向為電場方向 在磁場中 我們利用小磁針來規(guī)定磁場的方向 規(guī)定在磁場中的任意一點小磁針北極受力的 用心 愛心 專心 方向亦即小磁針靜止時北極所指的方向 就是那一點的磁場方向 圖 3 2 磁感線 為了形象地反映電場的方向性 我們引進了電場線的概念 同理 在研究磁場時 我們 引進磁感線來反映磁場的方向性 磁感線是一些 有方向的曲線 在這些曲線上 每一點的 切線方向都跟該點的磁場方向相同 即為小磁針的北極指向 利用磁感線 我們就可以比 較直觀描述磁場的方向性 不同的磁場 磁感線的空間分布是不一樣的 常見的磁場的磁感線空間分布情況如下 條形磁鐵的磁場 取一塊玻璃板 在其上面撒上碎鐵屑 下面放條形磁鐵 輕輕敲擊玻璃板 碎鐵屑等效于無 數(shù)個小磁針 形象地顯現(xiàn)出磁場的方向 即為磁感線的平面分布情況 所以條形磁鐵的磁感 線分布如圖 4 圖 4 蹄形磁鐵的磁場 圖 5 圖 5 直線電流的磁場 圖 6 圖 6 用心 愛心 專心 環(huán)形電流的磁場 圖 7 圖 7 通電螺線管的磁場 圖 8 圖 8 3 磁感線的特點 磁感線是不存在不相交的閉合曲線 磁感線某點的切線方向表示該點的磁場方向 磁感線的疏密表示磁場的強弱 2 安培定則 1 直線電流 用右手握住導線 讓大拇指所指的方向跟電流的方向一致 彎曲的四 指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向 如圖 9 所示 圖 9 2 環(huán)形電流 讓右手彎曲的四指和環(huán)形電流的方向一致 伸直的大拇指所指的方向 就是環(huán)形導線中心軸線上磁感線的方向 如圖 10 所示 用心 愛心 專心 圖 10 3 通電螺線管 用右手握住通電螺線管 讓彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一 致 大拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向 如圖 8 所示 3 磁場對電流的作用 1 用條形磁鐵可以在一定的距離內(nèi)吸起較小質(zhì)量的鐵塊 巨大的電磁鐵卻能吸起成 噸的鋼塊 表明磁場有強有弱 如何表示磁場的強弱呢 我們利用磁場對電流的作用力 安培力來研究磁場的強弱 2 決定安培力大小的因素有哪些 利用教材 P147 演示實驗裝置 研究安培力大小與哪些因素有關 與電流的大小有關 保持導線在磁鐵中所處的位置及與磁場方向不變這兩個條件下 通過移動滑動變阻器觸 頭改變導線中電流的大小 請學生觀察實驗現(xiàn)象 導線擺動的角度大小隨電流的改變而改變 電流大 擺角大 電 流小 擺角小 實驗結(jié)論 垂直于磁場方向的通電直導線 受到磁場的作用力的大小跟導線中電流的大 小有關 電流大 作用力大 電流小 作用力也小 與通電導線在磁場中的長度有關 保持導線在磁鐵中所處的位置及方向不變 電流大小也不變 改變通電電流部分的長度 學生觀察實驗現(xiàn)象 導線擺動的角度大小隨通電導線長度而改變 導線長 擺角大 導線短 擺角小 實驗結(jié)論 垂直于磁場方向的通電直導線 受到的磁場的作用力的大小跟通電導線在磁 場中的長度有關 導線長 作用力大 導線短 作用力小 與導線在磁場中的放置方向有關 保持電流的大小及通電導線的長度不變 改變導線與磁場方向的夾角 當夾角為 0 時 導線不動 即電流與磁場方向平行時不受安培力作用 當夾角增大到 90 的過程中 導線擺 角不斷增大 即電流與磁場方向垂直時 所受安培力最大 不平行也不垂直時 安培力大小 介于 0 和最大值之間 4 磁感應強度 B 總結(jié)歸納以上實驗現(xiàn)象 用 L 表示通電導線長度 I 表示電流 保持電流和磁場方向垂直 通電導線所受的安培力大小ILF 或BILF 用B表示這一比值 IL F B 的物理意義為 通電導線垂直置于磁場同一位置 B值保 持不變 若改變通電導線的位置B值隨之改變 表明B值的大小是由磁場本身的位置決定的 對于電流和長度相同的導線 放置在 B 值大的位置受的安培力 F 也大 表明磁場強 放在 B 值小的位置受的安培力 F 也小 表明磁場弱 因而我們可以用比值 IL F B 來表示磁場的強 弱 把它叫做磁感應強度 定義 磁感應強度 IL F B 單位 特斯拉 符號為 T mA N T 11 常見的地磁場磁感應強度大約是T 4 103 0 T 4 107 0 永磁鐵磁極附近的磁感應 強度大約是T 3 10 10 T1 用磁感線也可直觀地反映磁場的強弱和方向 磁感線越密處 磁感應強度大 磁場強 用心 愛心 專心 若磁感應強度大小和方向處處相同 稱為勻強磁場 根據(jù)勻強磁場的特點 請同學們畫出勻 強磁場的磁感線的空間分布 在非勻強磁場中 用 IL F B 量度磁感應強度時 導線長 L 應很短 電流近似處在勻強 磁場中 安培力的大小和方向 根據(jù)磁感應強度的定義式 可得通電導線垂直磁場方向放置時所受的安培力大小為 IL F B 安培力的方向如何呢 通過前面的演示實驗現(xiàn)象可知 通電導線在磁場中受到的安培力 方向跟導線中的電流方向 磁場方向都有關系 人們通過大量的實驗研究 總結(jié)出通電導線 受安培力方向和電流方向 磁場方向存在著一個規(guī)律一一左手定則 左手定則 伸開左手 使大拇指跟其余四個手指垂直 并且跟手掌在同一個平面內(nèi) 把 手放入磁場中 讓磁感線垂直穿入手心 并使伸開的四指指向電流方向 那么 拇指所指的 方向 就是通電導線在磁場中的受力方向 應該注意的是 若電流方向和磁場方向垂直 則磁場力的方向 電流方向 磁場方向三者互 相垂直 若電流方向和磁場方向不垂直 則磁場力的方向仍垂直于電流方向 也同時垂直于 磁場方向 典型例題典型例題 例 1 如圖 11 所示 可以自由轉(zhuǎn)動的小磁針靜止不動時 靠近螺線管的是小磁針的那個磁極 若將小磁針放到該通電螺線管內(nèi)部 小磁針指向與圖示位置時的指向相同還是相反 解析 解析 由安培定則可知 通電螺線管的磁場左端為 S 極 磁感線在 S 極附近應該指向 S 極 小磁針北極指向與磁感線方向相同 靠近螺線管的是北極 在內(nèi)部磁感線方向與外部連 續(xù) 小磁針指向與外部相同 圖 11 例 2 四條導線在同一個平面內(nèi) 通入相同大小的電流 電流方向如圖 12 所示 試判斷圖中 的 4 個區(qū)域中 1 2 3 4 個點磁場磁感應強度的大小 各個點到電流的距離相等 解析 解析 每個電流多產(chǎn)生磁場 周圍空間的磁場是所有電流磁場的疊加 磁場疊加遵循矢 量疊加原則 即平行四邊形定則 1 3 兩點兩個電流產(chǎn)生的磁場同向 和是一個的兩倍 2 4 兩點磁場方向相反 和為零 圖 12 例 3 如圖 13 兩個同樣的導線環(huán)同軸平行懸掛 相隔一小段距離 當同時給兩導線環(huán)通以 同向電流時 兩導線環(huán)將 用心 愛心 專心 A 吸引 B 排斥 C 保持靜止 D 邊吸引邊轉(zhuǎn)動 解析 解析 兩個線圈內(nèi)的電流產(chǎn)生的磁場方向相同 互相吸引 也可以由一個電流受另一個 的磁場力判斷得相同的結(jié)論 圖 13 例 4 如圖 14 所示 長 L 質(zhì)量為 m 的金屬桿 ab 被兩根豎直的金屬絲靜止吊起 金屬桿 ab 處在方向垂直紙面向里的勻強磁場中 當金屬桿中通有方向 a b 的電流 I 時 每根金屬 絲的拉力大小為 T 當金屬桿通有方向 b a 的電流 I 時 每根金屬絲的拉力大小為 2T 求磁 場的磁感應強度 B 的大小 解析 解析 導體 ab 受重力 磁場力彈簧的的拉力而平衡 當 ab 中的電流方向由 a 到 b 時 磁場力向上 2T BIL mg 當 ab 中的電流由 b 到 a 時 磁場力向下 4T BIL mg 解方程組得 IL T B 圖 14 模擬試題模擬試題 1 在下面如圖所示的各圖中畫出導線中通電電流方向或通電導線周圍磁感線的方向 其中 a b 為平面圖 c d 為立體圖 2 在條形或蹄形鐵芯上繞有線圈 根據(jù)如圖所示小磁針指向在圖中畫出線圈的繞線方向 用心 愛心 專心 3 有一束電子流沿 x 軸正方向高速運動 如圖所示 電子流在 Z 軸上的 P 點處所產(chǎn)生的磁 場方向是沿 A y 軸正方向 B y 軸負方向 C Z 軸正方向 D Z 軸負方向 4 正在通電的條形電磁鐵的鐵心突然斷成兩截 則兩截鐵心將 A 互相吸引 B 互相排斥 C 不發(fā)生相互作用 D 無法判斷 5 如圖 一束帶電粒子沿著水平方向平行地飛過磁針上方時 磁針的 S 極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn) 這 一束帶電粒子可能是 A 向右飛行的正離子 B 向左飛行的正離子 C 向右飛行的負離子 D 向左飛行的負離子 6 畫出圖中各磁場對通電導線的安培力的方向 7 如圖所示 兩根平行放置的長直導線 a 和 b 載有大小相同方向相反的電流 a 受到的 磁場力大小為 F1 當加入一與導線所在平面垂直的勻強磁場后 a 受到的磁場力大小變?yōu)?F2 則此時 b 受到的磁場力大小變?yōu)?A 2 F B 21 FF C 21 FF D 21 2FF 8 如圖所示 勻強磁場中有一通以方向如圖的穩(wěn)定電流的矩形線 abcd 可繞其中心軸 轉(zhuǎn)動 則在轉(zhuǎn)動過程中 用心 愛心 專心 A ab 和 cd 兩邊始終無磁場力作用 B ab 和 cd 兩邊所受磁場力大小和方向在轉(zhuǎn)動過程中不斷變化 C 線圈在磁場力作用下轉(zhuǎn)動過程中合力始終不為零 D ab cd 兩邊受到和磁場力的大小和方向在轉(zhuǎn)動過程中始終保持不變 9 如圖 當左邊的線圈通以逆時針電流 I 時 天平恰好平衡 此時天平右邊的砝碼為 m 若改為順時針方向的電流且大小不變 則需在天平右邊增加 m 的砝碼 通電線圈受到磁場 力大小為 A mg 2 B m m g C mg D m m g 2 10 質(zhì)量為 m 長為 L 的的金屬棒 ab 用兩根細金屬絲懸掛在絕緣架 MN 下面 整個裝置 處在豎直方向的勻強磁場中 當金屬棒通以由 a 向 b 的電流 I 后