高中物理 5.3 探究电流周围的磁场课件 沪科版选修31.ppt

第3课时探究电流周围的磁场 1820年 丹麦物理学家奥斯特发现通电导线也能使小磁针偏转 终于揭示了电与磁的联系 为此 安培写道 奥斯特 先生 已经永远把他的名字和一个新纪元联系在一起了 法拉第则评论说 他突然打开了科学中一个黑暗领域的大门 使其充满光明 那么电流周围的磁场有什么特征呢 如图5 3 1所示 图5 3 1 课前自主学习 一 几种常见的磁场电流的磁场可以用安培定则来判定 1 用安培定则判定直线电流的磁场方向 右手握住导线 让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致 弯曲的四指所指的方向就是 2 用安培定则判定通电螺线管内部的磁场方向 右手握住螺线管 让弯曲的四指方向与电流方向一致 所指的方向就是螺线管内部的磁场的方向 知识梳理 磁感线环绕的方向 拇指 3 用安培定则判定环形电流的磁场方向 右手握住环形导线 弯曲的四指所指的方向与环形电流的方向一致 伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上的 二 安培分子电流假说内容 在原子 分子等物质微粒的内部存在着一种环形电流 分子电流 分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体 分子的两侧相当于两个 磁感线的方向 磁极 三 匀强磁场在磁场的某个区域内 如果各点的磁感应强度 和 相同 这个区域的磁场叫做匀强磁场 距离很近的两个异名磁极之间的磁场 除边缘部分外 可以视为匀强磁场 通电螺线管内部的磁场也可以视为匀强磁场 匀强磁场的磁感线是 大小 方向 一些间隔相同的平行直线 1 下列说法中正确的是 a 只有磁铁周围才有磁场b 电荷的周围一定有电场和磁场c 永久磁铁的磁场与电流周围的磁场是两种不同的磁场d 电流能产生磁场说明电和磁是有联系的解析 磁铁和电流周围都有磁场且性质相同 而电流是电荷定向移动形成的 所以 运动电荷周围既有电场又有磁场 静止电荷周围只有电场 a b c不对 电流产生磁场就是电和磁有关的证明 所以d对 答案 d 基础自测 2 关于电场线与磁感线的概念 以下说法中正确的是 a 电场线与磁感线都是不封闭的曲线b 沿着磁感线的方向 磁感应强度越来越小c 任意两条电场线或磁感线都不会相交d 通电螺线管内部的小磁针静止时n极的指向与该处磁感线的方向相反解析 电场线是由正电荷出发终止于负电荷 而磁感线是封闭曲线 故a错误 磁感应强度的大小是看疏密而不是看方向 故b错误 电场线或磁感线的切线方向为该处的场的方向 而场只有一个方向 所以两条电场线或磁感线不能相交 c正确 无论是在螺线管内部还是外部 小磁针静止时n极指向为该处的磁场方向 故d错误 答案 c 3 如图5 3 2所示 一矩形线圈与通有相同大小的电流的平行直导线在同一平面 而且处在两导线的中央 则 a 两电流同向时 穿过线圈的磁通量为零b 两电流反向时 穿过线圈的磁通量为零c 两电流同向或反向 穿过线圈的磁通量都为零d 两电流产生的磁场是不均匀的 因此不能判定穿过线圈的磁通量大小答案 a 图5 3 2 4 如图5 3 3所示 当有电流通过线圈时 磁针将发生偏转 以下判断正确的是 a 当线圈通以沿顺时针方向的电流时 磁针n极将指向读者b 当线圈通以沿逆时针方向的电流时 磁针s极将指向读者c 当磁针n极指向读者时 线圈中的电流沿逆时针方向d 以上判断均不正确答案 c 图5 3 3 5 关于磁现象的电本质 正确的说法是 a 磁现象是运动电荷 电流 之间通过磁场发生的相互作用b 除永磁铁外 一切磁场都是运动电荷 电流 产生的c 磁就是电 电就是磁d 安培根据原子结构理论 进行严格推理得出分子电流的概念 提示了磁现象的电本质答案 ad 课堂互动探究 在掌握各类磁场的分布时 要牢记地磁场 条形磁铁 蹄形磁铁等永磁体的磁场分布以及直线电流 环形电流和通电螺线管周围空间的磁场分布 要能熟练地用磁感线正确表示 以图示方法画出磁感线的分布情况 包括正确的方向和大致的疏密程度 还要能根据解题的需要选择不同的图示 如立体图 纵剖面图或横断面图等 1 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场在磁体的外部 磁感线从n极射出进入s极 如图5 3 4所示 在内部也有相应条数的磁感线 图中未画出 与外部磁感线衔接并组成闭合曲线 几种常见的磁感线 图5 3 4 2 直线电流的磁场直线电流的磁感线是在垂直于导线平面上的以导线上某点为圆心的同心圆 如图5 3 5所示 其分布呈现 中心密边缘疏 的特征 从不同角度观察 如图5 3 6所示 磁感线分布图5 3 5 图5 3 6 3 环形电流的磁场如图5 3 7中甲 乙 丙从不同角度观察 环形电流的磁感线是一组穿过环所在平面的曲线 在环形导线所在平面处 各条磁感线都与环形导线所在的平面垂直 图5 3 7 4 通电螺线管的磁感线与条形磁铁相似 一端相当于北极n 另一端相当于南极s 小磁针在通电螺线管周围空间的指向 不论是在管内还是在管外 都可以根据磁感线的方向加以判断 如图5 3 8甲所示 图5 3 8 5 匀强磁场在磁场的某些区域内 若磁感线为同向 等间距的平行的直线 则这个区域的磁场叫做匀强磁场 图5 3 9 通有稳恒电流的长直螺线管内的中央区域的磁场可看作匀强磁场 如图5 3 8乙所示 当条形磁铁n和s两磁极端面相互平行 且距离较近时 磁极间的磁场也可看作匀强磁场 如图5 3 9所示 例1 关于磁场和磁感线的描述 下列哪些是正确的 a 磁感线从磁体的n极出发到磁体的s极终止b 自由转动的小磁针放在通电螺线管内部 其n极指向螺线管的北极c 磁感线的方向就是磁场方向d 两条磁感线空隙处不存在磁场解析 磁感线与电场线不同 它是一条闭合曲线 在磁体的外部由n极到s极 而在磁体的内部则由s极到n极 故选项a是不正确的 螺线管内部的磁感线和条形磁铁相似 是由s极到n极 即磁场方向也就是从s极指向n极 所以放置其中的小磁针n极必然是指向磁场方向 即螺线管的北极 故选项b正确 只有磁感线是直线时 磁感线的方向才与磁场方向一致 如果磁感线是曲线 那么某点的磁场方向是用该点的切线方向来表示的 故选项c不正确 磁感线是为研究问题方便而假想的曲线 磁场中磁感线有无数条 故提出两条磁感线之间是否有空隙 是否存在磁场等类似的问题是毫无意义的 故选项d不正确 答案 b 题后反思 磁感线是闭合曲线 在磁体外部由n极指向s极 在内部由s极指向n极 磁感线上任一条切线方向表示该点磁场方向 下列说法中正确的是 a 磁感线上每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致b 磁场真实分布在立体空间 所以磁感线也真实存在于立体空间中c 磁感线从磁体的n极出发 到s极终止d 两条磁感线的空隙处一定不存在磁场e 两个磁场叠加的区域 磁感线就可能相交f 磁感线的方向就是磁场方向解析 根据物理学的规定 小磁针北极受力方向或小磁针静止时北极所指的方向就是那一点的磁场方向 而磁感线上每一点的切线方向都在 该点的磁场方向上 故a正确 磁感线是为了形象地描述磁场而人为引入的 并非真实存在的 故b错 磁感线与电场线不同 它是封闭曲线 在磁体外部由n极到s极 而在磁体内部则由s极到n极 并无终止 c错 磁感线是为了研究问题方便而假想的曲线 磁场并不依赖于磁感线而存在 所以讨论磁感线间是否有空隙 是否存在磁场等类似的问题是毫无意义的 d错 磁场叠加后性质发生变化 相应的磁感线形状可能会发生变化 但无论怎样 磁感线一定不会相交 e错 只有磁感线是直线时 磁感线的方向才与磁场方向一致 磁感线是曲线时 磁场的方向是用该点的磁感线的切线方向来表示的 f错 答案 a 关于电流磁场方向的判定 要求能正确掌握安培定则的两种用法 自直线电流的磁场过渡到环形电流的磁场 再到通电螺线管的磁场 由简到繁 领会安培定则两种用法的一致性 例如对环形电流 我们可以看作由很多小的直线电流组成 让伸直的大拇指指向电流方向 则弯曲的四指所指为磁感线环绕方向 结果同让弯曲的四指指向电流方向 伸直的大拇指指向为中心轴线上的磁感线方向一致 这说明安培定则 1 和安培定则 2 是一致的 安培定则的应用 在正确判定通电螺线管内部磁场方向的基础上 依据螺线管内部与外部的磁感线衔接形成一些闭合曲线并且环绕方向一致 明确其n s极的相对位置 理解内部 磁感线是由s极指向n极的 例2 如图5 3 10所示 一束带电粒子沿水平方向沿虚线飞过磁针上方 并与磁针方向平行 能使磁针的n极转向读者 那么这束带电粒子可能是 a 向右飞的正离子b 向右飞的负离子c 向左飞的正离子d 向左飞的负离子 图5 3 10 解析 小磁针n极的指向即是磁针所在处的磁场方向 题中磁针s极向纸内偏转 说明离子束下方的磁场方向由纸内指向纸外 由安培定则可判定由离子束的定向运动所产生的电流方向由右向左 故若为正离子 则应是自右向左运动 若为负离子 则应是自左向右运动 答案 bc 题后反思 带电粒子束的定向移动可以看作 等效电流 正电荷定向移动方向和 等效电流 方向相同 负电荷相反 等效电流 的磁场也可以应用安培定则判定 在蹄形铁芯上绕有线圈 如图5 3 11所示 根据小磁针的指向 画出线圈的绕线方向 图5 3 11 解析 首先由小磁针静止时n极的指向可以确定 绕在蹄形铁芯上的线圈通电后 产生的磁场方向 是从铁芯左方到右方 即蹄形铁芯左方为n极 右方为s极 再根据电源标出电流方向 铁芯左方上端为n极 铁芯左方线圈中电流方向如图所示 由安培定则可知 左侧线圈的绕线方向如图所示 同理 铁芯右侧上端为s极 线圈中电流方向如图所示 根据安培定则可知 线圈绕线方向如图所示 答案 线圈的绕线方向如图所示 1 磁场是矢量 不仅有大小而且有方向 2 磁场的迭加遵循平行四边形定则 磁场的迭加问题 例3 如图5 3 12所示 两个完全相同的通电圆环a b圆心o重合 圆面相互垂直的放置 通电电流相同 电流方向如图所示 设每个