高中物理 第3章 磁场 第3节 几种常见的磁场课件 新人教版选修31.ppt

第3节几种常见的磁场 教师参考 一 教学目标知识与技能1 知道磁感线以及几种常见的磁场 条形 蹄形磁铁 直线电流 环形电流 通电螺线管 的磁感线分布的情况2 会用安培定则判断直线电流 环形电流和通电螺线管的磁感线方向3 了解安培分子电流假说 并能解释有关现象4 理解匀强磁场的概念5 理解磁通量的概念并能进行有关计算过程与方法通过小磁针在电流磁场中的指向引导学生理解安培定则情感态度与价值观1 通过本节学习进一步培养学生的实验观察 分析的能力2 使学生认识科学探究的一般规律 提高科学素养 二 教学重点难点教学重点会用安培定则判定直线电流 环形电流及通电螺线管的磁场方向教学难点正确理解磁通量的概念并能进行有关计算三 重难点突破方略探究通电螺线管的磁场的突破方略 演示1 在木板中间开一个长方形槽 将螺线管卡在槽中 木板上面均匀撒一些铁屑 并放两个小磁针 给螺线管通上强电流 轻轻敲打演示仪器 并提问 问题1 通电螺线管外部的磁场和哪种磁体的磁场相似 学生 通电螺线管外部的磁场和条形磁铁外部的磁场相似 问题2 通电螺线管内部的磁场如何 学生 通电螺线管内部的磁感线和螺线管的轴线平行 演示2 将螺线管通上强电流的方向反向 轻轻敲打演示仪器 铁屑和两个小磁针重新分布 并提问 问题1 通电螺线管外部的磁场还和条形磁铁外部的磁场相似吗 两个小磁针的方向发生了怎样的变化 学生 通电螺线管外部的磁场和条形磁铁外部的磁场相似 两个小磁针的方向与原来的指向相反 问题2 猜想一下 通电螺线管的磁感线方向和什么因素有关系 学生 通电螺线管的磁感线方向和螺线管的电流方向有关 思考与讨论 如何用右手来判断通电螺线管磁感线的方向 学生 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 大拇指所指的方向就是通电螺线管内部磁感线的方向 教师总结 通电螺线管外部的磁场和条形磁铁外部的磁场相似 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 自主学习 课堂探究 达标测评 自主学习课前预习 感悟新知 教师参考 情境链接一生命与磁外加的磁场能影响生物体细胞内外离子的活动度 细胞膜电势 酶的活性 改善细胞新陈代谢 生物磁场也会对人体的神经 肌肉 心脏 脑等生物电流产生影响 并可干扰或抑制病变过程 调节生理平衡 促进功能的恢复 值得注意的是 生物体长期处于过弱或过强的磁场中 也会产生不利的影响 1 磁场是一种特殊的物质 不能为人们所看见 我们用怎样的实验方式来 看见 磁场 2 光线 电场线都是形象描述抽象物质性质的工具 对于磁场的特征 是否也能用相类似的工具来描述呢 信息1 在磁场中放一块玻璃板 玻璃板上均匀地撒一层细铁屑 轻敲玻璃板 铁屑就会有规则地排列起来 使我们 看见 磁场的分布 2 能 可以用磁感线来形象描述磁场 情境链接二对传达电力 磁力的介质 法拉第提出了 场 概念把它们称为电场 磁场 对电场 磁场的分布规律的描述 法拉第提出了力线图像 力线上任一点的切线方向就是场强的方向 力线密的地方 场强就强 力线疏的地方 场强就弱 场强不变时 力线图不变 场源运动或变化时 力线图也发生变化 这里的力线是电场线或磁感线吗 信息电场力和磁场力是通过电场 磁场来作用的 电场线和磁感线的几何图形能形象地表示电场和磁场的分布规律 教材梳理 一 磁感线阅读教材第86页 磁感线 部分 知道磁感线是如何描述磁场的强弱和方向的 1 定义 在磁场中画出一些曲线 使曲线上每一点的都跟这点的磁感应强度的方向一致 这样的曲线就叫做磁感线 2 基本特性 磁感线的表示磁场的强弱 磁感线越密的地方磁场越强 磁感线越疏的地方磁场越弱 议一议分析教材第86 87页图3 3 1 为什么上面图片s极与n极之间的铁屑较多 而下面图片n极与n极之间的铁屑较少 答案 s极与n极之间为引力 铁屑在磁场力的作用下能驻留 n极与n极之间为斥力 大部分铁屑被移开 切线方向 疏密 二 几种常见的磁场分析教材第86 87页图3 3 2 3 3 3 3 3 4 大致了解用什么样的右手手势来确定几种电流磁场的分布 1 直线电流的磁场 安培定则 握住导线 让伸直的拇指所指的方向与方向一致 弯曲的四指所指的方向就是环绕的方向 如图所示 右手 电流 磁感线 2 环形电流的磁场 让右手弯曲的四指与的方向一致 伸直的拇指所指的方向就是环形导线上磁感线的方向 如图所示 环形电流 轴线 3 通电螺线管的磁场 通电螺线管是许多匝环形电流而成 它的磁场是磁场的叠加 因此利用环形电流的安培定则判断其磁场 如图所示 想一想教材第87页图3 3 4通电螺线管内部磁感线是怎样分布的 答案 通电螺线管内部磁感线和螺线管轴线平行 串联 环形电流 三 安培分子电流假说阅读教材第87页 安培分子电流假说 部分 了解安培分子电流假说的内容及意义 1 分子电流假说 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 它的两侧相当于两个 2 假说的意义 磁铁的磁场和电流的磁场一样 都是由产生的 想一想教材第87页图3 3 6甲 乙两铁棒显示磁性吗 n极 s极分别在哪一端 答案 甲铁棒不显磁性 乙铁棒显示磁性 左端为s极 右端为n极 磁极 运动电荷 四 匀强磁场阅读教材第88页 匀强磁场 部分 知道匀强磁场的特点 1 定义 磁感应强度的 处处相同的磁场 2 磁感线 间隔相同的 想一想教材第88页图3 3 7中 在n极与s极之间靠近n极 s极磁体的位置磁感应强度大 还是离n极 s极较远的位置磁感应强度大 答案 匀强磁场中空间上任何点的磁感应强度的大小 方向都相同 强弱 方向 平行直线 五 磁通量阅读材料第88页 磁通量 部分 知道磁通量的概念 1 定义 在匀强磁场中 磁感应强度b和与磁场方向垂直的平面面积s的乘积 叫做穿过这个面积的磁通量 2 定义式 3 单位 简称韦 符号是wb 1wb 1t m2 4 矢标性 磁通量是量 想一想教材第88页图3 3 10为平面与b不垂直的情况 这时通过平面s 的磁通量比bs的值是大还是小 答案 图3 3 10中通过平面s 的磁通量的值比bs的值小 bs 韦伯 标 自主检测 答案 1 2 3 4 5 1 思考判断 1 磁感线是闭合的曲线 没有起始终了的位置 2 通电螺线管内部的磁感线的方向从n极指向s极 3 一般的物体不显磁性是因为物体内的分子电流取向杂乱无章 4 磁通量不仅有大小而且有方向 所以是矢量 5 将一平面置于匀强磁场中的任何位置 穿过该平面的磁通量总相等 2 为了解释地球的磁性 19世纪安培假设 地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流i引起的 在下列四个图中 正确表示安培假设中环形电流方向的是 解析 由于地磁场的北极在地理南极附近 在地球内部磁感线由地理北极指向地理南极 由安培定则判断可知 选项b正确 b 3 下列各图中 用带箭头的细实线表示通电直导线周围磁感线的分布情况 其中正确的是 解析 通电直导线周围磁感线是以导线为圆心的同心圆 由安培定则可知选项d正确 d 4 如图所示 半径为r的圆形线圈共有n匝 其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场 磁场方向垂直线圈平面 若磁感应强度为b 则穿过线圈的磁通量为 a br2b br2c n br2d n br2 解析 磁感线穿过的面积为 r2 而并非 r2 穿过线圈的磁通量与线圈匝数无关 因此磁通量 br2 b 课堂探究核心导学 要点探究 要点一 安培定则的理解和应用 问题导引 1 磁感线上某一点的切线方向 该点的磁场方向 放在该点小磁针静止时n极指向 该点磁感应强度方向 这四个方向有什么关系 答案 这四个方向是同一个方向 2 应用安培定则判定直线电流磁场方向和环形电流磁场方向时 大拇指和四指各指向什么 答案 在判定直线电流的磁场方向时 大拇指指 原因 电流方向 四指指 结果 磁场绕向 在判定环形电流磁场方向时 四指指 原因 电流绕向 大拇指指 结果 环内沿中心轴线的磁感线方向 即指n极 要点归纳 多角度认识三种电流磁场磁感线的分布 例1 电路没接通时三个小磁针方向如图 试确定电路接通后三个磁针n极的转向 思路探究 当小磁针处于电流的磁场中 如何判断小磁针n极的受力方向 答案 先确定通过该点的磁感线的方向 再根据小磁针n极所指方向与通过该点的磁感线的切线方向相同 判断小磁针n极的受力方向 解析 接通电路后 运用安培定则判断可知螺线管的磁感线在内部从左指向右 外部从右到左 如图所示 故小磁针1逆时针转动 小磁针3顺时针转动 小磁针2基本不动 答案 小磁针1逆时针转动 小磁针3顺时针转动 小磁针2基本不动 误区警示分析小磁针转动的注意点 1 可能错误认为是螺线管右端吸引了小磁针3的s极 导致错误认为小磁针3逆时针转动 要注意 同名磁极相斥 异名磁极相吸 的结论仅适用于两个磁极都在外部磁场的情况 2 在螺线管内部 磁感线从s极到n极 在外部 磁感线从n极到s极 教师备用 例1 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 所以螺线管内部磁感线方向由a b 根据安培定则可判断出电流由电源的c端流出 d端流入 故c端为正极 d端为负极 答案 c端为正极 d端为负极 针对训练1 下列各图中 已标出电流i 磁感应强度b的方向 其中符合安培定则的是 解析 利用通电直导线中的安培定则判断可知选项a b错误 利用环形电流的安培定则判断可知选项c正确 d错误 c 要点二 对磁通量的理解 问题导引 磁通量是标量 但有正负 应如何理解磁通量的正负 在匀强磁场中 若平面s与磁场不垂直 怎样求穿过平面的磁通量 答案 磁通量的正负与磁感线从哪面穿过有关 当规定磁感线从某一侧穿过为正 则从该面穿过的磁通量为正值 反之为负值 在匀强磁场中 当平面与磁场方向不垂直时 将其面积在垂直于磁场方向的投影s 代入关系式 bs求解 要点归纳 1 定量计算通过公式 bs来定量计算磁通量时应注意的问题 1 明确磁场是否为匀强磁场 知道磁感应强度的大小 2 平面的面积s应为磁感线通过的有效面积 当平面s与磁场方向不垂直时 应明确所研究的平面与磁感应强度方向的夹角 准确找出垂直面积 3 线圈的磁通量及其变化与线圈匝数无关 即磁通量的大小不受线圈匝数的影响 2 定性判断 磁通量是指穿过线圈面积的磁感线的 净条数 当有不同方向的磁场同时穿过同一面积时 此时的磁通量为各磁场穿过该面磁通量的代数和 例2 如图所示 框架面积为s 框架平面与磁感应强度为b的匀强磁场方向垂直 则穿过平面的磁通量为 若使框架绕oo 转过60 角 则穿过框架平面的磁通量为 若从初始位置转过90 角时 则穿过框架平面的磁通量为 若从初始位置转过180 角 则穿过框架平面的磁通量的变化量是 思路探究 1 磁通量的计算公式 bs的适用条件是什么 答案 bs适用于匀强磁场且磁感线与平面垂直 2 怎样求某一过程磁通量的变化 答案 磁通量是标量 某一过程的磁通量的变化等于末 始位置的磁通量之差 规律方法磁通量与磁感线的区别与联系 1 磁感应强度b主要描述磁场中某点的磁场情况 与位置对应 而磁通量用来描述磁场中某一个给定面上的磁场情况 它与给定面对应 2 由 bs得b s 即为磁感应强度的另一定义式 表示穿过垂直于磁场方向的单位面积的磁通量 所以b又叫做磁通密度 教师备用 例2 1 如图所示 线圈平面与水平方向夹角 60 磁感线竖直向下 线圈平面面积s 0 4m2 匀强磁场磁感应强度b 0 6t 则穿过线圈的磁通量 为多少 把线圈以cd为轴顺时针转过120 角 则穿过线圈的磁通量的变化量为多少 答案 0 12wb0 36wb 例2 2 有一个100匝的线圈 其平面是边长为l 0 20m的正方形 放在磁感应强度为b 0 50t的匀强磁场中 线圈平面与磁场垂直 若将这个线圈的形状由正方形改变成圆形 在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少 答案 5 5 10 3wb ab 要点三 磁感应强度的叠加 问题导引 如图所示 两根长直通电导线互相平行 电流方向相同 它们的截面处于一个等边三角形abc的a和b处 如何确定两通电导线在c处的磁场的磁感应强度的方向 答案 水平向右 由安培定则可判断出a和b在c处的磁场分别垂直于ac和bc连线 其大小相等 如图所示 由矢量叠加原理可知c处磁场的总磁感应强度的方向水平向右 教师备用 要点归纳 1 磁感应强度是矢量 当空间存在几个磁体 或电流 时 每一点的磁场为各个磁体 或电流 在该点产生磁场的矢量知 2 对于几个电流产生的磁场 先用安培定则确定该电流在某点的磁场方向 后运用平行四边形定则将几个磁感应强度合成 例3 如图所示 一根通电直导线垂直放在磁感应强度b 1t水平向右的匀强磁场中 以导线截面的中心为圆心 半径为r的圆周上有a b c d四点 已知a点的实际磁感应强度为零 则b c d三点的磁感应强度分别是多少 方向如何 思维导图 答案 见解析 误区警示磁场中的磁感线的注意点 1 若磁场中某点有n个场源形成的磁场 其磁感应强度为它们的矢量和 该点磁感线的切线方向是唯一确定的 2 直线电流的磁场的磁感线是以导线某点为圆心 与导线垂直的同心圆 同一圆周上各点磁感应强度不同 磁场随距离导线的距离的增大而减弱 教师备用 例3 1 如图所示 两根相互平行的长直导线过纸面上的m n两点 且与纸面垂直 导线中通有大小相等 方向相反的电流 a o b在m n的连线上 o为mn的中点 c d位于mn的中垂线上 且a b c d到o点的距离均相等 关于以上几点处的磁场 下列说法正确的是 a o点处的磁感应强度为零b a b两点处的磁感应强度大小相等 方向相反c c d两点处的磁感应强度大小相等 方向相同d a c两点处磁感应强度的方向不同 解析 由安培定则判断可知 两直线电流在o点产生的磁场方向均垂直于mn向下 o点的磁感应强度不为零 故选项a错误 a b两点的磁感应强度大小相等 方向相同 故选项b错误 根据对称性 c d两点处的磁感应强度大小相等 方向相同 故选项c正确 a c两点的磁感应强度方向相同 故选项d错误 c 例3 2 如图所示 真空中一根绝缘杆连接的两个带等量异种电荷的点电荷以相同的角速度绕o点在水平面内匀速转动 已知 q距离o点较近 则o点的磁感应强度方向为 a 方向竖直向上b 方向竖直向下c o点磁感应强度为零d 无法确定 解析 电荷的匀速转动可看做环形电流 由安培定则可知 q在o点形成的磁场方向竖直向上 q在o点形成的磁场方向向下 但由于 q距o点较近 产生的磁场较强 故o点的磁感应强度的方向竖直向上 选项a正确 a 针对训练3 如图 两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流i1和i2 且i1 i2 a b c d为导线某一横截面所在平面内的四点 且a b c与两导线共面 b点在两导线之间 b d的连线与导线所在平面垂直 磁感应强度可能为零的点是 a a点b b点c c点d d点 解析 由安培定则画出电流i1 i2在a b c d四点产生的磁场的方向 由图可知电流i1 i2在a c两点的磁场方向相反 这两点处的磁感应强度可能为零 又i1 i2 故磁感应强度为零的点距i1距离应比i2大 故选项c正确 a b d均错误 c 教师参考 教材探究 在教材p86图3 3 1中 磁场中铁屑的排列看似是一些曲线 它反映了磁场中磁感线的分布 这能否说明磁感线是真实存在的 答案 该实验可以模拟磁感线 但磁场中并不存在磁感线 它是人们为了形象地描述磁场而假想的曲线 达标测评随堂