上课用指南针与远洋航海.ppt

第二章磁场 第一节指南针和远洋航海 郑和船队的宝船 指南针 1 郑和下西洋 罗盘 1405年郑和下西洋 指南针 我国是最早在航海上使用指南针的国家 导航时兼用 和 二者相互补充 相互修正 用罗盘指引航向 探索航道 将船只航向的变动与 的变动的关系总结出来 画出的航线在古代称为 或 针路 针径 观星 罗盘 指南针指向 2 欧洲人的远洋探险 意大利航海家哥伦布在王室的支持下进行了远用了远洋探险 在这次探险中 观察到了 磁偏角 在西班牙王室的支持下葡萄牙航海家麦哲伦率领265名水手开始环球探险 三年完成了举世闻名的 航行 环球 所有这些远洋航行的成功 都离不开磁学知识的应用 指南针 3 磁场 磁体上磁性最强的部分叫 同名磁极 异名磁极 规定 在磁场中的任意一点 小磁针 方向就是那一点的磁场方向 磁感线 是在磁场中画出一些有方向的曲线 在这些曲线上 某点的 方向 都跟该点的 相同 磁感线的 表示磁场强弱 地球在周围空间会产生磁场 叫 地磁场的分布大致上就像一个 磁体 磁极 相斥 相吸 北极的受力 切线 磁场方向 疏密 地磁场 条形 地球具有磁场 宇宙中的许多 都具有磁场 月球也有 火星不象地球那样有一个 的磁场 所以火星上 不起作用 分别用字母在图中空白处标出磁体的南北极 天体 磁场 全球性 指南针 N S N S 磁感线方向 在磁体的外部是从 极到 极 内部 从 极到 极 N S N S 一些物体具有吸引铁 钴 镍等物质的性质 这种性质叫做磁性 具有磁性的物体叫做磁体 磁体的各部分磁性强弱不同 磁性最强的区域叫磁极 任何磁铁都有两个磁极 一个叫南极 S极 一个叫北极 N极 关于磁的概念 条形磁体磁感线模拟图 磁场的方向 规定小磁针北极受力的方向 也即小磁针静止时北极所指的方向 就是那一点的磁场方向 4 地磁场 1 定义 地球是个磁体 具有磁场 叫地磁场 地磁场的分布大致上就像一个条形磁体 各地磁感线近似平行地面 磁偏角 乘坐飞机时 在飞机即将起飞的时候 乘务员总会提醒乘客将手机关闭 究竟为什么飞机上禁用手机呢 新闻链接 广州白云机场某次飞机降落 因为机上有四位乘客同时使用了手机 使飞机降落时偏离了航线 险些酿成事故 磁现象在生活中的应用 信鸽爱好者都知道 如果把鸽子放飞到数百公里以外 它们还会自动归巢 鸽子为什么有这么好的认家本领呢 原来 鸽子对地球的磁场很敏感 它们可以利用地球磁场的变化找到自己的家 如果在鸽子的头部绑上一块磁铁 鸽子就会迷航 如果鸽子飞过无线电发射塔 强大的电磁波干扰也会使它们迷失方向 磁悬浮列车 上海的磁悬浮列车是全球唯一的一条商业运营磁悬浮列车 磁现象在生活中的应用 能自动关门的冰箱通常中铰链有一定的倾斜度 或者有一个叫做自动关门扣及其托架的装置 加上门封磁条的吸力门体在一定的角度就会自动关闭 磁现象在生活中的应用 医学技术CT检查 核磁共振成像技术 磁现象在生活中的应用 勘探矿床由于所有物质均具有或强或弱的磁性 如果它们聚集在一起 形成矿床 那么必然对附近区域的地磁场产生干扰 使得地磁场出现异常情况 根据这一点 可以在陆地 海洋或者空中测量大地的磁性 获得地磁图 对地磁图上磁场异常的区域进行分析和进一步勘探 往往可以发现未知的矿藏或者特殊的地质构造 磁现象在生活中的应用 普通的水雷或者地雷只能在接触目标时爆炸 因此作用有限 而如果在水雷或地雷上安装磁性传感器 由于坦克或者军舰都是钢铁制造的 在它们接近 无须接触目标 时 传感器就可以探测到磁场的变化使水雷或地雷爆炸 提高了杀伤力 磁现象在生活中的应用 在现代战争中 制空权是夺得战役胜利的关键之一 但飞机在飞行过程中很容易被敌方的雷达侦测到 从而具有较大的危险性 为了躲避敌方雷达的监测 可以在飞机表面涂一层特殊的磁性材料 吸波材料 它可以吸收雷达发射的电磁波 使得雷达电磁波很少发生反射 因此敌方雷达无法探测到雷达回波 不能发现飞机 这就使飞机达到了隐身的目的 这就是大名鼎鼎的 隐形飞机 隐身技术是目前世界军事科研领域的一大热点 美国的F117隐形战斗机便是一个成功运用隐身技术的例子 磁现象在生活中的应用 生活中到处可以看到磁场的应用想一想 哪些场合用到了磁场 奥斯特 电流的磁效应 奥斯特实验再现 奥斯特是丹麦物理学家 他从小聪明好学 1794年他以优异的成绩考入哥本哈根大学学习 后来成为这所大学的物理教授 奥斯特的故事奥斯特对电和磁的关系很感兴趣 在他之前 美国科学家富兰克林做过莱顿瓶放电实验 结果放电电流把焊条磁化了 这一实验使奥斯特认定电磁转化是很有可能的 所以他一直想找到能证明这种转化的方法 1820年4月的一天 奥斯特在一次讲演快结速的时候 抱着试试看的心情又做了一次实验 他把一条非常细的铂导线放在一根用玻璃罩罩着的小磁针上方 接通电源的瞬间 发现小磁针跳动了一下 这一跳使有心的奥斯特喜出望外 竟激动的在讲台上摔了一跤 以后的两个月里 奥斯特闭门不出 设计了几十个不同的实验 都证明了通电导线周围存在着磁场 同年7月他发表了论文 关于磁体周围电冲突的实验 向学术界宣布了电流的磁效应 这一重大发现轰动了科学界 使电磁学的发展进入了新的时期 一 奥斯特实验 1 实验 2 现象 3 结论 4 说明 上述现象也被成为电流的磁效应 反映了电与磁之间存在相互联系 导线通电后 小磁针发生偏转 改变电流的方向 小磁针偏转的方向发生改变 断开电路 小磁针恢复原来指向 通电导体的周围存在磁场 该磁场的方向与电流的方向有关 如何增强通电导体的磁性 二 通电螺线管 1 实验一 结论一 通电螺线管的周围存在着磁场 活动16 5探究通电螺线管的外部磁场 2 实验二 结论二 通电螺线管周围铁屑分布状态与条形磁铁周围铁屑分布状态相似 因此 其周围的磁场与条形磁铁周围的磁场相似 3 实验三 结论三 通电螺线管周围磁场的方向与哪些因素有关 通电螺线管周围的磁场方向与电流方向和线圈的绕线方向有关 用右手握螺线管 让四指弯向螺线管中电流的方向 则大拇指所指的那端就是螺线管的北极 4 安培定则 二 电流磁场的方向 安培定则演示实验一观察直线电流磁感线的形状使直导线穿过一块硬纸板 在硬纸板上均匀地撤一层细铁屑 轻敲硬纸板 同时给导线通电 细铁屑在磁场里被磁化 并在磁场作用下有规则地排列起来 这时细铁屑排列的形状显示出直线电流磁场磁感线的形状 图 实验现象和结果 从图乙可以看出 直线电流磁场的磁感线 是围绕导线的一些同心圆 如果用小磁针来判定磁场的方向 可以得到下述的安培定则 观察直线电流磁感线的形状 1 安培定则 也叫右手螺旋定则 一 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 图乙 图甲表示直线电流磁场的磁感线分布情况 1 直线电流磁场的磁感线分布 右手螺旋定则 用右手握住导线 让伸直的大姆指所指的方向跟电流的方向一致 那么弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向 横截面图 俯视图 纵截面图 电流的磁场 2 环形电流磁场的磁场线分布 右手螺旋定则 安培定则 让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致 那么伸直的大姆指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向 简图 横截面图 左视图 纵截面图 也可以把环形电流看成是由若干段很短的直线电流组成的 两种方法判断结果一致 3 通电螺线管磁场的磁感线分布 右手螺旋定则 安培定则 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 那么大姆指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向 也就是说 大姆指指向通电螺线管的北极 简图 通电螺线管可以等效为一根条形磁铁 横截面图 左视图 纵截面图 直线电流的磁场的几种图 二 电流磁场的方向 安培定则演示实验二观察环形电流磁感线的形状把环形导线穿过一块硬纸板 纸板水平放置 在纸板上均匀地撤一些铁屑 轻敲纸板 同时给导线通电 可以看到铁屑所显示的模拟磁感线 如果把小磁针放在环形导线的中央 由N极所指的方向可以知道环形电流中心附近磁场的方向 小结一 电流的磁效应 电流也能产生磁场 这个现象称为电流的磁效应 二 电流磁场的方向 由安培定则 也叫右手螺旋定则 确定三 安培定则 内容分三种不同情况 1 直线电流 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 大