高中物理磁场_超牛课件.ppt

磁场 3 1 磁现象和磁场 东汉王充在 论衡 中写道 司南之杓 投之于地 其柢指南 最初发现的磁体是被称为 天然磁石 的矿物 其中含有主要成分为Fe3O4 能吸引其他物体 很像磁铁 磁悬浮列车 磁悬浮列车上装有电磁体 铁路底部则安装线圈 通电后 地面线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总保持相同 两者 同性相斥 排斥力使列车悬浮起来 铁轨两侧也装有线圈 交流电使线圈变为电磁体 它与列车上的电磁体相互作用 使列车前进 列车头的电磁体 N极 被轨道上靠前一点的电磁体 S极 所吸引 同时被轨道上稍后一点的电磁体 N极 所排斥 1 磁性 能够吸引铁质物体的性质 2 磁体 具有磁性的物体叫磁体 3 磁极 磁体上磁性最强的部分叫磁极 小磁针静止时指南的磁极叫做南极 又叫S极 指北的磁极叫做北极 又叫N极 4 磁极间的相互作用 同名磁极相斥 异名磁极相吸 5 变无磁性物体为有磁性物体叫磁化 变有磁性物体为无磁性物体叫退磁 复习回顾 问题 磁体之间是通过什么发生相互作用的呢 联想 电荷之间是通过什么发生相互作用的呢 电荷之间的相互作用是通过电场发生的 磁体之间的相互作用是通过磁场发生的 电场和磁场一样都是一种物质 一 磁场 问题 是否只有磁铁周围才存在磁场 磁体 磁体 磁场 1 磁体周围空间存在的一种特殊物质 磁场和电场一样都是一种客观物质 是客观存在的 看不见摸不着 但是很多磁现象感知了它的存在 在同一空间区域 可以有几个磁场共同占有 实物做不到 二 电流的磁效应 奥斯特实验 奥斯特实验 实验装置如图 实验现象 当给导线通电时 与导线平行放置的小磁针发生转动 注意事项 导线应沿南北方向水平放置 实验结论 通电导线周围存在磁场 即电流可以产生磁场 因为通电直导线产生的磁场分布在一族以导线为轴的同心圆柱面上 磁场方向可用右手定则判断 大拇指指电流方向 四指弯曲指向磁场方向 小磁针自然静止时是指向南北方向的 如果导线沿东西方向放的话产生的磁场对小磁针的力矩为零 不会观察到小磁针偏转的现象 只有当导线南北放置时 导线产生的磁场对小磁针的力矩不为零才有可能观察到小磁针偏转的现象 1 磁体周围空间存在的一种特殊物质 一 磁场 磁体 磁体 磁场 2 电流的磁效应 电流能在周围空间产生磁场 磁铁不是磁场的唯一来源 结论 磁体对通电导体有力的作用 问题 磁体和通电导体之间的相互作用力是通过什么发生的呢 3 磁场与电流之间的相互作用 问题 磁体和通电导体之间的相互作用力是通过什么发生的呢 磁体 电流 磁场 问题 电流与电流之间是否有力的作用 结论 同向电流相互吸引 结论 反向电流相互排斥 问题 电流和电流之间的相互作用力是通过什么发生的呢 电流的磁效应 电流能在周围空间产生磁场 电流 电流 磁场 磁场对放入其中的磁体或通电导体会产生磁力作用 磁体之间 磁体与通电导体之间 通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的 三 磁场的基本性质 四 地磁场 1 地球是一个巨大的磁体 2 地球周围空间存在的磁场叫地磁场 3 地磁的北极在地理的南极附近 地磁的南极在地理的北极附近 但两者并不完全重合 它们之间的夹角称为磁偏角 4 磁偏角的数值在地球上不同地方是不同的 下列关于磁场的说法中 正确的是 A 磁场跟电场一样 是人为假设的B 磁极或电流在自己周围的空间会产生磁场C 指南针指南说明地球周围有磁场D 磁极对磁极的作用 电流对电流的作用都是通过磁场发生的 BCD 下列说法中正确的是 A 磁体上磁性最强的部分叫磁极 任何磁体都有两个磁极B 磁体与磁体间的相互作用是通过磁场而发生的 而磁体与通电导体间以及通电导体与通电导体之间的相互作用不是通过磁场发生的C 地球的周围存在着磁场 地球是一个大磁体 地球的地理两极与地磁两极并不重合 其间有一个交角 这就是磁偏角 磁偏角的数值在地球上不同地方是相同的D 磁场是客观存在的一种物质 AD 3 2 磁感应强度 电场的基本性质是什么 对放入其中的电荷有电场力的作用 磁场的基本性质是什么 对放入其中的磁体或通电导体有磁力的作用 电场强度 试探电荷所受电场力跟电荷量的比值正试探电荷的受力方向 如何描述电场的强弱和方向 如何描述磁场的强弱和方向 是否类似电场的研究方法 分析磁体或电流在磁场中所受的力 找出表示磁场强弱和方向的物理量 复习类比 如何描述磁场的强弱和方向呢 电场 电场力F F q表示电场的强弱 磁场 磁场力F 磁场的强弱 电场强度E 磁场强度 磁感应强度 描述磁场的强弱和方向 电场 正试探电荷的受力方向 磁场 磁体或电流的受力方向 小磁针N极的受力方向 一 磁感应强度的方向 物理学规定 小磁针N极 北极 的受力方向或小磁针静止时N极的指向 规定为该点的磁场方向 即磁感应强度的方向 观察小磁针北极指向 归纳方向 电流元 很短的一段通电导线中的电流I与导线长度L的乘积IL 方法 用检验电流元来研究磁场强弱 思考 通电导线受到的磁场力与哪些因素有关 导线长度 电流大小 磁场的不同 放置的位置 导线与磁场方向平行 垂直及任意夹角受力情况不同 演示方向问题 实验方案 二 磁感应强度的大小 理想模型 实验方法 控制变量法 1 保持磁场和通电导线的长度不变 改变电流的大小 2 保持磁场和导线中的电流不变 改变通电导线的长度 实验方案设计 结论 在通电导线的长度和磁场不变时 电流越大 导线所受的安培力就越大 结论 在通电导线的电流和磁场不变时 导线越长 导线所受的安培力就越大 现象 电流越大 导线的偏角越大 探究实验 探究实验 逻辑推理 逻辑推理 FIL F B IL 精确的实验研究表明 通电导线与磁场方向垂直时 它受力的大小既与导线的长度L成正比 又与导线中的电流I成正比 即与I和L的乘积IL成正比 2 不同磁场中 比值F IL一般不同 磁感应强度 1 定义 3 单位 4 方向 在磁场中垂直于磁场方向的通电导线 所受的磁场力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度 在国际单位制中 磁感应强度的单位是特斯拉 简称特 国际符号是T 1T 1N A m 磁感应强度是矢量 方向与该点磁场的方向一致 2 定义式 3 你对电流元如何理解 1 磁感应强度由通电导线的长度 电流及导线受力决定吗 B与L I F无关 与场源和该点在场中的位置有关 理解 4 反映什么性质 如果导线很短很短 B就是导线所在处的磁感应强度 2 用B F IL计算时 要注意什么问题 导线电流的方向与磁场方向的关系 要注意两者必须垂直 通电导线与磁场方向垂直时受到磁场力最大 平行时为零 物理意义 B是表示磁场强弱和方向的物理量 是描述磁场力的性质的物理量 是矢量 5 你认为电场力 磁场力 在方向上与电场强度 磁感应强度 有何关系 6 若在某一点同时存在几个磁场 则该点的磁感应强度B如何 若某一空间同时存在几个磁场 空间的磁场应由这几个磁场叠加而成 某点的磁感应强度为B 则有 B B1 B2 B3 矢量和 用平行四边形法则运算 电场强度方向规定为正电荷受力方向 磁感应强度方向规定为小磁针北极受力方向 与电流受力方向垂直 有人根据B F IL提出 磁场中某点的磁感应强度B跟磁场力F成正比 跟电流强度I和导线长度L的乘积IL成反比 这种提法有什么问题 错在哪里 答 这种提法不对 因为实验证明 F和IL的乘积成正比 故比值 F IL 在磁场中某处是一个恒量 它反映了磁场本身的特性 不随F及IL的变化而变化 思考 1 下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是 A 通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大B 通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大C 放在匀强磁场中各处的通电导线 受力大小和方向处处相同D 磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关 D 例题 2 下列说法中错误的是 A 磁场中某处的磁感应强度大小 就是通以电流I 长为L的一小段导线放在该处时所受磁场力F与I L的乘积的比值B 一小段通电导线放在某处不受磁场力作用 则该处一定没有磁场C 一小段通电导线放在磁场中A处时受磁场力比放在B处大 则A处磁感应强度比B处的磁感应强度大D 因为B F IL 所以某处磁感应强度的大小与放在该处的通电小段导线IL乘积成反比 ABCD 0 1T 3 一根导线长0 2m 通过3A的电流 垂直放入磁场中某处受到的磁场力是6 10 2N 则该处的磁感应强度B的大小是 如果该导线的长度和电流都减小一半 则该处的磁感应强度的大小是 0 1T 4 磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线 它的电流强度是2 5A 导线长1cm 它受到的安培力为5 10 2N 则这个位置的磁感应强度是多大 5 接上题 如果把通电导线中的电流强度增大到5A时 这一点的磁感应强度应是多大 该通电导线受到的安培力是多大 注意 计算时要统一用国际单位制 解答 解答 磁感应强度B是由磁场和空间位置 点 决定的 和导线的长度L 电流I的大小无关 所以该点的磁感应强度是2T 根据F BIL得 F 2 5 0 01 0 1N 3 3 几种常见的磁场 复习 在学习电场时为了形象的描述电场强度E的大小和方向 我们引入了什么物理量 1 电场线的疏密代表场强的强弱 2 电场线的切线方向代表场强的方向 3 在电场中电场线不相交 4 电场线始于正电荷 终止于负电荷 不闭合曲线 5 电场线是假想线 实际不存在 电场线 电场线有那些特点 问题 磁场中各点的磁场方向如何判定呢 将一个小磁针放在磁场中某一点 小磁针静止时 北极N所指的方向 就是该点的磁场方向 如何形象地描述磁场中各点的磁场方向 是在磁场中画出一些有方向的曲线 使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致 磁感线 几种常见磁场磁感线分布 安培定则 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 直线电流的磁场的磁感线 侧视图 俯视图 直线电流的磁场的磁感线 由直到曲 课堂训练 1 如图所示 一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的上方 并与磁针指向平行 能使小磁针的N极转向同学们 那么这束带电粒子可能是 A 向右飞行的正离子束B 向左飞行的正离子束C 向右飞行的负离子束D 向左飞行的负离子束 BC 环形电流周围磁感线 安培定则 让右手弯曲的四指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轴线上磁感线的方向 2 如图所示 环形导线周围有三只小磁针a b c 闭合开关S后 三只小磁针N极的偏转方向是 A 全向里B 全向外C a向里 b c向外D a c向外 b向里 课堂训练 D 通电螺旋管周围磁感线 等效 安培定则 用右手握住螺旋管 让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致 大拇指所指的方向就是螺旋管内部磁感线的方向 大拇指指向螺旋管北极 练习3 如图所示 当开关闭合时 1 判断通电螺线管的磁极 练习3 如图所示 当开关闭合时 1 判断通电螺线管的磁极 2 指出每个小磁针的N S极 N S 练习4 如图所示 根据小磁针所指方向及电流方向 画出通电螺线管的绕线情况 N 练习4 根据图中所示 小磁针所指方向 画出通电螺线管的绕线情况 N 练习5 如图所示 甲乙两个通电螺线管并排靠近放置 a b和c d分别是接线端 电源的接线端为e f 现将a e用导线连好 若接通电源后 甲乙互相吸引 你看应怎样连接 练习5 如图所示 甲乙两个通电螺线管并排靠近放置 a b和c d分别是接线端 电源的接线端为e f 现将a e用导线连好 若接通电源后 甲乙互相吸引 你看应怎样连接 练习5 如图所示 甲乙两个通电螺线管并排靠近放置 a b和c d分别是接线端 电源的接线端为e f 现将a e用导线连好 若接通电源后 甲乙互相吸引 你看应怎样连接 1磁感线是假想的 不是真实的 2磁感线上每一点的切线方向即为该点的磁场的方向 3磁感线是闭合曲线 4磁感线的疏密表示磁场的强弱 5磁感线不能相交或相切 思考 磁铁和电流都能产生磁场 它们的磁场是否有什么联系 磁感线的特点 安培定则 右手螺旋定则 1 判断直线电流周围的磁场 大拇指方向 电流方向 四指弯曲方向 周围磁感线环绕方向 2 判断环形电流周围的磁场 四指弯曲方向 电流方向 环形电流中心磁场方向 大拇指方向 3 判断载流螺线管的磁场 四指弯曲方向 电流方向 大拇指方向 载流螺线管中心磁场方向 安培分子电流假说 磁铁和电流的磁场本质上都是运动电荷产生的 1 分子电流假说任何物质的分子中都存在环形电流 分子电流 分子电流使每个分子都成为一个微小的磁体 2 安培分子环流假说对一些磁现象的解释 未被磁化的铁棒 磁化后的铁棒 1 定义 在磁感应强度为B的匀强磁场中 有一个与磁场方向垂直的平面 面积为S 我们把B与S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量 简称磁通 用字母 表示磁通量 2 在匀强磁场中 公式为 BS S 表示某一面积在垂直于磁场方向上的投影面 磁通量 3 物理意义 磁通量表示穿过这个面的磁感线条数 由点到面 课堂训练 1 如图 线圈平面与水平方向成 角 磁感应线竖直向下 设匀强磁场的磁感应强度为B 线圈面积为S 则 d b c a B BScos 4 单位 在SI制中是韦伯 简称韦 符号Wb5 磁通量是有正负的 若在某个面积有方向相反的磁场通过 求磁通量 应考虑相反方向抵消以后所剩余的磁通量 即应求该面积各磁通量的代数和 标量 磁通量 1磁通量变化 2 1是某两个时刻穿过某个平面S的磁通量之差 即 取决于末状态的磁通量 2与初状态磁通量 1的代数差 2不能用 B S 磁通量的变化 1 磁场强弱 方向处处相同的磁场2 匀强磁场的磁感线 是一组相互平行 方向相同 疏密均匀的直线 匀强磁场 亥姆霍兹线圈 课堂训练 4 如图所示 在三维直角坐标系中 若一束电子沿y轴正向运动 则由此产生的在z轴上A点和x轴上B点的磁场方向是 A A点磁场沿x轴正方向 B点磁场沿z轴负方向B A点磁场沿x轴负方向 B点磁场沿z轴正方向C A点磁场沿z轴正方向 B点磁场沿x轴负方向D A点磁场沿x轴正方向 B点磁场沿z轴正方向 A 3 4 磁场对通电导线的作用力 安培力 磁场对电流的作用力称为安培力 一 安培力的方向 左手定则 伸开左手 使拇指与四指在同一个平面内并跟四指垂直 让磁感线垂直穿入手心 使四指指向电流的方向 这时拇指所指的就是通电导体所受安培力的方向 例题1 画出图中第三者的方向 答案 由左手定则作答 注意 安培力的方向永远与导线垂直 例题2 画出图中通电导线棒所受安培力的方向 答案 由左手定则作答 注意 安培力的方向永远与导线垂直 1 当电流与磁场方向垂直时 F ILB 2 当电流与磁场方向夹 角时 F ILBsin 二 安培力的大小 F ILBsin 例题3 如图所示 两平行光滑导轨相距0 2m 与水平面夹角为450 金属棒MN的质量为0 1kg 处在竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中 电源电动势为6V 内阻为1 为使MN处于静止状态 则电阻R应为多少 其他电阻不计 答案 R 0 2 ILBcos45 mgsin456 1 R I 如图所示 条形磁铁放在水平桌面上 在其正中央的上方固定一根直导线MN 导线与磁场垂直 给导线通以由N向M的电流 则 A 磁铁对桌面的压力减小 不受桌面的摩擦力作用B 磁铁对桌面的压力减小 受桌面的摩擦力作用C 磁铁对桌面的压力增大 受桌面的摩擦力作用D 磁铁对桌面的压力增大 不受桌面的摩擦力作用 F 三 磁电式电表 说明 由于磁场对电流的作用力跟电流成正比 因而安培力的力矩也跟电流成正比 而螺旋形弹簧的扭矩与指针转过的角度成正比 所以磁电式电表的表盘刻度是均匀的 如图所示 在倾角为30o的斜面上 放置两条宽L 0 5m的光滑平行导轨 将电源 滑动变阻器用导线连接在导轨上 在导轨上横放一根质量为m 0 2kg的金属棒ab 电源电动势E 12V 内阻r 0 3 磁场方向垂直轨道所在平面 B 0 8T 欲使棒ab在轨道上保持静止 滑动变阻器的使用电阻R应为多大 g取10m s2 其它电阻不计 课堂练习1 图16 3所示的四种情况 通电导体均置于匀强磁场中 其中通电导线不受安培力的是 3 5 磁场对运动电荷的作用力 复习回顾 方向 运用左手定则判断安培力的方向 安培力 1 磁场对通电导线的作用力 为B和I之间的夹角 大小 左手定则 为什么磁场对通电导线有作用力 大小 安培力 2 通电导线中的电流是怎样形成的呢 思考 既然磁场对电流有力的作用 而电流是由电荷的定向移动形成的 那么磁场是否对运动电荷也有作用力呢 电荷的定向移动形成的 1 磁场对通电导线的作用力 方向 左手定则 复习回顾 电子射线管的原理 从阴极发射出来电子 在阴阳两极间的高压作用下 使电子加速 形成电子束 轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光 可以显示电子束的运动轨迹 实验现象 在没有外磁场时 电子束沿直线运动 将蹄形磁铁靠近阴极射线管 发现电子束运动轨迹发生了弯曲 结论 磁场对运动电荷有作用 运动电荷在磁场中受到的作用力叫做洛伦兹力 安培力是洛伦兹力的宏观表现 洛伦兹力是安培力的微观本质 磁场对电流有安培力的作用 而电流是由电荷定向运动形成的 且磁场对运动电荷有洛伦兹力的作用 所以磁场对电流的安培力就是磁场对运动电荷的洛伦兹力的宏观表现 一 洛伦兹力 为什么磁场对通电导线有作用力 如果是负电荷 我们应如何判定洛伦兹力的方向 二 洛伦兹力的方向 左手定则 伸开左手 使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内 把手放入磁场中 让磁感线垂直穿过手心 若四指指向正电荷运动的方向 那么拇指所指的方向就使正电荷所受洛伦兹力的方向 B B 垂直于纸面向外 垂直于纸面向外 1 以相同速度进入同一磁场的正 负电荷受到的洛伦兹力方向相反 2 洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面 甲 乙 丙 丁 训练加固 试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向 心得体会 思考 洛伦兹力大小可能会与哪些因素有关 当电荷运动方向跟磁场方向垂直时洛伦兹力的大小跟三个因素相关 1 磁感应强度B 2 电荷量q 3 电荷运动快慢v 三 洛伦兹力大小 1 通电导线中的电流 2 通电导线所受的安培力 3 这段导线内的自由电荷数 4 每个电荷所受的洛伦兹力 设有一段长为L 横截面积为S的直导线 单位体积内的自由电荷数为n 每个自由电荷的电荷量为q 自由电荷定向移动的速率为v 这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中 求 三 洛伦兹力大小 电荷量为q的粒子以速度v运动时 如果速度方向与磁感应强度方向垂直 那么粒子所受的洛伦兹力为 v垂直B 问题 若带电粒子不垂直射入磁场 电子受到的洛伦兹力又如何呢 为B和v之间的夹角 三 洛伦兹力大小 当运动电荷的速度v方向与磁感应强度B方向的夹角为 电荷所受的洛伦兹力大小为 上式中各量的单位 F洛为N q为C v为m s B为T 三 洛伦兹力大小 F洛 qvB 1 60 10 19 3 106 0 10N 4 8 10 14N 电子的速率v 3 106m s 垂直射入B 0 10T的匀强磁场中 它受到的洛伦兹力是多大 课堂练习 解 因为v垂直B 所以所受洛伦兹力大小 当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管 若不计重力 则 A 带电粒子速度大小改变B 带电粒子速度方向改变C 带电粒子速度大小不变D 带电粒子速度方向不变 CD 课堂练习 电荷量为 q的粒子在匀强磁场中运动 下列说法正确的是 A 只要速度大小相同 所受洛伦兹力就相同B 如果把 q改为 q 且速度反向 大小不变 则洛伦兹力的大小方向不变C 洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直 磁场方向一定与电荷运动方向垂直D 粒子的速度一定变化 B 课堂练习 1