13.1 磁场与磁感线(1)课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第十三章　电磁感应与电磁波初步 第1节　磁场与磁感线第一课时 1 问题思考 目标素养 (1) 了解磁现象。了解电和磁的联系，了解电流磁效应的发现过程。体会奥斯特发现的重要意义，体会探索自然奥秘的艰难与克服困难带来的成就感。 (2) 知道磁场的基本特性。知道磁感线，知道几种常见磁场磁感线的空间分布情况。体会如何使用形象化的手段描述物理现象。 (3) 会应用安培定则判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向。 (4) 了解安培分子电流假说。 1.物理观念：磁场、磁感线、安培定则。 2.科学思维：通过奥斯特实验认识通电导线周围存在着磁场，利用小磁针、铁屑等方式认识磁场，并抽象出磁感线概念。 1.磁性：能吸引铁质物体的性质叫磁性 2.磁体：具有磁性的物体叫磁体（有天然磁体与人造磁体之分） 3.磁极：磁性最强的区域叫磁极 小磁针静止时指南的磁级叫南极，也叫S极；指北的磁级叫北极，也叫N级。 二、电和磁的联系 1.自然界中磁极与电荷种类 磁极：存在两个磁极，电荷：存在两种电荷 2.磁极间、电荷间的相互作用 磁极间：同性相斥，异性相吸 电荷间：同性相斥，异性相吸 直到19世纪初，库仑、英国物理学家杨和法国物理学家安培等都认为电与磁是互不相关的两回事。 在18 世纪和19 世纪之交，随着对摩擦生热及热机做功等现象认识的深化，自然界各种运动形式之间存在着相互联系并相互转化的思想，在哲学界和科学界逐渐形成。 一、磁现象 3.电流的磁效应（电对磁的相互作用） 丹麦物理学家奥斯特在1820年4月，在一次讲课中，他偶然地把导线放置在一个指南针的上方，通电时磁针转动了。他连续进行了大量研究，同年7月发表论文，宣布发现了电流的磁效应，首次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。” 也叫奥斯特实验 注意：导线应放在小磁针上方，与导线平行。 二、电和磁的联系 磁体对电流、电流与电流之间的作用 三、磁场 问题：这些相互作用是怎样发生的？（回忆电荷之间的相互作用是怎样发生的？） 1.磁场：存在于磁体或电流周围的特殊物质 2.磁场的基本性质：对放入其中的磁体或电流能产生力的作用 注意： ①磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间，以及通电导体与通电导体之间的相互作用，是通过磁场 发生的 ②磁场尽管看不见摸不着，但它是客观存在的物质 ③磁场的方向,规定小磁针静止时N极的指向为磁场方向 ④磁场对磁体一定有力的作用，对电流的作用与方向有关，电流与磁场平行时不受力，垂直时受力最大 那么，我们如何来形象地描述磁场呢？（回忆如何来形象地描述电场？） 三、磁场 1.磁感线：在磁场中画一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁感应强度方向一致，这样的曲线就叫做磁感线。 注意：磁感线上某点的切线方向为该点的磁场方向，也是小磁针静止时N极的指向。 磁体周围的磁场是如何分布的？有无直观的方法？ A B C N S 四、磁感线 条形磁铁的磁感线 磁体的磁场分布特点：外部NS，内部SN 四、磁感线 蹄形磁铁的磁感线 磁体的磁场分布特点：外部NS，内部SN 四、磁感线 2.地磁场：地球是个巨大的磁体，地球周围的磁场叫地磁场。地磁场具有以下特点： ①地球的地理两极与地磁两极并不重 合，存在磁偏角，指南针并不严格指 南。磁N极在地理南极附近，磁S极在 地理北极附近。 ②南半球地磁场竖直分量向上，水平 分量向北，北半球地磁场竖直分量向 下，水平分量向北，赤道地磁场与地 球表面平行，且由南向北。 ③月球、火星没有全球磁场，小磁针不能工作。（部分月岩有磁性，可以研究历史上可能有全球性的磁场） 四、磁感线 3. 磁感线的特点 ①磁感线是假想的，实际磁场中并不存在; ②磁感线上的切线方向代表磁场方向; ③磁感线的疏密代表磁场大小，越密越强，越疏越弱; ④磁体的磁场分布特点：外部NS，内部SN，磁感线是闭合的，电流的磁场用安培定则判断； ⑤磁感线不会相交，也不会相切。 四、磁感线 4.磁感线与静电场的电场线的比较 两种线 磁感线 静电场的电场线 相似点 引入目的 形象描述场而引入的假想线,实际不存在 疏密 场的强弱 切线方向 场的方向 相交 不能相交(电场中无电荷空间不相交) 不同点 闭合曲线 不闭合,起始于正电荷,终止于负电荷 1.安培定则：判断电流周围磁场分布的法则 安培定则一：用右手握住导线，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磁感线环绕的方向 安培定则二：让右手弯曲的四指与环形（或螺线管）电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线（或螺线管）中心轴线上磁场的方向 五、安培定则（右手螺旋法则） 六、三种常见的电流的磁场-直线电流 直线电流的磁感线是一圈圈的同心圆，这些同心圆都在跟导线垂直的平面上。实验表明，改变电流的方向，各点的磁场方向都变成相反的方向。 安培 ① 安培定则内容： 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。 六、三种常见的电流的磁场-直线电流 表示磁感线垂直纸面向里 表示磁感线垂直纸面向外 表示电流垂直纸面向里 表示电流垂直纸面向外 六、三种常见的电流的磁场——环形电流 ③ 安培定则二（也叫右手螺旋定则）：让右手弯曲的四指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磁场的方向。（大拇指指向通电圆环北极）。 ① 特点：内密外疏，内部磁场强外部磁场弱（和小磁针相似）。 ② 电流方向和磁感线绕行方向关系符合安培定则（也叫右手螺旋定则） 六、三种常见的电流的磁场 ——通电螺线管 ③ 安培定则内容：右手四指弯曲和环形电流方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是螺线管轴线上磁感线的方向（大拇指指向螺线管北极） 。 ① 特点：内部为匀强磁场；外部非匀强磁场，两端密，中间疏。 ② 通电螺线管的磁场就是环形电流磁场的叠加，所以电流I方向和磁感线绕行方向关系符合安培定则。 练习与应用 练习与应用 七、安培分子电流假说 磁铁和电流的磁场本质 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。 七、安培分子电流假说 未被磁化的铁棒分子电流取向变得杂乱无章 （1）未磁化状态： N S 磁化后的铁棒分子电流取向变得大致相同 （2）磁化状态： 去磁后的铁棒分子电流取向又变得杂乱无章 （3）消磁后状态： 2.分子电流假说对磁现象的解释 3.安培分子电流假说意义 (1) 成功的解释了磁化现象和磁体消磁现象； (2) 安培分子电流假说揭示了电和磁的本质联系； (3) 磁现象的电本质：磁铁和电流的磁场本质上都是运动电荷产生的。 说明：安培提出分子电流假说时，人们还不知道物质的微观结构、电子绕原子核高速旋转的说法，所以称为假说。如今，“假说”已成为真理。 注：并不是所有磁场都是由运动电荷产生的，在电磁波中我们将学到麦克斯韦发现，变化的电场也能产生磁场。 七、安培分子电流假说 23 4.安培最主要的成就是1820～1827年对电磁作用的研究： ①发现了安培定则； ②发现电流的相互作用规律； ③发明了电流计； ④提出分子电流假说； ⑤总结了电流元之间的作用规律——安培定律。为了纪念他在电磁学上的杰出贡献，电流的单位以他的姓氏命名。麦克斯韦称赞安培的工作是“科学上最光辉的成就之一，还把安培誉为“电学中的牛顿”，世人称他是电动力学的先创者。 安培 七、安培分子电流假说 24 练习与应用 典例剖析 【例1】 如图所示,表示蹄形磁体周围的磁感线,磁场中有a、b两点,下列说法正确的是(　　) A.a处的磁场强,b处的磁场弱 B.a处的磁场弱,b处的磁场强 C.蹄形磁体的磁感线起始于蹄形磁体的N极, 终止于蹄形磁体的S极 D.a处没有磁感线,所以磁感应强度为零 答案:B 学以致用 1.冰箱门软磁条的外部磁感线正面图如图所示,以下说法正确的是(　　) A.磁感线越密的地方磁场越弱 B.软磁条内部a应为N极 C.磁感线与电场线一样真实存在于空间之中 D.软磁条内部a、b之间的磁感线方向应为a指向b 答案:D 典例剖析 【例2】 电路没接通时三个小磁针方向如图所示,试确定电路接通后三个磁针的转向及最后的指向。 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 学以致用 2.右图为磁场作用力演示仪中的线圈,当在线圈中心处挂上一个小磁针,且与线圈在同一平面内,线圈中通以如图所示方向的电流时(　　) A.小磁针N极向里转 B.小磁针N极向外转 C.小磁针在纸面内向左摆动 D.小磁针在纸面内向右摆动 答案:A 1.下列说法正确的是(　　) A.磁极与磁极间的相互作用是通过磁场产生的 B.磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生 C.磁极与电流间的相互作用是通过电场与磁场共同产生的 D.电荷周围同时产生电场和磁场 答案:A 随堂训练 2.关于电场线与磁感线的概念,下列说法正确的是(　　) A.电场线与磁感线都是不封闭曲线 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N极的指向与该处磁感线的方向相反 答案:C 随堂训练 3.安培观察到通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场很相似,提出了“分子电流”假说。他认为,在物质内部,存在着一种环形电流——分子电流(分子电流实际上是由原子内部电子的绕核运动形成的,如图所示),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磁极。下列将分子电流(箭头表示电子运动方向)等效为小磁体的选项图中正确的是(　　) 答案:B 随堂训练 4.(多选)当导线中分别通以图示方向的电流且小磁针静止时,小磁针的N极垂直纸面向里的是(　　) 答案:AB 随堂训练 5.如图所示,一束电子沿z轴正向流动,则在图中y轴上A点的磁场方向是(　　) A.+x方向 B.-x方向 C.+y方向 D.-y方向 答案:A 解析:据题意,电子流沿z轴正向流动,电流方向沿z轴负向,由安培定则可以判断电流激发的磁场以z轴为中心沿顺时针方向(沿z轴负方向看),通过y轴A点时方向向外,即沿x轴正向,选项A正确。 随堂训练 Lavf58.29.100 安培定则 立体图 横截面图 纵截面图 直线电流 以导线上任意点为圆心垂直于导线的多组同心圆,越向外越稀疏,磁场越弱 安培定则 立体图 横截面图 纵截面图 环形电流 内部磁场比环外强, 环外磁感线越向外越稀疏 安培定则 立体图 横截面图 纵截面图 通电螺线管 内部为匀强磁场且比外部强,方向由S极指向N极,外部类似条形磁体,由N极指向S极 $$