3.1 磁场 磁感线 课件 -2023-2024学年高二上学期物理教科版（2019）必修第三册

3.1磁场 磁感线 我国是世界上最早发现磁现象的国家，早在战国末年就有磁铁的记载，我国古代的四大发明之一的指南针就是其中之一，指南针的发明为世界的航海业作出了巨大的贡献。在现代生活中，磁现象与日常生活、科技密切相关，利用磁场的仪器或工具随处可见，如我们将要学习的电流表、质谱仪、回旋加速器等。 上海磁悬浮列车专线西起上海地铁龙阳路站，东至上海浦东国际机场,列车加速到平稳运行之后，速度是430km/h。这个速度超过了F1赛事的最高时速。 一、我国古代对磁现象的认识及应用 我国春秋战国时期的一些著作已有关于磁石的记载和描述。指南针是我国古代四大发明之一。12世纪初，我国已将指南针用于航海，宋俑持罗盘者就记录了这个科技史实。 你是否感受到，凡是用到电的地方，几乎都有磁现象相伴随？你知道电和磁有怎样的联系吗？ 二、磁场与磁感线 1.磁现象 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。 能够吸引铁、钴、镍等金属物质的性质叫磁性 电现象和磁现象有何相似? 两种电荷 两种磁极 同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引 库仑：电流体和磁流体是两种完全不同的实体，他们不可能相互转化 托马斯·杨：没有任何理由去设想电和磁之间存在任何直接的联系 安培：电和磁是相互独立的两种不同实体 1687年，牛顿万有引力定律 1785年， 库仑定律 奥斯特之前的实验都失败了 18世纪和19世纪之交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，深受康德哲学思想影响的丹麦物理学家奥斯特相信，就像电和热、电和光之间存在联系一样，电和磁也存在联系。 总是把磁针放在导线的延长线上，均以失败告终 奥斯特相信电与磁之间存在联系 法拉第评论说：“他突然打开了科学中的一个黑暗领域的大门，使其充满光明。” 安培曾写道：“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。” 后人评价奥斯特对科学的贡献 奥斯特实验 奥斯特实验说明了： 通电导体对磁体有力的作用 实验时应注意： 导线应沿南北方向水平放置 结论：磁铁不是磁场的唯一来源，电流也能在周围空间产生磁场，即电流的磁效应。 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 磁体 电流 磁场 磁体与通电导体（电流）之间的相互作用 电流产生磁场 磁场对电流发生作用 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是通过什么发生的呢? 电流 电流 磁场 问题：电流与电流之间是否有力的作用? 磁场对放入其中的磁体或通电导体会产生磁力作用。 （磁体与磁体之间、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） 磁场的基本性质 磁体 磁体 磁场 电流 电流 电流 电流 这些作用是通过什么发生相互作用的呢? 类比：电荷之间的相互作用是通过电场发生的 磁体 磁场 磁体 磁体 电流 磁场 磁场 磁性：能够吸引铁质物体的性质 磁极：磁体上磁性最强的区域。 磁体间的相互作用：同名磁极相斥，异名磁极相吸 磁体：具有磁性的物体 ①北极：自由转动的磁体，静止时指北的磁极，又叫N极。 ②南极：自由转动的磁体，静止时指南的磁极，又叫S极。 磁现象分类： （1）利用磁体对铁、钴、镍的吸引力，如门吸、手机皮套扣、带磁性的螺丝刀等。 （2）利用磁体对通电导线的作用力，如喇叭、耳机、电话、电动机、电流表等。 （3）利用磁化现象记录信息，如磁卡、磁带、磁盘等。 2、磁场的性质 1、磁场:磁体或电流周围空间存在的一种客观存在的特殊物质. 3、磁极间、电流间、磁极与电流间的相互作用是通过磁场发生的。 磁场对放入其中的磁体或通电导体会产生力的作用。 2.磁场 4、磁场的来源： （1）磁体的周围存在磁场；（2）通电导体的周围存在磁场；（3）运动电荷的周围存在磁场 电场与磁场的比较 比较项目 电场 磁场 不同点 产生 电场周围 磁体、电流、运动电荷周围 基本性质 对放入其中的电荷有力的作用 对放入其中的磁体、电流有力的作用 作用特点 对放入其中的磁体无力的作用 对放入其中的静止电荷无力的作用 相同点 磁场和电场都是不依赖人的意志而客观存在的特殊物质，具有能量 【例】在做“奥斯特实验”时，下列操作中现象最明显的是（ ） A.沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的延长线上 B.沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的正下方 C.电流沿南北方向放置在磁针的正上方 D.电流沿东西方向放置在磁针的正上方 【解析】奥斯特发现电流周围存在磁场，对小磁针有磁场力作用，但地磁场也对小磁针有磁场力作用(指向南北)，所以为了避免地磁场的影响，要将导线南北放置，若偏转则说明是通电导线的磁场引起的，且小磁针应放置在导线的正下方或正上方，不能在导线的延长线上，故A、B、D错误，C正确. 【例】(多选)下列说法正确的是(　　) A.磁场是客观存在的一种物质 B.磁体上磁性最强的部分叫磁极，任何磁体都有两个磁极 C.磁极或电流在自己周围的空间会产生磁场 D.磁体与磁体间的相互作用是通过磁场发生的，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 【解析】磁场是存在于磁体和通电导体周围的一种客观存在的物质，磁体与磁体、磁体与通电导体、通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场产生的。 答案　ABC 2.磁感线 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。 【问题】磁场中各点的磁场方向如何判定呢? 在学习电场时为了形象的描述电场的强弱和方向，我们引入了电场线， 我们为了形象地描述磁场，引入磁感线。 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场的方向一致。 1．定义 A B C 强弱？ 疏密！ 2．磁感线的基本特点： ➀磁感线上每一点的切线方向表示该处的磁场方向。 　➁磁感线的疏密程度表示该处的磁场的强弱。 ➂磁体外部磁感线从N极出发指向S极，在磁体内部由S极到N极，形成闭合曲线。 ➃磁感线不相交（不相切）。 ⑤磁感线是假想曲线，实际并不存在，但磁场是真实存在的。 实验演示一： 条形磁铁磁感线： 2.蹄形磁铁磁感线： 磁感线和电场线的比较 比较项目 磁感线 电场线 相似点 方向 线上各点的切线方向即该点的磁场方向，是小磁针N极受力的方向 线上各点的切线方向即该点的电场方向，是正电荷受静电力的方向 疏密 表示磁场强弱 表示电场强弱 特点 在空间不相交、不中断 除电荷处，在空间不相交、不中断 不同点 是闭合曲线 始于正电荷或无穷远处，止于无穷远处或负电荷，不闭合的曲线 特别提醒　电场线有始点和终点，而磁感线是闭合曲线，没有始点和终点。 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.地磁场的三大特点 （1）地磁场的N极在地球南极附近，S极在地球北极附近。 （2）地磁场的方向在南半球斜向上，在北半球斜向下，与地表面并不平行。 （3）在赤道平面上，到地心等距离的各点，地磁场强度相等，且方向水平。 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。 1、直线电流磁场的磁感线 特点：一系列的同心圆，且靠近导线处分布密。 四、安培定则 I 纵截面图 横截面图 立体图 1、直线电流磁场的磁感线 2、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。 横截面图 纵截面图 2、环形电流周围磁感线 3、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） 3、通电螺旋管周围磁感线 五、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 B 典例分析 1（多选）下列关于电场线和磁感线的说法，正确的是 A．电场线和磁感线都是假想的曲线 B．电场线和磁感线都是闭合的曲线 C．电场线和磁感线的疏密都表示场的强弱 D．电场线上某点的切线方向表示电场方向，磁感线上某点的切线方向表示磁场方向 【参考答案】ACD 典例分析 2中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也”。进一步研究表明，地球周围地场的磁感线分布示意如图，结合上述材料，下列说法正确的是（　　） A．地理南、北极与地磁场的南、北极是重合的 B．地球表面磁场的竖直分量在南半球垂直于地面向上，在北半球垂直于地面向下 C．地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行 D．地磁场对地球赤道上方任意放置的通电导线都有力的作用 【参考答案】B 典例分析 3 如图，小磁针放在线圈中心，且两者处于同一平面内。当在线圈中通入逆时针方向的电流后，小磁针N极的指向是（   ） A．向上 B．向下 C．垂直纸面向外 D．垂直纸面向里 【参考答案】C 课堂练习 1.关于图所示的磁场，下列说法中正确的是（　　） A．磁场方向与小磁针静止时南极指向一致 B．若知道磁感应强度B与线圈的面积S，则可求出穿过这个面积的磁通量 C．a、b两点在同一磁感线上位置不同，但它们的强弱相同 D．磁感线不能相交 【参考答案】D 课堂练习 2.如图所示，一枚小磁针放在半圆形导线环的环心O处，当导线中通以如图所示方向的电流时，小磁针将如何偏转(　　) A.沿顺时针方向转动 B.沿逆时针方向转动 C.N极转向纸里，S极转向纸外 D.N极转向纸外，S极转向纸里 解析　由安培定则知，环形电流内部磁场方向垂直纸面向里，故N极转向纸里，选项C正确。 答案　C 课堂练习 3. 关于磁感线，下列说法中正确的是(　　) A.两条磁感线的空隙处一定不存在磁场 B.磁感线总是从N极到S极 C.磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致 D.两个磁场叠加的区域，磁感线就可能相交 解析　磁感线是为了形象描述磁场而假想的有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向表示磁场的方向，曲线的疏密表示磁场的强弱，所以C正确，A错误；在磁体外部磁感线从N极到S极，内部从S极到N极，磁感线不相交，所以B、D错误。 答案　C 　 (2024·西安市高新一中高二月考)通电螺线管内有一静止的小磁针，磁针指向如图所示，则 A.螺线管的P端为N极，a接电源的正极 B.螺线管的P端为S极，a接电源的负极 C.螺线管的P端为S极，a接电源的正极 D.螺线管的P端为N极，a接电源的负极 4 √ 由题图可知，小磁针N极指向P端，故内部磁感线指向左侧，故P端为N极；由右手螺旋定则可知，电流由b端流入，故a端接电源的负极。故选D。 返回 Lavf58.12.100 $$