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知识回顾. 郑和下西洋. 指南针与远洋航海. 欧洲人的远洋探险. 磁场. 磁感线. 磁场. 磁感线与电场线异同. 地磁场. 磁性的地球. 磁偏角. 导入新课. 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 。. 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。.
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知识回顾 郑和下西洋 指南针与远洋航海 欧洲人的远洋探险 磁场 磁感线 磁场 磁感线与电场线异同 地磁场 磁性的地球 磁偏角
导入新课 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 。
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。
想一想 带电体和磁体有一些相似的性质,这些相似是一种巧合呢?还是它们之间存在着某些联系呢? 电现象?磁现象?
教学目标 知识与能力1.知道什么是安培力,掌握分析安培力的方法。2.理解磁感应强度B的定义式物理意义,知道磁感应强度的单位是特斯拉。知道用磁感线的疏密程度可以形象地表示磁感应强度的大小。 3.会用F=BIL进行安培力的简单计算。4.了解电动机的工作原理。
过程与方法通过实验探究直线电流、环形电流及通电螺线管的磁感线特点,并判断磁场方向。 情感态度与价值观了解奥斯特、安培等科学家的实验研究对人们认识电磁场现象所引起的重要作用。
教学重难点 重点1.直线电流、环形电流及通电螺线管的磁场特点。2.磁感线方向的判断。3.安培定则。难点1.磁感线方向的判断。2.安培定则。
本章导航 一.电流的磁效应 二.电流磁场的方向
电真的能产生磁吗? 我们知道,静止的电荷只能产生电场,不能产生磁场。那么运动的电荷,也就是电流,能不能产生磁场呢?18世纪,一些有趣的现象已经引起了科学家的注意。一名英国商人发现,雷电过后,他的一箱新刀叉竟有了磁性。 富兰克林也在试验中发现,在莱顿瓶放电后,附近的缝衣针被磁化了。
1820年,奥斯特发现:把一根导线平行地放在磁针的上方,给导线通电时,磁针发生了偏转,就好像磁针受到磁铁的作用一样。这说明不仅磁铁能产生磁场,电流也能产生磁场,这个现象称为电流的磁效应。1820年,奥斯特发现:把一根导线平行地放在磁针的上方,给导线通电时,磁针发生了偏转,就好像磁针受到磁铁的作用一样。这说明不仅磁铁能产生磁场,电流也能产生磁场,这个现象称为电流的磁效应。
丹麦物理学家奥斯特发现的电流磁效应,是科学史上的重大发现。 揭开了物理学史上的一个新纪元。 奥斯特不只是一位著名的物理学家,还是一位优秀的教师。他的讲课有表演,有分析。他非常重视实验,他说过“我不喜欢那种没有实验的枯燥的讲课,因为归根到底,所有的科学进展都是从实验开始的。” 丹麦物理学家奥斯特发现的电流磁效应,是科学史上的重大发现。 揭开了物理学史上的一个新纪元。 奥斯特不只是一位著名的物理学家,还是一位优秀的教师。他的讲课有表演,有分析。他非常重视实验,他说过“我不喜欢那种没有实验的枯燥的讲课,因为归根到底,所有的科学进展都是从实验开始的。” 奥斯特
演示 奥斯特实验演示视频
观察 1.当直导线通电时产生什么现象?2.断电后发生什么现象?3.改变通电电流的方向后发生什么现象 ? 通电时小磁针发生偏转。 断电时小磁针转回到指南北的方向。 通电电流方向相反,小磁针偏转方向也相反。
结论 1.现象:导线通电,周围小磁针发生偏转;通电电流方向改变,小磁针偏转方向相反。 2.规律:(1)通电导线周围存在磁场;(2)磁场方向与电流方向有关。
1.直线电流周围的磁场(1)演示实验:使直导线穿过一块硬纸板,在硬纸板上均匀地撒一层细铁屑,轻敲硬纸板,同时给导线通电。(2)结论:直线电流磁场的磁感线是围绕导线的一些同心圆,这些同心圆内密外疏。1.直线电流周围的磁场(1)演示实验:使直导线穿过一块硬纸板,在硬纸板上均匀地撒一层细铁屑,轻敲硬纸板,同时给导线通电。(2)结论:直线电流磁场的磁感线是围绕导线的一些同心圆,这些同心圆内密外疏。
右手握住导线,伸直的拇指的方向代表电流的方向,那么弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。 右手握住导线,伸直的拇指的方向代表电流的方向,那么弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。 I 立体图 纵截面图 横截面图 (3)安培定则判断直导线的磁场方向
2.环形电流周围的磁场(1)演示实验:使环形导线穿过一块硬纸板,在硬纸板上均匀地撒一层细铁屑,轻敲硬纸板,同时给导线通电。(2)结论:直线电流磁场的磁感线是围绕导线的一些同心圆,这些同心圆内密外疏。
右手握住环形导线,弯曲的四指所指的方向代表电流的方向,拇指所指的方向就是圆环中心周线上的磁感线的方向。 右手握住环形导线,弯曲的四指所指的方向代表电流的方向,拇指所指的方向就是圆环中心周线上的磁感线的方向。 I (3)安培定则判断环形导线的磁场方向 立体图 横截面图
3.通电螺线管周围的磁场(1)演示实验:使通电螺线管穿过一块硬纸板,在硬纸板上均匀地撒一层细铁屑,轻敲硬纸板,同时给导线通电。(2)结论:直线电流磁场的磁感线是围绕导线的一些同心圆,这些同心圆内密外疏。 演示 插入视频
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,拇指所指的方向就是螺线管内部的磁感线的方向,又叫右手螺旋定则。 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,拇指所指的方向就是螺线管内部的磁感线的方向,又叫右手螺旋定则。 (3)安培定则判断通电螺线管的磁场方向
想一想 通电后,轻轻敲板,铁屑为什么会产生规则排列?铁屑的排列与什么现象一样? 铁屑磁化变成“小磁针”,轻敲使铁屑可自由转动,使铁屑按磁场进行排列。其排列与条形磁体的排列相同,通电螺线管相当于条形磁体。
结论 大 家 谈 根据通电螺线管外部磁感线的分布作出判断:什么位置的磁场最强? 在同一幅磁感线的示意图中,磁感线密集的位置,磁场比较强,磁感线稀疏的位置,磁场比较弱。这一点,跟用电场线描述电场相似。
科学足迹 电流磁效应的发现 奥斯特很早就相信,自然界各种现象之间存在着广泛的联系。他为寻找这种联系做过一些实验。1803年奥斯特断言:“我们的物理学将不再是关于运动、热、空气、光、电、磁以及我们所知道的各种其他现象的零散罗列,我们将把整个宇宙容纳在一个体系中。”
1820年4月,在一次有关电荷磁的演讲中,奥斯特把导线沿南北方向设置,导线下方有一枚小磁针。接通电源时,小磁针转动了。这个现象没有给台下的听众留下什么印象,却使奥斯特激动万分。他紧紧抓住这个现象,连续进行了3个月的实验研究,终于在1820年7月21日发表的论文《关于磁针上的电流冲突实验》中,报告了他的实验装置和实验发现。他指出,在电流周围,小磁针的指向形成一个闭合的圆周。1820年4月,在一次有关电荷磁的演讲中,奥斯特把导线沿南北方向设置,导线下方有一枚小磁针。接通电源时,小磁针转动了。这个现象没有给台下的听众留下什么印象,却使奥斯特激动万分。他紧紧抓住这个现象,连续进行了3个月的实验研究,终于在1820年7月21日发表的论文《关于磁针上的电流冲突实验》中,报告了他的实验装置和实验发现。他指出,在电流周围,小磁针的指向形成一个闭合的圆周。
奥斯特还有一个看法,认为这种磁效应要扩散到很大的空间范围。这正是“场”思想的开端。 电流磁效应的发现,打破了电与磁不想管的传统信条,猛然打开了一扇大门,使人们进入了电磁联系这个长期闭锁的研究领域,为实现物理学的一次大综合开辟了广阔的道路。 奥斯特还有一个看法,认为这种磁效应要扩散到很大的空间范围。这正是“场”思想的开端。 电流磁效应的发现,打破了电与磁不想管的传统信条,猛然打开了一扇大门,使人们进入了电磁联系这个长期闭锁的研究领域,为实现物理学的一次大综合开辟了广阔的道路。
课堂小结 1.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。2.电流磁场的方向:由安培定则确定(也叫右手螺旋定则)。3.安培定则:内容分三种不同情况。(1)直线电流:右手握住导线,伸直的拇指的方向代表电流的方向,那么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:右手握住环形导线,弯曲的四指所指的方向就是电流的方向,拇指所指的方向就是环形中心轴线上的磁感线的方向。
直导线 通电螺线管 环形导线 (3)通电螺线管: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,拇指所指的方向就是螺线管内部的磁感线的方向。
高考链接 【07年上海卷1】磁场对放入其中的长为L、电流强度为I、方向与磁场垂直的通电导线有力F的作用,可以用磁感应强度B描述磁场的力的性质,磁感应强度的大小B=_______,在物理学中,用类似方法描述物质基本性质的物理量还有___________等。 F/IL 电场强度
【07年上海卷】取两个完全相同的长导线,用其中一根绕成如图(a)所示的螺线管,当该螺线管中通以电流强度为I的电流时,测得螺线管内中部的磁感应强度大小为B,若将另一根长导线对折后绕成如图(b)所示的螺线管,并通以电流强度也为I的电流时,则在螺线管内中部的磁感应强度大小为( )A.0 B.0.5B C.B D.2 B A
【07上海卷】如图(a)所示,光滑的平行长直金属导轨置于水平面内,间距为L、导轨左端接有阻值为R的电阻,质量为m的导体棒垂直跨接在导轨上。导轨和导体棒的电阻均不计,且接触良好。在导轨平面上有一矩形区域内存在着竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B。开始时,导体棒静止于磁场区域的右端,当磁场以速度v1匀速向右移动时,导体棒随之开始运动,同时受到水平向左、大小为f的恒定阻力,并很快达到恒定速度,此时导体棒仍处于磁场区域内。【07上海卷】如图(a)所示,光滑的平行长直金属导轨置于水平面内,间距为L、导轨左端接有阻值为R的电阻,质量为m的导体棒垂直跨接在导轨上。导轨和导体棒的电阻均不计,且接触良好。在导轨平面上有一矩形区域内存在着竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B。开始时,导体棒静止于磁场区域的右端,当磁场以速度v1匀速向右移动时,导体棒随之开始运动,同时受到水平向左、大小为f的恒定阻力,并很快达到恒定速度,此时导体棒仍处于磁场区域内。
(1)求导体棒所达到的恒定速度v2; (2)为使导体棒能随磁场运动,阻力最大不能超过多少? (3)导体棒以恒定速度运动时,单位时间内克服阻力所做的功和电路中消耗的电功率各为多大? (4)若t=0时磁场由静止开始水平向右做匀加速直线运动,经过较短时间后,导体棒也做匀加速直线运动,其v-t关系如图(b)所示,已知在时刻t导体棒瞬时速度大小为vt,求导体棒做匀加速直线运动时的加速度大小。(1)求导体棒所达到的恒定速度v2; (2)为使导体棒能随磁场运动,阻力最大不能超过多少? (3)导体棒以恒定速度运动时,单位时间内克服阻力所做的功和电路中消耗的电功率各为多大? (4)若t=0时磁场由静止开始水平向右做匀加速直线运动,经过较短时间后,导体棒也做匀加速直线运动,其v-t关系如图(b)所示,已知在时刻t导体棒瞬时速度大小为vt,求导体棒做匀加速直线运动时的加速度大小。
【解析】1.导体棒运动时,切割磁感线,产生感应电动势,E=BL(v1-v2), 根据闭合电路欧姆定律有I=E/R, 导体棒受到的安培力F=BIL= 速度恒定时有: 可得:2.假设导体棒不随磁场运动,产生的感应电动势为 ,此时阻力与安培力平衡,所以有 。
3. 4.因为 导体棒要做匀加速运动,必有v1-v2为常数,设为Δv 解得:
课堂练习 练习1 如图所示,若一束电子沿y轴正向移动,则在z轴上某点A的磁场方向应是( ) B A.沿x的正向 B.沿x的负向C.沿z的正向 D.沿z的负向
练习2 S B N 如图所示,把小磁针放在磁场中,说明小磁针将怎样转动并停在哪个方向? 小磁针将逆时针转动,静止时N极水平向右(沿磁场方向)。
练习3 D 下列关于磁场的说法中,正确的是( ) A.只有磁铁周围才存在磁场B.磁场是假想的,不是客观存在的C.磁场是在磁极与磁极、磁极和电流发生作用时才产生D.磁极与磁极,磁极与电流、电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用
练习4 如图所示,a、b、c三枚小磁针分别放在通电螺线管的正上方、管内 和右侧。当这些小磁针静止时,小磁针N 极的指向是( ) C A.a、b、c均向左 B.a、b、c均向右 C.a向左,b向右,c向右 D.a向右,b向左,c向右
练习5 在通电螺线管内部有一点A,通过A点的磁感线方向一定是( ) BC A.从螺线管的N极指向S极B.放在该点的小磁针北极受力的方向C.从螺线管的S极指向N极D.放在该点的小磁针的南极受力的方向
教材习题答案 1.答:小磁针将顺时针方向转动。小磁针停止转动时,其N极指向沿磁场方向(即N极指向右)。2.答:当接通电路后,小磁针的N极指向垂直纸面向外。3.答:电源右接线柱为正极。当电路接通电源后,小磁针的N极偏向螺线管,说明螺线管的右端为S极,根据安培定则判断出电路中电流从电源的右接线柱流出,流入电源的左接线柱,则电源的右接线柱为正极。4.答:由图中磁感线的疏密程度及弯曲程度可知,M点磁场强,P点磁场弱。M点和点磁场方向为各自磁感线的切线方向,它们的磁场方向不同。