人教版高中物理必修第三冊第十三章電磁感應(yīng)與電磁波初步

第十三章電磁感應(yīng)與電磁波初步13.1磁場

磁感線目錄CONTENTS1

學習目標2

新課導入3

新課講解4

課堂小結(jié)5

當堂小練1.知道磁場的概念，知道磁體與磁體間、磁體與電流間、電流與電流間的作用是通過磁場發(fā)生的.2.知道磁感線的概念，并能記住幾種常見磁場的磁感線分布特點。3.理解安培定則，會用安培定則判斷電流的磁場方向．4．知道安培分子電流假說的內(nèi)容，并能解釋簡單的磁現(xiàn)象。學習目標我國春秋戰(zhàn)國時期的一些著作已有關(guān)于磁石的記載和描述。東漢學者王充在《論衡》一書中描述的“司南”,被公認為最早的磁性指南工具。指南針是我國古代四大發(fā)明之一。新課導入12世紀初，我國已將指南針用于航海，宋俑持羅盤者就記錄了這個科技史實。目前，青島磁懸浮列車時速620km/h。

你是否感受到，凡是用到電的地方，幾乎都有磁現(xiàn)象相伴隨？你知道電和磁有怎樣的聯(lián)系嗎？人們很早就發(fā)現(xiàn)電和磁有很多相似的特征：自然界中的磁體總存在著兩個磁極，自然界中同樣存在著兩種電荷。同名磁極或同種電荷相互排斥，異名磁極或異種電荷相互吸引。這種相似性是否意味著電和磁之間有某種聯(lián)系呢？一、電和磁的聯(lián)系新課講解直到19世紀初很多著名的科學家——如庫侖、安培、托馬斯.楊都認為電與磁是互不相關(guān)的兩回事。庫侖安培托馬斯·楊電和磁沒啥關(guān)系一、電和磁的聯(lián)系高手怎么說？在18世紀和19世紀之交人們發(fā)現(xiàn)，自然界各種運動之間存在著相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化，這種思想在哲學界和科學界逐漸形成，也影響了奧斯特。內(nèi)能→機械能機械能→內(nèi)能一、電和磁的聯(lián)系思考

丹麥科學家奧斯特堅信電和磁存在某種聯(lián)系，并開始不懈的探索。由于受當時一些錯誤觀點影響，奧斯特做了很多實驗都以失敗告終。1820年4月，在一次講課中，他偶然的把一根導線放在一個指南針的上方，通電時，磁針轉(zhuǎn)動了?！状伟l(fā)現(xiàn)了電和磁的聯(lián)系。一、電和磁的聯(lián)系奧斯特是第一個發(fā)現(xiàn)了電和磁有聯(lián)系的人。它的這個發(fā)現(xiàn)震動了整個科學界，推動了電磁學的研究。

為此，安培寫道：“奧斯特先生……已經(jīng)永遠把他的名字和一個新紀元聯(lián)系在一起了?！眾W斯特實驗說明：電流對磁體會產(chǎn)生力的作用，電流具有磁效應(yīng)。一、電和磁的聯(lián)系

奧斯特實驗之后，安培等人又做了很多實驗研究。他們發(fā)現(xiàn)，不僅通電導線對磁體有作用力，磁體對通電導線也有作用力。二、磁場結(jié)論：同方向的電流相互吸引，反方向的電流相互排斥。既然電流有磁效應(yīng)，那么電流和電流之間是否也存在著相互作用力呢？二、磁場那么，這些相互作用是怎樣發(fā)生的?磁體與磁體、通電導線對磁體、磁體對通電導體、任意兩條通電導線之間都有力的作用，這些作用力的產(chǎn)生都不需要直接接觸。F′F二、磁場

正像電荷間相互作用通過電場發(fā)生，磁體和磁體之間，磁體和通電導體之間，以及通電導體和通電導體之間的相互作用都是通過磁場發(fā)生的。我們?nèi)绾涡蜗蟮拿枋龃艌瞿?？二、磁?.磁場：磁體或電流周圍周圍空間存在的一種特殊物質(zhì)。2.基本性質(zhì)：對放入其中的磁體或電流會產(chǎn)生力的作用。3.磁場的方向：小磁針靜止時N極的指向。實驗探究正像在電場中我們用電場線形象地描述電場一樣，在磁場中，我們用磁感線來描述磁場。三、磁感線在磁場中畫出一些曲線，使曲線上每一點的切線方向都跟這點的磁感應(yīng)強度方向一致，這樣的曲線就叫做磁感線。條形磁鐵磁感線蹄形磁鐵磁感線三、磁感線磁感線的特點：1.磁感線是假想的曲線；2.磁場中的任何一條磁感線都是閉合曲線，磁體外部由N極到S極，內(nèi)部由S極到N極；4.磁感線的疏密表示磁場的強弱；3.磁感線不相交、不相切；5.磁感線上每一點的切線方向即為該點的磁場的方向。三、磁感線地球的磁場:1.地球是一個巨大的磁體。2.地球周圍空間存在的磁場叫地磁場。3.地磁場的三大特點（1）地磁場的N極在地球南極附近，S極在地球北極附近。（2）地磁場的方向在南半球斜向上，在北半球斜向下，與地表面并不平行。（3）在赤道平面上，到地心等距離的各點，地磁場強度相等，且方向水平。三、磁感線思考：磁鐵和電流都能產(chǎn)生磁場，電流產(chǎn)生磁場是什么樣的呢？直線電流的磁感線是一圈圈的同心圓，這些同心圓都在跟導線垂直的平面上。實驗表明，改變電流的方向，各點的磁場方向都變成相反的方向。四、安培定則安培定則：用右手握住導線，讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向。（也叫右手螺旋定則）I縱截面圖橫截面圖立體圖1.直線電流的磁場表示磁感線垂直紙面向里

表示磁感線垂直紙面向外

表示電流垂直紙面向里

表示電流垂直紙面向外

四、安培定則環(huán)形電流的磁感線實驗?zāi)M環(huán)形電流的磁感線動畫模擬2.環(huán)形電流的磁場四、安培定則安培定則二（也叫右手螺旋定則）：讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導線軸線上磁場的方向?？v截面圖立體圖橫截面圖四、安培定則通電螺線管的磁感線實驗?zāi)M通電螺線管的磁感線動畫模擬3.通電螺線管的磁場四、安培定則安培定則二（也叫右手螺旋定則）：讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導線軸線上磁場的方向。四、安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖

與天然磁體的磁場相比，電流磁場的強弱容易控制，因而在實際中有很多重要的應(yīng)用。電磁起重機電動機電流磁場的應(yīng)用磁懸浮列車電磁彈射裝置電流磁場的應(yīng)用1.分子電流假說：任何物質(zhì)的分子中都存在環(huán)形電流——分子電流，分子電流使每個分子都成為一個微小的磁體。2.安培分子電流假說對一些磁現(xiàn)象的解釋：未被磁化的鐵棒磁化后的鐵棒B五、安培分子電流假說3.安培分子電流假說意義(1)成功的解釋了磁化現(xiàn)象和磁體消磁現(xiàn)象；(2)安培分子電流假說揭示了電和磁的本質(zhì)聯(lián)系；(3)磁現(xiàn)象的電本質(zhì)：磁鐵和電流的磁場本質(zhì)上都是運動電荷產(chǎn)生的.說明：安培提出分子電流假說時，人們還不知道物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)、電子繞原子核高速旋轉(zhuǎn)的說法，所以稱為假說。如今，“假說”已成為真理。五、安培分子電流假說奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)磁場磁感線對放入其中的磁體或電流會產(chǎn)生力安培定則：用右手握住導線，讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向。（也叫右手螺旋定則）安培分子電流假說課堂小結(jié)1.關(guān)于磁場，下列說法正確的是（

）A．磁場的基本性質(zhì)是對處于其中的磁體或通電導體有力的作用B．磁場是看不見、摸不著、實際不存在的，是人們假想出來的一種物質(zhì)C．磁場是磁體周圍或通電導體周圍存在的一種物質(zhì)，有小磁針放入其中時，存在磁場；無小磁針放入時，磁場不存在D．磁場的存在與否決定于人的思想，想其有則有，想其無則無【正確答案】A當堂小練2.如圖所示，在一沿南北方向水平放置的直導線正下方有一小磁針。在導線中通有某一方向電流，小磁針靜止時N極指向西偏北方向，由此可推斷（）A．此時導線中的電流方向為由北向南B．若導線中通有相反方向的電流，小磁針靜止時N極

將指向東偏南方向C．若將小磁針放置到導線正上方，小磁針靜止時N極仍指向西偏北方向D．若將導線中的電流增大，小磁針N極將略向西偏轉(zhuǎn)【正確答案】D3.為了判斷一個未知正負極的蓄電池的極性，某同學將該蓄電池通過電阻跟螺線管連接起來，發(fā)現(xiàn)小磁針的N極立即向螺線管偏轉(zhuǎn)，如圖所示。用M、N和P、Q分別表示蓄電池和螺線管兩極，下列判斷正確的是（）A．蓄電池M端為正極B．蓄電池N端為正極C．螺線管P端為S極D．螺線管內(nèi)部磁場方向由P指向Q【正確答案】B4.下列關(guān)于磁場的相關(guān)描述及判定，正確的是（）A．圖甲中表示條形磁鐵的磁感線從N極出發(fā)，到S極終止B．圖乙中導線通電后，其正下方小磁針的N極向紙面外轉(zhuǎn)動C．圖丙中兩個平行放置的通電線圈之間存在圖示方向的磁場D．圖丁中通有方向相反電流的兩導線之間存在斥力，兩斥力是一對平衡力【正確答案】C5.如圖所示，當開關(guān)閉合時(1)判斷通電螺線管的磁極；（2）指出每個靜止小磁針的N、S極。NS甲乙丙丁SNNNN6.在圖中，已知磁場的方向，試畫出產(chǎn)生相應(yīng)磁場的電流方向NSX·第十三章電磁感應(yīng)與電磁波初步13.2磁感應(yīng)強度

磁通量目錄CONTENTS1

學習目標2

新課導入3

新課講解4

課堂小結(jié)5

當堂小練1.理解磁感應(yīng)強度的概念，知道磁感應(yīng)強度是描述磁場強弱和方向的物理量.2.理解磁感應(yīng)強度的物理意義和定義式，并能利用公式B＝或F＝ILB進行簡單計算，知道勻強磁場磁感線的特點.3.知道磁通量的定義，知道Φ＝BS的適用條件，會用這一公式進行計算．學習目標

巨大的電磁鐵能吸起成噸的鋼鐵，通過電磁力的作用列車也可以懸浮起來，而小磁體卻只能吸起幾枚鐵釘——磁場有強弱之分。

那么，我們怎樣定量地描述磁場的強弱呢？新課導入電場的基本性質(zhì)是什么？對放入其中的電荷有電場力的作用磁場的基本性質(zhì)是什么？對放入其中的磁體或通電導體有磁力的作用試探電荷所受電場力跟電荷量的比值,正試探電荷的受力方向如何描述電場的強弱和方向？如何描述磁場的強弱和方向？能否類似電場的研究方法,分析磁體或電流在磁場中所受的力,找出表示磁場強弱和方向的物理量?溫故知新SN場源電荷試探電荷+q一、磁感應(yīng)強度規(guī)定：小磁針靜止時N極所指的方向為該點的磁感應(yīng)強度的方向。磁感應(yīng)強度的方向電場強度方向：磁感應(yīng)強度的方向：規(guī)定：正試探電荷的受力方向。新課講解回顧：電場強度E的大小思考1：能否用測量N極受力的大小來確定磁感應(yīng)強度的大?。繄鲈措姾稍囂诫姾?不能。因為N極不能單獨存在。小磁針靜止時所受的合力為零，因而不能用測量

N

極受力的大小來確定磁感應(yīng)強度的大小。一、磁感應(yīng)強度怎么辦？能否用很小一段通電導體來檢驗磁場的強弱？思考2：磁場除對磁體有作用力外，還對誰有作用力？一、磁感應(yīng)強度電流元：很短的一段通電導線中的電流I與導線長度L的乘積IL。通電導體①理想模型②不存在孤立的電流元③可以用較長的通電導線來檢驗勻強磁場放置位置電流大小磁場中導線長度磁場（相同的磁場）（通電導線與磁場方向垂直）控制變量影響通電導線受力的因素思考3：通電導線所受到的磁場力與什么有關(guān)呢？一、磁感應(yīng)強度磁鐵較寬，可視為勻強磁場滑動變阻器可以改變電流的大小但是L怎樣變化呢？一、磁感應(yīng)強度實驗裝置一、磁感應(yīng)強度實驗演示：現(xiàn)象：電流I增大，導線擺動的角度增大；電流I減小，導線擺動的角度減小。一、磁感應(yīng)強度實驗過程及現(xiàn)象：現(xiàn)象：通電導線L變長，導線擺動的角度增大；通電導線L變短，導線擺動的角度減小。1.保持導體長度L不變，改變電流的大小2.保持電流I不變，改變導線的長度精確的實驗表明：通電導線與磁場方向垂直時當L不變，I越大，F(xiàn)越大當I不變，L越長，F(xiàn)越大F∝IL一、磁感應(yīng)強度實驗結(jié)論：即：通電導線與磁場方向垂直時，它受力的大小既與導線的長度L成正比，又與導線中的電流I成正比，即與I和L的乘積IL成正比。F=BIL1.定義：2.單位：在磁場中垂直于磁場方向的通電導線，所受的磁場力F跟電流I和導線長度L的乘積IL的比值叫磁感應(yīng)強度。特斯拉，簡稱特，符號T。3.方向：方向與該點磁場的方向一致4.意義：描述磁場的強弱和方向的物理量一、磁感應(yīng)強度（1）B與L、I、F無關(guān)，與場源和該點在場中的位置有關(guān)。（2）用B=F/IL計算時，導線電流的方向與磁場方向必須垂直。通電導線與磁場方向垂直時受到磁場力最大，平行時為零。5.注意：（3）若某一空間同時存在幾個磁場，空間的磁場應(yīng)由這幾個磁場疊加而成，某點的磁感應(yīng)強度為B，則有：B=B1+B2+B3……（矢量和），用平行四邊形法則運算。一、磁感應(yīng)強度dba一、磁感應(yīng)強度比較項目磁感應(yīng)強度B電場強度E物理意義描述磁場的性質(zhì)描述電場的性質(zhì)定義式共同點用比值的形式定義特點通電導線與B垂直，B與F、I、L無關(guān)E與F、q無關(guān)方向共同點都是矢量，遵循矢量合成法則不同點小磁針N極的受力方向放入該點正電荷的受力方向磁感應(yīng)強度B與電場強度E的比較1.定義：強弱、方向處處相同的磁場2.特點：磁感線是一組間隔相同的平行直線3.常見的勻強磁場:1）相隔很近的兩個異名磁極之間的磁場2）通電螺線管內(nèi)部的磁場3）相隔一定距離的兩個平行放置的線圈通電時，其中間區(qū)域的磁場I二、勻強磁場4.勻強磁場的磁感線：

磁感線的疏密程度表示了磁場的強弱。在圖中，S1和S2兩處磁感線的疏密不同，這種不同是如何體現(xiàn)的呢？問題與思考

如果在S1和S2處，在垂直于紙面方向取同樣的面積，穿過相同面積磁感線條數(shù)多的就密，磁感應(yīng)強度就大。3.單位：Wb（韋伯）1.定義：設(shè)在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，有一個與磁場方向垂直的平面，面積為S，我們把B與S的乘積叫作穿過這個面積的磁通量，簡稱磁通。符號ΦB1S1B2S2三、磁通量2.公式：

Φ=BSΦ>0Φ<0BB4.磁通量是標量，且有正負

規(guī)定磁感線從平面的某一面穿入，磁通量為正；磁感線從平面的另一面穿入，磁通量為負。磁通量是標量,運算遵循標量運算法則(代數(shù)求和)正負不表大小，只表示磁感線從正面穿進還是從負面穿進三、磁通量5.物理意義：磁通量反映了穿過這個平面的磁感線條數(shù)。SB1B2當平面有相同方向磁感線同時穿過時，總磁通量為各磁通量之和；當平面有相反方向磁感線同時穿過時，總磁通量為各磁通量之差的絕對值。SB3B1三、磁通量

同一平面垂直磁場方向放置，在磁感應(yīng)強度越大的地方，磁感線分布越密集，穿過該平面的磁通量越大

。磁通密度：磁感應(yīng)強度數(shù)值上等于垂直穿過單位面積的磁通量。表示單位面積上的磁通量，反映磁感線的疏密。拓展學習當平面與磁場方向不垂直時，穿過的磁通量？磁感應(yīng)強度與平面夾角θ。θBS三、磁通量同一平面，從與磁場垂直方向轉(zhuǎn)過θ角，磁通量變?yōu)椋縎BSS′θBS轉(zhuǎn)過90°，平面與磁場平行，穿過的磁通量為多少？轉(zhuǎn)過180°，平面與磁場垂直，穿過的磁通量為多少？三、磁通量BBΦ=0BSθ1θ2磁通量的變化量ΔΦ＝Φ2－Φ1末態(tài)磁通量初態(tài)磁通量三、磁通量1.當B不變，有效面積S變化時，ΔΦ＝B·ΔS2.當B變化，S不變時，ΔΦ＝ΔB·S。3.B和S同時變化，則ΔΦ＝Φ2－Φ1，但ΔΦ≠ΔB·ΔS。

我國是最早在航海時使用指南針的國家。鄭和下西洋的船隊已經(jīng)裝備了羅盤，導航時兼用羅盤和觀星，二者互相補充、互相修正。他的航海圖叫做“針圖”，圖中的航線叫做“針路”。明清時期，我國海道針經(jīng)一類書籍相當豐富。15世紀初成書的《順風相送》《指南正經(jīng)法》現(xiàn)藏于英國牛津大學圖書館。STSE:指南針與鄭和下西洋在磁場中垂直于磁場方向的通電導線，所受的磁場力F跟電流I和導線長度L的乘積IL的比值叫磁感應(yīng)強度。①當SB垂直時Φ=BS②單位：韋伯，符號：Wb1Wb=1T·m2③磁通量表示穿過這個面的磁感線條數(shù)。

磁場強弱、方向處處相同磁感應(yīng)強度勻強磁場磁通量BSΔΦ＝Φ2－Φ1課堂小結(jié)1.下列關(guān)于磁感應(yīng)強度大小的說法中正確的是（）A．通電導線受磁場力大的地方磁感應(yīng)強度一定大B．通電導線在磁感應(yīng)強度大的地方受力一定大C．放在勻強磁場中各處的通電導線，受力大小和方向處處相同D．磁感應(yīng)強度的大小和方向跟放在磁場中的通電導線受力的大小和方向無關(guān)【正確答案】D當堂小練2.（多選）下列各種說法中，正確的是（）

A.磁通量很大，而磁感應(yīng)強度可能很小

B.磁感應(yīng)強度越大，磁通量也越大