第十三章 电磁感应与电磁波初步
1.磁场 磁感线
课标准 素养目标
1.能列举磁现象在生产生活中的应用。了解我国古代在磁现象面的研究成果及其对人类明的影响。关注与磁相关的现代技术发展。 2.通过实验认识磁场。会用磁感线描述磁场。 1.磁感线的特点和安培定则。 (物理观念) 2.通过类比电场线和磁感线,了解磁感线的特点。 (科学思维) 3.通过演示实验学会用安培定则判断电流的磁场。 (科学探究) 4.学会用所学磁场的知识解释生活中的有关现象。 (科学态度与责任)
高端教学引领
【教学建议】
1.电流的磁效应和磁场:
任务 建议
奥斯特实验 通过演示实验观察现象得出电和磁的关系
磁场 通过具体实例的分析得出磁场的性质和特点
2.磁感线的性质:
任务 建议
磁感线 通过对具体实例的分析得出磁感线的特点和性质
3.几种电流的磁场特点和向:
任务 建议
安培定则 通过对具体实例的分析总结出安培定则的内容
安培定则的使用 通过对具体实例的分析得出安培定则的使用法
【情境导引】
你见过绚丽多彩的极光吗 它的形成和地磁场有关,这节课我们就要研究磁现象和磁场的有关知识。
问题导引:
(1)产生磁场的式有哪些
(2)磁场的基本性质
(3)如何形象地描述磁场
课前自主学习
1.电和磁的联系:
(1)奥斯特实验:将水平导线沿南北向放在小磁针的上,通电时小磁针发生了转动。
(2)意义:奥斯特实验发现了电流的磁效应,首次揭示了电与磁的联系。
2.磁场:
(1)产生:磁体、通电导体周围都存在着磁场。
(2)基本性质:对放入其中的磁体或通电导体产生力的作用。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都是通过磁场发生的。
3.磁感线:
(1)定义:在磁场中画出的一些有向的曲线,曲线上每一点的切线向都跟这点的磁感应强度的向一致。
(2)特点:
①磁感线是为研究磁场便而假想的具有向的曲线,实际并不存在。
②磁感线的疏密度表示磁场强弱,磁场强的地磁感线密集,磁场弱的地磁感线稀疏。
③磁感线上每一点的切线向就是该点的磁场向。
④磁感线在空间不能相交,也不能相切和中断。
⑤磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线,在磁体外部由N极指向S极,在磁体内部由S极指向N极。
4.几种电流磁场磁感线的确定:
(1)通电直导线:右手握住导线,让伸直的拇指所指的向与电流向一致,弯曲的四指所指的向就是磁感线环绕的向。(如图甲)
甲
(2)环形电流:让右手弯曲的四指与环形电流向一致,伸直的拇指所指的向就是环形导线轴线上磁感线的向。(如图乙)
乙
(3)通电螺线管:右手握住螺线管,让弯曲的四指所指的向跟电流的向一致,拇指所指的向就是螺线管内部磁感线的向。 (如图丙)
丙
【易错辨析】
(1)磁极与电流的相互作用是通过磁场发生的。 ( )
(2)磁场和电场一样,是客观存在的特殊物质。 ( )
(3)磁感线总是从磁体的N极出发,到S极终止。 ( )
(4)用右手判断直线电流的磁场向时,拇指指向电流的向,弯曲的四指所指的向就是磁感线向。 ( )
(5)磁体的磁场是由电荷的运动形成的分子电流产生的。 ( )
提示:(1)√ (2)√
(3)×。磁感线在磁体外部由N极到S极,在磁体内部由S极到N极,是闭合曲线。
(4)√ (5)√
课堂合作探究
主题一 磁场和磁感线
任务1 磁场及其性质
【生活情境】
如图甲所示,把一段直导线悬挂在蹄形磁铁的两极之间,通以电流。如图乙所示,两平行直导线通以同向或反向电流。
【问题探究】
从图甲可以观察到什么现象 从图乙可以观察到什么现象
提示:从图甲可以观察到通电直导线发生移动;从图乙可以观察到同向电流互相吸引,反向电流互相排斥。
任务2 磁感线的特点
【实验情境】
在条形磁铁上面放一块玻璃板,玻璃板上面均匀撒上一层细铁屑,轻敲玻璃板,观察现象。
【问题探究】
(1)细铁屑分布有怎样的规律性
提示:细铁屑有规律地排列起来,磁极处分布密集,其他位置分布稀疏。
(2)如果说有规律地排列起来的细铁屑是条形磁铁磁感线的“模拟”,那么,应该怎样用磁感线来描述磁场呢
提示:可以类比用电场线描述电场, 在磁场中画一些有向的曲线, 使曲线上每一点的切线向都跟这点的磁感应强度的向一致, 这样的曲线叫磁感线。利用磁感线就可以形象地描述磁场。
【结论生成】
磁感线的特点
(1)磁感线在磁体的外部都是从N 极出来进入S极,在磁体的内部则是由S极指向N极,形成一条闭合曲线。
(2)在磁场中,某一点有唯一确定的磁场向,所以两条磁感线不能相交或相切。
(3)磁感线是为了形象地研究磁场而人为假想的曲线,为形象、直观、便地研究磁场提供了依据。
(4)磁感线越密集表示磁场越强,磁感线越稀疏表示磁场越弱。
[特别提醒]
没有磁感线的地,并不表示就没有磁场的存在;通过磁场中的任一点总能而且只能画出一条磁感线。
【典例示范】
(2025·滨州高二检测)英国物理学家法拉第提出了“电场”和“磁场”的概念,并引入电场线和磁感线来描述电场和磁场,为经典电磁学理论的建立奠定了基础。下列相关说法正确的是 ( )
A.电荷和电荷之间的作用力是通过磁场发生的
B.通电导体和通电导体之间的作用力是通过电场发生的
C.电场线不能相交、磁感线可以相交
D.电场线的疏密表示电场强度的大小,磁感线的疏密表示磁感应强度的大小
【解析】选D。电荷和电荷之间的作用力是通过电场发生的,A错误;通电导体和通电导体之间的作用力是通过通电导体在周围产生的磁场发生的,B错误;电场线和磁场线的切线向分别表示电场向和磁场向,故电场线和磁场线都不能相交,C错误;电场线的疏密表示电场强度的大小,磁感线的疏密表示磁感应强度的大小,D正确。
【探究训练】
下列关于磁场和磁感线的说法正确的是 ( )
A.磁感线总是从磁铁的N极出发,到S极终止,所以是不闭合的
B.磁感线可以形象地描述磁场的强弱和向,是真实存在的
C.磁场和电场一样,也是一种物质
D.磁感线就是细铁屑在磁场周围排列出的曲线
【解析】选C。磁感线在磁铁的外部是从磁铁的N极到S极,在磁铁的内部是从S极指向N极,磁铁内部的磁感线与外部的磁感线形成闭合曲线,故A错误;磁感线可以形象地描述磁场的强弱和向,但不是真实存在的,故B错误;磁场和电场一样,也是一种物质,故C正确;细铁屑在磁场周围排列出的曲线可以形象地反映磁场的分布,但不是磁感线,故D错误。
主题二 电流周围的磁场
任务1 安培定则
【实验情境】
演示实验:将一根与电源相连接的直导线用架子架高,沿南北向水平放置。将小磁针平行地放在直导线的下。
【问题探究】
(1)观察直导线通、断电时小磁针的偏转情况,实验说明了什么
提示:直导线通电时,小磁针的N极向外偏转,直导线断电时,小磁针仍然指向南北向,说明通电导线周围存在磁场。
(2)我们知道,磁场是有向的,那么电流周围的磁场向与电流的向有关吗
提示:通电直导线周围的磁场与导线中电流的向有关,电流和磁场的关系被安培非常巧妙地总结出来,即安培定则。
任务2 安培定则的应用
【实验情境】
【问题探究】
在用安培定则判定通电直导线、环形电流和通电螺线管的磁感线的向时,有什么相同点和不同点
提示:相同点:都用右手进行判断。
不同点:拇指和四指所指示的物理量不同,对通电直导线,拇指指向电流的向,四指指向磁感线的向;对环形电流和通电螺线管,四指指向电流的向,拇指指向磁感线的向。
【结论生成】
1.三种电流磁场的特点:
(1)直线电流: 通电导线周围的磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆。离导线越近磁场越强,离导线越远磁场越弱。
(2)环形电流: 环形电流的磁场类似于条形磁铁的磁场。由于磁感线均为闭合曲线,所以环内磁感线条数与环外相等,故环内磁场强,环外磁场弱。
(3)通电螺线管:通电螺线管外部的磁场跟条形磁铁外部的磁场分布情况相同,两端分别为N极和S极;管内是匀强磁场,磁场向由S极指向N极。
2.安培定则中的“因果”关系:
(1)在判定直线电流的磁场的向时,大拇指指“原因”——电流向,四指指“结果” ——磁场绕向。
(2)在判定环形电流磁场向时,四指指“原因” ——电流向,拇指指“结果” ——环内沿中心轴线的磁感线向。
【典例示范】
(多选)(2025·聊城高二检测)下列各图中,已标出电流及电流产生磁场的向,其中正确的是 ( )
【解析】选C、D。电流的向竖直向上,根据安培定则知,磁场的向从上往下看,应该为逆时针,A错误;根据电流的绕向,结合安培定则知,螺线管内部的磁场向向右,B错误;环形电流的向从上往下看为逆时针向,根据安培定则知,磁场的向向上,C正确;环形电流的向从左向右看为顺时针向,根据安培定则知,中心磁场的向向右,D正确。
[规律法]由电流的向判断磁场的向
(1)明确电流或带电粒子流的向。
(2)根据安培定则和电流的形式确定磁场的向及磁感线的分布。
(3)由磁感线的分布明确磁场中小磁针N极受力的向。
【探究训练】
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。下列将图中分子电流(箭头表示从右向左看时电子运动向)等效为小磁体的选项图中正确的是 ( )
【解析】选B。做圆周运动的电子带负电,环形电流向与电子运动向相反,根据安培定则可知其左侧为N极,故B正确。
【课堂回眸】
课堂学业达标
1.(多选)下列说法正确的是 ( )
A.磁场看不见、摸不着,所以它并不存在,它是人们为了研究问题便而假想出来的
B.同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引
C.磁体和通电导体都能产生磁场
D.若小磁针始终指向南北向,则小磁针的附近一定没有磁体
【解析】选B、C。磁场是一种“场”物质,它和我们常见的分子、原子组成的物质不同,它是以一种“场”的形式存在,A错误;由磁极间相互作用的基本规律及电流的磁效应可知,B、C正确;若磁体放在小磁针的南或北,小磁针仍可能始终指向南北向,D错误。
2.如图所示是某个磁场的磁感线分布,则A点和B点的磁感应强度的大小关系是 ( )
A.A点的磁感应强度大
B.B点的磁感应强度大
C.A点的磁感应强度等于B点的磁感应强度
D.无法确定
【解析】选A。磁感线的疏密表示磁感应强度的大小,由题图知A点处的磁感线比B点处的磁感线密集一些,所以A处的磁感应强度大于B处的磁感应强度,A正确。
3.下列各图中,已标出电流I、磁感应强度B的向,其中符合安培定则的是 ( )
【解析】选C。通电直导线中的安培定则:用右手握住通电直导线,让大拇指指向电流的向,那么四指的指向就是磁感线的环绕向,故A、B错误;由安培定则可知,C中环形电流的中心处磁场向上,故C正确;通电螺线管中的安培定则:用右手握住通电螺线管,使四指弯曲与电流向一致,那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极,故D错误。(共36张PPT)
第十三章
电磁感应与电磁波初步
1.磁场 磁感线
01
02
03
高端教学引领
课前自主学习
课堂合作探究
04
课堂学业达标
课标准 素养目标
1.能列举磁现象在生产生活中的应用。了解我国古代在磁现象面的研究成果及其对人类明的影响。关注与磁相关的现代技术发展。 2.通过实验认识磁场。会用磁感线描述磁场。 1.磁感线的特点和安培定则。(物理观念)
2.通过类比电场线和磁感线,了解磁感线的特点。(科学思维)
3.通过演示实验学会用安培定则判断电流的磁场。(科学探究)
4.学会用所学磁场的知识解释生活中的有关现象。(科学态度与责任)
01
高端教学引领
【教学建议】
1.电流的磁效应和磁场:
任务 建议
奥斯特实验 通过演示实验观察现象得出电和磁的关系
磁场 通过具体实例的分析得出磁场的性质和特点
2.磁感线的性质:
任务 建议
磁感线 通过对具体实例的分析得出磁感线的特点和性质
3.几种电流的磁场特点和向:
任务 建议
安培定则 通过对具体实例的分析总结出安培定则的内容
安培定则的使用 通过对具体实例的分析得出安培定则的使用法
【情境导引】
你见过绚丽多彩的极光吗 它的形成和地磁场有关,这节课我们就要研究磁现象和磁场的有关知识。
问题导引:
(1)产生磁场的式有哪些
(2)磁场的基本性质
(3)如何形象地描述磁场
02
课前自主学习
1.电和磁的联系:
(1)奥斯特实验:将水平导线沿_____向放在小磁针的上,通电时小磁针
发生了转动。
(2)意义:奥斯特实验发现了_____________,首次揭示了电与磁的联系。
2.磁场:
(1)产生:磁体、_________周围都存在着磁场。
(2)基本性质:对放入其中的_____或_________产生力的作用。磁体与磁体
之间、磁体与_________之间以及通电导体与通电导体之间的相互作用都
是通过_____发生的。
南北
电流的磁效应
通电导体
磁体
通电导体
通电导体
磁场
3.磁感线:
(1)定义:在磁场中画出的一些有向的曲线,曲线上每一点的切线向都跟
这点的___________的向一致。
(2)特点:
①磁感线是为研究磁场便而假想的具有_____的曲线,实际并不存在。
②磁感线的疏密度表示磁场_____,磁场强的地磁感线_____,磁场弱的
地磁感线_____。
③磁感线上每一点的_____向就是该点的磁场向。
磁感应强度
向
强弱
密集
稀疏
切线
④磁感线在空间不能_____,也不能相切和中断。
⑤磁场中的任何一条磁感线都是_____曲线,在磁体外部由___极指向__极,
在磁体内部由__极指向___极。
相交
闭合
N
S
S
N
4.几种电流磁场磁感线的确定:
(1)通电直导线:右手握住导线,让伸直的拇指所指的向与
_____向一致,弯曲的四指所指的向就是___________的
向。(如图甲)
(2)环形电流:让右手弯曲的四指与_________向一致,伸直
的拇指所指的向就是环形导线轴线上_______的向。
(如图乙)
甲
乙
电流
磁感线环绕
环形电流
磁感线
(3)通电螺线管:右手握住螺线管,让弯曲的四指所指的向跟_____的向
一致,拇指所指的向就是螺线管_____磁感线的向。 (如图丙)
丙
电流
内部
【易错辨析】
(1)磁极与电流的相互作用是通过磁场发生的。( )
(2)磁场和电场一样,是客观存在的特殊物质。( )
(3)磁感线总是从磁体的N极出发,到S极终止。( )
(4)用右手判断直线电流的磁场向时,拇指指向电流的向,弯曲的四指所指的向就是磁感线向。( )
(5)磁体的磁场是由电荷的运动形成的分子电流产生的。( )
提示:(1)√ (2)√ (3)×。磁感线在磁体外部由N极到S极,在磁体内部由S极到N极,是闭合曲线。 (4)√ (5)√
03
课堂合作探究
主题一 磁场和磁感线
任务1 磁场及其性质
【生活情境】
如图甲所示,把一段直导线悬挂在蹄形磁铁的两极之间,
通以电流。如图乙所示,两平行直导线通以同向或反向
电流。
【问题探究】
从图甲可以观察到什么现象 从图乙可以观察到什么现象
提示:从图甲可以观察到通电直导线发生移动;从图乙可以观察到同向电流互相吸引,反向电流互相排斥。
任务2 磁感线的特点
【实验情境】
在条形磁铁上面放一块玻璃板,玻璃板上面均匀撒上一层细铁屑,轻敲玻璃板,观察现象。
【问题探究】
(1)细铁屑分布有怎样的规律性
提示:细铁屑有规律地排列起来,磁极处分布密集,其他位置分布稀疏。
(2)如果说有规律地排列起来的细铁屑是条形磁铁磁感线的“模拟”,那么,应该怎样用磁感线来描述磁场呢
提示:可以类比用电场线描述电场, 在磁场中画一些有向的曲线, 使曲线上每一点的切线向都跟这点的磁感应强度的向一致, 这样的曲线叫磁感线。利用磁感线就可以形象地描述磁场。
【结论生成】
磁感线的特点
(1)磁感线在磁体的外部都是从N 极出来进入S极,在磁体的内部则是由S极指向N极,形成一条闭合曲线。
(2)在磁场中,某一点有唯一确定的磁场向,所以两条磁感线不能相交或相切。
(3)磁感线是为了形象地研究磁场而人为假想的曲线,为形象、直观、便地研究磁场提供了依据。
(4)磁感线越密集表示磁场越强,磁感线越稀疏表示磁场越弱。
[特别提醒]
没有磁感线的地,并不表示就没有磁场的存在;通过磁场中的任一点总能而且只能画出一条磁感线。
【典例示范】
(2025·滨州高二检测)英国物理学家法拉第提出了“电场”和“磁场”的概念,并引
入电场线和磁感线来描述电场和磁场,为经典电磁学理论的建立奠定了基础。
下列相关说法正确的是( )
A.电荷和电荷之间的作用力是通过磁场发生的
B.通电导体和通电导体之间的作用力是通过电场发生的
C.电场线不能相交、磁感线可以相交
D.电场线的疏密表示电场强度的大小,磁感线的疏密表示磁感应强度的大小
√
【解析】选D。电荷和电荷之间的作用力是通过电场发生的,A错误;通电导体和通电导体之间的作用力是通过通电导体在周围产生的磁场发生的,B错误;电场线和磁场线的切线向分别表示电场向和磁场向,故电场线和磁场线都不能相交,C错误;电场线的疏密表示电场强度的大小,磁感线的疏密表示磁感应强度的大小,D正确。
【探究训练】
下列关于磁场和磁感线的说法正确的是( )
A.磁感线总是从磁铁的N极出发,到S极终止,所以是不闭合的
B.磁感线可以形象地描述磁场的强弱和向,是真实存在的
C.磁场和电场一样,也是一种物质
D.磁感线就是细铁屑在磁场周围排列出的曲线
√
【解析】选C。磁感线在磁铁的外部是从磁铁的N极到S极,在磁铁的内部是从S极指向N极,磁铁内部的磁感线与外部的磁感线形成闭合曲线,故A错误;磁感线可以形象地描述磁场的强弱和向,但不是真实存在的,故B错误;磁场和电场一样,也是一种物质,故C正确;细铁屑在磁场周围排列出的曲线可以形象地反映磁场的分布,但不是磁感线,故D错误。
主题二 电流周围的磁场
任务1 安培定则
【实验情境】
演示实验:将一根与电源相连接的直导线用架子架高,沿南北向水平放置。将小磁针平行地放在直导线的下。
【问题探究】
(1)观察直导线通、断电时小磁针的偏转情况,实验说明了什么
提示:直导线通电时,小磁针的N极向外偏转,直导线断电时,小磁针仍然指向南北向,说明通电导线周围存在磁场。
(2)我们知道,磁场是有向的,那么电流周围的磁场向与电流的向有关吗
提示:通电直导线周围的磁场与导线中电流的向有关,电流和磁场的关系被安培非常巧妙地总结出来,即安培定则。
任务2 安培定则的应用
【实验情境】
【问题探究】
在用安培定则判定通电直导线、环形电流和通电螺线管的磁感线的向时,有什么相同点和不同点
提示:相同点:都用右手进行判断。
不同点:拇指和四指所指示的物理量不同,对通电直导线,拇指指向电流的向,四指指向磁感线的向;对环形电流和通电螺线管,四指指向电流的向,拇指指向磁感线的向。
【结论生成】
1.三种电流磁场的特点:
(1)直线电流: 通电导线周围的磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆。离导线越近磁场越强,离导线越远磁场越弱。
(2)环形电流: 环形电流的磁场类似于条形磁铁的磁场。由于磁感线均为闭合曲线,所以环内磁感线条数与环外相等,故环内磁场强,环外磁场弱。
(3)通电螺线管:通电螺线管外部的磁场跟条形磁铁外部的磁场分布情况相同,两端分别为N极和S极;管内是匀强磁场,磁场向由S极指向N极。
2.安培定则中的“因果”关系:
(1)在判定直线电流的磁场的向时,大拇指指“原因”——电流向,四指指“结果” ——磁场绕向。
(2)在判定环形电流磁场向时,四指指“原因” ——电流向,拇指指“结果” ——环内沿中心轴线的磁感线向。
【典例示范】
(多选)(2025·聊城高二检测)下列各图中,已标出电流及电流产生磁场的向,其中正确的是( )
√
√
【解析】选C、D。电流的向竖直向上,根据安培定则知,磁场的向从上往下看,应该为逆时针,A错误;根据电流的绕向,结合安培定则知,螺线管内部的磁场向向右,B错误;环形电流的向从上往下看为逆时针向,根据安培定则知,磁场的向向上,C正确;环形电流的向从左向右看为顺时针向,根据安培定则知,中心磁场的向向右,D正确。
[规律法]由电流的向判断磁场的向
(1)明确电流或带电粒子流的向。
(2)根据安培定则和电流的形式确定磁场的向及磁感线的分布。
(3)由磁感线的分布明确磁场中小磁针N极受力的向。
【探究训练】
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。下列将图中分子电流(箭头表示从右向左看时电子运动向)等效为小磁体的选项图中正确的是( )
【解析】选B。做圆周运动的电子带负电,环形电流向与电子运动向相反,根据安培定则可知其左侧为N极,故B正确。
√
【课堂回眸】
04
课堂学业达标
1.(多选)下列说法正确的是 ( )
A.磁场看不见、摸不着,所以它并不存在,它是人们为了研究问题便而假想出来的
B.同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引
C.磁体和通电导体都能产生磁场
D.若小磁针始终指向南北向,则小磁针的附近一定没有磁体
【解析】选B、C。磁场是一种“场”物质,它和我们常见的分子、原子组成的物质不同,它是以一种“场”的形式存在,A错误;由磁极间相互作用的基本规律及电流的磁效应可知,B、C正确;若磁体放在小磁针的南或北,小磁针仍可能始终指向南北向,D错误。
√
√
2.如图所示是某个磁场的磁感线分布,则A点和B点的磁感应强度的大小关系是 ( )
A.A点的磁感应强度大
B.B点的磁感应强度大
C.A点的磁感应强度等于B点的磁感应强度
D.无法确定
【解析】选A。磁感线的疏密表示磁感应强度的大小,由题图知A点处的磁感线比B点处的磁感线密集一些,所以A处的磁感应强度大于B处的磁感应强度,A正确。
√
3.下列各图中,已标出电流I、磁感应强度B的向,其中符合安培定则的是 ( )
【解析】选C。通电直导线中的安培定则:用右手握住通电直导线,让大拇指指向
电流的向,那么四指的指向就是磁感线的环绕向,故A、B错误;由安培定则可
知,C中环形电流的中心处磁场向上,故C正确;通电螺线管中的安培定则:用右手
握住通电螺线管,使四指弯曲与电流向一致,那么大拇指所指的那一端是通电
螺线管的N极,故D错误。
√
