课件16张PPT。第十三章 电磁感应与电磁波初步
1.磁场 磁感线 一、电和磁的联系1.磁极间相互作用规律:同名磁极相互_____,异名磁极
相互_____。
2.电流的磁效应:_____________奥斯特相信,就像电和
热、电和光之间存在联系一样,电和磁之间也应该存在
着联系,1820年他发现了电流的_______,首次揭示了电
和磁的联系。排斥吸引丹麦物理学家磁效应二、磁场1.来源:磁体周围和电流周围都存在_____,一切磁相互
作用都是通过_____来实现的。
2.方向:人们规定,在磁场中某一点小磁针N极所受磁力
的方向,就是该点磁场的方向。
3.磁场是客观存在的:磁场与电场类似,都是不依赖于
我们的感觉而客观存在的_____。磁场磁场物质三、磁感线1.磁感线定义:在磁场中画出一些曲线,使曲线上每一
点的切线方向都跟这点的___________的方向一致。磁感应强度2.特点:
(1)磁感线上某点的_____方向就是该点的磁场方向。
(2)磁感线的_________表示磁场的强弱。
(3)磁感线是_____曲线,没有起点和终点。
(4)磁感线是假想的曲线,客观上_______。切线疏密程度闭合不存在3.磁感线的物理意义:用来形象地描述磁场的_____和
_____,并不真正存在。强弱方向四、安培定则1.通电直导线周围的磁场:
(1)越靠近导线,磁场_____。
(2)当改变电流的方向时,通电直导线周围空间的磁场
方向与_____方向有关。
(3)安培定则:用___手握住通电直导线,让伸直拇指的
方向与_____的方向一致,则四指弯曲的方向就是电流
周围_______的环绕方向。越强电流右电流磁感线2.环形导线周围的磁场:
(1)环形电流的磁场的磁感线是一些绕环形导线的
_____曲线,在环形导线的中心轴上,磁感线与环形导线
所在的平面_____。闭合垂直(2)环形电流的方向与中心轴线上磁感线方向的关系是:
让右手弯曲的四指的方向与_________的方向一致,则
伸直拇指所指的方向就是环形导线中心轴线处的
_______方向。环形电流磁感线3.通电螺线管周围的磁场:
(1)通电螺线管外部的磁感线方向与_________________
相似,内部的磁感线方向与螺线管的轴线平行,并与外部
的磁感线连接组成_____曲线。闭合条形磁铁的磁感线(2)安培定则:用___手握住螺线管,让弯曲四指与螺线
管中的_____的方向一致,则大拇指所指的方向就是通
电螺线管的内部_______的方向。右电流磁感线温馨提示：
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关键能力·素养形成
一 认识磁场的性质
1.对磁场性质的理解:
基本性质
对放入其中的磁体或电流产生力的作用
客观性质
磁场虽然不是由分子、原子组成的,但是它和常见的桌子、房屋、水和空气一样,是一种客观存在的物质
特殊性质
磁场和常见的由分子、原子组成的物质不同,它是以一种场的形式存在的
形象性
磁体之间、磁体与电流间,电流与电流间通过磁场发生作用,如同用弹簧连接的小球,靠弹簧发生相互作用一样
2.电场与磁场的比较:
比较项目
电场
磁场
不
同
点
产生
电荷周围
磁体、电流、运动电荷周围
基本
性质
对放入其中的电荷有电场力的作用
对放入其中的磁极、电流有磁场力的作用
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
磁场和电场一样,都是不依赖于人的意志而客观存在的特殊物质,都具有能量
【思考·讨论】
图一中异名磁极相互吸引,同名磁极相互排斥,图二中一段直导线悬挂在蹄形磁铁的两极间,通以电流,导线就会移动;图三中两条通过同向电流的导线相互吸引,通过反向电流的导线相互排斥,这些相互作用是怎样实现的? (物理观念)
提示:磁体的周围和电流的周围都存在着磁场,磁体和磁体之间、磁体和电流之间、电流和电流之间的相互作用都是通过磁场来传递的。
【典例示范】
下列关于磁场的说法中,正确的是 ( )
A.磁铁周围才存在磁场
B.磁场是为了解释磁极间的相互作用而人为规定的
C.磁场在磁极与磁极、磁极和通电导线发生作用时才产生
D.磁极与磁极之间、磁极与通电导线之间、通电导线与通电导线之间都是通过磁场发生相互作用的
【审题关键】
序号
信息提取
①
电流周围也有磁场
②
电流和电流之间发生作用时也有
【解析】选D。磁场存在于磁体周围和电流周围,故A错误;磁场是实际存在的,不是假想的,磁感线是假想的,故B错误;磁场存在于磁体和电流周围,即使没有发生作用,磁场仍然是存在的,故C错误;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的,故D正确。
【素养训练】
1.如图所示,小磁针N极指向正确的是 ( )
【解析】选A。放入磁场中某点的小磁针,静止时N极所指的方向就是该点磁场的方向,可以判断A正确,B、C、D错误。
2.(多选)司南是中国古代辨别方向用的一种仪器,据近代考古学家猜测,司南是用天然磁铁矿石琢成一个勺形的东西,放在一个光滑的盘上,盘上刻着方位,可以辨别方向,如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.司南不可能仅具有一个磁极
B.司南能够指向南北,说明地球具有磁场
C.司南的指向会受到附近铜块的干扰
D.在司南正上方附近沿勺柄方向放置一直导线,导线通电时司南会发生偏转
【解析】选A、B、D。磁极是成对出现的,则司南不可能仅具有一个磁极,故A正确;司南能够指向南北,说明地球具有磁场,故B正确;铜不是磁性材料,则司南的指向不会受到附近铜块的干扰,故C错误;在司南正上方附近沿勺柄方向放置一直导线,因直导线下面的磁场与直导线垂直,可知导线通电时司南会发生偏转,故D正确。
【补偿训练】
1.如图所示,一条形磁铁的周围放着能自由转动的甲、乙、丙、丁四根小磁针,静止时,画错的是 ( )
A.甲 B.乙 C.丙 D.丁
【解析】选A。磁场中的磁感线方向从磁体的N极出来回到S极,小磁针静止时N极所指的方向与磁感线的方向相同;由图可以看出甲错误;故A正确。
2.下列关于磁场的说法,正确的是 ( )
A.在地磁场的作用下小磁针静止时指南的磁极叫北极,指北的磁极叫南极
B.磁场和电场一样,是客观存在的特殊物质
C.磁铁与磁铁之间的相互作用是通过磁场发生的,通电导体与通电导体之间的相互作用是通过电场发生的
D.19世纪初,法国科学家安培认为电与磁是联系的
【解析】选B。小磁针放在该处静止时北极所指的方向为北极,即指北的磁极叫北极,指南的磁极叫南极,故A错误;磁极之间的相互作用是通过磁场发生的,通电导体与通电导体之间的相互作用是通过磁场发生的,故C错误;磁场和电场一样,也是一种客观存在的特殊物质,故B正确;19世纪初,法国科学家安培认为电与磁是互不联系的,故D错误。
二 认识磁感线的性质
1.常见磁体的磁感线:
2.磁感线与电场线的比较:
比较内容
磁 感 线
电 场 线
相
似
点
引入目的
形象地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
不同点
闭合曲线
不闭合,起始于正电荷,终止于负电荷或无穷远;或者起始于无穷远,终止于负电荷
【思考·讨论】
如图是U形磁体的磁感线。
(1)a点没有磁感线,a点的磁场等于零吗? (物理观念)
提示:磁场不等于零,磁体周围存在磁场,磁感线是形象地描述磁场而引入的假想线,实际不存在,磁感线的疏密表示磁场的强弱,密集的地方磁场强,稀疏的地方磁场弱。
(2)磁感线是起始于正电荷,终止于负电荷吗? (物理观念)
提示:不是。磁感线是闭合曲线,没有起点和终点,图中没有画出磁体内部的磁感线。
【典例示范】
如图为某种用来束缚原子的磁场的磁感线分布情况,O点(图中白点)为坐标原点,沿z轴正方向磁场大小的变化最有可能是图中的(磁场的大小用B来表示)( )
【解题探究】
(1)沿z轴正方向磁感线疏密情况是怎样的?
提示:由密到疏再到密,即磁场由大到小再到大。
(2)能表示磁场由大到小再到大的函数图像怎样判断?
提示:C表示磁感应强度由大到小再到大。
【解析】选C。磁感线是为了形象地描述磁场而人为假想的曲线,其疏密程度反映磁场的强弱,磁感线越密的地方磁场越强,沿z轴正方向磁感线由密到疏再到密,即磁感应强度由大到小再到大,故只有C正确。
【规律方法】磁场中的磁感线描述
(1)在没画磁感线的地方,并不表示没有磁场存在;
(2)若多个磁体或电流的磁场在空间某区域叠加,磁感线描述的是叠加后的磁场的磁感线分布情况。
【母题追问】
1.把一个小磁针放置在【典例示范】磁场(未标出方向)中,静止时的指向如图所示。下列分析正确的是 ( )
A.S极指向该点磁场方向
B.N极指向该点磁场方向
C.该磁场是匀强磁场
D.a点的磁场方向水平向右
【解析】选B。物理学上规定:小磁针静止时N极所指的方向就是该点的磁场方向,故B正确;该点的磁场方向与S极指的方向相反,故A错误;由图看出,该磁场的磁感线分布不均匀,说明各处的磁感应强度不是处处相同,所以该磁场不是匀强磁场,故C错误;a点的磁场方向沿磁感线的切线方向:斜向右上方,故D错误。
2.在【典例示范】磁场中,取其中的一条磁感线,其上有A、B两点,则( )
A.A点的磁感应强度一定大
B.B点的磁感应强度一定大
C.因为磁感线是直线,A、B两点的磁感应强度一样大
D.条件不足,无法判断
【解析】选D。由磁场中一根磁感线无法判断某点周围的磁感线的疏密,故也无法判断某点磁场的强弱,故选项D正确。
【补偿训练】
1.关于电场线和磁感线,下列说法正确的是 ( )
A.电场线和磁感线都是闭合的曲线
B.磁感线是从磁体的N极发出,终止于S极
C.电场线和磁感线都不能相交
D.电场线和磁感线都是现实中存在的
【解析】选C。电场线和磁感线是分别用于描述电场和磁场分布情况的,在现实中都是不存在的;二者都不能相交;电场线是不闭合的,而磁感线是闭合曲线,选项C正确。
2.关于磁感线,下列说法正确的是 ( )
A.条形磁铁的磁感线从磁铁的N极出发,终止于磁铁的S极
B.磁感线的疏密表示磁场的强弱,磁感线疏的地方磁场弱,磁感线密的地方磁场强
C.磁感线是客观存在的物质,没画磁感线的地方就表示磁场不存在
D.通电长直导线周围的磁场方向可以用左手定则进行判断
【解析】选B。在磁体的外部,磁感线是从磁体的N极出发回到S极,但在磁体的内部,磁感线是从磁体的S极出发回到N极,故A错误;磁感线的疏密表示磁场的强弱,磁感线疏的地方磁场弱,磁感线密的地方磁场强,故B正确;磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向,但磁感线不是真实存在的,故C错误;通电长直导线周围的磁场方向可以用右手螺旋定则进行判断,故D错误。
三 科学探究——安培定则的应用
三种常见的电流的磁场
安培定则
立 体 图
横截面图
纵截面图
以导线上任意点为圆心的多组同心圆,越向外越稀疏,磁场越弱
内部磁场比环外强,磁感线越向外越稀疏
内部为匀强磁场且比外部强,方向由S极指向N极;外部类似条形磁铁,由N极指向S极
【思考·讨论】
演示实验:将一根与电源、开关相连接的直导线用架子架高,沿南北方向水平放置。将小磁针平行地放在直导线的下方。
(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? (科学探究)
提示:直线通电时,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方向,说明通电导线周围存在磁场。
(2)我们知道,磁场是有方向的,那么电流周围的磁场方向是怎样的呢?它与电流的方向有关吗? (科学探究)
提示:通电直导线周围的磁场与导线中电流的方向有关,电流和磁场的关系安培非常巧妙地总结出来,即安培定则。
【典例示范】
(多选)一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的下方,并与磁针指向平行,如图所示,此时小磁针的S极向纸内偏转,则这束带电粒子可能是
( )
A.向右飞行的正离子束 B.向左飞行的正离子束
C.向右飞行的负离子束 D.向左飞行的负离子束
【解题探究】
(1)小磁针的S极向纸内偏转,可判断磁场的方向是怎样?
提示:磁场方向垂直于纸面向外。
(2)带电粒子从小磁针下面通过时,电流的方向是沿什么方向?
提示:由安培定则可得电流方向向右,形成方向向右的电流的可以是正离子向右,负离子向左。
【解析】选A、D。小磁针S极向纸内偏转,说明电流产生的磁场在小磁针处垂直纸面向外,由安培定则可得电流方向向右,可以形成方向向右的电流的是向右飞行的正离子束或向左飞行的负离子束,则A、D正确。
【素养训练】
1.如图所示,E、F分别表示蓄电池两极,P、Q分别表示螺线管两端。当闭合开关时,发现小磁针N极偏向螺线管Q端。下列判断正确的是 ( )
A.E为蓄电池正极
B.螺线管P端为S极
C.流过电阻R的电流方向向上
D.管内磁场方向由P指向Q
【解析】选C。由题知,闭合开关时,螺线管Q端为S极,管内磁场方向由Q指向P,根据安培定则判断知,E为蓄电池的负极,电阻R中的电流方向向上,故C项正确。
2.在如图所示的磁场中有一个垂直于磁场方向放置的闭合圆环,现在圆环的直径ab平行于导线ef,沿直径由a到b移动时,则磁场的变化情况是( )
A.变小 B.变大
C.不变 D.先变小后变大
【解析】选C。由图可知,圆环的直径ab平行于导线ef,沿直径由a到b移动时,磁场不变,故C正确。
3.如图所示,通电螺线管中放入一小磁针,则通电后小磁针的N极指向及螺线管a端的极性分别为 ( )
A.小磁针的N极指向a端,a端为N极
B.小磁针的N极指向a端,a端为S极
C.小磁针的N极指向b端,a端为N极
D.小磁针的N极指向b端,a端为S极
【解析】选A。由安培定则可得,螺线管a端为N极,b端为S极,螺线管内部磁感线从S极指向N极,所以小磁针N极指向a端,故A正确。
【补偿训练】
如图所示,环形导线周围有三只小磁针a、b、c,闭合开关S后,三只小磁针N极的偏转方向是 ( )
A.全向里 B.全向外
C.a向里,b、c向外 D.a、c向外,b向里
【解析】选D。由安培定则可以判断环形导线内部磁场方向向里,外部磁场方向向外,a、c磁针的N极向外,b磁针的N极向里。
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课堂检测·素养达标
1.(多选)磁体与磁体间、磁体与通电导体间、通电导体与通电导体间相互作用的示意图,以下正确的是 ( )
A.磁体?磁场?磁体
B.磁体?磁场?通电导体
C.通电导体?电场?通电导体
D.通电导体?磁场?通电导体
【解析】选A、B、D。磁体与磁体间、磁体与通电导体间、通电导体与通电导体间的相互作用都是通过磁场来传递的。
2.图中已标出电流及电流磁场的方向,其中正确的是 ( )
【解析】选D。判断电流与电流磁场的方向利用的是安培定则,大拇指指向直导线电流方向,四指指向磁感线方向,选项A、B错误;对于螺线管和环形电流,四指弯曲方向为电流方向,大拇指指向内部磁场方向,故选项C错误,选项D正确。
3.(多选)如图所示,直导线AB、螺线管C、电磁铁D三者相距较远,其磁场互不影响,当开关S闭合后,小磁针北极N(黑色一端)指示的磁场方向正确的是( )
A.a B.b C.c D.d
【解析】选B、D。为了便于判断所标出小磁针N极的指向是否正确,先根据安培定则画出有关磁场中经过小磁针的磁感线及其方向,如图所示。根据安培定则,对于通电直导线AB磁感线是以导线AB上各点为圆心的同心圆,且都在跟导线垂直的平面上,其方向是逆时针方向,显然磁针a标示错误。通电螺线管C内部的磁感线是由左向右,外部的磁感线是由右向左,故b标示正确,c标示错误。对电磁铁D(与蹄形磁铁相似),由安培定则可知,电磁铁的左端为N极,右端为S极,可见小磁针d标示正确,因此正确选项为B、D。
4.一块没有标明南、北极的小磁针,你能想办法判断它的磁极吗?
(1)A同学用一个已知磁性的小磁针,立刻得出了结果。你知道他是怎样得出的吗?
(2)B同学设计了这样一个方案:他将小磁针固定在小塑料盘中,然后放在水中。他得出的结论也是正确的,你能说出他利用了什么原理吗?
【解析】(1)A同学利用磁极与磁极间的相互作用规律:同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。
(2)B同学利用了地磁场对小磁针的影响,地理的南极为地磁的北极,地理的北极为地磁的南极。小磁针指地理南极的一端一定是小磁针的S极,指地理北极的一端一定是小磁针的N极。
情境:云层之间闪电的模拟图如图所示,图中B、A是位于南、北方向带有电荷的两块阴雨云,在放电的过程中,两云的尖端之间形成了一个放电通道,发现位于通道正上方的小磁针N极转向纸里,S极转向纸外。
问题:试分析B、A的带电情况?
【解析】云层间放电必须发生在异号电荷之间,在云层间放电时,形成的强电场和高温将空气电离成正离子和负离子,并在强电场的作用下做定向移动,形成电流,相当于通电直导线形成磁场。由题意知,从南往北看,磁场是逆时针的,根据安培定则可以判断电流是从A流向B的,故可知A带正电,B带负电。
答案:见解析
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课时素养评价 十六
磁场 磁感线
(15分钟 30分)
一、选择题(本题共4小题,每题5分,共20分)
1.下列关于磁场和磁感线的描述正确的是 ( )
A.两条磁感线可以相交
B.磁感线是真实存在的曲线
C.两条磁感线之间不存在磁场
D.磁感线是为了形象地描述磁场而引入的假想曲线
【解析】选D。两条磁感线不相交,A错;磁感线是假想曲线,B错,D对;磁感线存在的空间有磁场,C错。
2.法国学者安培提出了著名的分子电流假说。他认为,在原子、分子等物质微粒内部,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),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)等效为小磁针的图示中正确的是 ( )
【解析】选B。环形电流与磁场的关系:使用安培定则,环形电流的方向与电子运动的方向相反,可判定环形电流中心轴线上磁场的方向水平向左,即小磁针N极的方向水平向左。则B正确。
3.如图所示,一足够长的直导线ab靠近通电螺线管,与螺线管平行。用磁传感器测量ab上各点的磁感应强度B,在计算机屏幕上显示的大致图像是( )
【解析】选C。通电螺线管的磁场与条形磁体的磁感线类似。螺线管的两极附近磁场最强,两极的外侧及螺线管中间区域磁场较弱,C项正确。
4.关于通电直导线周围磁场的磁感线分布,如图所示的示意图中正确的
是 ( )
【解析】选A。由安培定则判断可知A正确。
【补偿训练】
假设一个电子在地球表面绕地球旋转,则 ( )
A.它由东向西绕赤道运动能产生与地磁场相似的磁场
B.它由西向东绕赤道运动能产生与地磁场相似的磁场
C.它由南向北绕子午线运动能产生与地磁场相似的磁场
D.它由北向南绕子午线运动能产生与地磁场相似的磁场
【解析】选B。形成地磁场的环形电流应该是自东向西,电子运动形成环形电流,它的绕行方向是自西向东。故B项正确。
二、计算题(10分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)
5.如图所示,把一条通电导线平行地放在小磁针的上方,我们发现小磁针发生偏转,当改用两个或者更多的电池时,小磁针偏转的快慢有什么变化?把小磁针放在距离导线稍远的地方进行实验,小磁针偏转的快慢又有什么变化?动脑想一想:小磁针的偏转意味着什么?小磁针静止时的指向意味着什么?小磁针偏转的快慢又意味着什么?
【解析】当用更多电池时,导线中电流越大,其周围的磁场就越强,小磁针偏转得就快一些。小磁针距导线远一些,磁场就弱一些,小磁针会偏转得慢一些。小磁针偏转意味着该处有磁场,受到磁场力的作用,小磁针静止意味着小磁针的方向与磁场方向一致,小磁针偏转的快慢,反映了它受力的大小,也反映了此处磁场的强弱。
答案:见解析
(10分钟 20分)
6.(6分)如图所示,将一根光滑的圆木柱固定在一个木制的圆盘底座C上,将两个内径略大于圆木柱直径、质量均为m的磁环A、B套在圆木柱上,且同名磁极相对,结果磁环A悬浮后静止。已知重力加速度为g。这时磁环B对底座C的压力FN的大小为 ( )
A.FN=mg B.FN=2mg
C.FN>2mg D.mg【解析】选B。以A、B整体为研究对象,由平衡条件可知,C对B的支持力为2mg,再由牛顿第三定律可知,B对C的压力大小也是2mg,B项正确。
7.(14分)两个完全相同的条形磁铁,放在平板AB上,磁铁的N、S极如图所示,开始时平板及磁铁皆处于水平位置,且静止不动。
a.现将AB突然竖直向上平移(平板与磁铁之间始终接触),并使之停在A″B″处,结果发现两个条形磁铁吸在了一起。
b.如果将AB从原来位置突然竖直向下平移,并使之停在位置A′B′处,结果发现两条形磁铁也吸在了一起,请回答下列问题:
(1)开始时两磁铁静止不动,磁铁间的相互作用力是 力;右侧的磁铁受到的静摩擦力的方向向 。?
(2)在a过程中磁铁开始滑动时,平板正在向上加速还是减速呢?答: 。?
(3)在b过程中磁铁开始滑动时,平板正在向下加速还是减速呢?答: 。?
【解析】磁铁静止时,二者间的相互吸引力与静摩擦力大小相等,对右侧的磁铁来说,吸引力向左,静摩擦力向右。当平板向上运动而两磁铁吸在一起时,说明摩擦力减小,磁铁所受支持力减小,磁铁应处于失重状态,所以平板应向上减速运动,加速度方向向下。当平板向下运动而两磁铁吸在一起时,磁铁应处于失重状态,所以加速度仍向下,故是向下加速运动。
答案:(1)吸引 右 (2)减速 (3)加速
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