(共43张PPT)
4.电磁波的发现及应用
1.电磁波的发现:
(1)麦克斯韦的电磁场理论:
①变化的磁场产生电场。实验基础:如图所示,在变化
的磁场中放一个闭合电路,电路里就会产生_________。
麦克斯韦对该问题的见解:回路里有_________产生,一
定是变化的磁场产生了_____,自由电荷在电场的作用
下发生了定向移动。
该现象的实质:变化的磁场产生了_____。
感应电流
感应电流
电场
电场
②变化的电场产生磁场。麦克斯韦大胆地假设,既然变
化的磁场能产生电场,那么变化的电场也会在空间产生
_____。
磁场
(2)电磁波的产生:如果在空间某区域中有周期性变化
的电场,那么,这个变化的电场就在它周围空间产生周
期性变化的_____,这个变化的磁场又在它周围空间产
生新的周期性变化的_____……可见,变化的电场和变
化的磁场_________,由近及远地向周围传播,形成
_______。
磁场
电场
交替产生
电磁波
(3)电磁波的特点:
①电磁波中的电场强度与磁感应强度互相_____,而且
二者均与波的传播方向_____,所以电磁波是_____。
②电磁波的速度等于_____,光的本质是_______。
垂直
垂直
横波
光速
电磁波
(4)1888年,_____通过实验证实了电磁波的存在,证实了麦克斯韦的电磁场理论,为无线电技术的发展开拓了道路。
赫兹
2.电磁波谱:
(1)电磁波谱:按电磁波的_____或_____大小的顺序把
它们排列成谱。
(2)按波长从长到短依次为:无线电波、_______、
_______、紫外线、______、_______。
波长
频率
红外线
可见光
X射线
γ射线
(3)电磁波传递能量:从场的观点来看电场具有电能,磁
场具有磁能,电磁场具有_______。电磁波的发射过程
就是辐射_____的过程。电磁波在空间传播,_______就
随着一起传播。
电磁能
能量
电磁能
主题一 电磁波的发现
任务1 伟大的预言
【问题探究】
(1)在电场周围一定产生磁场吗?
提示:不一定。变化的电场周围一定产生磁场,不变化的电场周围不产生磁场。
(2)变化的磁场一定产生变化的电场吗?
提示:不一定。均匀变化的磁场产生恒定的电场,非均匀变化的磁场产生变化的电场。
(3)麦克斯韦提出“变化的磁场产生电场”“变化的电
场产生磁场”的依据是什么?
提示:麦克斯韦是在法拉第电磁感应现象的基础上提出
“变化的磁场产生电场”的假设。“变化的电场产生
磁场”是他相信自然规律和谐统一而假设的,他相信磁
场和电场有对称之美。他认为:既然变化的磁场能够在
空间产生电场,那么变化的电场也能够在空间产生磁场。
(4)麦克斯韦关于电磁场理论的主要论点是什么?
提示:麦克斯韦关于电磁场理论的两大论点:①变化的磁场产生电场;②变化的电场产生磁场。
任务2 电磁波的特点
【问题探究】
(1)电磁波是如何产生的?
提示:根据两个基本点,麦克斯韦进一步推断:如果在空间某处有变化的电场,那么这个变化的电场就在空间产生变化的磁场;这个变化的磁场又会引起新的变化的电场,如此下去,变化的电场和磁场交替产生,从而形成由近至远传播的电磁波。
(2)电场和磁场同时存在的空间就是电磁场吗?
提示:不是。周期性变化的电场产生周期性变化的磁场,而周期性变化的磁场又产生周期性变化的电场,二者形成不可分割的统一体。
【结论生成】
1.麦克斯韦电磁场理论:(物理观念)
(1)变化的磁场周围产生电场,这是一种普遍存在的现象,跟闭合电路是否存在无关。
(2)在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的,而静电场中的电场线是不闭合的。
(3)有单独存在的静电场,也有单独存在的静磁场,但没有静止的电磁场。
2.电磁波与机械波的区别:(科学思维)
(1)电磁波是横波,机械波有横波和纵波两类。
(2)电磁波的速度(在真空中等于光速)远大于机械波的波速(例如,空气中的声速在常温下只有340
m/s)。
(3)电磁波的传播不需要介质(在真空中也能传播),机械波的传播必须有介质。
(4)电磁波向外传播的是电磁能,机械波传播的是机械能。
【典例示范】
关于电磁场理论,下列说法中正确的是
( )
A.在电场周围一定产生磁场,磁场周围一定产生电场
B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场,变化的磁场
周围一定产生变化的电场
C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
D.周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场
【解析】选D。根据麦克斯韦的电磁场理论,只有变化的电场才产生磁场,均匀变化的电场产生恒定的磁场,非均匀变化的电场产生变化的磁场。周期性变化的电场产生同频率变化的磁场。
【探究训练】
(多选)下列说法正确的是
( )
A.电荷周围一定有电场,也一定有磁场
B.均匀变化的电场在其周围空间一定产生磁场
C.任何变化的电场在其周围一定产生变化的磁场
D.正弦交变电场在其周围空间一定产生同频率变化的磁场
【解析】选B、D。根据麦克斯韦的电磁理论,只有变化的电场(或磁场)在其周围才能产生磁场(或电场),周期性变化的电场(或磁场)在其周围空间产生同频率周期性变化的磁场(或电场),均匀变化的电场在其周围空间产生稳定的磁场,故B、D选项正确。
【补偿训练】
(多选)根据麦克斯韦的电磁场理论,以下叙述中正确的是
( )
A.教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场
B.工作时的电磁打点计时器周围必有磁场和电场
C.稳定的电场产生稳定的磁场,稳定的磁场激发稳定的电场
D.电磁波在传播过程中,电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直
【解析】选A、B、D。教室中亮着的日光灯、工作时的打点计时器用的是振荡电流,在其周围产生振荡磁场和电场,故选项A、B正确;稳定的电场不会产生磁场,故选项C错误;电磁波是横波,电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直,故选项D正确。
主题二 电磁波谱
任务1 电磁波谱、无线电波
【生活情境】
【问题探究】
(1)按电磁波的波长从长到短分布的电磁波谱是怎样的?
提示:按电磁波的波长从长到短分布的电磁波谱是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
(2)简述电磁波谱中各类不同电磁波的特性与应用。
提示:无线电波波动性强,主要用于无线通讯;红外线热
效应显著,衍射性强,主要用于加热、高空摄影、红外
遥感等;可见光引起视觉产生色彩效应,用于照明等;紫
外线化学、生理作用显著,能产生荧光效应,用于日光
灯、杀菌消毒等;X射线、γ射线穿透本领强,用于医疗
探伤等。
任务2 红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线、电磁波传递能量
【问题探究】
(1)天空为什么是亮的,看起来是蓝色的,傍晚的阳光却比较红?
提示:由于大气把阳光向四面八方散射,所以看到天空是亮的。在没有大气的太空,即使太阳高悬在空中,它周围的天空也是黑暗的。由于波长较短的光比波长较长的光更容易被大气散射,所以天空看起来是蓝色的。大气对波长较短的光吸收能力比较强,傍晚的阳光在穿过厚厚的大气层时,蓝光、紫光大部分被吸收掉了,剩下红光、橙光通过大气射入我们的眼睛,所以傍晚的阳光比较红。
(2)医学上常用于透视人体的是哪种射线?为什么?
提示:X射线,X射线的穿透本领强。
(3)哪些现象能说明电磁波具有能量?试举例。
提示:例如:放在红外线区域的温度计升温很快;γ射线具有很强的贯穿能力等。
【结论生成】
各种电磁波的共性:
(物理观念)
(1)它们在本质上都是电磁波,它们遵循相同的规律,各波段之间的区别并没有绝对的意义。
(2)都遵守公式v=λf,它们在真空中的传播速度都是c=3×108
m/s。
(3)它们的传播都不需要介质。
(4)它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。
【典例示范】
(多选)关于电磁波谱,下列说法正确的是
( )
A.电磁波中最容易表现出衍射现象的是无线电波
B.紫外线的频率比可见光低,长时间照射可以促进钙的吸收,改善身体健康
C.X射线和γ射线的波长比较短,穿透力比较强
D.红外线的显著作用是热作用,温度较低的物体不能辐射红外线
【解析】选A、C。在电磁波谱中无线电波的波长最大,故最容易发生衍射的是无线电波,故A正确;紫外线的频率比可见光的高,长时间照射可以促进钙的吸收,改善身体健康,选项B错误;X射线和γ射线的波长比较短,穿透力比较强,选项C正确;红外线的显著作用是热作用,任何物体都能辐射红外线,选项D错误。故选A、C。
【探究训练】
电磁波包含了γ射线、红外线、紫外线、无线电波等,按波长由长到短的排列顺序是
( )
A.无线电波、红外线、紫外线、γ射线
B.红外线、无线电波、γ射线、紫外线
C.γ射线、红外线、紫外线、无线电波
D.紫外线、无线电波、γ射线、红外线
【解析】选A。在电磁波谱中,无线电波波长最长,γ射线波长最短,红外线的波长大于紫外线的波长。则A正确,B、C、D错误。
【课堂小结】(共25张PPT)
3.电磁感应现象及应用
1.电流的磁效应:
1820年,丹麦物理学家_______发现载流导线能使小磁针
偏转,这种作用称为电流的磁效应。
2.电磁感应现象:
1831年,英国物理学家_______发现了“磁生电”的现象,
这种现象叫作_____________,产生的电流叫_________。
奥斯特
法拉第
电磁感应现象
感应电流
3.产生感应电流的条件:
(1)_________;
(2)___________________________
闭合回路
穿过闭合回路的磁通量变化。
4.电磁感应现象发现的意义:
(1)电磁感应现象的发现使人们对电与磁内在联系的认
识更加完善,宣告了_______作为一门统一学科的诞生。
(2)电磁感应现象的发现使人们找到了_______的条件,
开辟了人类的电气化时代。
电磁学
磁生电
主题 产生感应电流的条件
【实验情境1】
闭合回路的部分导体切割磁感线
【问题探究】
磁场中的导体如何运动才能产生感应电流?
提示:当导体棒左右运动时,切割磁感线,有电流产生;导体棒上下平动时,不切割磁感线,没有电流产生。
【实验情境2】
把条形磁铁插入或拔出线圈
【问题探究】
条形磁铁在螺线管中运动是否产生感应电流?
提示:在闭合回路中,当线圈和磁铁发生相对运动时,回路中有感应电流;当磁铁相对线圈静止时,回路中无感应电流。
【实验情境3】
模拟法拉第的实验
【问题探究】
改变线圈A中的电流,线圈B中是否产生感应电流?
提示:只有当线圈A中电流变化时,线圈B中才有电流产生。
【结论生成】
感应电流产生的必要条件是穿过闭合导体回路的磁通量发生变化,所以判断感应电流有无时:
(科学思维)
1.明确导体回路是否闭合。
2.判断穿过回路的磁通量是否发生变化。穿过闭合导体回路的磁通量发生变化,大致有以下几种情况。
(1)磁感应强度B不变,线圈面积S发生变化,例如闭合导体回路的一部分导体切割磁感线时。
(2)线圈面积S不变,磁感应强度B发生变化,例如线圈与磁体之间发生相对运动时或者磁场是由通电螺线管产生,而螺线管中的电流变化时。
(3)磁感应强度B和回路面积S同时发生变化,此时可由ΔΦ=|Φ2-Φ1|计算并判断磁通量是否变化。
(4)线圈面积S不变,磁感应强度B也不变,但二者之间夹角发生变化,例如线圈在磁场中转动时。
【典例示范】
为观察电磁感应现象,某学生将电流计、螺线管A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路。
(1)当接通和断开开关时,电流计的指针都没有偏转,其原因是
( )
A.开关位置接错
B.电流计的正、负极接反
C.线圈B的3、4接头接反
D.蓄电池的正、负极接反
(2)在开始实验之前,需要先确定电流计指针偏转方向
与电流方向之间的关系,为此还需要的器材是_____,?
具体方法是__________________________________。?
【解析】(1)因感应电流产生的条件是闭合电路中的磁通量发生变化,由电路图可知,若把开关接在螺线管B所在电路,因与1、2接头相连的电路电流不改变,所以不可能有感应电流,电流计也不可能偏转,开关应接在螺线管A与电源之间。
(2)利用正负极已确定的干电池,与电流计和保护电阻串联,可以确定电流的流向与电流计指针偏转方向的关系。
答案:(1)A (2)一节干电池、保护电阻 用一节干电池与电流计、保护电阻串联连接,确定电流的流向与电流计指针偏转方向的关系
【规律方法】分析磁通量发生变化的因素:
由Φ=BScosθ可知:当
①磁感应强度B发生变化;
②线圈的面积S发生变化;
③磁感应强度B的垂直平面与面积S之间的夹角θ发生变化。
这三种情况都可以引起磁通量发生变化。
【探究训练】
关于电磁感应现象,下列说法正确的是
( )
A.只要穿过电路中的磁通量发生变化,电路中一定会产生感应电流
B.只要导体相对于磁场运动,导体内一定会产生感应电流
C.只要闭合电路在磁场中做切割磁感线运动,电路中一定会产生感应电流
D.只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,电路中一定会产生感应电流
【解析】选D。电路不一定闭合,所以电路中不一定产生感应电流,故A错误。导体相对于磁场运动,但导体外部不一定构成回路,所以不一定产生感应电流,故B错误。闭合电路在磁场中切割磁感线运动,磁通量不一定发生变化,电路中不一定产生感应电流。感应电流产生的条件是穿过闭合电路磁通量发生变化,故D正确。
【课堂小结】(共45张PPT)
2.磁感应强度 磁通量
一、磁感应强度的概念和特点
1.磁感应强度的意义及方向性:
(1)物理意义:描述_________的物理量。
(2)方向:小磁针静止时____所指的方向规定为该点的
磁感应强度方向,简称为_____方向。
(3)磁感应强度是_____(选填“标量”或“矢量”)。
磁场强弱
N极
磁场
矢量
2.磁感应强度的大小:
(1)电流元:很短的一段通电导线中的______与_______
____的乘积。
(2)大小:一个电流元垂直放入磁场中的某点,电流元
受到的_______与该_______的比值,B=_____。
(3)单位:特斯拉,简称特,符号是T,1
T=
___________。?
电流I
导线长
度L
磁场力
电流元
1
N/(A·m)
二、磁通量
1.定义:匀强磁场磁感应强度B和与磁场方向_____的平
面面积S的乘积,即Φ=___。
2.单位:_____
,符号Wb,1
Wb=1
_____。
垂直
BS
韦伯
T·m2
主题一 磁感应强度
任务1 磁感应强度的方向
【生活情境】
条形磁铁放在桌面上,小磁针放在磁铁的不同位置。
【问题探究】
(1)不同位置的小磁针北极指向是否相同?
提示:指向不同。
(2)以上现象说明了什么?
提示:条形磁铁周围不同的位置磁场方向不同,也就是磁感应强度方向不同。
(3)磁感应强度的方向是怎么规定的?
提示:规定小磁针静止的时候N极所指的方向为磁感应强度的方向。
任务2 磁感应强度的大小
【实验情境】
【问题探究】
观察如图所示“探究影响通电导线受力的因素”的实验,思考以下几个问题:
(1)实验装置中,
通电导线应如何放入磁场中?
为什么?
提示:通电导线应垂直放入磁场中。只有通电导线与磁场方向垂直时,它所受磁场力才是最大,此时磁场力F与电流元IL的关系最简单,其大小与IL的乘积成正比,
公式F=ILB才成立。
(2)如何根据实验现象判断通电导线所受磁场力F的大小?
提示:可以根据通电导线摆动角度的大小来判断所受磁场力F的大小,
摆动角度越大,所受磁场力F越大。
(3)影响通电导线受力大小的因素有直导线的长度和电流大小,
实验中是采用什么方法来探究通电直导线受力大小与这两个因素的关系的?
提示:采用控制变量法。探究受力大小与直导线长度的关系时,
控制电流大小不变;
探究受力大小与电流大小的关系时,
控制直导线长度不变。
(4)通过实验总结通电直导线受力大小与导线长度、
电流大小的关系。
提示:当通电直导线与磁场方向垂直时,它受力的大小既与导线的长度L成正比,又与导线中的电流I成正比,即与I和L的乘积IL成正比,用公式表示就是F=ILB。
【结论生成】
1.控制变量法探究影响通电导线受力的因素:(科学探究)
(1)长度不变,改变电流大小,通过观察直导线摆动角度大小来比较磁场力大小。
(2)电流不变,改变磁场中直导线的长度,通过观察直导线摆动角度的大小比较磁场力的大小。
(3)结论:直导线与磁场垂直时,它受力大小既与导线的长度L成正比,又与导线中的电流I成正比。
2.对电磁感应强度定义式的理解:(物理观念)
(1)对于定义式B=
,不能理解为B与F成正比,与IL成
反比。B由磁场本身决定。
(2)用
描述磁场强弱时,通电导线必须与磁场方向垂
直,因为不垂直时F大小与垂直时不相等。
(3)磁感应强度B是矢量,其大小和方向分别表示磁场的
强弱和方向,两个磁场叠加时,应遵守矢量运算法则。
【典例示范】
下列说法正确的是
( )
A.磁场中某点的磁感应强度的大小和方向与放在该点的导体受力情况无关
B.磁场看不见、摸不着,实际不存在,是人们假想出来的一种物质
C.磁场中某点的磁感应强度的方向就是放在该点的一段通电导体的受力方向
D.磁场中某点的试探电流元不受磁场力作用时,该点磁感应强度的大小为零
【解析】选A。磁场中某点的磁感应强度的大小只由磁
场本身决定,与放在该点的导体受力情况无关,选项A正
确;磁场虽然看不见、摸不着,但是磁场是实际存在的
一种物质,选项B错误;磁场中某点的磁感应强度的方向
与放在该点的一段通电导体的受力方向垂直,选项C错
误;一小段通电导体在磁场中某处不受磁场力,可能导
体与磁场平行,因此磁感应强度不一定为零,故D错误。
【探究训练】
1.物理学中,通过引入检验电流来了解磁场力的特性,对
检验电流的要求是
( )
A.将检验电流放入磁场,测量其所受的磁场力F,导线长
度L,通电电流I,应用公式B=
,即可测得磁感应强度B
B.检验电流宜大些
C.磁感应强度定义公式B=
只能应用于匀强磁场
D.只要满足长度L很短、电流很小、将其垂直放入磁场
的条件,公式B=
对任何磁场都适用
【解析】选D。用检验电流来了解磁场,要求检验电流
对原来磁场的影响很小,可以忽略,所以导体长度L应很
短,电流应很小,为了使得效果明显,检验电流应垂直磁
场方向放置,故A、B错误,D正确;磁感应强度的定义式
B=
适用于所有磁场,C错误。
2.(2020·浙江7月选考)特高压直流输电是国家重点能源工程。如图所示,两根等高、相互平行的水平长直导线分别通有方向相同的电流I1和I2,I1>I2。a、b、c三点连线与两根导线等高并垂直,b点位于两根导线间的中点,a、c两点与b点距离相等,d点位于b点正下方。不考虑地磁场的影响,则
( )
A.b点处的磁感应强度大小为0
B.d点处的磁感应强度大小为0
C.a点处的磁感应强度方向竖直向下
D.c点处的磁感应强度方向竖直向下
【解析】选C。通电直导线周围产生磁场方向由安培定则判断,如图所示
I1在b点产生的磁场方向向上,I2在b点产生的磁场方向向下,因为I1>I2,即B1>B2,则在b点的磁感应强度不为零,A错误;由图可知,d点处的磁感应强度不为零,a点处的磁感应强度竖直向下,c点处的磁感应强度竖直向上,B、D错误,C正确。
【补偿训练】如图所示,长度L=0.10
m的通电直导线位于匀强磁场中,导线与磁场方向垂直。当导线中的电流I=1.0
A时,导线所受安培力的大小F=0.02
N。该匀强磁场的磁感应强度大小为( )
A.0.02
T
B.0.04
T
C.0.1
T
D.0.2
T
【解析】选D。因电流与磁场相互垂直,根据F=BIL解
得:B=
=
T=0.2
T;故D正确,A、B、C错误。
主题二 匀强磁场和磁通量
任务1 匀强磁场
【生活情境】
如图甲、乙中,除去边缘部分的磁场为匀强磁场,观察思考:
【问题探究】
匀强磁场的磁感线有什么特点?
提示:匀强磁场的磁感线是一些间隔距离相同的平行直线。
任务2 磁通量
【实验情境】
磁通量是既与磁感应强度B和面积S有关,又和磁感应强度B和面积S的夹角有关的物理量,思考并回答以下几个问题:
【问题探究】
(1)磁通量的概念是怎样的?
提示:在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个与磁场垂直的平面,面积为S,把B与S的乘积叫作穿过这个面积的磁通量,用Φ表示,即Ф=BS。
(2)如图,当磁场方向与平面成θ角时,磁通量的表达式是怎样的?当磁场与平面平行时,磁通量是多少?
提示:当磁场与平面成θ角时,磁通量Ф=BSsinθ,当磁场与平面平行时,磁通量Φ=0。
【结论生成】
磁通量的计算:(科学思维)
(1)公式:Φ=BS。
适用条件:①匀强磁场。②磁感线与平面垂直。
(2)在匀强磁场B中,若磁感线与平面不垂直,公式Φ=BS
中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积。
如果磁场B不与我们研究的对象垂直,例如图中的S,
则有
S⊥=Scos
θ Φ=BScos
θ
式中Scos
θ即为面积S在垂直于磁感线
方向上的投影,我们称为“有效面积”。
【典例示范】如图所示,一个单匝线圈abcd水平放置,面积为S,有一半面积处在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B,当线圈以ab边为轴转过30°和60°时,穿过线圈的磁通量分别是多少?
【解析】当线圈分别转过30°和60°时,线圈平面在垂
直于磁场方向的有效面积相同,都有S⊥=
,所以磁通
量相同,都等于
。
答案:
【规律方法】磁通量的两点说明
(1)磁通量是标量,但有正负,若磁感线从某一面上穿入时,磁通量为正值,则磁感线从此面穿出时为负值。
(2)若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面且正向磁通量为Φ1,反向磁通量为-Φ2(且Φ1>Φ2>0)
,则穿过该平面的磁通量Φ=Φ1-Φ2。
【探究训练】如图所示,框架ABCD面积为S,
框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向
垂直,则穿过框架平面的磁通量为________。
若使框架绕OO′转过60°角,则穿过框架平面的磁通量为
__________;若从初始位置转过90°角,则穿过框架平面的
磁通量为________;若从初始位置转过180°角,则穿过框
架平面的磁通量的变化量是________。?
【解析】初始位置Φ1=BS;框架转过60°角时Φ2=BS⊥
=BScos
60°=
BS;框架转过90°角时Φ3=BS⊥=
BScos
90°=0;若规定初始位置磁通量为“正”,则框
架转过180°角时磁感线从反面穿出,故末态磁通量为
“负”,即Φ4=-BS,所以ΔΦ=|Φ4-Φ1|=|(-BS)-BS|
=2BS。
答案:BS
BS 0 2BS
【补偿训练】如图所示,半径为R的圆形线圈共有n匝,其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场,磁场方向垂直线圈平面。若磁感应强度为B,则穿过线圈的磁通量为
( )
A.πBR2
B.πBr2
C.nπBR2
D.nπBr2
【解析】选B。磁通量与线圈匝数无关;且磁感线穿过的面积为πr2,而并非πR2,故B项对。
【课堂小结】(共43张PPT)
第十三章
电磁感应与电磁波初步
1.磁场 磁感线
1.电和磁的联系:
(1)奥斯特实验:将水平导线沿_____方向放在小磁针的
上方,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。
南北
电流的磁效应
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。
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方向的曲线,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磁感线是为研究磁场方便而假想的具有_____的曲线,
实际并不存在。
②磁感线的疏密程度表示磁场_____,磁场强的地方磁
感线_____,磁场弱的地方磁感线_____。
方向
强弱
密集
稀疏
③磁感线上每一点的_____方向就是该点的磁场方向。
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。
切线
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方
向与_____方向一致,弯曲的四指所指的方向就是_____
_______的方向。(如图甲)
电流
磁感
线环绕
(2)环形电流:让右手弯曲的四指与_________方向一致,
伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上_______的
方向。(如图乙)
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
的方向跟_____的方向一致,拇指所指的方向就是螺线
管_____磁感线的方向。
(如图丙)
电流
内部
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一样,
在磁场中画一些有方向的曲线,
使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致,
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(物理观念)
(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方向,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、方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。
【典例示范】
(多选)下列关于磁场的说法正确的是
( )
A.最基本的性质是对处于其中的磁体和通电导体有力的作用
B.磁场是看不见、摸不着、实际不存在的,是人们假想出来的一种物质
C.磁场是客观存在的一种特殊的物质形态
D.磁场的存在与否决定于人的思想,想其有则有,想其无则无
【解析】选A、C。磁场虽看不见、摸不着,但它是客观存在的,不以人的意志为转移,它是一种特殊的物质形态,最基本的性质是对处于其中的磁体和通电导体有力的作用。
【规律方法】
(1)磁场存在:磁体的周围存在磁场,通电导体周围也存在磁场。
(2)物质性:磁场虽然不是由分子、原子组成的,但是它是客观存在的,具有物质的属性,因此它是一种比较特殊的物质。
(3)方向性:磁场是有方向的,磁场中某一点磁场的方向为小磁针位于该点时,小磁针N极的受力方向或小磁针静止时N极所指的方向。
【探究训练】
(多选)关于磁场和磁感线的描述,下列说法中正确的是
( )
A.磁极与磁极之间、磁极与电流之间都可以通过磁场发生相互作用
B.磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向,它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致
C.磁感线总是从磁铁的N极出发,到S极终止
D.磁感线可以用细铁屑来显示,因而是真实存在的
【解析】选A、B。磁场是一种特殊物质,磁极、电流间发生作用都是通过磁场发生的,故A对;磁感线是为形象描述磁场而假想的线,不是真实存在的,故D错;磁感线的切线方向表示磁场的方向,磁感线的疏密表示磁场的强弱,故B对;磁感线是闭合曲线,在磁体外部由N极指向S极,在磁体内部由S极指向N极,故C错。
主题二 电流周围的磁场
任务1 安培定则
【生活情境】
安培定则有两个重要的方向:大拇指指向和四指环绕的方向,结合这两个方向讨论。
【问题探究】
(1)对于通电直导线两个方向有何意义?
提示:拇指所指的方向与电流方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向。
(2)对于环形电流和通电螺线管两个方向有何意义
?
提示:右手弯曲的四指与环形电流或通电螺线管电流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是环形电流中心轴线上磁感线的方向。
任务2 安培定则的应用
【实验情境】
【问题探究】
直线电流、环形电流和通电螺线管有哪些相似和不同?
提示:
【结论生成】
1.三种电流磁场的特点:(物理观念)
(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,磁场方向由S极指向N极。
2.安培定则中的“因果”关系:(科学思维)
(1)在判定直线电流的磁场的方向时,大拇指指“原因”——电流方向,四指指“结果”
——磁场绕向。
(2)在判定环形电流磁场方向时,四指指“原因”
——电流方向,拇指指“结果”
——环内沿中心轴线的磁感线方向。
【典例示范】
当导线中分别通以图示方向的电流,小磁针静止时北极指向读者的是
( )
【解析】选C。通电直导线电流从左向右,根据安培定
则,则有小磁针所处的位置磁场方向垂直纸面向里,所
以小磁针静止时北极背离读者,故A错误;通电直导线电
流竖直向上,根据安培定则,磁场的方向为逆时针(从上
向下看),因此小磁针静止时北极背离读者,故B错误;环
形导线的电流方向如题图C所示,根据安培定则,则有小
磁针所处的位置磁场方向垂直纸面向外,所以小磁针静止时北极指向读者,故C正确;根据安培定则,结合电流的方向,则通电螺线管的内部磁场方向由右向左,则小磁针静止时北极指向左,故D错误。
【规律方法】由电流的方向判断磁场的方向
(1)明确电流或带电粒子流的方向。
(2)根据安培定则和电流的形式确定磁场的方向及磁感线的分布。
(3)由磁感线的分布明确磁场中小磁针N极受力的方向。
【探究训练】如图所示的装置中,当接通电源后,小磁针A按如图所示方向运动,则
( )
A.小磁针B的N极向纸外转
B.小磁针B的N极向纸内转
C.小磁针B不转动
D.无法判断
【解析】选A。根据小磁针A的运动方向,运用安培定则可判断出小磁针B上方导线中的电流方向自右向左,根据它产生的磁场方向可判断小磁针B的转动情况。
【课堂小结】
