高二物理 几种常见的磁场

三维教学目标

1、知识与技能

（1）知道什么是磁感线；

（2）知道条形磁铁、蹄形磁铁、直线电流、环形电流和通电螺线管的磁感线分布情况；

（3）利用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向；

（4）知道安培分子电流假说是如何提出的；

（5）利用安培假说解释有关的现象；

（6）理解磁现象的电本质；

（7）知道磁通量的定义，知道Φ =BS的适用条件，利用公式进行计算。

2、过程与方法

（1）通过模拟实验体会磁感线的形状，培养学生的空间想象能力；

（2）由电流和磁铁都能产生磁场，提出安培分子电流假说，最后都归结为磁现象的电本质；

（3）通过引入磁通量概念，使学生体会描述磁场规律的另一重要方法。

3、情感、态度与价值观

（1）通过讨论与交流，培养对物理探索的情感；

（2）领悟物理探索的基本思路，培养科学的价值观。

教学重点：利用安培定则判断磁感线方向，理解安培分子电流假说。

教学难点：安培定则的灵活应用及磁通量的计算。

教学方法：类比法、实验法、比较法。

教学用具：条形磁铁、直导线、环形电流、通电螺线管、小磁针若干、投影仪、展示台、学生电源。

教学过程：

第3节几种常见的磁场

（一）引入新课

教师：电场可以用电场线形象地描述，磁场可以用什么来描述呢？

学生：磁场可以用磁感线形象地描述？

教师：那么什么是磁感线？又有哪些特点呢？这节课我们就来学习有关磁感线的知识。

（二）进行新课

1、磁感线

提问1：什么是磁感线呢？

答：所谓磁感线是在磁场中画一些有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向表示该点的磁场方向。

演示：在磁场中放一块玻璃板，在玻璃板上均匀地撒一层细铁屑，细铁屑在磁场里被磁化成“小磁针”，轻敲玻璃板使铁屑能在磁场作用下转动。

现象：铁屑静止时有规则地排列起来，显示出磁感线的形状。

（1）条形磁铁和蹄形磁铁的磁感线分布情况，如图3.3-1所示：

问题：磁铁周围的磁感线方向如何？

答：磁铁外部的磁感线是从磁铁的北极出来，进入磁铁的南极，磁感线是闭合曲线，磁铁外部的磁感线是从北极出来，回到磁铁的南极，内部是从南极到北极。

（2）通电直导线周围的磁感线分布情况，如图3.3-2所示：

问题1：通电直导线周围的磁感线如何分布？

答：直导线电流磁场的磁感线是一些以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在跟导线垂直的平面上。问题2：直线电流周围的磁感线分布和什么因素有关系？

答：直导线电流周围的磁感线方向和电流方向有关系。

问题3：直线电流的方向跟电的磁感线方向之间的关系如何判断呢？

答：直导线电流的方向和电的磁感线方向之间的关系可用安培定则（也叫右手螺旋定则）来判定：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。（3）环形电流的磁场，如图3.3-3所示：

环形电流的方向跟中心轴线上的磁感线方向之间的关系也可以用安培定则来判定：让右手弯曲的四指和和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向。

（4）通电螺线管的磁场，如图3.3-4所示：

问题1：通电螺线管外部的磁场和什么相似？

答：通电螺线管外部的磁感线和条形磁铁外部的磁感线相似，一端相当于南极，一端相当于北极。

问题2：通电螺线管内部的磁场如何？

答：通电螺线管内部的磁感线和螺线管的轴线平行，方向由南极指向北极，并和外部的磁感线连接，形成一些环绕电流的闭合曲线。

问题3：通电螺线管的磁感线方向和什么因素有关系？

答：通电螺线管的磁感线方向和螺线管的电流方向有关。

问题4：如何判断通电螺线管的极性？

答：通电螺线管的电流方向和它的磁感线方向之间的关系，也可用安培定则来判定：用右手握住螺线管，让弯曲四指所指的方向和电流的方向一致，大拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向。

2、磁感线和电场线有何区别

（1）电场线是电场的形象描述，而磁感线是磁场的形象描述。

（2）电场线不是闭合曲线，而磁感线是闭合曲线。

（3）电场线上每一点的切线方向都是跟该点的场强方向一致，磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁感应强度方向一致。

（4）电场线的疏密程度表示电场强度的大小。磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小。

3、电流磁场和天然磁铁相比有何特点

（1）电流磁场的有无可由通断电来控制。

（2）电流磁场的极性可以由电流方向变换。

（3）电流磁场的强弱可由电流的大小来控制。

问题：电流的磁场有何用途？

答：电流的磁场用途很广泛，如电磁起重机、电话、电动机、发电机以及在自动控制中得到普遍应用的电磁继电器。

4、安培分子电流假说

磁铁和电流都能产生磁场。它们的磁场是否有什么关系呢？我么已经知道，通电螺线管和条形磁铁的磁场分布十分相似，安培由此受到启发，提出了著名的分子电流假说。

（1）分子电流假说的内容：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，这就是分子电流假说。

课本图3.3-6，理解安培分子电流假说，用安培假说可以解释磁现象。

阅读课文，回答以下问题。

问题1：一根铁棒在未被磁化时为什么对外界不显磁性？

答：铁棒未被磁化时，内部各分子电流的取向是杂乱无章的，它们的磁场互相抵消，对外界不显磁性。

问题2：什么是磁化？如何去理解磁化和磁极？

答：使原来没有磁性的物体获得磁性的过程叫磁化。在有外界磁场的作用时，某些物质内部各分子电流的取向会变得大致相同，这个过程就是磁化，这些物质被磁化后，各分子电流的磁场互相叠加，对外界显示出较强的磁作用，在两端形成磁极。

问题3：永磁体为什么具有磁性？

答：永磁体之所以具有磁性，是因为它内部的环形分子电流本来就排列整齐。

问题4：永磁体如何失去磁性？

答：永磁体受到高温或猛烈的敲击会失去磁性，这是因为在激烈的热运动或机械振动的影响下，分子电流的取向又变得杂乱无章了。

问题5：为什么无论把磁棒折成多小的一段，它总有两个磁极？

答：每个环形分子电流的两个侧面必定同时出现，一面相当于N极，另一面相当于S极。

总结：安培分子电流假说揭示了磁现象的电本质。

问题6：分子电流是如何形成的？

答：分子电流是由原子内部电子的运动形成的。

结论：磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的。

5、匀强磁场

问题1：什么是匀强电场？匀强电场的产生条件是什么？匀强电场的电场线有何特点？

答：在电场的某一区域，如果场强的大小和方向都相同，这个区域的电场叫做匀强电场；两块靠近的平行金属板，大小相等，互相正对，分别带有等量的正负电荷，它们之间的电场除边缘附近外就是匀强电场；匀强电场的电场线是距离相等的平行直线。

问题2什么是匀强磁场？它的产生条件是什么？匀强磁场的磁感线又有什么特点？观察课本图 3.3-7、图3.3-8

（1）匀强磁场的定义：如果磁场的某一区域里，磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫匀强

磁场。 （2）产生方法：距离很近的两个异名磁极之间的磁场、通电螺线管内部的磁场（除边缘部分外）可认为是匀强磁场。

（3）磁感线的特点：匀强磁场的磁感线是间距相等的平行直线。

6、磁通量

研究电磁现象时，有时需要研究穿过某一面积的磁场和它的变化。为此，物理学引入了一个新的物理量——磁通量。阅读教材，说出磁通量的定义、公式、单位以及物理意义。

（1）定义： 一个面积为S 的平面垂直于一个磁感应强度为B 的匀强磁场，则B 与S 的乘积叫做穿过这个面的磁通量。

（2）定义式：Ф=B ·S

（3）单位：韦伯（Wb ） 1Wb=1T ·1m 2

=1V ·s

（4）物理意义：磁通量表示穿过这个面的磁感线条数。对于同一个平面，当它跟磁场方向垂直时，磁场越强，穿过它的磁感线条数越多，磁通量就越大。当它跟磁场方向平行时，没有磁感线穿过它，则磁通量为零。注意：当平面跟磁场方向不垂直时，穿过该平面的磁通量等于B 与它在磁场垂直方向上的投影面积的乘积，即Ф=B ·S sin θ（θ为平面与磁场方向之间的夹角，如图所示）。

教师：将磁通量的定义式Ф=B ·S 变形得：B =⊥S φ

，这个比值反映了什么意义？单位是什么？

学生：B 为垂直磁场方向单位面积上的磁通量，反映磁场的强弱。又叫磁通密度。单位Wb/m 2

7、课堂小节

8、实例探究

安培定则的应用

例1、一细长的小磁针，放在一螺线管的轴线上，N 极在管内，S 极在管外。若此小磁针可左右自由移动，则当螺线管通以图所示电流时，小磁针将怎样移动？

a

b

a N

I 解析：正确解题思路是：当螺线管通电后，根据右手螺旋定则判定出管内、外磁感线方向如图所示，管内外a 、b 两处磁场方向向右，管内b 处磁感线分布较密，管处a 处磁感线分布较稀。根据磁场力的性质知：小磁针N 极在b 处受力方向向右，且作用力较大；小磁针S 极在a 处受力向左，且作用力较小，因而小磁针所受的磁场力的合力方向向右。“同名磁极相斥、异名磁极相吸”只适合于磁体间外部相互作用的情形，适用情形存在局限性；而磁场力的性质：“磁体N 极受力方向与所在处磁场方向相同”对于磁极间内部或外部作用总是普遍适用的。

例2、如图所示，一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的上方，并与磁针指向平行，能使小磁针的N 极转向读者，那么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

解析：小磁针的N 极指向读者，说明小磁针所在处的磁场方向是指向读者，由安培定则可确定出带电粒子形成的电流方向向左，这向左的电流可能是向左飞行的正离子形成，也可能是向右飞行的负离子形成，故正确答案为B 、C

答案：BC

对安培分子电流假说的理解

例3、关于磁现象的电本质，下列说法中正确的是（ ）

A.磁与电紧密联系，有磁必有电，有电必有磁

B.不管是磁体的磁场还是电流的磁场都起源于电荷的运动

C.永久磁铁的磁性不是由运动电荷产生的

D.根据安培假说可知，磁体内分子电流总是存在的，因此，任何磁体都不会失去磁性

解析：磁与电是紧密联系的，但“磁生电”“电生磁”都有一定的条件，运动的电荷产生磁场，但一个静止的点电荷的周围就没有磁场，分子电流假说揭示了磁现象的电本质，磁铁的磁场和电流的磁一样都是由运动电荷产生的，磁体内部只有当分子电流取向大体一致时，就显示出磁性，当分子电流取向不一致时，就没有磁性，所以本题的正确答案为B 。答案：

B

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9、作业 1、阅读课本第90页科学漫步《有趣的右螺旋》 2、完成P90 练习 3、4

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