磁场教案

选修3—1 第三章 磁场 华师一附中 张菡

第一节 磁现象和磁场 第二节 磁感应强度

一．教学目标

1．了解磁现象，知道磁性、磁极的概念。 2．知道电流的磁效应、磁极间的相互作用。

3．知道磁极和磁极之间、磁极和电流之间、电流和电流之间都是通过磁场发生相互作用的.知道地球具有磁性。 二、课堂教学

1、磁性、磁体、磁极：能吸引铁质物体的性质叫磁性。具有磁性的物体叫磁体，磁体中磁

性最强的区域叫磁极（南极、北极）。

2、磁场的性质：对置于其中的磁极、电流、运动电荷产生力的作用。

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.（与电荷类比） 磁场对电流：（实验：磁场中通电导线）

磁场是客观存在的，是媒介物，磁极间、电流间、磁极与电流间的相互作用是通过磁场发生的

3、磁场的来源：①磁体周围存在磁场；（类似于电荷周围产生电场）

②电流周围产生磁场；（奥斯特实验）——电流的磁效应 ③变化的电场产生磁场（麦克斯韦电磁理论）

【结论】磁体周围有磁场，通电导线（电流或运动电荷）周围有磁场.

4、地磁场：地球是一个巨大的磁体，地球周围存在磁场---地磁场。地球的地理两极与地磁两极不重合（地磁的N极在地理的南极附近，地磁的S极在地理的北极附近），其间存在磁偏角。

地磁体周围的磁场分布情况和条形磁铁周围的磁场分布情况相似。 宇宙中的许多天体都有磁场。月球也有磁场。 5、电场与磁场的类比学习： 客观性 类比 媒介 性质 来源 电场 看不见、摸不着，但客观存在 正负电荷 电荷间的相互作用 对放入其中的电荷有力的作用 电荷周围 电场强度E 依据 对一定电量的电荷在电场不同位置受力一般不同 E=F/q 数值上等于单位电荷的受力大小 正电荷的受力方向，与F相同 N/C V/m 矢量 磁场 南北磁极 磁极间的相互作用 对放入其中的磁极、电流、运动电荷有力的作用 磁体周围；电流周围；变化的电场 磁感应强度B 对一定的元电流在磁场中受力与磁场本身性质及相互方向有关 B=F/IL 数值上等于垂直于磁场的单位元电流受力大小 小磁针北极的受力方向，与F垂直 T 矢量 磁感线 1

描述场的本性的物理量定义 大小 方向 单位 性质 描绘

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注意：

（1）电场力与磁场力在方向上是有差异的。电场力的方向总是与电场强度E的方向相同或相反；而磁场力的方向恒与磁感应强度B的方向垂直。

（2）是E和B在引入方法上也是有差异的。在电场强度E的引入中，考虑到的是电场中检验电荷所受的力F与检验电荷所带电量q之比；而在磁感应强度B的引入中，考虑的是磁场中检验电流元所受的力F与乘积IL之比。

第三节 几种常见的磁场

一、类比学习 电场线 为了形象地描述电场强度的大小和方向而假想的一系列曲线 磁感线 为了形象地描述磁感应强度的大小和方向而假想的一系列曲线 相同 不是客观存在的 疏密程度表示该处场的强弱 在空间不相交、不相切 方向 线上某点的切线方向为电场方向，即为正电荷的受力方向 不同 始于正电荷或无穷远，终于负电荷或无穷远，是不闭合的曲线 线上某点的切线方向为磁场方向，即为小磁针北极的受力方向 在磁体外由N极指向S极，在磁体内由S极指向N极，闭合曲线。（磁体内外磁感线条数相同） 二、几种常见磁场 1、用铁屑模拟磁感线的演示实验（视频） 2、几种典型磁场的磁感线（投影）（右手定则） 地球磁场 通电直导线周围磁场 通电环行

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3．匀强磁场

（1）匀强磁场：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。匀强磁场的磁感线是一些间隔相同的平行直线。

（2）两种情形的匀强磁场：即距离很近的两个异名磁极之间除边缘部分以外的磁场；相隔一定距离的两个平行线圈(亥姆霍兹线圈)通电时，其中间区域的磁场。

【例1】如图所示，放在通电螺线管内部中间处的小磁针，静止时N极指向右.试判定电源的正负极.（ c端为电源的正极）. 注意：不要错误地认为螺线管b端吸引小磁针的N极，从而判定b端相当于条形磁铁的南极，关键是要分清螺线管内、外部磁感线的分布.

【例2】.如图所示，当线圈中通以电流时，小磁针的北极指向读者.试确定电流方向. 电流方向为逆时针方向. 三、磁通量Φ

定义：在匀强磁场中,垂直穿过某一面的磁通量为磁感应强B与该面积S乘积。 （也可理解为穿过某一平面内的磁感线的条数。） 计算：Φ=BS

条件：匀强磁场、磁感线与平面垂直。当平面与磁场方向不垂直时, 可将平面投影到与磁场垂直方向上，则：Φ=B·S·cosθ；其中S·cosθ是有效面积

可见，同一个平面，当与B垂直时，穿过磁感线最多，有效面积最大，Φ最大；当与磁场平行时，没有磁感线穿过，有效面积为零，Φ为零。

磁通量是标量，但有正负之分（正穿和反穿），相反方向穿过同一平面的磁感线相抵消后剩余的磁感线的条数即为该平面的磁通量。Φ=（B—B’）·S 磁通量的变化量：△Φ=Φ2—Φ1

单位：韦伯Wb 1Wb=1T·m2=1V·s 磁通密度：又：B=

?，故B为垂直磁场方向单位面积内的磁通量，故也叫磁通密度。 S?4、安培分子电流假说

（1）安培分子电流假说（P87）

对分子电流，结合环形电流产生的磁场的知识及安培定则，以便学生更容易理解“它的两侧相当于两个磁极”，这句话；并应强调“这两个磁极跟分子电流不可分割的联系在一起”，以便使他们了解磁极为什么不能以单独的N极或S极存在的道理。 （2）安培假说能够解释的一些问题

可以用回形针、酒精灯、条形磁铁、充磁机做好磁化和退磁的演示实验，加深学生的印象。举生活中的例子说明，比如磁卡不能与磁铁放在一起等等。

（3）磁现象的电本质：磁铁和电流的磁场本质上都是运动电荷产生的．

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第四节 磁场对通电导线的作用力

前面已经谈过，磁场对磁体的作用是不便量化的，因此，这里仅就磁场对电流的作用的规律做一番介绍。

定义：磁场对电流的作用力叫做安培力，是为了纪念法国物理学家安培而命名的。 1、安培力的大小

看实验，通电线圈在磁场的摆动，定性了解安培力的大小与磁场强弱、电流大小有关，针对磁感应强度的定义式→变换得到安培力的表达式 （1）计算公式：F=BIL

B⊥ （2）适用条件：①匀强磁场.，②通电导线与磁场方向垂直. B I （3）如果通电直导线跟磁场不垂直时：F=B⊥IL=B ILsinθ θ 00

B∥ 当θ=90时，安培力最大；当θ=0时，安培力等于零。

（4）如果是弯曲的导线，求安培力时可以用等效长度来求。 2．安培力的方向

根据视频或实验（119磁场对电流的作用 左手定则），教师引导学生分析得出： （1）安培力的方向和磁场方向、电流方向有关系.

（2）安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，也就是说，安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面.

人们通过大量的实验研究，总结出通电导线受安培力方向和电流方向、磁场方向存在着一个经验规律一一左手定则．（配课件）

左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且跟手掌在同一个平面内，把手放人磁场中，让磁感线垂直穿人手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么，拇指所指的方向，就是通电导线在磁场中的受力方向．

结论：电流和磁场可以不垂直，但安培力必然和电流方向垂直，也和磁场方向垂直，即安培力垂直于电流和磁场所决定的平面。用左手定则时，磁场不一定垂直穿过手心，只要不从手背传过就行。

3、磁电式电流表原理

（1）电流表的组成及磁场分布 【自学部分】：请同学们阅读课文，让学生先看清楚磁铁、铝框、线圈、螺旋弹簧、极靴、指针、铁质圆柱等构件，了解它们之中哪些是固定的，哪些是可动的。然后回答.：电流表主要由哪几部分组成的？

电流表的组成：永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘.（最基本的是磁铁和线圈）

教师提示注意：a、铁芯、线圈和指针是一个整体；b、蹄形磁铁内置软铁是为了（和铁芯一起）造就辐向磁场；c、观察——铁芯转动时螺旋弹簧会形变。

［问题］电流表中磁场分布有何特点呢？

［教师讲解］电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的. ［问题］什么是均匀辐向分布呢？

［教师进一步讲解］所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线

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的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度.该磁场并非匀强磁场，但在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度B的大小是相等的.

（2）电流表的工作原理-------引导学生弄清楚以下几点： ①线圈的转动是怎样产生的? ②线圈为什么不一直转下去？

③为什么指针偏转角度的大小可以说明被测电流的强弱? 【根据力矩平衡M1?M2得出：I?k?】 nBLd④如何根据指针偏转的方向来确定电路上电流的方向?

⑤使用时要特别注意什么?【使用电流表时应注意不要超过满偏电流Ig】

（3）电流表的特点

1、刻度均匀 2、存在满偏电流、固定的内电阻 3、示数太大或太小时，读数不是很准确

第五节 磁场对运动电荷的作用

前面我们学习了磁场对通电导线有力的作用，若导线无电流，安培力为零．由于电流是电荷定向运动形成的，因此我们自然会想到，磁场力是否直接作用在运动电荷上，而磁场对通电导线的安培力可能是作用在大量运动电荷上的力的宏观表现，也就是说磁场对运动电荷可能有力的作用．

【实验】演示电子束在磁场中的偏转，让同学注意当改变磁场时，电子束的偏转方向也随之改变。即实验证明了磁场对运动电荷有力的作用，这一力称为洛仑兹力．【视频123电子束在磁场中偏转】

这一称谓显然是为了纪念洛仑兹这位物理学家，然而，在物理学史上，荷兰物理学家Hendrik Antoon Lorentz的重要成就倒不在此。他是电子论的创始人、相对论中洛仑兹变换的建立者，并因在原子物理中的重要贡献（塞曼效应）获得第二届（1902年）诺贝尔物

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