2019-2020学年高中物理 第1章 电与磁 第5节 奥斯特实验的启示课件 粤教版选修1-1

第五节奥斯特实验的启示 1 了解奥斯特实验的结论及其重大意义 2 会用磁感线描绘各种常见电流的磁场 3 知道安培力的意义 知道决定安培力大小和方向的因素 知道安培力是电动机工作的动力 一 奥斯特的发现1 如图1 5 1所示 丹麦物理学家 发现 电流能使磁针发生 说明 也能产生磁场 这个现象称为 的磁效应 课前 自主学习 图1 5 1 奥斯特 偏转 电流 电流 2 可以用 判定通电直导线 环形电流 通电螺线管的磁场的磁感线方向 3 奥斯特实验揭示了电与 之间的内在联系 安培定则 磁 二 安培力的方向1 通电导线在磁场中受到的磁场力称为 通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流 磁感应强度的方向都 安培力的方向 电流的方向 磁感应强度的方向三者间的关系可用 定则来判定 2 根据左手定则可以判断安培力的方向与电流方向 磁场方向垂直 但电流方向与磁场方向不一定垂直 安培力 垂直 左手 三 安培力的大小1 电流在磁场中受到的安培力大小与电流的大小 磁场的 导体的 有关 2 可以证明 当通电导线在匀强磁场中垂直于磁场方向放置时 设磁场的磁感应强度为b 导体的长度为l 当通过的电流为i时 导线受到的安培力的计算公式为 f 磁感应强度 长度 bil 1 如何理解左手定则所反映的方向关系 1 左手定则反映了磁场方向 电流方向和电流所受安培力方向之间的关系 知道了三个方向中的任意两个 就可以用左手定则判定出第三个的方向 课堂 互动探究 2 不论通电导线如何放置 磁场对导线的安培力方向一定跟直导线中的电流方向与磁场方向所构成的平面垂直 即f安 i且f安 b 3 要注意左手定则判定的是磁场对电流作用力 即安培力 的方向 而不一定是载流导体运动的方向 载流导体是否运动 还要视它所处的具体情况而定 2 电场力与安培力有何区别电荷在电场中受到的电场力是一定的 方向与该点的电场方向相同或相反 电流在磁场中某处所受的磁场力 安培力 与电流在磁场中放置的方向有关 当电流方向与磁场方向平行时 电流受到的安培力最小 等于零 当电流方向与磁场方向垂直时 电流受的安培力最大 左手定则的应用 如图1 5 2所示 其中a b e图已知电流和其所受安培力的方向 试在图中标出磁场方向 c d图已知磁场和它对电流作用力的方向 试在图中标出电流方向或电源的正负极 例1 abcde 图1 5 2 解析根据左手定则 导线在磁场中受力的方向既要与磁感线垂直 还要与导线中的电流方向垂直 且垂直于磁感线与电流所决定的平面 答案a图磁场方向垂直纸面向外 b图磁场方向在纸面内垂直f向下 c d图电流方向均垂直于纸面向里 e图a端为电源负极 关于磁感应强度 下列说法中正确的是 例2 安培力与磁感应强度 答案d 方法总结 磁感应强度是矢量 它的方向是小磁针静止时n极所指的方向 而不是安培力的方向 磁感应强度是由磁场本身的性质来决定的 与是否在磁场中放入通电直导线以及电流强度 导线长度 安培力的大小无关 在磁场中某一点的磁感应强度的大小和方向是唯一的 如图1 5 3所示 在倾角为 的光滑斜面上 放置一根长为l 质量为m 通有电流i的导线 若使导线静止 应该在斜面上施加匀强磁场b的大小和方向为 a b mgsin il 方向垂直斜面向下b b mgsin il 方向垂直斜面向上c b mgsin il 方向竖直向下d b mgsin il 方向水平向右 例3 有安培力作用下的力学问题 图1 5 3 答案a 科学家简介 一 奥斯特奥斯特 hanschristianoersted 1777 1851 丹麦物理学家奥斯特 1777年8月14日生于丹麦朗格兰德岛一个药剂师家庭 12岁开始帮助父亲在药房里干活 同时坚持学习化学 由于刻苦攻读 17岁以优异的成绩考取了哥本哈根大学的免费生 他一边当家庭教师 一边在学校学习药物学 天文 数学 物理 化学等 1806年任哥本哈根大学物理学教授 1821年被选为英国皇家学会会员 1823年被选为法国科学院院士 后来任丹麦皇家科学协会会长 课外 阅读延伸 奥斯特早在读大学时就深受康德哲学思想的影响 认为各种自然力都来自同一根源 可以相互转化 富兰克林发现的莱顿瓶放电使钢针磁化的现象 对奥斯特启发很大 他认识到电向磁的转化不是不可能的 关键是要找出转化的具体条件 他在1812年出版的 关于化学力和电力的统一性的研究 中 根据电流流经直径较小的导线会发热 推测如果通电导线的直径进一步缩小 那么导线就会发光 使通电导线的直径变得更小 小到一定程度时 电流就会产生磁效应 他指出 我们应该检验电是否以其最隐蔽的方式对磁体有所影响 寻找这两大自然力之间联系的思想 经常盘绕在他的头脑中 1819年冬 奥斯特在哥本哈根开设了一个讲座 讲授电磁学方面的课题 在备课中 奥斯特分析了前人在电流方向上寻找磁效应都未成功的事实 想到磁效应可能像电流通过导线产生热和光那样是向四周散射的 即是一种横向力 而不是纵向的 1820年春 奥斯特安排了一个这方面的实验 他采用讲演时常用的电池槽 让电流通过一根很细的铂丝 把一个带玻璃罩的指南针放在铂丝下面 实验没能取得明显的效果 1820年4月的一天晚上 奥斯特在讲课中突然出现了一个想法 讲课快结束时 他说 让我把导线与磁针平行放置来试试看 当接通电源时 他发现小磁针微微动了一下 这一现象使奥斯特又惊又喜 他紧紧抓住这一现象 连续进行了3个月的实验研究 终于在1820年7月21日发表了题为 关于磁针上的电流碰撞的实验 的论文 这篇仅用了4页纸的论文 是一篇极其简洁的实验报告 奥斯特在报告中讲述了他的实验装置和60多个实验的结果 从实验总结出 电流对磁针的作用可以穿过各种不同的介质 也决定于导线到磁针的距离和电流的强弱 铜和其他一些材料做的针不受电流作用 通电的环形导体相当于一个磁针 具有两个磁极 等等 奥斯特发现的电流磁效应 是科学史上的重大发现 它立即引起了那些懂得它的重要性和价值的人们的注意 在这一重大发现之后 一系列的新发现连接出现 两个月后安培发现了电流间的相互作用 阿拉果制成了第一个电磁铁 施魏格发明电流计等 安培曾写道 奥斯特先生 已经把他的名字和一个新纪元联系在一起了 奥斯特的发现揭开了物理学史上的一个新纪元 奥斯特不只是一位著名的物理学家 还是一位优秀的教师 他的讲课有表演 有分析 他非常重视实验 他说过 我不喜欢那种没有实验的枯燥的讲课 因为归根到底 所有的科学进展都是从实验开始的 科学家简介 二 安培安培 andre marieampere 1775 1836 安培是法国物理学家 数学家 1775年1月22日生于里昂一个商人家庭 父亲为他安排了按照自己的意愿来学习的环境 他自幼聪明好学 具有惊人的记忆力 尤其是在数学方面有非凡的天赋 12岁学习了微积分 13岁发表关于螺旋线的论文 18岁时 除了拉丁语 还通晓意大利语和希腊语 他不仅钻研数学 还研究物理学和化学 在化学方面 他最先预见了氯 氟 碘三种物质是元素 还独立地发现了 阿伏加德罗定律 安培最重要的贡献是在电磁学方面 1820年7月奥斯特发现了电流的磁效应 法国科学家阿拉果8月在瑞士听到这一消息后 9月初回到法国立即向法国科学院报告了这一最新发现 善于接受新的研究成果的安培 怀着极大的兴趣 第二天就重做了奥斯特的实验 并于9月18日向法国科学院提交了第一篇论文 报告他的实验成果 接着又在9月25日 10月9日提出了第二篇和第三篇实验报告论文 在这三篇论文中 包括了电流方向和磁针偏转方向关系的右手定则 同向直线电流间相互吸引 异向直线电流间相互排斥 通电螺线管的磁性与磁针等效 等等 安培又用了两三个月的时间进一步研究电流之间的相互作用 把精巧的实验和他高超的数学技巧结合起来 通过四个巧妙设计的实验 得出了重要的结论 这就是 导线中的电流反向时 它们产生的作用也反向 电流元具有矢量性 作用在电流元上的力跟电流元垂直 电流元的长度和相互间的距离增加相同的倍数时 作用力不改变 安培根据这四个