2021年新教材高中物理第十三章电磁感应与电磁波初步1磁场磁感线课件新人教版必修3

1、第十三章第十三章 电磁感应电磁感应与电磁波初步与电磁波初步学习目标学习目标1.通过演示实验通过演示实验,了解电和磁的联系了解电和磁的联系,体会奥斯特发现的重要意义体会奥斯特发现的重要意义,知道磁场的基本性质知道磁场的基本性质.体会磁场是磁体或电流周围空间存在的一体会磁场是磁体或电流周围空间存在的一种特殊物质种特殊物质,进一步强化场的概念进一步强化场的概念,渗透物质的客观性原理渗透物质的客观性原理.2.结合已经学过的电场线和演示实验中常见磁场分布特点结合已经学过的电场线和演示实验中常见磁场分布特点,了解了解用磁感线描述磁场的优越性用磁感线描述磁场的优越性.知道条形磁体、蹄形磁体、直线电知道条形磁

2、体、蹄形磁体、直线电流、环形电流和通电螺线管的磁感线分布情况流、环形电流和通电螺线管的磁感线分布情况,培养空间想象能培养空间想象能力力.3.通过观察奥斯特实验通过观察奥斯特实验,知道电流可以产生磁场知道电流可以产生磁场,学会用安培定则学会用安培定则判断直线电流和通电线圈周围的磁场方向判断直线电流和通电线圈周围的磁场方向,了解安培了解安培“分子电流分子电流”假说假说.1磁场磁场磁感线磁感线知识点一电和磁的联系知识点一电和磁的联系答案答案:放在桌面上的小磁针静止时放在桌面上的小磁针静止时,指向南北指向南北,这是因为小磁这是因为小磁针受地磁场的作用针受地磁场的作用;当条形磁体的磁极靠近小磁针时当条形

3、磁体的磁极靠近小磁针时,小磁小磁针受条形磁体磁极的影响针受条形磁体磁极的影响,指向发生变化指向发生变化.1.放在桌面上的小磁针静止时放在桌面上的小磁针静止时,如何指向如何指向?为什么这样指向为什么这样指向?当条形磁体的一个磁极从侧面靠近小磁针时当条形磁体的一个磁极从侧面靠近小磁针时,小磁针的指小磁针的指向是否变化向是否变化?2.丹麦物理学家奥斯特发现丹麦物理学家奥斯特发现,导线通电后导线通电后,其下方与导线平其下方与导线平行的小磁针会发生偏转行的小磁针会发生偏转,如图所示如图所示.这一现象说明了什么这一现象说明了什么?这一发现有什么重要意义这一发现有什么重要意义?答案答案:这一现象说明导体通电

4、后这一现象说明导体通电后,在周围产生了磁场在周围产生了磁场,磁场使磁场使小磁针发生了偏转小磁针发生了偏转,这就是电流的磁效应这就是电流的磁效应.这一发现首次揭这一发现首次揭示了电与磁的联系示了电与磁的联系,开创了电与磁研究的新纪元开创了电与磁研究的新纪元.知识点二知识点二磁场磁场1.如图所示如图所示,磁极之间的通电导体会运动磁极之间的通电导体会运动,平行导线通电后会平行导线通电后会弯曲弯曲,这些现象说明了什么这些现象说明了什么?这种作用是如何发生的这种作用是如何发生的?答案答案:这些现象说明磁极与电流之间这些现象说明磁极与电流之间,电流与电流之间都有力电流与电流之间都有力的作用的作用;这种作用

5、是通过磁场发生的这种作用是通过磁场发生的.2.结合电场的特性结合电场的特性,简单描述一下磁场的特点简单描述一下磁场的特点.如何得到磁场如何得到磁场?答案答案:磁场看不见、摸不着磁场看不见、摸不着,是不依赖于我们的感觉而客观存是不依赖于我们的感觉而客观存在的物质在的物质,在跟别的物体发生相互作用时才表现出自己的特在跟别的物体发生相互作用时才表现出自己的特性性.磁体、电流的周围都存在磁场磁体、电流的周围都存在磁场.知识点三知识点三磁感线磁感线1.如图所示如图所示,观察条形磁体周围小磁针观察条形磁体周围小磁针n极极(灰色灰色)指向特点指向特点,这这说明什么说明什么?答案答案:物理学中把小磁针静止时物

6、理学中把小磁针静止时n极所指的方向规定为该点极所指的方向规定为该点磁场的方向磁场的方向.在条形磁体的磁场中在条形磁体的磁场中,各处小磁针各处小磁针n极指向不同极指向不同,说明条形磁体产生的磁场中各处的磁场方向不同说明条形磁体产生的磁场中各处的磁场方向不同.2.实验中常用细铁屑的分布来反映磁场的分布实验中常用细铁屑的分布来反映磁场的分布.条形磁体条形磁体和通电直导线周围细铁屑的分布情况如图所示和通电直导线周围细铁屑的分布情况如图所示.结合电场结合电场可以用电场线来形象描述可以用电场线来形象描述,则应该如何形象地描述磁场则应该如何形象地描述磁场?答案答案:物理学上用磁感线形象描述磁场物理学上用磁感

7、线形象描述磁场:沿磁场中的细铁屑沿磁场中的细铁屑画出一些曲线画出一些曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场使曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致的方向一致,这样的曲线就叫作磁感线这样的曲线就叫作磁感线.磁感线较密的地方磁感线较密的地方磁场较强磁场较强.知识知识点点四四安培定则安培定则1.直线电流产生的磁场的磁感线分布如图所示直线电流产生的磁场的磁感线分布如图所示,怎样描述直线电流的方向跟它的磁感线方向之怎样描述直线电流的方向跟它的磁感线方向之间的关系间的关系?答案答案:直线电流的方向跟它的磁感线方向之间的直线电流的方向跟它的磁感线方向之间的关系可以用安培定则关系可以用安培定则(右手

8、螺旋定则右手螺旋定则)来判断来判断:用用右手握住导线右手握住导线,让伸直的拇指所指的方向与电流让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线环弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向绕的方向,如图所示如图所示.2.在初中在初中,我们已经学会了判断通电螺线管的磁场方向我们已经学会了判断通电螺线管的磁场方向,通通电螺线管可以看作许多匝环形电流的串联电螺线管可以看作许多匝环形电流的串联.如何判断如何判断环形环形电流的磁场方向电流的磁场方向?答案答案:让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致,伸直的拇伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁

9、场的方向指所指的方向就是环形导线轴线上磁场的方向,如图所示如图所示.小小试试身手身手判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流( (正确的打正确的打“”, ,错误错误的打的打“”).”).1.磁场是看不见、摸不着的一种物质磁场是看不见、摸不着的一种物质,是客观存在的是客观存在的.()2.磁感线既可以表示磁场的强弱磁感线既可以表示磁场的强弱,也可以表示磁场的方向也可以表示磁场的方向.()3.丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应.()4.地球是一个大磁体地球是一个大磁体,地球上存在的磁场叫地磁场地球上存在的磁场叫地磁场.地球的地球的地理两极与地

10、磁两极重合地理两极与地磁两极重合. ()5.磁场对处在其中的磁极磁场对处在其中的磁极(或电流或电流)有力的作用有力的作用.()6.磁感线可以用细铁屑来反映磁感线可以用细铁屑来反映,因而是真实存在的因而是真实存在的.()探究探究一一电和磁的联系电和磁的联系磁场磁场问题情境问题情境奥斯特发现电流磁效应的实验装置原理图如图所示奥斯特发现电流磁效应的实验装置原理图如图所示.1.闭合开关前闭合开关前,小磁针静止时小磁针静止时n极指向哪个方向极指向哪个方向?为什么为什么?答案答案:闭合开关前闭合开关前,小磁针静止时小磁针静止时n极指向北方极指向北方,这是因为这是因为小磁针受地磁场的影响小磁针受地磁场的影响

11、.3.分析归纳磁场的基本性质分析归纳磁场的基本性质.答案答案:磁场对处于其中的磁体、通电导体有力的作用磁场对处于其中的磁体、通电导体有力的作用;磁体磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流之间的相互作用都是通与磁体、磁体与电流、电流与电流之间的相互作用都是通过磁场发生的过磁场发生的.2.闭合开关后闭合开关后,小磁针受电流产生的磁场的影响发生转动小磁针受电流产生的磁场的影响发生转动,直导线如何放置实验效果比较明显直导线如何放置实验效果比较明显?答案答案:直导线沿南北方向水平放置直导线沿南北方向水平放置.过程建构过程建构1.关于奥斯特实验注意以下两点关于奥斯特实验注意以下两点:(1)实验时实验时,直导线

12、要南北方向水平放置直导线要南北方向水平放置,小磁针放在导线小磁针放在导线的正下方或正上方的正下方或正上方,以保证电流产生的磁场的方向与地磁以保证电流产生的磁场的方向与地磁场方向不同场方向不同.(2)由于地磁场使小磁针指向南北方向由于地磁场使小磁针指向南北方向,直导线通电后小磁直导线通电后小磁针改变指向说明通电直导线周围存在磁场针改变指向说明通电直导线周围存在磁场,这就是电流的这就是电流的磁效应磁效应.2.地磁场的特点地磁场的特点:地磁场的方向并不是正南正北方向地磁场的方向并不是正南正北方向,即地磁两极与地理两即地磁两极与地理两极并不重合极并不重合.地磁南极在地理北极附近地磁南极在地理北极附近,

13、地磁北极在地理南地磁北极在地理南极附近极附近.【典例【典例1】下列说法正确的是】下列说法正确的是()a.磁体与磁体间的相互作用是通过磁场产生的磁体与磁体间的相互作用是通过磁场产生的b.通电导体与通电导体间的相互作用是通过电场产生的通电导体与通电导体间的相互作用是通过电场产生的c.磁体与通电导体间的相互作用是通过电场与磁场共同产磁体与通电导体间的相互作用是通过电场与磁场共同产生的生的d.磁场和电场是同一种磁场和电场是同一种物质物质解析解析: :磁体与磁体间、通电导体与通电导体间、磁体与通电磁体与磁体间、通电导体与通电导体间、磁体与通电导体间的相互作用都是通过磁场产生的导体间的相互作用都是通过磁场

14、产生的.磁场是一种特殊物磁场是一种特殊物质质,它的基本特点是对放入其中的磁体、通电导体有力的作它的基本特点是对放入其中的磁体、通电导体有力的作用用;而电场是电荷周围存在的一种特殊物质而电场是电荷周围存在的一种特殊物质,其基本性质是对其基本性质是对放入电场中的电荷有静电力的作用放入电场中的电荷有静电力的作用.因此因此,磁场和电场是两种磁场和电场是两种不同的物质不同的物质.选项选项a正确正确.答案答案:a探究探究二二磁感线磁感线问题情境问题情境实验中我们常用铁屑的分布来反映磁场的分布实验中我们常用铁屑的分布来反映磁场的分布.如图所示如图所示,在条形磁体上方放置一块玻璃板在条形磁体上方放置一块玻璃板

15、,在玻璃板上均匀地撒一在玻璃板上均匀地撒一层细铁屑层细铁屑,轻敲玻璃板轻敲玻璃板,细铁屑就会有规则地排列起来细铁屑就会有规则地排列起来.1.为什么铁屑会有规则地排列起来为什么铁屑会有规则地排列起来?试根据铁屑的分布画出试根据铁屑的分布画出条形磁体周围磁感线的分布图条形磁体周围磁感线的分布图.答案答案:细铁屑被磁场磁化变成一个个细铁屑被磁场磁化变成一个个“小磁针小磁针”,“小磁针小磁针”受到磁场的作用按照磁场方向排列受到磁场的作用按照磁场方向排列.条形磁体周围磁感线的分布图如图所示条形磁体周围磁感线的分布图如图所示.2.磁感线是闭合曲线吗磁感线是闭合曲线吗?静电场的电场线呢静电场的电场线呢?答案

16、答案:在磁体的外部在磁体的外部,磁感线从磁感线从n极指向极指向s极极,在磁体的内部在磁体的内部,磁磁感线由感线由s极指向极指向n极极,磁感线是闭合的曲线磁感线是闭合的曲线.静电场的电场线始静电场的电场线始于正电荷于正电荷(或无穷远或无穷远),止于无穷远止于无穷远(或负电荷或负电荷),不是闭合曲线不是闭合曲线.3.根据条形磁体周围磁感线的分布图根据条形磁体周围磁感线的分布图,如何判断磁场中某如何判断磁场中某点的磁场方向点的磁场方向?如何比较两点的磁场的强弱如何比较两点的磁场的强弱?答案答案:磁场中某点磁场的方向为磁感线在该点的切线方向磁场中某点磁场的方向为磁感线在该点的切线方向.磁感线越密集的地

17、方磁感线越密集的地方,磁场越强磁场越强;磁感线越稀疏的地方磁感线越稀疏的地方,磁场磁场越弱越弱.4.磁感线能相交吗磁感线能相交吗?为什么为什么?在现实中存在磁感线吗在现实中存在磁感线吗?答案答案:磁感线不能相交磁感线不能相交.因为磁场中某一点有唯一确定的磁因为磁场中某一点有唯一确定的磁场方向场方向,所以两条磁感线不能相交所以两条磁感线不能相交.磁感线是为了形象地描磁感线是为了形象地描述磁场而人为假想的曲线述磁场而人为假想的曲线,为形象、直观、方便地研究磁为形象、直观、方便地研究磁场提供了依据场提供了依据.过程建构过程建构磁感线和静电场的电场线的比较磁感线和静电场的电场线的比较.比较项比较项磁感

18、线磁感线静电场的电场线静电场的电场线方向方向线上各点的切线方向就是该线上各点的切线方向就是该点的磁场方向点的磁场方向线上各点的切线方向就是该线上各点的切线方向就是该点的电场方向点的电场方向疏密疏密表示磁场强弱表示磁场强弱表示电场强弱表示电场强弱特点特点在空间不相交、不相切、不在空间不相交、不相切、不中断中断除电荷处外除电荷处外,在空间不相交、在空间不相交、不相切、不中断不相切、不中断是否是否闭合闭合在磁体外部在磁体外部ns,在内部在内部sn,闭合曲线闭合曲线始于正电荷始于正电荷(或无穷远或无穷远),止于无止于无穷远穷远(或负电荷或负电荷),不闭合曲线不闭合曲线【典例【典例2】(多选多选)关于磁

19、感线关于磁感线,下列说法正确的是下列说法正确的是 ()a.磁感线上各点的切线方向就是各点的磁场的方向磁感线上各点的切线方向就是各点的磁场的方向b.磁场中任意两条磁感线均不相交磁场中任意两条磁感线均不相交c.铁屑在磁场中的分布曲线就是磁感线铁屑在磁场中的分布曲线就是磁感线d.磁感线总是从磁体的磁感线总是从磁体的n极指向极指向s极极解析解析:磁感线上各点的切线方向就是各点的磁场方向磁感线上各点的切线方向就是各点的磁场方向,选项选项a正确正确.磁场中某点的磁场方向是唯一的磁场中某点的磁场方向是唯一的,因此两条磁感线不可因此两条磁感线不可能相交能相交,选项选项b正确正确.磁感线是为了形象描述磁场的强弱

20、分布磁感线是为了形象描述磁场的强弱分布而引入的而引入的,不是真实存在的不是真实存在的,而铁屑的分布曲线只能证明用磁而铁屑的分布曲线只能证明用磁感线描述磁场的方法是正确的感线描述磁场的方法是正确的,而铁屑排成的曲线不是磁感而铁屑排成的曲线不是磁感线线,选项选项c错误错误.在磁体内部在磁体内部,磁感线从磁感线从s极指向极指向n极极,选项选项d错误错误.答案答案:ab【典例【典例3】蹄形磁体周围的磁感线分布如图所示】蹄形磁体周围的磁感线分布如图所示,下列说法下列说法正确的正确的是是() 答案答案:ba.a处的磁场强于处的磁场强于b处的磁场处的磁场b.b处的磁场强于处的磁场强于a处的磁场处的磁场c.a

21、处没有磁感线处没有磁感线,所以所以a处没有磁场处没有磁场d.蹄形磁体的磁感线始于蹄形磁体的蹄形磁体的磁感线始于蹄形磁体的n极极,止于蹄形磁体的止于蹄形磁体的s极极解析解析:由题图可知由题图可知b处的磁感线较密处的磁感线较密,a处的磁感线较疏处的磁感线较疏,b处的磁场强于处的磁场强于a处的磁场处的磁场,故选项故选项a错误错误,选项选项b正确正确;a处有处有磁场存在磁场存在,故选项故选项c错误错误;磁感线是闭合曲线磁感线是闭合曲线,没有起点和终没有起点和终点点,故选项故选项d错误错误.探究探究三三安培定则安培定则问题情境问题情境1.电流产生的磁场中电流产生的磁场中,某处小磁针静止时某处小磁针静止时

22、n极的指向如图所示极的指向如图所示.甲甲乙乙丙丙(1)在图中画出电流的方向在图中画出电流的方向,依据是什么依据是什么?答案答案:电流方向分别如图所示电流方向分别如图所示,判断的根据是安培定则判断的根据是安培定则.(2)图甲、乙、丙分别属于哪种磁场图甲、乙、丙分别属于哪种磁场?磁场分布特点是什么磁场分布特点是什么?答案答案:图甲是直线电流的磁场图甲是直线电流的磁场,磁感线是以导线上各点为圆磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆心的同心圆.离导线越近的位置磁场越强离导线越近的位置磁场越强,离导线越远的位离导线越远的位置磁场越弱置磁场越弱.图乙是环形电流的磁场图乙是环形电流的磁场,类似于条形磁体的磁场类

23、似于条形磁体的磁场.因为磁感因为磁感线是闭合曲线线是闭合曲线,环内磁感线条数与环外磁感线条数相等环内磁感线条数与环外磁感线条数相等,所所以环内磁场强以环内磁场强,环外磁场弱环外磁场弱.图丙是通电螺线管的磁场图丙是通电螺线管的磁场,通电螺线管外部的磁场跟条形磁通电螺线管外部的磁场跟条形磁体的磁场分布情况相同体的磁场分布情况相同,两端分别为两端分别为n极和极和s极极,管内磁场方管内磁场方向由向由s极指向极指向n极极.2.磁场作用力演示仪中的线圈如图所示磁场作用力演示仪中的线圈如图所示,在线圈中心处挂在线圈中心处挂上一个可以自由转动的小磁针上一个可以自由转动的小磁针,使其与线圈在同一平面内使其与线圈

24、在同一平面内静止静止.当线圈中通以如图所示方向的电流时当线圈中通以如图所示方向的电流时,小磁针的小磁针的n极极向哪个方向偏转向哪个方向偏转?如果把电流反向呢如果把电流反向呢?答案答案:根据安培定则知线圈中通以图示方向的电流时根据安培定则知线圈中通以图示方向的电流时,线圈线圈内部磁场方向垂直纸面向内内部磁场方向垂直纸面向内,所以小磁针的所以小磁针的n极向纸面内偏极向纸面内偏转转;如果电流反向如果电流反向,小磁针的小磁针的n极向纸面外偏转极向纸面外偏转.3.分析用安培定则判断直线电流、通电螺线管、环形电流分析用安培定则判断直线电流、通电螺线管、环形电流的磁场的方向时的磁场的方向时,有什么不同有什么

25、不同.答案答案:在判定直线电流的磁场的方向时在判定直线电流的磁场的方向时,拇指指拇指指“原因原因”电流方向电流方向,四指指四指指“结果结果”磁感线绕向磁感线绕向.在判定环形电流或通电螺线管的磁场方向时在判定环形电流或通电螺线管的磁场方向时,四指指四指指“原原因因”电流方向电流方向,拇指指拇指指“结果结果”环内沿中心轴线的环内沿中心轴线的磁感线方向或螺线管内部轴线的磁感线方向磁感线方向或螺线管内部轴线的磁感线方向.过程建构过程建构安培安培“分子电流分子电流”假说假说.(1)通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场十分相似通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场十分相似.安培由安培由此受到启发此受到启发,

26、提出了提出了“分子电流分子电流”假说假说.(2)“分子电流分子电流”假说假说:在物质内部在物质内部,存在着一种环形电流存在着一种环形电流分分子电流子电流,分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体,它的两侧它的两侧相当于两个磁极相当于两个磁极.(3)用用“分子电流分子电流”假说解释磁现象假说解释磁现象.磁化现象磁化现象:一根铁棒未被磁化时一根铁棒未被磁化时,内部分子电流的取向是杂乱内部分子电流的取向是杂乱无章的无章的,它们的磁场互相抵消它们的磁场互相抵消,对外不显磁性对外不显磁性.当铁棒受到外界磁当铁棒受到外界磁场的作用时场的作用时,各分子电流取向变得大致相同

27、各分子电流取向变得大致相同,铁棒被磁化铁棒被磁化,两端对两端对外界显示出较强的磁性外界显示出较强的磁性,形成磁极形成磁极.磁体的消磁磁体的消磁:磁体受到高温或猛烈撞击时会失去磁性磁体受到高温或猛烈撞击时会失去磁性,这是因这是因为激烈的热运动或震动使分子电流的取向又变得杂乱无章了为激烈的热运动或震动使分子电流的取向又变得杂乱无章了.【典例【典例4】(多选多选)如图所示如图所示,一束带电粒子沿着水平方向一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过小磁针上方时平行地飞过小磁针上方时,小磁针的小磁针的s极向纸内偏转极向纸内偏转,则这则这束带电粒子可能是束带电粒子可能是()a.向右飞行的正离子束向右飞行的正离子束

28、b.向左飞行的正离子束向左飞行的正离子束c.向右飞行的负离子束向右飞行的负离子束d.向左飞行的负离子束向左飞行的负离子束解析解析: :本题考查运用安培定则判断运动电荷本题考查运用安培定则判断运动电荷( (等效电流等效电流) )的磁场的磁场. .小磁针静止时小磁针静止时n n极的指向是小磁针所在处的磁极的指向是小磁针所在处的磁场方向场方向, ,题中小磁针题中小磁针s s极向纸内偏转极向纸内偏转, ,说明离子束下方的说明离子束下方的磁场方向由纸内指向纸外磁场方向由纸内指向纸外, ,由安培定则可判定由安培定则可判定, ,由带电由带电粒子束的定向运动所产生的电流方向为由右向左粒子束的定向运动所产生的电

29、流方向为由右向左, ,若为若为正离子正离子, ,则其自右向左运动则其自右向左运动, ,选项选项b b正确正确; ;若为负离子若为负离子, ,则则其自左向右运动其自左向右运动, ,选项选项c c正确正确. .答案答案: bc等效电流法等效电流法带电粒子的定向运动可以看作带电粒子的定向运动可以看作“等效电流等效电流”,其方向其方向与正电荷定向移动的方向相同与正电荷定向移动的方向相同,与负电荷定向移动的与负电荷定向移动的方向相反方向相反.“等效电流等效电流”的磁场也可以应用安培定则的磁场也可以应用安培定则来判定来判定.【典例【典例5】开关闭合前三个小磁针的方向】开关闭合前三个小磁针的方向如图所示如图所示,确定开关闭合时三个小磁针的转确定开关闭合时三个小磁针的转向及最后的指向向及最后的指向.解析解析:电路稳定后电路稳定后,根据安培定则可以判断螺根据安培定则可以判断