物理选修1-122电流的磁场

1、指南针与远洋航海指南针与远洋航海郑和下西洋郑和下西洋欧洲人的远洋探险欧洲人的远洋探险磁场磁场磁场磁场磁感线磁感线磁感线与电场线异同磁感线与电场线异同磁性的地球磁性的地球地磁场地磁场磁偏角磁偏角知识回顾知识回顾导入新课磁悬浮列车磁悬浮列车 上海的磁悬浮列车上海的磁悬浮列车是全球唯一的一条商业是全球唯一的一条商业运营磁悬浮列车运营磁悬浮列车 。能自动关门的能自动关门的冰箱通常中铰链有冰箱通常中铰链有一定的倾斜度，或一定的倾斜度，或者有一个叫做自动者有一个叫做自动关门扣及其托架的关门扣及其托架的装置，加上门封磁装置，加上门封磁条的吸力门体在一条的吸力门体在一定的角度就会自动定的角度就会自动关闭。关闭

2、。 普通的水雷或者地雷只能在接触目标时爆炸，普通的水雷或者地雷只能在接触目标时爆炸，因此作用有限。而如果在水雷或地雷上安装磁性因此作用有限。而如果在水雷或地雷上安装磁性传感器，由于坦克或者军舰都是钢铁制造的，在传感器，由于坦克或者军舰都是钢铁制造的，在它们接近（无须接触目标）时，传感器就可以探它们接近（无须接触目标）时，传感器就可以探测到磁场的变化使水雷或地雷爆炸，提高了杀伤测到磁场的变化使水雷或地雷爆炸，提高了杀伤力。力。 带电体和磁体有一些相似的性质，这带电体和磁体有一些相似的性质，这些相似是一种巧合呢？还是它们之间存在些相似是一种巧合呢？还是它们之间存在着某些联系呢？着某些联系呢？ 想一

3、想想一想教学目标知识与能力知识与能力1知道什么是安培力，掌握分析安培力的知道什么是安培力，掌握分析安培力的方法。方法。2理解磁感应强度理解磁感应强度B的定义式物理意义，知的定义式物理意义，知道磁感应强度的单位是特斯拉。知道用磁感线的道磁感应强度的单位是特斯拉。知道用磁感线的疏密程度可以形象地表示磁感应强度的大小。疏密程度可以形象地表示磁感应强度的大小。 3会用会用FBIL进行安培力的简单计算。进行安培力的简单计算。4了解电动机的工作原理。了解电动机的工作原理。过程与方法过程与方法通过实验探究直线电流、环形电流及通通过实验探究直线电流、环形电流及通电螺线管的磁感线特点，并判断磁场方向。电螺线管的

4、磁感线特点，并判断磁场方向。 情感态度与价值观情感态度与价值观了解奥斯特、安培等科学家的实验研究了解奥斯特、安培等科学家的实验研究对人们认识电磁场现象所引起的重要作用。对人们认识电磁场现象所引起的重要作用。教学重难点重点重点1直线电流、环形电流及通电螺线管的直线电流、环形电流及通电螺线管的磁场特点。磁场特点。2磁感线方向的判断。磁感线方向的判断。3安培定则。安培定则。难点难点1磁感线方向的判断。磁感线方向的判断。2安培定则。安培定则。本章导航一电流的磁效应一电流的磁效应二电流磁场的方向二电流磁场的方向一电流的磁效应一电流的磁效应我们知道，静止的电荷只能产生电场，不我们知道，静止的电荷只能产生电

5、场，不能产生磁场。那么运动的电荷，也就是电流，能产生磁场。那么运动的电荷，也就是电流，能不能产生磁场呢？能不能产生磁场呢？18世纪，一些有趣的现象已经引起了科学世纪，一些有趣的现象已经引起了科学家的注意。一名英国商人发现，雷电过后，他家的注意。一名英国商人发现，雷电过后，他的一箱新刀叉竟有了磁性。的一箱新刀叉竟有了磁性。富兰克林也在试验中发现，在莱顿瓶放电富兰克林也在试验中发现，在莱顿瓶放电后，附近的缝衣针被磁化了。后，附近的缝衣针被磁化了。1820年，奥斯特发现：把一根导线平行地年，奥斯特发现：把一根导线平行地放在磁针的上方，给导线通电时，磁针发生了放在磁针的上方，给导线通电时，磁针发生了偏

6、转，就好像磁针受到磁铁的作用一样。这说偏转，就好像磁针受到磁铁的作用一样。这说明不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场，明不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场，这个现象称为这个现象称为电流的磁效应电流的磁效应。丹麦物理学家奥斯特发现的丹麦物理学家奥斯特发现的电流磁效应，是科学史上的重大电流磁效应，是科学史上的重大发现。发现。揭开了物理学史上的一个新揭开了物理学史上的一个新纪元。纪元。奥斯特不只是一位著名的物奥斯特不只是一位著名的物理学家，还是一位优秀的教师。理学家，还是一位优秀的教师。他的讲课有表演，有分析。他非他的讲课有表演，有分析。他非常重视实验，他说过常重视实验，他说过“我不喜欢我不喜欢那

7、种没有实验的枯燥的讲课，因那种没有实验的枯燥的讲课，因为归根到底，所有的科学进展都为归根到底，所有的科学进展都是从实验开始的。是从实验开始的。” 奥斯特奥斯特奥斯特实验：奥斯特实验：电流周围能产生磁场电流周围能产生磁场奥斯特实验演示视频奥斯特实验演示视频演示演示1当直导线通电时产生什么现象？当直导线通电时产生什么现象？2断电后发生什么现象？断电后发生什么现象？3改变通电电流的方向后发生什么现象改变通电电流的方向后发生什么现象 ？通电时小磁针发生偏转。通电时小磁针发生偏转。断电时小磁针转回到指南北的方向。断电时小磁针转回到指南北的方向。通电电流方向相反，小磁针偏转方向也相反。通电电流方向相反，小

8、磁针偏转方向也相反。结论结论1现象：现象：导线通电，周围小磁针发导线通电，周围小磁针发生偏转；通电电流生偏转；通电电流方向改变方向改变，小磁针，小磁针偏偏转方向相反转方向相反。 2规律：规律：（1）通电导线周围）通电导线周围存在磁场；存在磁场；（2）磁场方向）磁场方向与电流方向有关。与电流方向有关。二电流磁场的方向二电流磁场的方向 1直线电流周围的磁场直线电流周围的磁场（1）演示实验：）演示实验：使直导线穿过一块硬纸板，使直导线穿过一块硬纸板，在硬纸板上均匀地撒一层细铁屑，轻敲硬纸板，在硬纸板上均匀地撒一层细铁屑，轻敲硬纸板，同时给导线通电。同时给导线通电。（2）结论：）结论：直线直线电流磁场

9、的磁感线是围绕电流磁场的磁感线是围绕导线的一些同心圆，这些同心圆内密外疏。导线的一些同心圆，这些同心圆内密外疏。（3）安培定则判断直导线的磁场方向）安培定则判断直导线的磁场方向右手握住导线，伸直的拇指的方向代表右手握住导线，伸直的拇指的方向代表电流的方向电流的方向，那么弯曲的四指所指的方向就，那么弯曲的四指所指的方向就是是磁感线的环绕方向。磁感线的环绕方向。立体图立体图I I纵截面图纵截面图横截面图横截面图 2环形电流周围的磁场环形电流周围的磁场（1）演示实验：）演示实验：使环形导线穿过一块硬纸板，使环形导线穿过一块硬纸板，在硬纸板上均匀地撒一层细铁屑，轻敲硬纸板，同在硬纸板上均匀地撒一层细铁

10、屑，轻敲硬纸板，同时给导线通电。时给导线通电。（2）结论：）结论：直线电流磁场的磁感线是围绕导直线电流磁场的磁感线是围绕导线的一些同心圆，这些同心圆内密外疏。线的一些同心圆，这些同心圆内密外疏。I I立体图立体图横截面图横截面图（3）安培定则判断环形导线的磁场方向）安培定则判断环形导线的磁场方向右手握住环形导线，弯曲的四指所指的右手握住环形导线，弯曲的四指所指的方向代表方向代表电流的方向电流的方向，拇指所指的方向就是，拇指所指的方向就是圆环中心周线上的圆环中心周线上的磁感线的方向。磁感线的方向。 3通电螺线管周围的磁场通电螺线管周围的磁场（1）演示实验：）演示实验：使通电螺线管穿过一块硬纸使通

11、电螺线管穿过一块硬纸板，在硬纸板上均匀地撒一层细铁屑，轻敲硬纸板，板，在硬纸板上均匀地撒一层细铁屑，轻敲硬纸板，同时给导线通电。同时给导线通电。（2）结论：）结论：直线电流磁场的磁感线是围绕导直线电流磁场的磁感线是围绕导线的一些同心圆，这些同心圆内密外疏。线的一些同心圆，这些同心圆内密外疏。插入视频插入视频（3）安培定则判断通电螺线管的磁场方向）安培定则判断通电螺线管的磁场方向右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管跟电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内内部的磁感线的方向部的磁感线的方向，又叫右手螺旋定则。，又

12、叫右手螺旋定则。通电后，轻轻敲板，铁屑为什么会产生规通电后，轻轻敲板，铁屑为什么会产生规则排列？铁屑的排列与什么现象一样？则排列？铁屑的排列与什么现象一样？想一想想一想铁屑磁化变成铁屑磁化变成“小磁针小磁针”，轻敲使铁屑可自，轻敲使铁屑可自由转动，使铁屑按磁场进行排列。其排列与条形由转动，使铁屑按磁场进行排列。其排列与条形磁体的排列相同，通电螺线管相当于条形磁体。磁体的排列相同，通电螺线管相当于条形磁体。结论结论大大家家谈谈根据通电螺线管外部磁感线的分布作根据通电螺线管外部磁感线的分布作出判断：什么位置的磁场最强？出判断：什么位置的磁场最强？在同一幅磁感线的示意图中，磁感线在同一幅磁感线的示意

13、图中，磁感线密集密集的位置，磁场比较的位置，磁场比较强强，磁感线，磁感线稀疏稀疏的的位置，磁场比较位置，磁场比较弱弱。这一点，跟用电场线。这一点，跟用电场线描述电场相似。描述电场相似。科学足迹科学足迹奥斯特很早就相信，自然界各种现象之间奥斯特很早就相信，自然界各种现象之间存在着广泛的联系。他为寻找这种联系做过一存在着广泛的联系。他为寻找这种联系做过一些实验。些实验。1803年奥斯特断言年奥斯特断言：“我们的物理学我们的物理学将不再是关于运动、热、空气、光、电、磁以将不再是关于运动、热、空气、光、电、磁以及我们所知道的各种其他现象的零散罗列，我及我们所知道的各种其他现象的零散罗列，我们将把整个宇

14、宙容纳在一个体系中。们将把整个宇宙容纳在一个体系中。”电流磁效应的发现电流磁效应的发现1820年年4月，在一次有关电荷磁的演讲中，月，在一次有关电荷磁的演讲中，奥斯特把导线沿南北方向设置，导线下方有一枚奥斯特把导线沿南北方向设置，导线下方有一枚小磁针。小磁针。接通电源时，小磁针转动了接通电源时，小磁针转动了。这个现象。这个现象没有给台下的听众留下什么印象，却使奥斯特激没有给台下的听众留下什么印象，却使奥斯特激动万分。他紧紧抓住这个现象，连续动万分。他紧紧抓住这个现象，连续进行了进行了3个个月的实验研究月的实验研究，终于在，终于在1820年年7月月21日发表的论日发表的论文文关于磁针上的电流冲突

15、实验关于磁针上的电流冲突实验中，报告了他中，报告了他的实验装置和实验发现。他指出，在电流周围，的实验装置和实验发现。他指出，在电流周围，小磁针的指向形成一个闭合的圆周。小磁针的指向形成一个闭合的圆周。奥斯特发现，电流能使附近的磁针偏转。奥斯特发现，电流能使附近的磁针偏转。奥斯特还有一个看法，认为这种磁效奥斯特还有一个看法，认为这种磁效应要扩散到很大的空间范围。这正是应要扩散到很大的空间范围。这正是“场场”思想的开端思想的开端。电流磁效应的发现，打破了电与磁不电流磁效应的发现，打破了电与磁不想管的传统信条，猛然打开了一扇大门，想管的传统信条，猛然打开了一扇大门，使人们进入了电磁联系这个长期闭锁的

16、研使人们进入了电磁联系这个长期闭锁的研究领域，为实现物理学的一次大综合究领域，为实现物理学的一次大综合开辟开辟了广阔的道路了广阔的道路。课堂小结1电流的磁效应：电流的磁效应：电流也能产生磁场。这个电流也能产生磁场。这个现象称为电流的磁效应。现象称为电流的磁效应。2电流磁场的方向：电流磁场的方向：由安培定则确定（也叫由安培定则确定（也叫右手螺旋定则）。右手螺旋定则）。3安培定则：安培定则：内容分三种不同情况。内容分三种不同情况。（1）直线电流：）直线电流：右手握住导线，伸直的拇指右手握住导线，伸直的拇指的方向代表电流的方向，那么弯曲的四指所指的方的方向代表电流的方向，那么弯曲的四指所指的方向就是

17、磁感线的环绕方向。向就是磁感线的环绕方向。（2）环形电流：）环形电流：右手握住环形导线，弯曲的右手握住环形导线，弯曲的四指所指的方向就是电流的方向，拇指所指的方向四指所指的方向就是电流的方向，拇指所指的方向就是环形中心轴线上的磁感线的方向。就是环形中心轴线上的磁感线的方向。 （3）通电螺线管：）通电螺线管：右手握住螺线管，让弯右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，拇指曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部的磁感线的方向。所指的方向就是螺线管内部的磁感线的方向。直导线直导线环形导线环形导线通电螺线管通电螺线管高考链接【07年上海卷】磁场对放入其中的长为

18、年上海卷】磁场对放入其中的长为L、电流强度为、电流强度为I、方向与磁场垂直的通电导线、方向与磁场垂直的通电导线有力有力F的作用，可以用磁感应强度的作用，可以用磁感应强度B描述磁场描述磁场的力的性质，磁感应强度的大小的力的性质，磁感应强度的大小B_，在物理学中，用类似方法描述物质基本性质的在物理学中，用类似方法描述物质基本性质的物理量还有物理量还有_等。等。F/IL电场强度电场强度【07年上海卷】取两个完全相同的长导线，年上海卷】取两个完全相同的长导线，用其中一根绕成如图（用其中一根绕成如图（a）所示的螺线管，当该）所示的螺线管，当该螺线管中通以电流强度为螺线管中通以电流强度为I的电流时，测得螺

19、线的电流时，测得螺线管内中部的磁感应强度大小为管内中部的磁感应强度大小为B，若将另一根长，若将另一根长导线对折后绕成如图（导线对折后绕成如图（b）所示的螺线管，并通）所示的螺线管，并通以电流强度也为以电流强度也为I的电流时，则在螺线管内中部的电流时，则在螺线管内中部的磁感应强度大小为（的磁感应强度大小为（ ） A0 B0.5B CB D2 B （ a） （ b） 【07上海卷】如图（上海卷】如图（a）所示，光滑的平行）所示，光滑的平行长直金属导轨置于水平面内，间距为长直金属导轨置于水平面内，间距为L、导轨左、导轨左端接有阻值为端接有阻值为R的电阻，质量为的电阻，质量为m的导体棒垂直的导体棒垂直

20、跨接在导轨上。导轨和导体棒的电阻均不计，且跨接在导轨上。导轨和导体棒的电阻均不计，且接触良好。在导轨平面上有一矩形区域内存在着接触良好。在导轨平面上有一矩形区域内存在着竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。开。开始时，导体棒静止于磁场区域的右端，当磁场以始时，导体棒静止于磁场区域的右端，当磁场以速度速度v1匀速向右移动时，导体棒随之开始运动，匀速向右移动时，导体棒随之开始运动，同时受到水平向左、大小为同时受到水平向左、大小为f的恒定阻力，并很快的恒定阻力，并很快达到恒定速度，此时导体棒仍处于磁场区域内。达到恒定速度，此时导体棒仍处于磁场区域内。 R m v

21、1 B L （ a ） v vt O t t （1）求导体棒所达到的恒定速度）求导体棒所达到的恒定速度v2；（2）为使导体棒能随磁场运动，阻力最大）为使导体棒能随磁场运动，阻力最大不能超过多少？不能超过多少？（3）导体棒以恒定速度运动时，单位时间）导体棒以恒定速度运动时，单位时间内克服阻力所做的功和电路中消耗的电功率各为内克服阻力所做的功和电路中消耗的电功率各为多大？多大？（4）若）若t0时磁场由静止开始水平向右做时磁场由静止开始水平向右做匀加速直线运动，经过较短时间后，导体棒也做匀加速直线运动，经过较短时间后，导体棒也做匀加速直线运动，其匀加速直线运动，其v-t关系如图（关系如图（b）所示，

22、已）所示，已知在时刻知在时刻t导体棒瞬时速度大小为导体棒瞬时速度大小为vt，求导体棒，求导体棒做匀加速直线运动时的加速度大小。做匀加速直线运动时的加速度大小。【解析】【解析】 1导体棒运动时，切割磁感线，产生感导体棒运动时，切割磁感线，产生感应电动势，应电动势，EBL（v1v2），），根据闭合电路欧姆定律有根据闭合电路欧姆定律有IE/R，导体棒受到的安培力导体棒受到的安培力FBIL 速度恒定时有：速度恒定时有： 可得：可得： 2假设导体棒不随磁场运动，产生的感假设导体棒不随磁场运动，产生的感应电动势为应电动势为 ，此时阻力与安培力平衡，此时阻力与安培力平衡，所以有所以有 。2122fRvvB

23、L 1EBLv 221mBLvB L vfBILBLRR 2212()B LvvR 2212()B L vvfR 3 4因为因为导体棒要做匀加速运动，必有导体棒要做匀加速运动，必有v1v2为为常数，设为常数，设为v解得：解得：2212()B Lvvfm aR 2212F()fRPvF vBL 导导 体体 棒棒222221222()E/B Lv vfRPRRB L 电电 路路2222)tB L vfRaB L tm R 课堂练习 如图所示，若一束电子沿如图所示，若一束电子沿y轴正向移动，则轴正向移动，则在在z轴上某点轴上某点A的磁场方向应是（）的磁场方向应是（）A沿沿x的正向的正向 B沿沿x的负

24、向的负向C沿沿z的正向的正向 D沿沿z的负向的负向 如图所示，把小磁针放在磁场中，说明小如图所示，把小磁针放在磁场中，说明小磁针将怎样转动并停在哪个方向？磁针将怎样转动并停在哪个方向？小磁针将逆时小磁针将逆时针转动，静止时针转动，静止时N极极水平向右（沿磁场水平向右（沿磁场方向）。方向）。SNB下列关于磁场的说法中，正确的是（下列关于磁场的说法中，正确的是（ ）A只有磁铁周围才存在磁场只有磁铁周围才存在磁场B磁场是假想的，不是客观存在的磁场是假想的，不是客观存在的C磁场是在磁极与磁极、磁极和电流发生磁场是在磁极与磁极、磁极和电流发生作用时才产生作用时才产生D磁极与磁极，磁极与电流、电流与电流磁极与磁极，磁极与电流、电流与电流之间都是