人教版高中物理必修第三册第十三章电磁感应与电磁波初步

第十三章电磁感应与电磁波初步13.1磁场

磁感线目录CONTENTS1

学习目标2

新课导入3

新课讲解4

课堂小结5

当堂小练1.知道磁场的概念，知道磁体与磁体间、磁体与电流间、电流与电流间的作用是通过磁场发生的.2.知道磁感线的概念，并能记住几种常见磁场的磁感线分布特点。3.理解安培定则，会用安培定则判断电流的磁场方向．4．知道安培分子电流假说的内容，并能解释简单的磁现象。学习目标我国春秋战国时期的一些著作已有关于磁石的记载和描述。东汉学者王充在《论衡》一书中描述的“司南”,被公认为最早的磁性指南工具。指南针是我国古代四大发明之一。新课导入12世纪初，我国已将指南针用于航海，宋俑持罗盘者就记录了这个科技史实。目前，青岛磁悬浮列车时速620km/h。

你是否感受到，凡是用到电的地方，几乎都有磁现象相伴随？你知道电和磁有怎样的联系吗？人们很早就发现电和磁有很多相似的特征：自然界中的磁体总存在着两个磁极，自然界中同样存在着两种电荷。同名磁极或同种电荷相互排斥，异名磁极或异种电荷相互吸引。这种相似性是否意味着电和磁之间有某种联系呢？一、电和磁的联系新课讲解直到19世纪初很多著名的科学家——如库仑、安培、托马斯.杨都认为电与磁是互不相关的两回事。库仑安培托马斯·杨电和磁没啥关系一、电和磁的联系高手怎么说？在18世纪和19世纪之交人们发现，自然界各种运动之间存在着相互联系和转化，这种思想在哲学界和科学界逐渐形成，也影响了奥斯特。内能→机械能机械能→内能一、电和磁的联系思考

丹麦科学家奥斯特坚信电和磁存在某种联系，并开始不懈的探索。由于受当时一些错误观点影响，奥斯特做了很多实验都以失败告终。1820年4月，在一次讲课中，他偶然的把一根导线放在一个指南针的上方，通电时，磁针转动了。——首次发现了电和磁的联系。一、电和磁的联系奥斯特是第一个发现了电和磁有联系的人。它的这个发现震动了整个科学界，推动了电磁学的研究。

为此，安培写道：“奥斯特先生……已经永远把他的名字和一个新纪元联系在一起了。”奥斯特实验说明：电流对磁体会产生力的作用，电流具有磁效应。一、电和磁的联系

奥斯特实验之后，安培等人又做了很多实验研究。他们发现，不仅通电导线对磁体有作用力，磁体对通电导线也有作用力。二、磁场结论：同方向的电流相互吸引，反方向的电流相互排斥。既然电流有磁效应，那么电流和电流之间是否也存在着相互作用力呢？二、磁场那么，这些相互作用是怎样发生的?磁体与磁体、通电导线对磁体、磁体对通电导体、任意两条通电导线之间都有力的作用，这些作用力的产生都不需要直接接触。F′F二、磁场

正像电荷间相互作用通过电场发生，磁体和磁体之间，磁体和通电导体之间，以及通电导体和通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的。我们如何形象的描述磁场呢？二、磁场1.磁场：磁体或电流周围周围空间存在的一种特殊物质。2.基本性质：对放入其中的磁体或电流会产生力的作用。3.磁场的方向：小磁针静止时N极的指向。实验探究正像在电场中我们用电场线形象地描述电场一样，在磁场中，我们用磁感线来描述磁场。三、磁感线在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度方向一致，这样的曲线就叫做磁感线。条形磁铁磁感线蹄形磁铁磁感线三、磁感线磁感线的特点：1.磁感线是假想的曲线；2.磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线，磁体外部由N极到S极，内部由S极到N极；4.磁感线的疏密表示磁场的强弱；3.磁感线不相交、不相切；5.磁感线上每一点的切线方向即为该点的磁场的方向。三、磁感线地球的磁场:1.地球是一个巨大的磁体。2.地球周围空间存在的磁场叫地磁场。3.地磁场的三大特点（1）地磁场的N极在地球南极附近，S极在地球北极附近。（2）地磁场的方向在南半球斜向上，在北半球斜向下，与地表面并不平行。（3）在赤道平面上，到地心等距离的各点，地磁场强度相等，且方向水平。三、磁感线思考：磁铁和电流都能产生磁场，电流产生磁场是什么样的呢？直线电流的磁感线是一圈圈的同心圆，这些同心圆都在跟导线垂直的平面上。实验表明，改变电流的方向，各点的磁场方向都变成相反的方向。四、安培定则安培定则：用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向。（也叫右手螺旋定则）I纵截面图横截面图立体图1.直线电流的磁场表示磁感线垂直纸面向里

表示磁感线垂直纸面向外

表示电流垂直纸面向里

表示电流垂直纸面向外

四、安培定则环形电流的磁感线实验模拟环形电流的磁感线动画模拟2.环形电流的磁场四、安培定则安培定则二（也叫右手螺旋定则）：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁场的方向。纵截面图立体图横截面图四、安培定则通电螺线管的磁感线实验模拟通电螺线管的磁感线动画模拟3.通电螺线管的磁场四、安培定则安培定则二（也叫右手螺旋定则）：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁场的方向。四、安培定则立体图横截面图纵截面图

与天然磁体的磁场相比，电流磁场的强弱容易控制，因而在实际中有很多重要的应用。电磁起重机电动机电流磁场的应用磁悬浮列车电磁弹射装置电流磁场的应用1.分子电流假说：任何物质的分子中都存在环形电流——分子电流，分子电流使每个分子都成为一个微小的磁体。2.安培分子电流假说对一些磁现象的解释：未被磁化的铁棒磁化后的铁棒B五、安培分子电流假说3.安培分子电流假说意义(1)成功的解释了磁化现象和磁体消磁现象；(2)安培分子电流假说揭示了电和磁的本质联系；(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.说明：安培提出分子电流假说时，人们还不知道物质的微观结构、电子绕原子核高速旋转的说法，所以称为假说。如今，“假说”已成为真理。五、安培分子电流假说奥斯特发现了电流的磁效应磁场磁感线对放入其中的磁体或电流会产生力安培定则：用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向。（也叫右手螺旋定则）安培分子电流假说课堂小结1.关于磁场，下列说法正确的是（

）A．磁场的基本性质是对处于其中的磁体或通电导体有力的作用B．磁场是看不见、摸不着、实际不存在的，是人们假想出来的一种物质C．磁场是磁体周围或通电导体周围存在的一种物质，有小磁针放入其中时，存在磁场；无小磁针放入时，磁场不存在D．磁场的存在与否决定于人的思想，想其有则有，想其无则无【正确答案】A当堂小练2.如图所示，在一沿南北方向水平放置的直导线正下方有一小磁针。在导线中通有某一方向电流，小磁针静止时N极指向西偏北方向，由此可推断（）A．此时导线中的电流方向为由北向南B．若导线中通有相反方向的电流，小磁针静止时N极

将指向东偏南方向C．若将小磁针放置到导线正上方，小磁针静止时N极仍指向西偏北方向D．若将导线中的电流增大，小磁针N极将略向西偏转【正确答案】D3.为了判断一个未知正负极的蓄电池的极性，某同学将该蓄电池通过电阻跟螺线管连接起来，发现小磁针的N极立即向螺线管偏转，如图所示。用M、N和P、Q分别表示蓄电池和螺线管两极，下列判断正确的是（）A．蓄电池M端为正极B．蓄电池N端为正极C．螺线管P端为S极D．螺线管内部磁场方向由P指向Q【正确答案】B4.下列关于磁场的相关描述及判定，正确的是（）A．图甲中表示条形磁铁的磁感线从N极出发，到S极终止B．图乙中导线通电后，其正下方小磁针的N极向纸面外转动C．图丙中两个平行放置的通电线圈之间存在图示方向的磁场D．图丁中通有方向相反电流的两导线之间存在斥力，两斥力是一对平衡力【正确答案】C5.如图所示，当开关闭合时(1)判断通电螺线管的磁极；（2）指出每个静止小磁针的N、S极。NS甲乙丙丁SNNNN6.在图中，已知磁场的方向，试画出产生相应磁场的电流方向NSX·第十三章电磁感应与电磁波初步13.2磁感应强度

磁通量目录CONTENTS1

学习目标2

新课导入3

新课讲解4

课堂小结5

当堂小练1.理解磁感应强度的概念，知道磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量.2.理解磁感应强度的物理意义和定义式，并能利用公式B＝或F＝ILB进行简单计算，知道匀强磁场磁感线的特点.3.知道磁通量的定义，知道Φ＝BS的适用条件，会用这一公式进行计算．学习目标

巨大的电磁铁能吸起成吨的钢铁，通过电磁力的作用列车也可以悬浮起来，而小磁体却只能吸起几枚铁钉——磁场有强弱之分。

那么，我们怎样定量地描述磁场的强弱呢？新课导入电场的基本性质是什么？对放入其中的电荷有电场力的作用磁场的基本性质是什么？对放入其中的磁体或通电导体有磁力的作用试探电荷所受电场力跟电荷量的比值,正试探电荷的受力方向如何描述电场的强弱和方向？如何描述磁场的强弱和方向？能否类似电场的研究方法,分析磁体或电流在磁场中所受的力,找出表示磁场强弱和方向的物理量?温故知新SN场源电荷试探电荷+q一、磁感应强度规定：小磁针静止时N极所指的方向为该点的磁感应强度的方向。磁感应强度的方向电场强度方向：磁感应强度的方向：规定：正试探电荷的受力方向。新课讲解回顾：电场强度E的大小思考1：能否用测量N极受力的大小来确定磁感应强度的大小？场源电荷试探电荷+不能。因为N极不能单独存在。小磁针静止时所受的合力为零，因而不能用测量

N

极受力的大小来确定磁感应强度的大小。一、磁感应强度怎么办？能否用很小一段通电导体来检验磁场的强弱？思考2：磁场除对磁体有作用力外，还对谁有作用力？一、磁感应强度电流元：很短的一段通电导线中的电流I与导线长度L的乘积IL。通电导体①理想模型②不存在孤立的电流元③可以用较长的通电导线来检验匀强磁场放置位置电流大小磁场中导线长度磁场（相同的磁场）（通电导线与磁场方向垂直）控制变量影响通电导线受力的因素思考3：通电导线所受到的磁场力与什么有关呢？一、磁感应强度磁铁较宽，可视为匀强磁场滑动变阻器可以改变电流的大小但是L怎样变化呢？一、磁感应强度实验装置一、磁感应强度实验演示：现象：电流I增大，导线摆动的角度增大；电流I减小，导线摆动的角度减小。一、磁感应强度实验过程及现象：现象：通电导线L变长，导线摆动的角度增大；通电导线L变短，导线摆动的角度减小。1.保持导体长度L不变，改变电流的大小2.保持电流I不变，改变导线的长度精确的实验表明：通电导线与磁场方向垂直时当L不变，I越大，F越大当I不变，L越长，F越大F∝IL一、磁感应强度实验结论：即：通电导线与磁场方向垂直时，它受力的大小既与导线的长度L成正比，又与导线中的电流I成正比，即与I和L的乘积IL成正比。F=BIL1.定义：2.单位：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的磁场力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度。特斯拉，简称特，符号T。3.方向：方向与该点磁场的方向一致4.意义：描述磁场的强弱和方向的物理量一、磁感应强度（1）B与L、I、F无关，与场源和该点在场中的位置有关。（2）用B=F/IL计算时，导线电流的方向与磁场方向必须垂直。通电导线与磁场方向垂直时受到磁场力最大，平行时为零。5.注意：（3）若某一空间同时存在几个磁场，空间的磁场应由这几个磁场叠加而成，某点的磁感应强度为B，则有：B=B1+B2+B3……（矢量和），用平行四边形法则运算。一、磁感应强度dba一、磁感应强度比较项目磁感应强度B电场强度E物理意义描述磁场的性质描述电场的性质定义式共同点用比值的形式定义特点通电导线与B垂直，B与F、I、L无关E与F、q无关方向共同点都是矢量，遵循矢量合成法则不同点小磁针N极的受力方向放入该点正电荷的受力方向磁感应强度B与电场强度E的比较1.定义：强弱、方向处处相同的磁场2.特点：磁感线是一组间隔相同的平行直线3.常见的匀强磁场:1）相隔很近的两个异名磁极之间的磁场2）通电螺线管内部的磁场3）相隔一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场I二、匀强磁场4.匀强磁场的磁感线：

磁感线的疏密程度表示了磁场的强弱。在图中，S1和S2两处磁感线的疏密不同，这种不同是如何体现的呢？问题与思考

如果在S1和S2处，在垂直于纸面方向取同样的面积，穿过相同面积磁感线条数多的就密，磁感应强度就大。3.单位：Wb（韦伯）1.定义：设在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，我们把B与S的乘积叫作穿过这个面积的磁通量，简称磁通。符号ΦB1S1B2S2三、磁通量2.公式：

Φ=BSΦ>0Φ<0BB4.磁通量是标量，且有正负

规定磁感线从平面的某一面穿入，磁通量为正；磁感线从平面的另一面穿入，磁通量为负。磁通量是标量,运算遵循标量运算法则(代数求和)正负不表大小，只表示磁感线从正面穿进还是从负面穿进三、磁通量5.物理意义：磁通量反映了穿过这个平面的磁感线条数。SB1B2当平面有相同方向磁感线同时穿过时，总磁通量为各磁通量之和；当平面有相反方向磁感线同时穿过时，总磁通量为各磁通量之差的绝对值。SB3B1三、磁通量

同一平面垂直磁场方向放置，在磁感应强度越大的地方，磁感线分布越密集，穿过该平面的磁通量越大

。磁通密度：磁感应强度数值上等于垂直穿过单位面积的磁通量。表示单位面积上的磁通量，反映磁感线的疏密。拓展学习当平面与磁场方向不垂直时，穿过的磁通量？磁感应强度与平面夹角θ。θBS三、磁通量同一平面，从与磁场垂直方向转过θ角，磁通量变为？SBSS′θBS转过90°，平面与磁场平行，穿过的磁通量为多少？转过180°，平面与磁场垂直，穿过的磁通量为多少？三、磁通量BBΦ=0BSθ1θ2磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1末态磁通量初态磁通量三、磁通量1.当B不变，有效面积S变化时，ΔΦ＝B·ΔS2.当B变化，S不变时，ΔΦ＝ΔB·S。3.B和S同时变化，则ΔΦ＝Φ2－Φ1，但ΔΦ≠ΔB·ΔS。

我国是最早在航海时使用指南针的国家。郑和下西洋的船队已经装备了罗盘，导航时兼用罗盘和观星，二者互相补充、互相修正。他的航海图叫做“针图”，图中的航线叫做“针路”。明清时期，我国海道针经一类书籍相当丰富。15世纪初成书的《顺风相送》《指南正经法》现藏于英国牛津大学图书馆。STSE:指南针与郑和下西洋在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的磁场力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度。①当SB垂直时Φ=BS②单位：韦伯，符号：Wb1Wb=1T·m2③磁通量表示穿过这个面的磁感线条数。

磁场强弱、方向处处相同磁感应强度匀强磁场磁通量BSΔΦ＝Φ2－Φ1课堂小结1.下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是（）A．通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大B．通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大C．放在匀强磁场中各处的通电导线，受力大小和方向处处相同D．磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关【正确答案】D当堂小练2.（多选）下列各种说法中，正确的是（）

A.磁通量很大，而磁感应强度可能很小

B.磁感应强度越大，磁通量也越大