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第三章 電磁場與電磁波初步
3.1磁場 磁感線
教科版（2019）高中物理必修第三冊
目 錄
1
2
3
4
新課導入
學習目標
新課講解
經典例題
5
課堂練習
6
課堂小結
學習目標
1. 知道奧斯特的實驗——通電導線周圍存在磁場。
2. 理解磁感線的概念，會用磁感線描述電流的磁場。
3. 掌握安培定則，會用安培定則判斷磁場的方向。
一、我國古代對磁現象的認識及應用
我國春秋戰國時期的一些著作已有關于磁石的記載和描述。指南針是我國古代四大發明之一。12世紀初，我國已將指南針用于航海，宋俑持羅盤者就記錄了這個科技史實。
你是否感受到，凡是用到電的地方，幾乎都有磁現象相伴隨？你知道電和磁有怎樣的聯系嗎？
二、磁場與磁感線
1.磁現象
最初發現的磁體是被稱為“天然磁石”的礦物，其中含有主要成分為Fe3O4，能吸引其他物體，很像磁鐵。
電現象和磁現象有何相似
兩種電荷
兩種磁極
同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引
同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引
庫侖：電流體和磁流體是兩種完全不同的實體，他們不可能相互轉化
托馬斯·楊：沒有任何理由去設想電和磁之間存在任何直接的聯系
安培：電和磁是相互獨立的兩種不同實體
1687年，牛頓萬有引力定律
1785年， 庫侖定律
奧斯特之前的實驗都失敗了
18世紀和19世紀之交自然界各種運動形式之間存在著相互聯系并相互轉化的思想在哲學界和科學界逐漸形成，深受康德哲學思想影響的丹麥物理學家奧斯特相信，就像電和熱、電和光之間存在聯系一樣，電和磁也存在聯系。
總是把磁針放在導線的延長線上，均以失敗告終
奧斯特相信電與磁之間存在聯系
法拉第：他突然打開了科學中一個黑暗領域的大門，使其充滿光明
實驗現象：當給導線通電時,與導線平行放置的小磁針發生轉動
實驗結論:通電導體對磁體有力的作用
安培：奧斯特先生已經永遠把他的名字和一個新紀元聯系在一起了.
自奧斯特試驗之后，安培等人又做了很多實驗研究，他們發現不僅通電導線對磁體有作用力，磁體對通電導線也有作用力。他們還發現，任意兩條通電導線之間也有作用力。
兩條通電導線之間發生相互作用
電流
電流
這些作用是通過什么發生相互作用的呢
類比：電荷之間的相互作用是通過電場發生的
磁體
磁場
磁體
磁體
電流
磁場
磁場
磁性：能夠吸引鐵質物體的性質
磁極：磁體上磁性最強的區域。
磁體間的相互作用：同名磁極相斥，異名磁極相吸
磁體：具有磁性的物體
①北極：自由轉動的磁體，靜止時指北的磁極，又叫N極。
②南極：自由轉動的磁體，靜止時指南的磁極，又叫S極。
2、磁場的性質
1、磁場:磁體或電流周圍空間存在的一種特殊物質.
3、磁極間、電流間、磁極與電流間的相互作用是通過磁場發生的。
磁場對放入其中的磁體或通電導體會產生力的作用。
2.磁場
2.磁感線
將一個小磁針放在磁場中某一點,小磁針靜止時,北極N所指的方向,就是該點的磁場方向。
【問題】磁場中各點的磁場方向如何判定呢
在學習電場時為了形象的描述電場的強弱和方向，我們引入了電場線，
我們為了形象地描述磁場，引入磁感線。
演示實驗：觀察常見磁場的分布
點擊播放視頻
視頻：通電直導線周圍磁場分布
在磁場中畫出一些有方向的曲線，使曲線上每一點的切線方向都跟這點的磁場的方向一致。
1．定義
A
B
C
強弱？
疏密！
2．磁感線的基本特點：
磁感線上每一點的切線方向表示該處的磁場方向。
　 磁感線的疏密程度表示該處的磁場的強弱。
磁體外部磁感線從N極出發指向S極，在磁體內部由S極到N極，形成閉合曲線。
磁感線不相交（不相切）。
1.地球是一個巨大的磁體。
2.地球周圍空間存在的磁場叫地磁場。
3.地磁場的三大特點
（1）地磁場的N極在地球南極附近，S極在地球北極附近。
（2）地磁場的方向在南半球斜向上，在北半球斜向下，與地表面并不平行。
（3）在赤道平面上，到地心等距離的各點，地磁場強度相等，且方向水平。
三、安培定則
安培定則：用右手握住導線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環繞方向.
1.直線電流磁場的磁感線
特點：一系列的同心圓，且近導線處分布密.
安培定則：用右手握住導線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環繞方向.
特點：一系列的同心圓，且近導線處分布密.
2.環形電流周圍的磁感線
安培定則：讓右手彎曲的四指和環形電流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是環形導線軸線上磁感線的方向.
特點：一系列的同心圓，且近導線處及環內分布密.
環形電流的磁場
通電螺線管的磁場就是環形電流磁場的疊加.所以環形電流的安培定則也可以用來判定通電螺線管的磁場,這時,大拇指所指的方向是螺線管內部的磁場的方向.
3.通電螺線管周圍的磁感線
通電螺線管內外小磁針的指向
典例分析
1（多選）下列關于電場線和磁感線的說法，正確的是
A．電場線和磁感線都是假想的曲線
B．電場線和磁感線都是閉合的曲線
C．電場線和磁感線的疏密都表示場的強弱
D．電場線上某點的切線方向表示電場方向，磁感線上某點的切線方向表示磁場方向
【參考答案】ACD
典例分析
2中國宋代科學家沈括在《夢溪筆談》中最早記載了地磁偏角：“以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也”。進一步研究表明，地球周圍地場的磁感線分布示意如圖，結合上述材料，下列說法正確的是（　　）
A．地理南、北極與地磁場的南、北極是重合的
B．地球表面磁場的豎直分量在南半球垂直于地面向上，在北半球垂直于地面向下
C．地球表面任意位置的地磁場方向都與地面平行
D．地磁場對地球赤道上方任意放置的通電導線都有力的作用
【參考答案】B
典例分析
3 如圖，小磁針放在線圈中心，且兩者處于同一平面內。當在線圈中通入逆時針方向的電流后，小磁針N極的指向是（ ）
A．向上 B．向下
C．垂直紙面向外 D．垂直紙面向里
【參考答案】C
課堂練習
1.關于圖所示的磁場，下列說法中正確的是（　　）
A．磁場方向與小磁針靜止時南極指向一致
B．若知道磁感應強度B與線圈的面積S，則可求出穿過這個面積的磁通量
C．a、b兩點在同一磁感線上位置不同，但它們的強弱相同
D．磁感線不能相交
【參考答案】D
課堂練習
2.如圖所示，一枚小磁針放在半圓形導線環的環心O處，當導線中通以如圖所示方向的電流時，小磁針將如何偏轉(　　)
A.沿順時針方向轉動
B.沿逆時針方向轉動
C.N極轉向紙里，S極轉向紙外
D.N極轉向紙外，S極轉向紙里
解析　由安培定則知，環形電流內部磁場方向垂直紙面向里，故N極轉向紙里，選項C正確。
答案　C
課堂練習
3. 關于磁感線，下列說法中正確的是(　　)
A.兩條磁感線的空隙處一定不存在磁場
B.磁感線總是從N極到S極
C.磁感線上每一點的切線方向都跟該點的磁場方向一致
D.兩個磁場疊加的區域，磁感線就可能相交
解析　磁感線是為了形象描述磁場而假想的有方向的曲線，曲線上每一點的切線方向表示磁場的方向，曲線的疏密表示磁場的強弱，所以C正確，A錯誤；在磁體外部磁感線從N極到S極，內部從S極到N極，磁感線不相交，所以B、D錯誤。
答案　C
課堂練習
4. 電路沒接通時三個小磁針方向如圖所示，接通電路后確定三個小磁針的轉向及最后N極的指向。(其中小磁針3在螺線管內部)
解析　由安培定則可知螺線管內部磁場方向由左向右，故小磁針3順時針轉動，最后N極指右；小磁針1所在位置處磁場方向向左，故小磁針1逆時針轉動，最后N極指左；小磁針2所在位置處磁場方向向右，小磁針2順時針轉動，最后N極指右。
答案　小磁針1逆時針轉動，最后N極指左；小磁針2順時針轉動，最后N極指右；小磁針3順時針轉動，最后N極指右。
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