高中物理5.1.2《磁与人类文明、怎样描述磁场》课件（沪科选修3-1）

欢迎进入物理课堂 我国是世界上最早发现磁现象的国家 早在战国末年就有磁铁的记载 我国古代的四大发明之一的指南针就是其中之一 指南针的发明为世界的航海业作出了巨大的贡献 在现代生活中 利用磁场的仪器或工具随处可见 如我们将要学习的电流表 质谱仪 回旋加速器等等 本章课程标准要求如下 1 列举磁现象在生活和生产中的应用 了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响 关注与磁相关的现代技术发展 2 了解磁场 知道磁感应强度和磁通量 会用磁感线描述磁场 本条目的第一点要求是了解磁场也是物质存在的形式之一 磁场对其中的磁体和电流有力的作用 知道磁感应强度与磁通量的物理意义和定义式 第二点要求是知道磁感线也是形象地描述磁场的虚拟曲线 了解地磁场的分布及其变化情况 3 会判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 本条目要求学生应能较熟练地应用安培定则 判断电流的磁场方向 并能用图表示 让学生了解安培分子电流假说 从而解释一些磁现象 4 通过实验 认识安培力 会判断安培力的方向 会计算匀强磁场中安培力的大小 5 通过实验 认识洛伦兹力 会判断洛伦兹力的方向 会计算洛伦兹力的大小 了解电子束的磁偏转原理及其在科学技术中的应用 6 认识电磁现象的研究在社会发展中的作用 5 1磁与人类文明5 2怎样描述磁场 我们学习了电场之后 知道了电场的产生 电场的物质性 电场的基本特性 并且用电场线形象地描述了电场 那么磁场是否仅由磁铁产生呢 磁场又有哪些基本特性 能否用磁感线形象地描述磁场 这些问题很自然地会引发人们的思考 1 要点剖析 1 磁性 物质具有吸引铁 钴 镍等物质的性质叫磁性 2 磁体 具有磁性的物体叫磁体 3 磁极 磁体的各部分磁性强弱不同 磁性最强的区域叫磁极 任何磁体都有两个磁极 一个叫南极 又称S极 另一个叫北极 又称N极 4 地磁场指南针在静止时沿地球南北方向取向 这表明地球是一个大磁体 如右图所示 地磁极的N极 北极 位于地理南极附近 地磁极的S极 南极 位于地理北极附近 但地磁两极与地理两极并不重合 有趣的是 地磁极有围绕地理极做周期运动的现象 其周期大概为数万年 在最近的五百万年间 地磁极均匀分布在地理极的四周 其平均位置与现代地理极重合 研究还发现 从地球形成迄今的漫长年代 地磁极曾多次发生极性倒转的现象 5 磁化使原来没有磁性的物体获得磁性的过程叫磁化 反过来 磁化后的物体失去磁性的过程叫退磁或去磁 6 磁性材料 磁性材料可分为软磁性材料和硬磁性材料 磁化后容易去磁的为软磁性材料 不容易去磁的为硬磁性材料 软磁性材料可应用于需被反复磁化的场合 例如振片磁头 计算机记忆元件 电磁铁等 硬磁性材料可应用于制作永久磁铁 2 思维拓展 1 指南针指南的一端是指南针的S极 指北的一端是指南针的N极 2 磁盘保存信息的过程是磁化过程 实际是磁盘的磁性材料被磁头中电流的磁场 第3节学习 磁化的过程 从磁盘中 读 出信息的过程 实际是磁盘中的磁场使磁头中的线圈发生电磁感应产生感生电流的过程 有关电磁感应我们在初中已初步学习过 在物理选修3 2中 我们还要更深入地学习 1 基本定义在磁场中画一些有方向的曲线 这些曲线上每一点的切线方向跟该点的磁场方向相同 这样的曲线叫做磁感线 2 要点剖析 1 磁感线上任一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同 如右图所示 2 任何两条磁感线都不相交 不中断 不相切 3 磁感线都是闭合曲线 外部从N极出发到S极 内部从S极到N极 4 磁感线的疏密表示磁场的强弱 磁感线越密的地方磁场越强 越疏的地方磁场越弱 3 思维拓展几种典型的磁感线的分布甲乙 1 条形磁铁的磁感线 如图甲所示 在磁铁外部是两端 磁极 最密 中间稀疏 在磁铁内部中间最密 2 蹄形磁铁的磁感线 如图乙所示 在磁铁外部是两端 磁极 最密 中间稀疏 在磁铁内部中间最密 4 易误警示磁感线与电场线的比较 1 基本定义 1 匀强磁场 磁感线的间距相等 相互平行且指向相同的磁场叫做匀强磁场 2 磁通量 在磁场中有一个平面 若穿过该平面的磁感线有 条 我们就称穿过这个平面的磁通量为 3 磁感应强度 垂直穿过某单位面积的磁通量叫做磁感应强度 3 要点剖析 1 匀强磁场的特点 匀强磁场的磁感线是一些间隔相同的平行直线 长的通电螺线管内部的磁场 两个靠得很近的异名磁极间的磁场都是匀强磁场 2 磁通量的计算 公式 BS 此式的适用条件是 a 匀强磁场 b 磁感线与平面垂直 如右图所示 在匀强磁场B中 若磁感线与平面不垂直 公式 BS中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积 如下图所示 在水平方向的匀强磁场中 平面abcd与垂直于磁感线方向的平面的夹角为 则穿过面积abcd的磁通量应为 B Scos Scos 即为面积S在垂直于磁感线方向的投影 我们称之为 有效面积 若磁感线沿相反方向穿过同一平面 且正向磁感线条数为 1 反向磁感线条数为 2 则磁通量等于穿过平面的磁感线的净条数 磁通量的代数和 即 1 2 磁通量的变化量 2 1 其数值等于初 末态穿过某个平面磁通量的差值 3 磁感应强度是矢量 其方向就是该点磁感线的方向 也就是放在该点小磁针N极所受磁力的方向 4 思维拓展 1 磁感应强度的大小与磁感线为了从磁感线不但可以了解磁感应强度的方向 还可以了解磁感应强度的大小 我们规定穿过与磁场方向垂直的平面的单位面积磁感线的条数跟磁感应强度成正比 这样 在磁感应强度大的地方 磁感线密 磁感应强度小的地方 磁感线疏 磁感线的疏密反映了磁感应强度的大小 2 磁感应强度与匀强磁场 磁感应强度的大小和方向处处相同的磁场区域为匀强磁场 2 磁通量的 正 负 号磁通量是通过闭合线圈的磁感线的条数 它是标量 但是磁通量也有 正 负 磁通量的正 负号并不表示磁通量的方向 它的符号仅表示磁感线的穿过方向 一般来说 如果磁感线从线圈的正面穿过 线圈的磁通量就为 而磁感线从线圈的反面穿过 线圈的磁通量就为 关于磁场和磁感线的描述 下列叙述正确的是 A 磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向 其每一点的切线方向表示的就是该点的磁场方向B 磁极间的相互作用是通过磁场而发生的C 磁感线总是从磁体的N极指向S极D 磁感线就是磁场中碎铁屑磁化后排列成的曲线 解析 本题考查对磁场和磁感线的概念的理解 磁感线是为了形象地描述磁场而引入的曲线 磁感线上各点的切线方向 就是该点的磁场方向 磁感线的疏密程度 表示磁场的强弱 磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线 故A项正确 C项错误 磁场的基本特性是对处于磁场中的磁极或电流有力的作用 故B项正确 利用被磁化的铁屑来显示磁感线的分布情况 使得磁场变得具体形象 但是 决不能认为磁感线是由铁屑排列而成的 故D项错误 答案 AB 磁场是本章的一个基础概念 很重要 能否正确理解磁场直接影响到本章知识的学习 这个概念又很抽象 因为磁场看不见 摸不到 磁感线的引入是研究磁场的一种很方便 形象且行之有效的方法 但磁感线又是实际不存在的 假想的曲线 因此对磁感线也要正确理解 1 下列关于磁场和磁感线的说法不正确的是 A 电流磁场中的磁感线都是闭合曲线B 永久磁铁的磁感线从N极出发到S极终止C 磁感线是假想的曲线 它可以用来形象的表示磁场的强弱和方向D 空间任意两条磁感线不相交 解析 电流的磁场与永久磁铁的磁感线一样 其磁感线均为闭合的曲线 磁感线是一种理想模型 可形象地表示磁场的方向和强弱 故A C两项对 B项错 而磁场中每点的磁场方向是惟一的 若磁感线相交 则交点处有两个磁场方向 这是不可能的 故任意两条磁感线不相交 D项正确 答案 B 如图所示 框架面积为S 框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直 则穿过平面的磁通量为 若使框架绕OO 转过60 角 则穿过框架平面的磁通量为 若从初始位置转过90 角 则穿过框架平面的磁通量为 若从初始位置转过180 角 则穿过框架平面的磁通量的变化是 1 对磁通量的问题求解注意以下三方面 看清磁感线的方向与平面的关系 分清磁感线的穿过方向 注意是什么因素变化引起的磁通量的变化 2 磁通量的变化一般有下列三种情况 磁感应强度B不变 投影面积S变化 则 t 0 B S 磁感应强度B变化 磁感线穿过的有效面积S不变 则穿过回路中的磁通量的变化是 t 0 B S 磁感应强度B和回路面积S同时发生变化的情况 则 t 0 2 如右图所示 矩形线圈的面积为S 置于磁感应强度为B 方向水平向右的匀强磁场中 开始时线圈平面与磁感线垂直 求线圈在下列情况下的磁通量的变化量 1 转过90 2 转过180 解析 本题考查磁通量及其变化量 1 线圈的初始位置与磁感线垂直 穿过线圈的磁通量 始 BS 转过90 时 线圈平面与磁感线平行 穿过线圈的磁通量 终 0 在转过90 的过程中 穿过线圈的磁通量的变化量为 终 始 BS负号表示磁通量减少 即转过90 的过程中穿过线圈的磁通量减少了BS 2 设线圈位于初始位置时 线圈平面法线的方向与磁场方向相同 穿过线圈的磁通量为正 则 始 BS 转过180 时 线圈平面法线的方向与磁感线方向相反 即 180 穿过线圈的磁通量 终 BScos180 BS 在转过180 的过程中 穿过线圈的磁通量的变化量为 终 始 BS BS 2BS 即穿过线圈的正向磁通量减少了2BS 实际上 在转过180 的过程中 穿过线圈的磁通量是由正向BS减小到零 再由零增大到负向BS 答案 1 减少BS 2 减少2BS 1 磁极间的相互作用规律是 同名磁极相互排斥 异名磁极相互 2 磁极间的相互作用是通过而发生的 3 使磁性材料带上磁性的过程叫 具有磁性的磁性材料在一定条件下会失去磁性 这个过程叫 4 一个面积为S的平面垂直一个匀强磁场放置 则穿过这个面的磁感线的条数叫做穿过这个面的 公式 吸引 磁场 磁化 退磁 磁通量 B S 5 磁场的强弱和方向用来描述 它是 它的方向规定为该点的方向 它的定义式为B 磁感应强度 矢量 磁感线 1 考查点 地磁场 下列说法正确的是 A 磁体上磁性最强的部分叫磁极 任何磁体都有两个磁极B 磁体与磁体之间的相互作用是通过磁场而发生的C 地球的周围存在着磁场 但地磁的两极与地理的两极并不重合 其间有一个夹角这就是磁偏角 磁偏角的数值在地球上不同地点是相同的D 在地球表面各点磁场强弱相同 解析 地磁场类似于条形磁铁的磁场 所以在地球表面赤道上的磁场最弱 选D不正确 在地球上不同位置 磁偏角的数值是不同的 因此C不正确 答案 AB 2 考查点 磁现象 地磁场 和 都叫做永磁体 它们都能吸引铁质物质 我们把这种性质叫做 磁体的各部分磁性强弱不同 磁性最强的区域叫做 将能够自由转动的磁体 例如悬吊着的磁针 放在地磁场中 静止时指南的磁极叫 极 又叫 填 N 或 S 极 指北的磁极叫做 极 又叫 填 N 或 S 极 答案 天然磁石人造磁铁磁性磁极南S北N 3 考查点 磁场的方向 关于磁场的方向 下列说法中正确的是 A 磁场的方向就是该点磁感应强度的方向B 与放在该点的小磁针北极受到的磁场力方向相同C 与放在该点的小磁针静止时北极所指的方向相同D 与放在该点的极短的通电导线所受力的方向相同 解析 磁场的方向是磁场中静止的小磁针N极所指的方向 不是导线在磁场中受力的方向 故A B C正确 D错误 答案 ABC 4 考查点 磁感线的描述 关于磁感线的描述 下列说法正确的是 A 磁感线从磁体的N极出发 终止于磁体的S极B 磁感线可以用来表示磁场的强弱和方向C 磁场中某处的磁感线较密 表示该处的磁场较强D 磁感线是闭合曲线 解析 磁感线可以表示磁场的强弱和方向 是闭合曲线 其中其疏密表示磁场的强弱 答案 BCD 5 考查点 磁通量的理解 关于磁通量 下列说法中正确的是 A 磁通量不仅有大小而且有方向 所以是矢量B 磁通量越大 磁感应强度越大C 穿过某一面积的磁通量为零 该处磁感应强度不一定为零D 磁通量就是磁感应强度 解析 磁通量尽管是正负之分 但却是标量 A错误 磁通量等于平面垂直于磁场时磁感应强度与面积的乘积 则同一线圈在同一磁场的同一位置 因放置方向不同 磁通量不同 当面与磁场方向平行时 磁通量为零 故C正确 B D错误 答案 C 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全