沪科版（2020）必修第三册第二节 电流的磁场 磁感应强度公开课课件ppt

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通电直导线周围的磁场方向如何判断?
如何定量地描述磁场的强弱?
早期人们对磁现象没有进行系统的科学探究和测量，仅仅停留在对磁极间相互作用和地球磁性等表面现象的观察上。直到19世纪20年代，丹麦著名物理学家奥斯特发现了电流的磁效应后才开启了电磁学研究的新纪元。
与天然磁体的磁场相比，电流产生的磁场的强弱和方向容易控制和调节，在科学研究和实际中有更多的应用;电磁起重机、电话、电动机、发电机、电磁继电器、磁浮列车、电子门锁、智能通道闸和电磁流量计等都离不开电流产生的磁场。中国科学院强磁场科学中心建成的强磁场实验装置(图11-7)为我国电子材料、铁基超导体、新型拓扑超导体、非常规超导体、低维体系量子效应及输运研究、生物大分子在疾病中的分子机制、肿瘤发病机理和小分子药物作用机制等研究提供了有力的支持。
直线电流的磁感线实验模拟
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。
1、直线电流周围磁感线
磁感线特点：磁感线是以导线上的各点为圆心的同心圆，且在跟导线垂直的平面上。
安培定则（也叫右手螺旋定则）：用右手握住导线,让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。
电流I,“·”表示电流垂直直面向外
磁场B,“×”表示磁场垂直纸面向里
【例1】如图，一束带电粒子沿水平方向平行的飞过磁针上方时，磁针的N极向纸内偏转，则这束带电离子可能是（　　）A.向右飞行的正粒子束B.向左飞行的正离子束C.向右飞行的负粒子束D.向左飞行的负离子束
环形电流的磁感线实验模拟
环形电流的磁感线动画模拟
安培定则：让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向。
2、环形电流周围磁感线
电流I,“×”表示电流垂直直面向里
磁场B,“·”表示磁场垂直直面向外
[例2] 如图所示，环形导线周围有三只小磁针a、b、c，闭合开关S后, 三只小磁针N极的偏转方向是( )A、全向里 B、全向外 C、a向里，b、c向外 D、a、c向外，b向里
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、通电螺线管的磁场的磁感线
通电螺线管的磁场就是环形电流磁场的叠加.所以环形电流的安培定则也可以用来判定通电螺线管的磁场,这时,拇指所指的方向是螺线管内部的磁场的方向（N极的方向）。
安培定则：用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致，大拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向。（大拇指指向螺线管北极）
通电螺线管周围的磁感线分布图
[例3] (2019·浙江绍兴检测)如图所示,a,b,c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右侧,当这些小磁针静止时,小磁针N极的指向是(　 　)A.a,b,c均向左B.a,b,c均向右C.a向左,b向右,c向右D.a向右,b向左,c向右
例4:(2018·安徽淮北月考)如图所示,当S闭合后,小磁针在电流磁场中的指向正确的是(　 　)
三种电流磁场磁感线的分布
练1：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。
练2：根据图中所示静止小磁针所指方向，画出通电螺线管的绕线情况。
练3：在图中，已知磁场的方向，试画出产生相应磁场的电流方向
安培认为在分子等物质微粒的内部，存在着一种环形电流一分 子电流，使每个分子成为微小的磁体，分子的两侧相当于两个磁极。通常情况下磁体分子的分子电流取向是杂乱无章的，如图11-11 (a) 所示。它们产生的磁场互相抵消，对外不显磁性。当外界磁场作用后，分子电流的取向大致相同，如图11-11(b)所示。在垂直于导体的平面上，相邻分子间的电流作用抵消，所有分子电流的总效果显示出宏观的磁性。安培的分子电流假说与现代原子分子结构的概念相符合，分子电流对应核外电子绕核旋转形成的电流;除了能够解释软铁棒被磁化的现象以外，还能够解释磁体受到高温或猛烈敲击会失去磁性的现象，这是由于分子电流的取向由大致相同变成杂乱无章所致。
安培观察到通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场很相似，提出了分子电流假说。
磁体在周围空间产生磁场，另一块磁体在此磁场中会受到磁场力的作用。通电导线在周围空间产生的磁场也会对其中的磁体产生磁场力的作用;反之，通电导线在磁场中也会受到磁场力的作用。与定义电场强度类似，假定我们将电流I足够小、长度△l足够短的电流元I △l放在磁场中任意点P,如果电流元受到的最大磁场力为F,则我们可以用F与I △l之比来定义P点，描述磁场大小和方向的物理量——磁感应强度( magnetic inductin )
3.物理意义：表征磁场强弱和方向的物理量。
4.单位：国际单位是特斯拉，简称特，国际符号是T
1T=1N/(Am)
5.方向：是矢量，磁场中某点磁感应强度的方向即该点磁场的方向即小磁针静止时N极所指的方向）
1.定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受磁场力（安培力）F跟电流I和位于磁场中导线的长度L的乘积IL的比值叫做磁感应强度。用大写字母B表示。（说明：如果导线很短很短，B就是导线所在处的磁感应强度）
6、磁场中某处磁感应强度的大小和方向是磁场本身的性质，与其中是否存在电流元及电流的大小无关。实际情形中，磁场的强弱可以有很大的区别。表11-1列出了一些磁场的磁感应强度大小的近似值。
从实验结果不难发现，在通电螺线管中心轴线上靠近中央处的磁感应强度几乎不随位置变化。磁场强弱和方向处处相同的磁场称为匀强磁场。匀强磁场的磁感线是一系列疏密间隔相同的、同方向的平行直线。通电密绕直螺线管内部的磁场，靠得很近的两个平行异名磁极之间中央部分的磁场，或者较大的蹄形磁体两磁极间的磁场，都可以近似看作匀强磁场，如图11-13和图11-14所示分别为铁屑显示的部分区域近似存在匀强磁场的磁场分布和磁感线。
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、实例：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
4、匀强磁场的磁感线：
磁体是科学研究的工具。借助强磁场有助于我们“看到”物质本性和科学规律。强磁场是半导体、超导、特殊功能材料和器件研究不可缺少的条件，同时强磁场下的核磁共振，又是生命科学、医学研究的必要工具。2017年9月，中国科学院强磁场科学中心成功建成“稳态强磁场实验装置”。在此建设过程中，取得了一系列成就，成功研制了由内部水冷磁体和外部超导磁体组合而成的混合磁体,最大磁感应强度达43T。另外，该中心建成了国际首创水冷磁体扫描隧道显微镜系统、扫描隧道-磁力-原子力组合显微镜系统，以及强磁场下低温、超高压实验系统，使得我国稳态强磁场相关实验条件达到国际领先水平。
例1、关于磁现象的电本质，下列说法中正确的是( )A.磁与电紧密联系，有磁必有电，有电必有磁B.不管是磁体的磁场还是电流的磁场都起源于电荷的运动C.永久磁铁的磁性不是由运动电荷产生的D.根据安培假说可知，磁体内分子电流总是存在的，因此任何磁体都不会失去磁性
例2、一根软铁棒在磁场中被磁化.是因为( )A．软铁棒中产生了分子电流B．软铁棒中分子电流取向变得杂乱无章C．软铁棒中分子电流消失了D．软铁棒中分子电流取向变得大致相同
[例5]如图，当电流通过线圈时，磁针A的N极指向哪里? 磁针B的N极指向哪里?
例6、关于磁感应强度下列说法中正确的是( )A．由B= 知，磁场中某点的磁感应强度的大小与IL的乘积成反比，与F成正比B．无论I的方向如何都可由B= 求磁感应强度的大小C．磁场中某处磁感应强度方向与小磁针在该处所受的磁场力的方向相同D.磁场中某点的磁感应强度大小是由磁场本身因素决定的，而与有无检验电流无关
例7、（多选）一段电流元放在同一匀强磁场中的四个位置,如下图所示,已知电流元的电流I、长度L和受力F,则可以用F/IL表示磁感应强度B的是( )
例8.一小段通电直导线垂直磁场方向放入一蹄形磁铁两磁极间，图中能够正确反映各量关系的是( )
【解析】选B、C.磁感应强度由磁场本身因素决定，不随F及IL的变化而变化，B对，D错，由磁感应强度的定义式的变形式F=ILB可以知道F与IL成正比，L一定时，F与I成正比，A错，C对.
例9 、一根长20cm的通电导线放在磁感应强度为0.4T的匀强磁场中,导线与磁场方向垂直,若它受到的安培力大小为4×10-3N,则导线中的电流是_____A;若将导线中的电流减小为0,则该处的磁感应强度为___T
例10.四根平行的长直导体棒分别放置于竖直平面内的正方形的四个顶点，导体棒均垂直于正方形平面，均通有大小相等、方向如图所示的恒定电流，则正方形中心处O点的磁感应强度方向是（    ） A. 竖直向上     B. 竖直向下     C. 水平向左      D. 水平向右
解析：如图由右手定则，2、4导体棒的合磁场指向1，1、3导体棒的合磁场指向4，由对称性可知正方形中心处O点的磁感应强度方向水平向左，所以C符合题意.