第三章磁场教学案.doc

第一节 我们周围的磁现象
第二节 认识磁场
【学习目标】
1. 了解我国古代在磁方面的研究成果及对人类文明的影响．
2．知道地磁场和软磁性材料、硬磁性材料.
3．知道磁场的基本特性是对放入其中的磁体或电流有力的作用．(重点)
4．掌握对安培定则和磁感线的应用．(重点和难点)
【课前预习】
1. 请自主阅读课本P72-80内容
2. 思考、完成课本P74练习1-2
3. 填写《优化训练》P57、P58“自主学习”
【课堂教学】
一、 我们周围磁现象
1．生活中的磁现象（举例说明）
⑴磁铁、磁卡、磁带
⑵指南针辩别方向
⑶信鸽“认家”
⑷心磁图诊症
2．地磁场
⑴地球由于本身具有磁性而在其周围形成的磁场叫________．
⑵地磁场能够使指南针在______时沿地球的南北方向取向，地球磁体的N极(北极)位于地理_____附近，地球磁体的S极(南极)位于地理_____附近，地磁极与地理极并不重合．
3．磁性材料

二、 认识磁场
1．磁场初探
⑴磁体或运动电荷周围存在的一种特殊物质叫磁场，磁场不是由分子、原子组成的，我们看不见摸不着它，但可以通过很多磁现象感知它的存在。
⑵奥斯特发现了电流磁效应，即电流能够产生_____．物理学家_____经过反复研究发现,磁场对______可以产生作用力．
⑶磁场的基本特性是：磁场对处在它里面的磁极或电流有___的作用．
（课本P76“讨论与交流”）
⑷磁极之间、磁极与电流之间、电流与电流之间,都是通过磁场发生力的相互作用．
⑸磁场的方向：磁场是有方向的，物理学规定，在磁场中的任一点，小磁针____受力的方向，亦即小磁针静止时____所指的方向，就是该点的磁场方向．
2．用磁感线描述磁场
⑴磁感线就是在磁场中人为画出的一些有方向的假想曲线。在磁体外部，磁感线从 极指向 极，在磁体内部，磁感线从 极指向 极。磁感线闭合但不相交、不相切也不中断，在这些曲线上，每一点切线方向都与该点的__________一致。磁感线的疏密程度反映了磁场的强弱，磁场越强的地方，磁感线越_____，磁场越弱的地方，磁感线越_____。
⑵熟记几种常用的磁场磁感线的分布（如图）
①条形磁铁的磁场： ②马蹄形磁铁的磁场：

③直线电流的磁场：其方向跟它的磁感线方向之间的关系可以用_________来判定：用_____握住导线，让伸直的大拇指指向_____方向，弯曲的四指所指的方向就是_______的环绕方向．

④环形电流的磁场：其方向跟中心轴线上的磁感线方向之间的关系，也可以用__________来判定,即让右手弯曲的四指与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．

⑤通电螺线管的磁场：其电流方向跟它的磁感线方向之间的关系,仍可用_________来判定：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，拇指所指的方向就是螺线管______磁感线的方向,或拇指指向螺线管的N极．

⑥磁感线方向表述的符号：箭头，表示在纸面内的方向，如向上 ；叉“×”，表示垂直纸面向里；圆点“· ”，表示垂直纸面向外。

3．磁感线与电场线的比较

磁感线
电场线
相
似
点

意义
形象地描述磁场方向和相对强弱而假想的线
形象地描述电场方向和相对强弱而假想的线
方向
线上各点的切线方向即该点的磁场方向，是磁针N极受力方向，也是小磁针静止时N极的指向
线上各点的切线方向即该点的电场方向，是正电荷受电场力的方向
疏密
表示磁场强弱
表示电场强弱
特点
在空间不相交、不中断
除电荷处外，在空间不相交、不中断
不同点
是闭合曲线
静电场始于正电荷或无穷远处，止于负电荷或无穷远处,不闭合的曲线

4．磁现象的微观解释——安培分子电流假说
⑴任何物质的分子中都存在环形电流——分子电流，分子电流使每个物质分子都成为一个微小的_____．
⑵铁棒的磁化与去磁现象的解释：（参课本P78倒数第1段内容）
磁化：受外磁场的作用，铁棒的分子电流的取向趋于 ，对外 磁性。
去磁：受高温、剧烈碰撞等作用，铁棒的分子电流的 取向被破坏，变得杂乱无章，对外 磁性。

【堂上练习】
1．课本P79第1-4题；

【课后作业】
完成“课时作业P100-P102”

【阅读材料】
地磁的起源
目前，关于地磁场起源的假说归纳起来可分为两大类，第一类假说是以现有的物理学理论为依据；第二类假说则独辟蹊径，认为对于地球这样一个宇宙物体，存在着不同于现有已知理论的特殊规律。
　　属于第一类假说的有旋转电荷假说。它假定地球上存在着等量的异性电荷，一种分布在地球内部，另一种分布在地球表面，电荷随地球旋转，因而产生了磁场。这一假说能够很自然地通过电与磁的关系解释地磁场的成因。但是，这个假说却有一个致命缺点，首先它不能解释地球内外的电荷是如何分离的；其次，地球负载的电荷并不多，由它产生的磁场是很微弱的，根据计算，如果要想得到地磁场这样的磁场强度，地球的电荷储量需要扩大1亿倍才行，理论计算和实际情况出入很大。
　　以地核为前提条件的地磁场假说也属于第一类假说，弗兰克在这类假说中提出了发电机效应理论。他认为地核中电流的形成，应该是地核金属物质在磁场中做涡旋运动时，通过感应的方式而发生的。同时，电流自身形式的场就是连续不断的再生磁场，好像发电机中的情形一样。弗兰克所建立的模型说明了怎样实现地磁场的再生过程，解释了地磁场有一定的数值。但是在应用这种模型的时候
，却很难解释地核中的这种电路是怎样通过圆形回路而闭合的。此外，这个模型也没有考虑到电流对涡旋运动的反作用，而这种反作用是不允许涡旋分布于平行赤道面的平面内的。
　　属于第一类假说的还有漂移电流假说、热力效应假说和霍尔效应假说等，但这些假说都不能全面地解释地磁场的奇异特性。
　　关于地磁场起源还有第二类假说，这其中最具代表性的就是重物旋转假说。
　　1947年，布莱克特提出任意一个旋转体都具有磁矩，它与旋转体内是否存在电荷无关。这一假说认为，地球和其他天体的磁场都是在旋转中产生的，也就是说星体自然生磁，就好像电荷转动能产生磁场一样。但是，这一假说在试验和天文观测两方面都遇到了困难。在现有的实验条件下，还没有观察到旋转物体产生的磁效应。而对天体的观测结果表明，每个星球的磁场分布状况都很复杂，尚不能证明星球的旋转与磁场之间存在着必然的依存关系。
因此上说，关于地磁场的起源问题，学术界仍处在探索与争鸣之中，尚没有一个具有相当说服力的理论，对地磁场的成因作出解释。

第三节 安培力（一）
【学习目标】
1.知道用左手定则判断安培力的方向，知道安培力的方向与磁场方向和电流方向都垂直．(重点)
2．会计算匀强磁场中安培力的大小．(重点)
3．理解磁感应强度的物理意义和定义式．(重点和难点)
【课前预习】
1．请自主阅读课本P80-83内容
2．填写《优化训练》P61“自主学习”内容
【课堂教学】
一、安培力的方向和大小
磁场对电流的作用力称为 。
1．安培力的方向
通电直导线所受安培力的方向和磁场方向、电流方向之间的关系，可以用左手定则来判断：伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，把手放入磁场中让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向___________,那么，______所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．

【堂上练习】
1．画出下图中各磁场对通电导线的安培力的方向．
2．两条平行直导线通过相同方向的电流时，相互 （填“排斥”或“吸引”）； 通过相反方向的电流时，相互 （填“排斥”或“吸引”）。
分析：

2．安培力的大小
⑴磁感应强度——描述磁场强弱和方向的物理量
①定义：当通电导线与磁场方向____时,通电导线所受的安培力F跟_______和___________的乘积IL的_____叫做磁感应强度．
②定义式：B＝_________.
③单位：在国际单位制中，磁感应强度的单位是________，简称___，
符号是T，1 T＝1 N/(A·m)．
④磁感应强度是矢量，其方向为该处的__________．
⑤_______可形象地表示磁感应强度的大小和方向；磁感线的疏密程度表示磁感应强度的_____；磁感线上每一点的_________与该点磁感应强度的方向一致．
⑥匀强磁场：如果磁场的某一区域里,磁感应强度的_____和_____处处相同，这个区域的磁场叫做匀强磁场．

【堂上练习】
3．（单选）关于磁感应强度，下列说法正确的是(　　)
A．一小段通电导体放在磁场A处，受到的磁场力比B处的大，说明A处的磁感应强度比B处的磁感应强度大
B．由B＝可知，某处的磁感应强度大小与放入该处的通电导线所受磁场力F成正比，与导线的IL成反比
C．一小段通电导体在磁场中某处不受磁场力作用，则该处磁感应强度一定为零
D．小磁针N极所受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向

⑵安培力的大小
①实验表明：把一段通电直导线放在磁场里，当导线方向与磁场方向_____时，导线所受到的安培力最大;当导线方向与磁场方向_____时，导线所受到的安培力等于零；当导线方向与磁场方向斜交时，所受到的安培力介于_______和____之间．
②由磁感应强度定义式可知，在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，导线所受的安培力F＝ BIL .
上式适用条件是： 。
思考：公式F＝BIL中，L是导线的实际长度吗？

【堂上练习】
4．将长度为20 cm、通有0.1 A电流的直导线放入一匀强磁场中,电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为1 T．试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向．

5．如图，关于以下三种情况下通电导线所受安培力的大小，正确说法是

甲 乙 丙
A．F甲=F乙=F丙 B．F甲＞F乙＞F丙
C．F甲＜F乙＜F丙 D．无法比较

【课后作业】
1．课本P84第1、2、4题
2．完成“课时作业P102-P103”

第三节 安培力（二）
【学习目标】
1. 比较磁感应强度B与电场E，加深对磁感应强度B的理解
2．了解磁通量的概念，理解磁通量的变化，会求磁通量的变化量
【课前复习】
1．磁感应强度B与电场强度E的比较
概念
比较内容　
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
都是用比值的形式下定义
特点
B＝F/(IL)，通电导线与B垂直，B与F、I、L无关
E＝F/q
E与F、q无关
方向
共同点
矢量，都遵从矢量合成法则
不同点
小磁针N极的受力方向，表示磁场方向
放入该点正电荷的受力方向，表示电场方向
2．由磁感应强度定义式B= ，
由些可知通电直导线所受的安培力F＝ 。
上式适用条件是： ⑴ ； ⑵ 。

【课堂教学】
一、磁通量
1．在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向______的平面S，B和S的乘积，叫做穿过这个面积的磁通量．
2．公式：Φ＝BS.
3．上式的适用条件为： 。
4．单位：磁通量的单位是_____，简称___，符号是Wb.1 Wb＝________.
5．从Φ＝BS可得B＝，因此磁感应强度B，又叫做__________．
6．磁通量的正负及变化

【堂上练习】
1. 如图所示，一个单匝线圈abcd水平放置，面积为S，当有一半面积处在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B，求：
⑴穿过线圈的磁通量
⑵当线圈以O1O2边为轴转过30°时，穿过线圈的磁通量及磁通量的变化量
⑶当线圈以O1O2边为轴转过60°时，穿过线圈的磁通量及磁通量的变化量
⑷当线圈以O1O2边为轴转过90°时，穿过线圈的磁通量及磁通量的变化量
⑸当线圈以O1O2边为轴转过180°时，穿过线圈的磁通量及磁通量的变化量

2．如图，通电直导线质量为m，长L，通入电流I，放在倾角为θ的沦肌光滑斜面上。匀强磁场方向如图，要使通电直导线静止在斜面上，求：磁感应强度B的大小。

第四节 安培力的应用
【学习目标】
1．理解直流电动机的工作原理．
2．理解磁电式电表的工作原理．
3．会分析解决通电直导线在安培力作用下的平衡问题
【课前预习】
1．请自主阅读课本P85-87相关内容
2．填写《优化训练》P63“自主学习”内容
【课堂教学】
一、直流电动机的原理：
1．结构：如图所示，在线圈中通以直流电流，矩形线圈在磁场力的作用下发生转动，带动机械运行。

2．原理分析：
(1)当线圈由位置丁经位置甲运动到位置乙时，图中线圈左边受力方向向 ，右边受力方向向 ，使线圈 时针转动（从O1O2方向看）；当线圈在位置乙时不受力，由于惯性继续转动；
(2)当线圈由位置乙经位置丙运动到位置丁时，由于电流换向，图中线圈左边受力方向向 ，右边受力方向向 ，使线圈继续 时针转动（从O1O2方向看）；当线圈在位置丁时不受力,由于惯性继续转动；然后，线圈重复以上过程转动下去．
3．直流电动机的优点：通过改变输入电压很容易调节它的转速，而交流电动机的调速就不太方便．
【课堂练习】
1．(单选)如图甲、乙、丙所示，在匀强磁场中，有三个通电线圈如图中所示位置，则(　　)

A．三个线圈都可以绕OO′轴转动
B．只有乙中的线圈可以绕OO′轴转动
C．只有甲、乙中的线圈可以绕OO′轴转动
D．只有乙、丙中的线圈可以绕OO′轴转动

二、电流表的工作原理
1．结构：

2．原理分析：如图所示是线圈在磁场中受力的示意图．当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用．由 可知，线圈左右两边所受的安培力的方向相 ，于是架在轴上的线圈就要转动，通过转轴收紧螺旋弹簧使其变形，反抗线圈的转动．电流越大，安培力就越 ，螺旋弹簧的形变也就越大，所以，从线圈偏转的 大小就能判断通过电流的大小．线圈中的电流方向改变时， 的方向随着改变，指针的 方向也随着改变．所以，根据指针的 方向，可以知道被测电流的方向．
【课堂练习】
2．如图所示，一个矩形线圈abcd可绕其中心轴OO′转动，现在把它放到匀强磁场B中，当线圈中通以如图所示的电流时，请回答以下问题：
(1)在如图所示的位置时，ab、cd、ad和bc四个边受安培力的情况如何?线圈将如何运动？
(2)从如图位置逆时针转过90°时(俯视)，ab、cd两边受安培力的大小有何变化？
(3)从如图位置逆时针转过180°时(俯视),ab、cd两边受安培力的大小、方向有何变化？
(4)线圈abcd能否在磁场中连续转动呢？
3．(双选)关于磁电式电流表，下列说法中正确的有(　　)
A．电流表的线圈处于匀强磁场中
B．电流表的线圈处于均匀辐向磁场中
C．电流表的线圈转动时，安培力不变
D．电流表指针的偏转角与所测电流成正比

4．如图所示，导体杆ab的质量为m，电阻为R，放置在与水平面夹角为θ的倾斜金属导轨上，导轨间距为d，电阻不计，系统处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B，电池内阻不计，问：若导线光滑，电源电动势E多大才能使导体杆静止在导轨上？

【课后作业】
1．完成“课时作业P104-P105”
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