電流的磁場(開課1)

1、回顧：自然界中只存在兩種電荷自然界中只存在兩種電荷同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引自然界中存在兩種磁極自然界中存在兩種磁極同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引電流的磁場一、電流的磁效應(yīng)一、電流的磁效應(yīng)1、怎樣知道電流的怎樣知道電流的周圍是否有周圍是否有磁場？磁場？ 拿什么來觀測？拿什么來觀測？工具工具 怎樣觀測？怎樣觀測？方案方案奧斯特實驗奧斯特實驗 歷史上，電與磁是分別發(fā)現(xiàn)和研究的。因為當(dāng)時人們歷史上，電與磁是分別發(fā)現(xiàn)和研究的。因為當(dāng)時人們認(rèn)為電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象是兩個孤立的現(xiàn)象。直到認(rèn)為電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象是兩個孤立的現(xiàn)象。直到19世

2、紀(jì)初，世紀(jì)初，自然哲學(xué)的觀點認(rèn)為自然界中任何的兩個物體間必然存自然哲學(xué)的觀點認(rèn)為自然界中任何的兩個物體間必然存在著某種聯(lián)系。因此，人們才認(rèn)識到電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象可在著某種聯(lián)系。因此，人們才認(rèn)識到電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象可能也存在著聯(lián)系而且深入地進行研究。尤其是富蘭克林能也存在著聯(lián)系而且深入地進行研究。尤其是富蘭克林曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)萊頓瓶放電能使鋼針磁化，更堅定了這個觀點。曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)萊頓瓶放電能使鋼針磁化，更堅定了這個觀點。在在1820年年4月，有一次晚上講座，奧斯特演示了電流磁月，有一次晚上講座，奧斯特演示了電流磁效應(yīng)的實驗。當(dāng)鉑絲通電時，靠近鉑絲的小磁針擺動了。效應(yīng)的實驗。當(dāng)鉑絲通電時，靠近鉑絲的小磁針擺動了。這一

3、不顯眼的現(xiàn)象沒有引起聽眾的注意，而奧斯特非常這一不顯眼的現(xiàn)象沒有引起聽眾的注意，而奧斯特非常興奮，他接連三個月深入地研究，在興奮，他接連三個月深入地研究，在1820年年7月月21日，日，他宣布了實驗情況。奧斯特將導(dǎo)線的一端和電池正極連他宣布了實驗情況。奧斯特將導(dǎo)線的一端和電池正極連接，導(dǎo)線沿南北方向平行地放在小磁針的上方，當(dāng)導(dǎo)線接，導(dǎo)線沿南北方向平行地放在小磁針的上方，當(dāng)導(dǎo)線另一端連到負(fù)極時，磁針立即指向東西方向。把玻璃板、另一端連到負(fù)極時，磁針立即指向東西方向。把玻璃板、木片、石塊等非磁性物體插在導(dǎo)線和磁針之間，甚至把木片、石塊等非磁性物體插在導(dǎo)線和磁針之間，甚至把小磁針浸在盛水的銅盒子里，

4、磁針照樣偏轉(zhuǎn)。小磁針浸在盛水的銅盒子里，磁針照樣偏轉(zhuǎn)。奧斯特奧斯特（1777-1851）2、奧斯特實驗、奧斯特實驗背景背景2、奧斯特實驗、奧斯特實驗場景場景探究一：觀察通電直導(dǎo)線周圍的磁感線探究一：觀察通電直導(dǎo)線周圍的磁感線實驗器材：磁感線演示板（由透明穴板、方線圈、小鐵棒、實驗器材：磁感線演示板（由透明穴板、方線圈、小鐵棒、方架組成），導(dǎo)線，電源方架組成），導(dǎo)線，電源步驟：步驟：1、根據(jù)、根據(jù)小鐵棒被磁化后在通電導(dǎo)線電流周圍磁場小鐵棒被磁化后在通電導(dǎo)線電流周圍磁場中的排列中的排列，畫，畫出直線電流的出直線電流的磁感線的形狀。磁感線的形狀。結(jié)論結(jié)論：在：在直線電流磁場的磁感線分布中直線電流磁場

5、的磁感線分布中,磁感線是以通電直線導(dǎo)線磁感線是以通電直線導(dǎo)線為圓心作無數(shù)個同心圓為圓心作無數(shù)個同心圓,同心圓環(huán)繞著通電導(dǎo)線同心圓環(huán)繞著通電導(dǎo)線.大量實驗表明：直線電流周圍的磁場大量實驗表明：直線電流周圍的磁場磁場的強弱與距導(dǎo)線的距離有關(guān)，磁場的強弱與距導(dǎo)線的距離有關(guān)，離導(dǎo)線越近磁場越強，離導(dǎo)線越遠磁場越弱離導(dǎo)線越近磁場越強，離導(dǎo)線越遠磁場越弱思考：磁場是有方向的，你如何來確定磁場的方向？思考：磁場是有方向的，你如何來確定磁場的方向？ 2、將小磁針放置在透明穴板不同位置，觀察小磁針指向，、將小磁針放置在透明穴板不同位置，觀察小磁針指向，記錄此時小磁針記錄此時小磁針N極的指向與直線電流的方向（小磁

6、針指極的指向與直線電流的方向（小磁針指向是透明穴板里小鐵棒構(gòu)成的曲線的切線方向）向是透明穴板里小鐵棒構(gòu)成的曲線的切線方向）3、改變、改變直線電流的方向直線電流的方向，重復(fù)以上步，重復(fù)以上步驟驟畫畫出直線電流的出直線電流的磁感線磁感線形狀并記錄形狀并記錄此時小磁針此時小磁針N極所指的極所指的方向。方向。結(jié)論：改變結(jié)論：改變電流的方向電流的方向,各點磁場的方向都變成相反的方各點磁場的方向都變成相反的方向向,也就是說磁感線的方向隨電流的方向而改變也就是說磁感線的方向隨電流的方向而改變.電流的方向與磁場的方向存在確定的空間關(guān)系通電直導(dǎo)線通電直導(dǎo)線的的磁場方向磁場方向1、右手握住導(dǎo)線2讓伸直的拇指的方向

7、與電流的方向一致， 3、彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。電流方向磁場方向lx右手螺旋定則一右手螺旋定則一： 右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指的方向與電流的方向一致，那右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指的方向與電流的方向一致，那么彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向么彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向 。通電直導(dǎo)線周圍的磁感線是以導(dǎo)線上各點為圓心的通電直導(dǎo)線周圍的磁感線是以導(dǎo)線上各點為圓心的同心圓，實際上電流磁場應(yīng)為空間圖形。同心圓，實際上電流磁場應(yīng)為空間圖形。磁場的強弱與距導(dǎo)線的距離有關(guān)，離導(dǎo)線越近磁場磁場的強弱與距導(dǎo)線的距離有關(guān)，離導(dǎo)線越近磁場越強，離導(dǎo)線越遠磁場越弱。越強，離導(dǎo)線越遠

8、磁場越弱。直線電流的磁場無磁極直線電流的磁場無磁極通電直導(dǎo)線通電直導(dǎo)線的的磁場分布的強弱磁場分布的強弱電流：垂直于紙面向外電流：垂直于紙面向里導(dǎo)線電流方向的符號：電流方向電流方向縱截面圖縱截面圖立體圖立體圖左左側(cè)視圖側(cè)視圖通電通電直導(dǎo)線磁場的磁感線直導(dǎo)線磁場的磁感線練一練：練一練：猜想： 環(huán)形電流周圍的磁場如何分布？探究二：環(huán)形電流周圍的磁場分布：探究二：環(huán)形電流周圍的磁場分布：觀察環(huán)形電流周圍小磁針的分布，畫出環(huán)形電流周圍的磁場分布環(huán)形電流軸線上環(huán)形電流軸線上磁場強弱磁場強弱: :離中心越遠越弱離中心越遠越弱二、二、環(huán)形環(huán)形電流電流磁場磁場的的磁感線方向磁感線方向右手螺旋定則二：右手螺旋定則

9、二：環(huán)形環(huán)形電流：電流： 環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場：彎曲的四指與環(huán)形電流方向一致，環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場：彎曲的四指與環(huán)形電流方向一致，拇指指向為環(huán)形電流中心軸線上的磁感應(yīng)線方向。拇指指向為環(huán)形電流中心軸線上的磁感應(yīng)線方向。環(huán)形電流的磁場類似于條形磁鐵的磁場，其兩側(cè)分別是N極和S極。由于磁感線均為閉合曲線，所以環(huán)內(nèi)、外磁感線條數(shù)相等，故環(huán)內(nèi)磁 場強，環(huán)外磁場弱。環(huán)形電流的磁場在微觀上可看成無數(shù)根很短的直線電流的磁場的疊加。右手螺旋定則：右手螺旋定則： 右手握住螺線管右手握住螺線管,讓彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致讓彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致, 姆指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向。也

10、就是說姆指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向。也就是說,大姆大姆指指向通電螺線管的北極指指向通電螺線管的北極.縱截面圖縱截面圖三三、通電、通電螺線管磁場的磁感線螺線管磁場的磁感線3、通電螺線管的磁場通電螺線管相當(dāng)于一個條形磁鐵ISNI通電螺線管的磁場分布：外部與條形磁鐵外部的磁場分布情況相同，兩端通電螺線管的磁場分布：外部與條形磁鐵外部的磁場分布情況相同，兩端分別為分別為N極和極和S極。管內(nèi)（邊緣除外）是勻強磁場，磁場分布由極。管內(nèi)（邊緣除外）是勻強磁場，磁場分布由S極指向極指向N極。極。環(huán)形電流宏觀上其實就是只有一匝的通電螺線管，通電螺線管則是由許多環(huán)形電流宏觀上其實就是只有一匝的通電螺線

11、管，通電螺線管則是由許多匝環(huán)形電流串聯(lián)而成的。因此，通電螺線管的磁場也就是這些環(huán)形電流磁場匝環(huán)形電流串聯(lián)而成的。因此，通電螺線管的磁場也就是這些環(huán)形電流磁場的疊加。的疊加。右手螺旋定則總結(jié) 電流類型 拇指指向 四指環(huán)向 磁場區(qū)域 直線電流 電流方向 磁場方向 全部 環(huán)形電流 磁場方向 電流方向 內(nèi)部 螺線管 磁場方向 電流方向 內(nèi)部 練習(xí)：在圖中補畫出電流方向或磁感線方向。a為直線電流的磁場；b為環(huán)形電流的磁場；c為螺線管電流的磁場(a)(c)I II II I安培分子電流假說安培分子電流假說 n分子電流假說能夠解釋物質(zhì)被磁化和撤去磁場后容分子電流假說能夠解釋物質(zhì)被磁化和撤去磁場后容易退磁的機

12、理易退磁的機理. 當(dāng)環(huán)形電流產(chǎn)生的相當(dāng)于當(dāng)環(huán)形電流產(chǎn)生的相當(dāng)于“小磁體小磁體”的排列雜亂無序時，整體的排列雜亂無序時，整體不表現(xiàn)磁性不表現(xiàn)磁性；n當(dāng)環(huán)形電流產(chǎn)生的相當(dāng)于當(dāng)環(huán)形電流產(chǎn)生的相當(dāng)于“小磁體小磁體”的排列取向大的排列取向大致相同時，整體則致相同時，整體則表現(xiàn)磁性表現(xiàn)磁性； n當(dāng)外磁場撤去后，當(dāng)外磁場撤去后，“小磁體小磁體”如果仍然排列有序，如果仍然排列有序，則表現(xiàn)為則表現(xiàn)為“剩磁剩磁”；n當(dāng)外磁場撤去后，當(dāng)外磁場撤去后，“小磁體小磁體”排列又恢復(fù)到無序，排列又恢復(fù)到無序，則表現(xiàn)為則表現(xiàn)為“退磁退磁”. 幾種常見磁場的特點及相互關(guān)系幾種常見磁場的特點及相互關(guān)系安培分子環(huán)流假說安培分子環(huán)流

13、假說總結(jié)總結(jié)1、直線電流的磁場5.右手螺旋定則(安培定則)-判斷電流周圍的磁感線方向III2、環(huán)形電流的磁場環(huán)形電流相當(dāng)于一個磁體SNIII復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)：磁感線磁感線 以條形磁體磁場為例以條形磁體磁場為例（1）定義：）定義：（2）目的）目的： （3）特點：）特點： a.a.假想的曲線。假想的曲線。 b.b.不相交。不相交。 c.c.空間性?？臻g性。 d.d.閉合的曲線。閉合的曲線。 e.e.方向性。方向性。 f.f.疏密性。疏密性。（4 4）表示：表示： a. a.立體圖立體圖 b.b.縱截面圖縱截面圖 c.c.橫截面圖橫截面圖通電直導(dǎo)線周圍的磁感線是以導(dǎo)線上各點為圓心的同心圓，實際上電流磁場應(yīng)為空間圖形。直線電流的磁場無磁極。磁場的強弱與距導(dǎo)線的距離有關(guān)，離導(dǎo)線越近磁場越強，離導(dǎo)線越遠磁場越弱。圖中的號表示磁場方向垂直進入紙面，表示磁場方向垂直離開紙面。說明：環(huán)形電流的磁場類似于條形磁鐵的磁場，其兩側(cè)分別是N極和S極。由于磁感線均為閉合曲線，所以環(huán)內(nèi)、外磁感線條數(shù)相等，故環(huán)內(nèi)磁場強，環(huán)外磁場弱。環(huán)形電流的磁場在