§3.1磁現(xiàn)象和磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度

1、課堂引入 1991年8月新民晚報(bào)報(bào)道一則消息： “上海雨點(diǎn)鴿從內(nèi)蒙古放飛后，歷經(jīng)20余天，返回上海市鴿巢”，信鴿這種驚人的遠(yuǎn)距離辨認(rèn)方向的本領(lǐng)，實(shí)在令人驚奇。1 在地球南北兩極附近地區(qū)的高空，夜間常會(huì)出現(xiàn)燦爛美麗的光輝。這種壯麗動(dòng)人的景象就叫做極光。 美麗的極光是來自太陽活動(dòng)區(qū)的帶電高能粒子流，在地磁場(chǎng)的作用下，使高層大氣分子或原子激發(fā)或電離而產(chǎn)生，在極地出現(xiàn)彩色發(fā)光的現(xiàn)象。課堂引入2地心搶險(xiǎn)記片斷 地球核心由于不明原因停止轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致地球的電磁場(chǎng)急速崩解，聚集在倫敦拉法家廣場(chǎng)的成群鴿子就這樣進(jìn)入人群，甚至撞上玻璃窗課堂引入3地心搶險(xiǎn)記片斷課堂引入4磁現(xiàn)象在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用 我國是最早發(fā)現(xiàn)磁現(xiàn)象

2、應(yīng)用磁場(chǎng)的國家之一，指南針的發(fā)明為世界航海做出了巨大的貢獻(xiàn)。5 麥克斯韋，是十九世紀(jì)最偉大的數(shù)學(xué)家及物理學(xué)家，是現(xiàn)代電學(xué)的奠基人；熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)的創(chuàng)建者之一。他曾指出： 電和磁的實(shí)驗(yàn)中最明顯的現(xiàn)象是，處于彼此距離相當(dāng)遠(yuǎn)的物體之間的相互作用。因此，把這些現(xiàn)象化為科學(xué)形式的第一步就是，確定物體之間的作用力的大小和方向。6介紹麥克斯韋 英國物理學(xué)家，1831年11月13日，麥克斯韋出生在英國的愛丁堡。這一年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。 16歲考入愛丁堡大學(xué)，20歲又轉(zhuǎn)入劍橋大學(xué)，24歲在劍橋大學(xué)畢業(yè)后，曾先后任亞伯丁馬里夏爾學(xué)院、倫敦皇家學(xué)院和劍橋大學(xué)物理學(xué)教授。他專攻數(shù)學(xué)，重視實(shí)驗(yàn)，1861年提出了

3、感生電場(chǎng)與位移電流假說，由此預(yù)言了電磁波的存在。1879年，年僅48歲的麥克斯韋由于肺癌不治而過早地離開了人間。 73.1 磁場(chǎng)和磁現(xiàn)象 磁感應(yīng)強(qiáng)度8磁現(xiàn)象2、最早的磁性定向工具：東漢王充所著論衡一書中的司南1、最早的記載：春秋戰(zhàn)國時(shí)期3、指南針：我國古代四大發(fā)明之一，十二世紀(jì)初已用于航海9磁現(xiàn)象2、人造磁體：鐵、鈷、鎳等金屬或某些氧化物制成1、天然磁石：主要成份是Fe3O43、永磁體：天然磁石和人造磁體的統(tǒng)稱4、磁性(magnetism)：吸引鐵質(zhì)物體的性質(zhì)5、磁極(magnetic pole)：磁性最強(qiáng)的區(qū)域南極S和北極N10磁極的相互作用同名磁極互相排斥，異名磁極互相吸引11思考與討論

4、自然界的帶電體有兩種電荷，自然界的磁體有兩個(gè)磁極，相互作用也非常相似，那么，電和磁之間有什么聯(lián)系嗎？事實(shí)一：1731年，某英國商人發(fā)現(xiàn)，雷電使刀叉有了磁性；事實(shí)二：1751年，富蘭克林發(fā)現(xiàn)，萊頓瓶放電能使縫衣針磁化。十九世紀(jì)初：庫侖、安培等著名物理學(xué)家認(rèn)為，電和磁是互不相關(guān)的。12奧斯特 1820年丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)電流周圍存在著磁場(chǎng)。奧斯特是康德哲學(xué)的信奉者，深信電與磁之間存在著聯(lián)系，終于在1820年發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，揭開了電磁本質(zhì)聯(lián)系的序幕，他是一位謙虛謹(jǐn)慎追求真理的探索者，他曾說過他唯一的追求是從研究中得到滿足。 為了紀(jì)念?yuàn)W斯特在電磁學(xué)上的重要貢獻(xiàn)，1934年召開的國際標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量會(huì)議

5、通過決議，用奧斯特命名CGS單位制中磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位。奧斯特還是一位優(yōu)秀的物理教師，美國物理學(xué)教師協(xié)會(huì)從1937年起每年頒發(fā)一枚奧斯特獎(jiǎng)?wù)拢?jiǎng)給在教學(xué)上作出突出貢獻(xiàn)的物理學(xué)教師。 13電流磁效應(yīng) 奧斯特實(shí)驗(yàn)：通電導(dǎo)線南北放置，與南北指向的小磁針平行，通電后，小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從南北指向轉(zhuǎn)為東西指向。14電流磁效應(yīng)電磁鐵15思考與討論 電流的磁效應(yīng)表明，電流能對(duì)磁體發(fā)生作用，那么，磁體對(duì)電流能不能發(fā)生作用呢？電流與電流之間呢？通電線圈在磁鐵作用下擺動(dòng) 通電導(dǎo)線之間同向電流互相吸引，反向電流互相排斥16磁 場(chǎng)1、磁場(chǎng)也是一種看不見摸不著但卻客觀存在的特殊物質(zhì)。2、磁場(chǎng)基本性質(zhì)：對(duì)放入其中的磁極有磁場(chǎng)力

6、的作用17 實(shí)驗(yàn)中小磁鐵可以吸引小鐵釘，而工廠里巨大的電磁鐵能夠吸引成噸的鋼鐵，這表明磁場(chǎng)不僅有方向，也有強(qiáng)弱，如何表示這個(gè)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱呢？ 此外，磁場(chǎng)對(duì)放入其中的磁極或電流也有力的作用，那么，這個(gè)作用力的大小跟什么因素有關(guān)？方向又如何確定呢？思考與討論18 前面所學(xué)的電場(chǎng)，也是一種看不見摸不著的客觀存在的物質(zhì)，那么，電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向又是怎樣描述的？ 用電場(chǎng)強(qiáng)度E來描述，且以試探電荷放在電場(chǎng)中所受的電場(chǎng)力與試探電荷量的比值來進(jìn)行定義：E=F/q回顧電場(chǎng)研究 與此類似，采用分析磁體或通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的力入手，研究磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向。19了解歷史 在歷史上，為了磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理得到形式上簡(jiǎn)化而引

7、入了磁場(chǎng)強(qiáng)度H作為輔助物理量，它的物理意義類似于電位移矢量D，是反映磁場(chǎng)來源的屬性，與磁介質(zhì)無關(guān)。正因?yàn)榇艌?chǎng)強(qiáng)度已經(jīng)用來描述另外一個(gè)物理量了，故在研究磁場(chǎng)強(qiáng)弱的問題中，引進(jìn)了磁感應(yīng)強(qiáng)度B，磁感應(yīng)強(qiáng)度B是描述磁場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量。類似于電場(chǎng)中的電場(chǎng)強(qiáng)度E。因此，在實(shí)際運(yùn)用中，要注意區(qū)分磁場(chǎng)強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的不同。 電場(chǎng)的強(qiáng)弱用電場(chǎng)強(qiáng)度來描述，那么磁場(chǎng)的強(qiáng)弱是不是用磁場(chǎng)強(qiáng)度來描述呢？20 小磁針放在磁場(chǎng)不同的地方，所指的方向相同嗎？思考與討論21磁場(chǎng)的方向NNNNNNNN 方向的規(guī)定：在磁場(chǎng)中的任一點(diǎn)，小磁針北極N受力的方向，亦即小磁針靜止時(shí)北極N所指的方向?yàn)樵擖c(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向，簡(jiǎn)稱磁

8、場(chǎng)方向。NN22思考與討論 小磁針在磁場(chǎng)中也會(huì)受到作用力，那么，是不是可以研究小磁針的受力來確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小呢？ 小磁針的N極和S極不能單獨(dú)存在，將小磁針放入磁場(chǎng)后，N極和S極同時(shí)受磁場(chǎng)力的作用，因而不能單獨(dú)測(cè)量出N極或S極的受力大小，從而也就不能確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。 磁場(chǎng)除了對(duì)磁體有作用力外，還對(duì)通電導(dǎo)線有力的作用，物理學(xué)中通過研究很小一段通電導(dǎo)線所受磁場(chǎng)的作用來檢驗(yàn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，從而確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。231）長度L不變，安培力F與電流I成正比(即FI)2）電流I不變，安培力F與長度L成正比(即FL)4、實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小1、電流元：在物理學(xué)中，把很短一段通電導(dǎo)線中的電流I

9、與導(dǎo)線長度L的乘積IL叫做電流元。2、孤立的電流元并不存在。3、實(shí)驗(yàn)處理：找到磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向都一樣的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，研究一段較長的通電導(dǎo)線，從而推知一小段電流元的受力情況。條件：在導(dǎo)線方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)有 241、實(shí)驗(yàn)事實(shí)：通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，它受力的大小，既與導(dǎo)線的長度L成正比，又與導(dǎo)線中的電流I成正比，即與I和L的乘積IL成正比。2、公式：F=BIL1)條件：導(dǎo)線方向與磁場(chǎng)方向垂直2)比例常數(shù)B： 在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在同一磁場(chǎng)中，不管電流I和導(dǎo)線長度L怎樣改變，比值B總是確定的。但在不同的磁場(chǎng)中，比值B一般是不同的。故比值B反映了磁場(chǎng)本身的一種特性，也就是能表征磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量磁感應(yīng)強(qiáng)度。

10、磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小251、意義：描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。2、定義：在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線，所受的安培力F跟電流I和導(dǎo)線長度L的乘積IL的比值叫磁感應(yīng)強(qiáng)度，用B來表示。 4、單位：特斯拉，簡(jiǎn)稱特(T)3、公式：B=F/IL 1T=1N/(Am) 5、方向：磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，小磁針靜止時(shí)北極N的指向，即磁場(chǎng)的方向。 6、磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小由磁場(chǎng)本身決定，與F和I及L的大小無關(guān)。 B的大小在數(shù)值上等于垂直于磁場(chǎng)方向長1m，電流為1A的導(dǎo)線所受磁場(chǎng)力的大小 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小比值定義法26特斯拉 出生于南斯拉夫的克羅地亞，后加入美國籍。父親是教堂牧師，母親熱衷心理學(xué)研究，1880年畢業(yè)于布拉格

11、大學(xué)。早年在巴黎歐洲大陸愛迪生公司任職，因創(chuàng)造性的勞動(dòng)，被轉(zhuǎn)送到美國的愛迪生電器研究中心，與愛迪生共同工作。發(fā)明了交流發(fā)電機(jī)，開創(chuàng)了特斯拉電氣公司，從事交流發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器的生產(chǎn)，并發(fā)明了高頻發(fā)電機(jī)和高頻變壓器。1889年，特斯拉在美國哥倫比亞，實(shí)現(xiàn)了從科羅拉多斯普林斯至紐約的高壓輸電實(shí)驗(yàn)。從此，交流電開始進(jìn)入實(shí)用階段。此后，他還從事高頻電熱醫(yī)療器械、無線電廣播、微波傳輸電能、電視廣播等方面的研制，制造了弧光燈，一生共有112項(xiàng)美國專利。為表彰他在交流電系統(tǒng)的貢獻(xiàn)，在他百年紀(jì)念時(shí)(1956年)，國際電氣技術(shù)協(xié)會(huì)決定用他的名字作為磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位。27了解常見磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小一般的磁場(chǎng)都比較小，故特斯拉是一個(gè)較大的單位28太陽的磁場(chǎng)太陽黑子太陽磁暴太陽耀斑太陽風(fēng)預(yù)言：2012年太陽黑子活動(dòng)最強(qiáng)29月球的磁場(chǎng) 美國麻省理工學(xué)院的科學(xué)家研究所依據(jù)的一個(gè)大前提是：月球脫胎于地球。根據(jù)該假設(shè)，地球在大約45億年前曾遭到過一顆體積與火星相當(dāng)?shù)奶祗w的撞擊，而原本屬于地球的一大塊物質(zhì)由此被撞離并逐漸演化為我們現(xiàn)在所看到的月球。指南針在火星上不能