人教版物理（中職）類 5.3《磁場 磁感應強度》 導學案（無答案）

第3節(jié)《磁場磁感應強度》課前自主學習任務單基礎層次（A層次）一、學習目標1、了解磁場的概念、磁感線的概念；2、了解電流的磁場。3、掌握安培定則4、理解磁感應強度、磁通量的概念5、了解勻強磁場二、學習過程：任務1：磁場1、磁的基本知識（1）磁體兩端總是同時存在兩種不同的磁極電荷有“+”“－”電荷之分，磁極有“N”極（即北極）、“S”極（即南極）之分▲注意：電荷的“+”“－”可單獨存在，而“N”“S”不可單獨存在。（2）同名磁極互相_________，異名磁極互相____________。2、磁場的概念存在于______________________________，叫做磁場。和兩個電荷之間的相互作用一樣，磁極之間的相互作用也是通過_________發(fā)生的。3、磁場的方向和電場一樣，磁場也存在方向。物理學規(guī)定，在磁場中的任何一點，可以自由轉動的小磁針靜止時________極所指的方向，就是該點的磁場方向。如圖所示，在磁鐵的N極周圍，磁場的方向總是背離磁極的；在磁鐵的S極周圍，磁場的方向總是指向磁極的。任務2：磁感線和電場一樣，磁場有強弱和方向，但又是看不見、摸不著的。如何直觀地描述磁場？和電場線類似，我們可以用磁感線來描述。1、磁感線的概念為了描述磁場的強弱和方向，我們可以在磁場中畫出一系列帶箭頭的曲線，使這些曲線上任一點跟箭頭方向一致的切線方向都和該點的磁場方向相同，這樣的曲線就叫做磁感應線，簡稱磁感線。2、常見磁體的磁感應線的畫法剛才我們講過，在N極周圍，磁場方向為遠離磁極方向的，在S極周圍，磁場的方向是指向磁極方向的。所以，在磁鐵外部，磁感應線總是從N極出發(fā)，進入S極的?！诖盆F的內部，正好相反，是從S到N。這樣每根磁感線都是一條閉合曲線。常見的條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁感線，見書P126圖5－31（通過剛才的分析，我們很容易總結出，磁感應線的一些特點）3、磁感線的特點（1）在磁體外部，磁感線是從N極指向S極；在磁體內部，磁感線是從S極指向N極；（2）磁感線是不相交的閉合曲線（電場線不閉合）（3）磁場強的地方磁感線密，磁場弱的地方磁感線疏。比如：把鐵塊放在磁場中，鐵塊越靠近磁極受的力越大，表明磁場越強，而越靠近磁極處，磁感應線越密。思考題：1、地球表面的磁感線方向如何？地磁N極在什么地方？2、磁鐵的哪兒的磁場最強？——內部，其次是兩極。任務3：電流的磁場談到“電流的磁場”我們必須記住兩們科學家的名字，一是丹麥的奧斯特，二是法國的安培。在這之前，人們雖然早就認識了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象，但卻把它們看成是兩個互相獨立的自然現(xiàn)象，直到奧斯特的發(fā)現(xiàn)，才使人們認識電和磁之間的聯(lián)系。下面我們來一起了解一下，奧斯特當年是怎樣發(fā)現(xiàn)電流周圍能產生磁場的。請同學們把書翻到128頁，我們一起來看“物理趣事，奧斯特實驗”（注意，實驗時導線最好是南北方向）奧斯特實驗的意義：1、表明了不僅是磁體能產生磁場，電流也能產生磁場?，F(xiàn)在，電磁鐵已經被廣泛應用到工農業(yè)生產中。比如，125頁的引言中的例子。2、揭示了電與磁之間的密切聯(lián)系，并逐步形成一個新的學科——電磁學。這種電流能產生磁場的現(xiàn)象，叫做電流的磁效應。（提問：磁場產生電流的現(xiàn)象叫什么？——電磁感應）任務4：安培定則（又叫“右手螺旋定則”）1、直線電流磁感線方向的判定。（P129圖5－36、圖5－37）用右手握住直導線，讓大拇指指向電流方向，四指彎曲，則彎曲的四指所指的方向就是磁感線的繞行方向。在這里介紹一下電流和磁場方向的空間畫法。電流也好，磁場也好，沿平面的方向我們都可以畫出來。如果方向跟平面垂直怎么畫？這里我給大家介紹一種方法?！鴮τ诖艌?，垂直于平面出來的用“點”表示，進去的用“叉”表示▲對于電流，在“點”或“叉”的外面加上一個“圓圈”2、環(huán)形電流磁感線方向的判定。（P129圖5－38）使右手彎曲的四指和環(huán)形電流的方向一致，那么伸直的大拇指所指的方向就是環(huán)形導線中心軸線上的磁感線的方向。3、通電螺線管的磁場（P130圖5－39、圖5－40）用右手握住螺線管，讓彎曲的四指指向電流方向，那么，伸直的大拇指所指的一端就是通電螺線管的N極。任務5：磁感應強度1、安培力如圖，將通電導線垂直放入勻強磁場中，導線要受到磁場力的作用。磁場對電流的作用力叫做安培力。安培力大小跟什么有關呢？（注意：導線始終跟磁場垂直）（1）保持導線中電流不變，改變磁場中導線的長度：安培力跟長度成正比。（2）保持磁場中導線長度不變，改變導線中的電流：安培力跟電流成正比。實驗表明，安培力F的大小會隨I、L的變化而變化，但F/IL的比值保持不變，比值大小反映了磁場的強弱。2、磁感強度在磁場中__________磁場方向的通電導線所受的_____________與__________和_________乘積的比值叫和通電導線所在處的磁感強度。用符號_____表示。其公式是_________________。磁感強度的單位是________，用字母______表示。由公式可知：常見磁場的磁感強度的大小為：一般永久磁鐵：B＝0.001－1T；在電機或變壓器鐵芯中：B＝0.8－1.4T；地面附近地磁場：B＝5×可見T是一個比較大的單位。磁感強度是矢量，它的方向就是該點的磁場方向，即通過該點的磁感線與箭頭一致的切線方向?！锾貏e提醒：（1）必須是I跟磁場垂直時，（2）這是比值定義法，B與F、I、L無關，是磁場本身的性質決定的。（與電場的電場強度類似）任務6：勻強磁場1、勻強磁場的定義如果在磁場中的某一區(qū)域，各點的______________________均相同,那么我們就把這個區(qū)域的磁場叫做勻強磁場。2、模型（1）通電螺線管內部的磁場（除兩端外）（2）兩塊靠得很近的異名磁極間的磁場（除邊緣外）3、勻強磁場磁感線的特點（1）疏密均勻（因為大小相等）（2）互相平行、方向一致（因為方向相同）BS任務7：BS1.定義穿過某一面積的磁感應線條數(shù)，叫做穿過該面積的磁通量。用字母Φ表示。2、公式因為磁感線是人為的畫的，可以畫得疏一些，也可以畫得密一些，這樣給計算磁通量（穿過某一面積的磁感應條件）帶來一定的麻煩。因此，物理學中規(guī)定：穿過垂直于磁場方向的單位面積的磁感應線條數(shù)跟那里的磁感強度的數(shù)值相等。（強調平面一定要跟磁場垂直）比如：磁場中某處的磁感強度為B＝5T，即表示穿過垂直于磁場方向的面積的磁感線的條數(shù)為5條?，F(xiàn)有一線框，它的面積為0.4平方米（1）當線圈平面跟磁場垂直時（即B與S垂直），計算磁通量的公式為：（2）當線圈平面跟磁場平行時（即B與S平行）沒有一根磁感線穿過線框，所以（3）當線圈平面與磁場即不平行又不垂直時，磁通量介于兩者之間綜上所述，穿過某一線框的磁通量，不光與磁場強度有關，與線的面積有關，還與線框平面與磁場的夾角有關。3、單位：磁通量的單位為“韋伯”，簡稱“韋”，用Wb表示。4、磁通密度由公式φ＝BS得此公式的物理意義是：磁感應強度等于垂直于磁場方向的單位面積上的磁通量，因此我們把磁感應強度又稱為“磁通密度”。由公式可知例題：P128例三、檢測反饋1、人們規(guī)定，在磁場中的任何一點，小磁針極受力的方向就是該點的磁場方向。2、地磁N極在地球地理_____極。3、__________實驗不僅使人們發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應，還揭示了電與磁之間的密切聯(lián)系。4、判斷下列各圖中通電導線的電流方向。SNSN通電后，S出，N進NNS通電后N進，S出（3）NNS通電后N極指向螺線管5、把長10cm的直導線放入勻強磁場中，它與磁場的方向垂直。如果導線中通過的電流強度是3.0A，它受到的作用力為，該磁場的磁感強度是多大？6、下面關于磁場中某點的磁感應強度的說法中，正確的是（）A.磁感應強度與通電導線受到的安培力成正比；B.磁感應強度與通電導線中的電流成反比；C.磁感應強度與通電導線的長度成反比；D.磁感應強度與通電導線受到的安培力、電流以及導線的長度都無關。7、面積是0.5m2的導線環(huán)處于磁感應強度是2.5×10-2T的勻強磁場中，環(huán)面與磁場垂直，穿過導線環(huán)的磁通量是8、某小型變壓器鐵心內的磁感應強度為0.6T,則穿過橫截面積為2cm2的磁通量是_______Wb。應用層次（B層次）一、學習目標（在A層次的基礎上增加）1、了解安培定則的研究過程。二、學習過程：任務1：安培定則的研究過程。奧斯特是于1820年4月首次發(fā)現(xiàn)電流的磁效應，花了3個月的時間實驗研究，于1820年7月21日發(fā)表了題為《關于磁針上的電流碰撞的實驗》的論文，并于1820年9月4日，在巴黎科學學會上發(fā)布。他當時只說明了電流周圍存在磁場，但并沒有研究磁場的方向。安培當年也參加了巴黎科學學會，聽后深受啟發(fā)，第二天就開始進行緊張的研究工作，僅僅花了14天的時間，于9月18日發(fā)表了一篇論文，闡明了自己對電流的磁場方向的研究成果。這就是著名的安培定則，又叫做右手螺旋定則。1、直線電流的磁場安培首先研究的是通電直導線，發(fā)現(xiàn)電流方向不同，磁場的方向也不同。（如上圖）進一步研究發(fā)現(xiàn)，其磁場是磁感線是一些以導線上各點為圓心的同心圓。（P129圖5－37）其方向判斷方法是：用右手握住直導線，讓大姆指指向電流方向，四指彎曲，則彎曲的四指所指的方向就是磁感線的繞行方向。（剛才講的是直線電流的磁場，如果我把導線彎成環(huán)狀，其磁場方向又向哪兒呢？下面我們討論第二種情形）2、環(huán)形電流的磁場首先把環(huán)形導線看成一小段一小段的直線導線做做看，環(huán)形導線所產生的磁場方向如何？（內部的都是向里的，外部的都是向外的）換一種手勢更為方便使右手彎曲的四指和環(huán)形電流的方向一致，那么伸直的大姆指所指的方向就是環(huán)形導線中心軸線上的磁感線的方向。強調：是環(huán)內的方向，環(huán)外正好相反。（剛才是將導線彎成一個環(huán)，如果彎成多個環(huán)，磁場又如何呢？下面講第三種情形）3、通電螺絲管的磁場通電螺線管實際上是環(huán)形電流的特殊形式，只不過由許多環(huán)形電流疊加而成，因此，其手法和環(huán)形電流差不多。用右手握住螺線管，讓彎曲的四指指向電流方向，那么，伸直的大拇指所指的一端就是通電螺線管的N極。通電螺線管外的磁感線是由N極指向S極，在管內則是由S極指向N極，形成閉合曲線。根據磁感線的分布，可知，管內的磁場最強。三、檢測反饋1、關于磁感應線下列說法正確的是：（）A.磁場是客觀存在的，感應線也是客觀存在的；B.磁感應線和電場線一樣，都是既不相交、也不閉合的曲線；C.磁感應線上某一點的切線方向，表示該點的磁場方向；D.在磁鐵的外部，磁感應線都是從N極出發(fā)，進入S極。2、電流周圍能產生磁場叫做電流的_________；利用磁場產生電流叫做_____________。3、如圖所示，在鐵芯中繞線后，通入如圖所示的電流，在鐵芯兩端產生如圖所示的磁場。請在圖中畫出導線的繞向。4、（判斷）（1）通電螺線管內部和外部磁感應線的方向相同。（2）通電螺線管內部的磁感應線比其外部的磁感應線密，可知螺線管內部的磁感應強度比其外部的磁感應強度大。5、（判斷題）在磁場中，相同長度、通以相同電流強度的導線，受到的安培力越大，表明導線所在處的磁場越強。（）拓展層次（C層次）一、學習目標（在A、B兩層次的基礎上增加）1、了解磁現(xiàn)象的電本質二、學習過程：任務1：磁現(xiàn)象的電本質磁鐵和電流都能夠產生磁場。電流的磁場是由電荷的運動產生的。那么磁鐵的磁場又是怎樣產生的呢？安培根據環(huán)形電流及通電螺線管的磁場與條形磁鐵的磁場相似的特點，提出了分子電流假說。他認為，既然通電螺線管的磁場是由環(huán)形電流產生的，那么跟它相似的磁場——條形磁鐵的磁場也應該是由環(huán)形電流產生的，即組成條形磁鐵的原子、分子等物質的微粒內部，存在著一種環(huán)形電流——分子電流。分子電流使每個物質微粒都成為一個微小的磁體，在它的兩側形成兩個磁極。如圖所示，這兩個磁極跟分子電流不可分割地聯(lián)系在一起。安培的分子電流假說能夠很好是解釋各種磁現(xiàn)象。例如：一根鐵棒在未磁化時，內部各個分子電流的取向是雜亂無章的，它們的磁場互相抵消，對外界不顯磁性，如圖所示。（類比：同學們在操場上玩，面向各個方向的都有，因此沒有哪個方向是前，也沒有哪個方向是后）當鐵棒受到外界磁場作用時，各分子電流的取向變得大致相同，物體就被磁化了，兩端形成磁極，如圖所示。（類比：老師站在操場的某個方向一吹哨，這時所有的同學都面向一個方向，這是就有了前后之分。）被磁化的鐵棒如果受到高溫或者猛烈敲擊時就會消磁。這是因為劇烈的熱運動或機械振動，會使原來取向一致的分子電流又變得雜亂無章，故又不顯磁性。在安培所處的時代（1775年－1836年），人們還不了解原子的結構，因而不能解釋物質微粒內部為什么會有電流，因此分子電流只是一種猜想（即假說）。直到1905年左右，盧瑟福提出原子的核式結構學說，分子電流實際上是電子繞原子的運動形成的。分子電流假說，揭示了磁現(xiàn)象的電本質——即一切磁場都是由于電荷的運動產生的。三、檢測反饋1、安培根據環(huán)形電流及通電螺線管的磁性與條形磁鐵的磁性相似，提出了________假說。直到20世紀初人們才知道，___________是由