物理选修1-1_第二章_课件讲解

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1、第二章 磁 场 本章由司南、罗盘引出磁现象，认识 常见的磁现象及其规律.通过本章学习，要 认识磁性，知道磁体周围存在着磁场，了 解磁场概念，知道地球是一个大磁体；了 解人类对地磁场的探索过程，进行科学精 神的培养；了解磁场描述方法，能用磁感 线和磁感强度来描述磁场；了解奥斯特的 磁效应实验；知道电流周围可以产生磁场 ，能判断磁体、电流周围的磁感线，知道 并能运用安培定则. 认识通电导线和运动电荷在磁场中受 到的安培力和洛伦兹力，知道影响这两种 力的因素；并能在电流方向或运动电荷的 速度方向与磁场垂直时，用左手定则判断 这两种力的方向.通过了解磁现象及其规律 在航海业、磁记录技术，及磁悬浮列车上

2、 的应用，让学生关心科技的发展，培养热 爱科学的情感，有将科学服务于人类的意 识. 第一节 指南针与远洋航海 百慕大三角的磁场说 在百慕大三角出现的各种奇异事件中， 罗盘失灵是最常发生的.这使人把它和地磁 异常联系在一起.地球的磁场有两个磁极， 即地磁南极和地磁北极.但它们的位置并不 是固定不变的，而是在不断变化中.地磁异 常容易造成罗盘失灵而使机船迷航，还有 一种看法认为，百慕大三角海域的海底有 巨大的磁场，它能造成罗盘和仪表失灵. 1943年, 一位名叫袭萨的博士曾在美国 海军配合下，做过一次有趣的试验.他们在 百慕大三角区架起两台磁力发生机，输以 十几倍的磁力，看会出现什么情况.试验一

3、开始，怪事就出现了.船体周围立刻涌起绿 色的烟雾，船和人都消失了.试验结束后， 船上的人都受到了某种刺激，有些人经治 疗恢复正常，有的人却因此而精神失常。 要点1 磁感线 1.磁感线是为了形象地描述磁场而人为假设 的曲线.其疏密反映磁场的强弱，线上每一 点的切线方向都跟该点的磁场方向相同. 2.磁感线的特点 (1)在磁体外部，磁感线从北极发出，进入 南极；在磁体内部由南极回到北极. (2)磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线 越密的地方磁场越强；磁场方向在过该点 的磁感线的切线上. 例1. 下列关于磁感线的叙述中，正确的是（） A.磁感线从磁体的N极出发，S极终止 B.铁屑在磁场中规则排列而组成

4、的曲线就是 磁感线 C.磁感线是磁场中实际存在的一些曲线 D.在同一磁场中，任何两条磁感线都不相交 【解析】磁感线是人为引入的曲线，实际并 不存在.磁感线在磁体外部是N极指向S极， 内部是S极指向N极，形成不相交的闭合曲 线. 【答案】D 要点2 地磁场 地球本身是个巨大的磁体，它的南极和北 极位于地球的两端.但小磁针（指南针）并 不指向地球的正南和正北，而是略微偏离 一点.也就是说地球的地理南北极与地磁南 北极并不重合，小磁针指向与地球的正南 （正北）方向的偏差，称为磁偏角.一般地 说，小磁针（指南针）的指向与地理子午 线也不平行，即和地面不平行,小磁针的指 向与水平面相交的角度叫做磁倾角.

5、 地磁场的N极在 地球南极附近， S极在地球北极 附近，磁感线分 布如图所示 例2. 地球是一个大磁体，它的磁场分布情况与 一个条形磁铁的磁场分布情况相似，下列 说法中正确的是（） A 地磁场的方向是沿地球上经线方向的 B 地磁场的方向是与地面平行的 C 地磁场的方向是从北向南的 D 在地磁南极上空，地磁场的方向是竖直 向下的 【解析】地理南、北极与地磁南、北极不 重合，所以地磁场方向与经线有夹角，即 磁偏角，地磁场方向不与地面平行，在地 磁南北极附近，磁场方向是与地面垂直的 ，所以只有 D 项正确. 【答案】D 第二节 电流的磁场 不要在电视前滞留 家电磁场辐射轻视不得 长期处于高磁场强度环

6、境有害健康.专 家提醒，使用家用电器时应尽量避免近距 离滞留.据了解，2001年国际癌症研究中心 已将磁场确定为对人疑似致癌因素，提出 居住环境中的磁场强度过高时，儿童白血 病的发生率就明显增高.有关专家对日常生 活中接触机会较多、使用时间相对较长的家用电 器磁场进行了监测. 监测表明，普通纯平电视机的磁场在屏前40 cm外是其安全范围，背投彩电的安全范围为屏前 12 cm 以外，等离子彩电几乎不存在电磁辐射. 微波炉工作时的磁场强度，紧贴测量时磁场强度 超过仪器测定范围，离微波炉5 cm 外磁场强 度就相当强，开关附近的磁场最强，离微波炉95 cm 处才是安全范围.电冰箱磁场强度较低，对 人

7、影响不大.研究人员还对家用音响、电热毯等产 生的磁场进行了分析 结果表明，近距离接触各种家用电器 均存在不同程度的磁场辐射.在日常生活中 ，人们观看电视一般都在2 m 以外，这 个位置的磁场强度很低，对人影响较小， 但有些小孩常在电视屏幕前玩耍，家长应 予阻止；微波炉启动后应迅速离开，不要 逗留；电热毯预热后，应在睡前关闭.另外 房间里家用电器的摆放也应有讲究，不要 过于密集. 要点1 电流的磁效应 1.电现象和磁现象的相似性 (1)磁体能使附近的铁棒产生磁性，带电体 能使它附近的导体感应出电荷来 (2)自然界中的磁体总有两个磁极：南极和 北极；自然界中存在两种电荷：正电荷和 负电荷 (3)同

8、种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引 ；同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引 2.奥斯特发现电流的磁效应 奥斯特有一次使南北方向的通电导线恰好 与磁针相平行，接通电源时，突然发现磁 针向垂直导线方向转动了这说明通电导 线对磁体有作用力 根据奥斯特实验，直线电流对磁体的作用 力方向垂直于电流方向 例1.下列说法中正确的是（） A.在同一幅磁感线的示意图中，磁感线越密 的地方，磁场越强 B有磁不一定有电，但有电必有磁 C同名磁极相互吸引，异名磁极相互排斥 D做奥斯特实验时，不管导线如何放置， 只要电流足够强，一定能够观察到小磁针 的偏转情况 【解析】磁感线的疏密反映磁场的强弱A对； 有电流才产生磁，B

9、错；做奥斯特实验时 ，如果导线放置对磁针作用力与地磁场对 磁针作用力一致，则不能观察到偏转情况 . 【答案】 A 变式迁移 首先发现电流磁效应的科学家是（ ） A.安培 B.奥斯特 C.库仑 D.麦克斯韦 要点2 三种常见的电流磁场的 特点及画法 1.直线电流的磁场：无磁极，非匀强，距导 线越远处磁场越弱. 2.环形电流的磁场：两侧是N极和S极，离圆 环中心越远，磁场越弱（如图） 3.通电螺线管的磁场：两端分别是 N极和 S极 ，管内是匀强磁场，管外为非匀强磁 场. 第三节 磁场对通电导线的作用 电磁炮的威力 电磁炮利用电磁力所做的功作为发射 能量，不会产生强大的冲击波和弥漫的烟 雾，因而具有

10、良好的隐蔽性.电磁炮可根据 目标的性质和距离，调节、选择适当的能 量来调整弹丸的射程. 电磁炮没有圆形炮管，弹丸体积小、 重量轻，使其在飞行时的空气阻力很小， 因而电磁炮的发射稳定性好、初速度高、 射程远.由于电磁炮的发射过程全部由计算 机控制，弹头又装有激光制导或其他制导 装置，所以具有很高的射击精度. 从发射能量的成本来看，常规火炮的 发射药产生每兆能量要10美元，而电磁炮 只需0.1美元.而且电磁炮还可以省去火炮的 药筒和发射装置，故而重量轻、体积小、 结构简单，运输以及后勤保障等方面更为 安全可靠和方便. 要点1 磁感应强度 1.磁场的基本性质：磁场对放入其中的磁体运动 电荷电流有力的

11、作用 2.磁感应强度定义：在磁场中垂直于磁场方向的 通电导线，所受的安培力F跟电流I和导线长度L的 乘积IL的比值叫做磁感应强度.用公式表示为 B=F/IL，与电场强度一样，磁感应强度是描述磁 场力的性质的物理量磁感应强度B的单位是特 斯拉，符号是T，1 T=1 N(Am) . 磁感应强度B是矢量，其方向就是该处的磁场方 向。 3.磁感应强度的理解： 磁感应强度的定义式B=F/IL 只有在通电导线和磁场方向垂直时才有意 义磁感应强度由磁场本身决定，不能认 为B与F成正比，与IL成反比. 例1，关于磁感应强度，下列说法正 确的是（ ） A由B=F/IL知，B与F成正比，B与IL成反比 B通电导线

12、放在磁场中的某点，那点就有磁感应 强度，如果将通电导线拿走，那点的磁感应强度 就为零 C通电导线受磁场力不为零的地方一定存在磁场 ，通电导线不受磁场力的地方一定不存在磁场(即 B=0) D.磁场中某一点的磁感应强度是由磁场本身决定的 ，其大小和方向是唯一确定的，与通电导线无关 【解析】 磁感应强度B=F/IL只是一个定义式，而不 是决定式；磁感应强度B是由磁场本身的性 质决定的，与放不放入通电导线无关，A、 B错； 若磁场不为零，但导线平行于磁感应强 度的方向放置时，磁场力F为零，C错. 【答案】 D 变式迁移 1.有一小段通电导线，长为1 cm ，通过的电 流强度为5 A .把它置于磁场中某

13、点，受到 的磁场力为01 N，则该点的磁感应强度B 一定是 ( ) AB=2 T BB2 T C. B2 T D以上情况都有可能 要点2 安培力 1.安培力大小 通过实验归纳得出，电流方向跟磁场方向 垂直时，电流受到的安培力最大为F=BIL， JP3平行放置时安培力为0.一般情况下 ，电流受到的安培力介于零和最大值之间 ，所以F=BIL只适用于电流方向与磁场方向 垂直的情况. 若导线与磁场方向既不垂直又不平行 ，可以把磁感应强度B分解为与导线垂直的 分量：B1=Bsin，与导线平行的分量： B2=Bcos.垂直分量使导线受的安培力为： F=BILsin，平行分量对导线没有作用力.由 此可得：当

14、导线与磁场方向的夹角为时的 安培力F=BILsin. 2.安培力的方向 安培力方向的特点：FB、FI，即F 垂直B和I决定的平面.安培力F与B是垂直的 关系，而不是同向的.这一点有别于电场力. 在判断安培力方向时，必须首先判断磁场 方向与电流方向构成的平面，从而判定出 安培力在哪个方向上，然后再根据左手定 则判断出安培力的具体方向. 例2.将长度为20 cm 、通有01 A 电流的 直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的 方向如下列图所示，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. 【解析】由左手定则和安培力的计算公式得： (1)因为导线与磁感线平行，所以导线受到的

15、安培力 为零. (2)由左手定则知，安培力方向垂直导线水平向右， 大小为F=BIL=1012010 -2 N =0 02 N . (3)由左手定则知，安培力的方向在纸面内垂直导线 斜向上，大小为F=BIL=10.12010 -2 N =002 N . 【答案】见解析 2.一段通电导线垂直于磁场方向放入匀强磁 场中，导线上的电流方向由上而下，如右 图所示.在导线以其中心点为轴逆时针转动 180的过程中，导线受到的安培力( ) A大小不变，方向不变 B.大小由最大减小到零再增至最大，方向时 刻改变 C大小由最大减小到零再增至最大,方向不 变 D大小由最大减小到零再增至最大，方向由 垂直纸面向外变为垂直纸面向内 第四节 磁场对运动电荷的作用 回旋加速器 回旋加速器是利用磁场使带电粒子做 回旋运动，在运动中经高频电场反复加速 的装置. 1930年劳伦斯提出其工作原理， 1932年首次研制成功.它的主要结构是在磁 极间的真空室内有两个半圆形的金属扁盒 （D形盒)隔开相对放置，D形盒上加交变电 压，其间隙处产生交变电场. 置于中心的粒子源产生带电粒子射出来， 受到电场加速，在 D 形盒内不受电场力 ，仅受磁极间磁场的洛伦兹力，在垂直磁 场平面内做圆周运动.绕行半圈的时间为m qB，其中q是粒子电荷量，m是