(课堂设计)2014-2015高中物理 5.3 探究电流周围的磁场课件 沪科版选修3-1

3．用安培定则判定环形电流的磁场方向：右手握 住环形导线，弯曲的四指所指的方向与环形电流的方 向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上 磁感线的方向 ． 的_____________ 二、安培分子电流假说 内容：在原子、分子等物质微粒的内部存在着一 种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质微粒 磁极 ． 都成为微小的磁体，分子的两侧相当于两个_____

安培定则的应用
关于电流磁场方向的判定，要求能正确掌握安 培定则的两种用法，自直线电流的磁场过渡到环形 电流的磁场，再到通电螺线管的磁场，由简到繁， 领会安培定则两种用法的一致性．例如对环形电流， 我们可以看作由很多小的直线电流组成，让伸直的 大拇指指向电流方向，则弯曲的四指所指为磁感线 环绕方向，结果同让弯曲的四指指向电流方向，伸 直的大拇指指向为中心轴线上的磁感线方向一 致．这说明安培定则(1)和安培定则(2)是一致的．
图5-3-2
4．如图5－3－3所示，当有电流通 过线圈时，磁针将发生偏转，以下判断 正确的是 ( ) A．当线圈通以沿顺时针方向的电 流时，磁针N极将指向读者 B．当线圈通以沿逆时针方向的电 流时，磁针S极将指向读者 C．当磁针N极指向读者时，线圈 中的电流沿逆时针方向 D．以上判断均不正确 答案：C
在正确判定通电螺线管内部磁场方向的基础上， 依据螺线管内部与外部的磁感线衔接形成一些闭合 曲线并且环绕方向一致，明确其N、S极的相对位置， 理解内部“磁感线是由S极指向N极的”．
【例2】 如图5－3－10所示，一束带电粒子沿 水平方向沿虚线飞过磁针上方，并与磁针方向平行， 能使磁针的N极转向读者，那么这束带电粒子可能 是 ( ) A．向右飞的正离子 B．向右飞的负离子 C．向左飞的正离子 D．向左飞的负离子 图5-3-10
在掌握各类磁场的分布时，要牢记地磁场、条形 磁铁、蹄形磁铁等永磁体的磁场分布以及直线电流、 环形电流和通电螺线管周围空间的磁场分布，要能熟 练地用磁感线正确表示，以图示方法画出磁感线的分 布情况(包括正确的方向和大致的疏密程度)，还要能 根据解题的需要选择不同的图示(如立体图、纵剖面 图或横断面图等). (1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 在磁体的外部，磁感线从N极射出进入S极(如图 5-3-4所示)，在内部也有相应条数的磁感线(图中未画 出)与外部磁感线衔接并组成闭合曲线.
螺线管内部的磁感线和条形磁铁相似，是由S极到N 极，即磁场方向也就是从S极指向N极，所以放置其 中的小磁针N极必然是指向磁场方向，即螺线管的 北极，故选项B正确． 只有磁感线是直线时，磁感线的方向才与磁场方向 一致；如果磁感线是曲线，那么某点的磁场方向是 用该点的切线方向来表示的，故选项C不正确．磁 感线是为研究问题方便而假想的曲线，磁场中磁感 线有无数条，故提出两条磁感线之间是否有空隙， 是否存在磁场等类似的问题是毫无意义的，故选项 D不正确． 答案：B
图5-3-12
解析： A 通电圆环在 O 点处产生的磁场由右手定 则可知垂直纸面向里， 大小为 B0， 同理由右手定则知 B 圆环在 O 点处产生的磁场方向竖直向下， 大小也为 B0.所以 O 点的合磁场大小为 2B0，选项 C 正确．
答案：C 【题后反思】 磁场是矢量，在合成时遵循平行 四边形定则，熟练应用右手定则判定电流周围的磁 场分布．
该点的磁场方向上，故A正确．磁感线是为了形象 地描述磁场而人为引入的，并非真实存在的，故B 错．磁感线与电场线不同，它是封闭曲线，在磁体 外部由N极到S极，而在磁体内部则由S极到N极， 并无终止，C错．磁感线是为了研究问题方便而假 想的曲线，磁场并不依赖于磁感线而存在，所以讨 论磁感线间是否有空隙、是否存在磁场等类似的问 题是毫无意义的，D错．磁场叠加后性质发生变化， 相应的磁感线形状可能会发生变化，但无论怎样， 磁感线一定不会相交，E错．只有磁感线是直线时， 磁感线的方向才与磁场方向一致，磁感线是曲线时， 磁场的方向是用该点的磁感线的切线方向来表示的， F错． 答案：A
三、匀强磁场 大小 在磁场的某个区域内，如果各点的磁感应强度____ 和_____ 方向 相同，这个区域的磁场叫做匀强磁场．距离很 近的两个异名磁极之间的磁场，除边缘部分外，可以视 为匀强磁场，通电螺线管内部的磁场也可以视为匀强磁 一些间隔相同的平行直线． 场．匀强磁场的磁感线是_______________________
基础自测
1．下列说法中正确的是 ( ) A．只有磁铁周围才有磁场 B．电荷的周围一定有电场和磁场 C．永久磁铁的磁场与电流周围的磁场是两种 不同的磁场 D．电流能产生磁场说明电和磁是有联系的 解析：磁铁和电流周围都有磁场且性质相同， 而电流是电荷定向移动形成的．所以，运动电荷周 围既有电场又有磁场，静止电荷周围只有电场，A、 B、C不对，电流产生磁场就是电和磁有关的证明， 所以D对． 答案：D
第3课时
探究电流周围的磁场
学 习 目 标
思 维 启 迪
1820年，丹麦物理学 家奥斯特发现通电导线也 1. 知道磁现象的电本 能使小磁针偏转，终于揭 质，了解安培分子电 示了电与磁的联系．为 流假说． 2.知道磁感线的定义， 图5-3-1 此，安培写道：“奥斯特
知道条形磁铁、蹄形 磁铁、直线电流、环 形电流、通电线圈的 磁感线分布，并学会 用安培定则判定电流 的磁场方向.
图5-3-4
(2)直线电流的磁场 直线电流的磁感线是在垂直于 导线平面上的以导线上某点为圆心 的同心圆(如图5－3－5所示)，其分 布呈现“中心密边缘疏”的特征，从 不同角度观察，如图5－3－6所示．
磁感线分布 图5-3-5
图5-3-6
(3)环形电流的磁场 如图5－3－7中甲、乙、丙从不同角度观察，环 形电流的磁感线是一组穿过环所在平面的曲线，在 环形导线所在平面处，各条磁感线都与环形导线所 在的平面垂直．
(5)匀强磁场 在磁场的某些区域内，若 磁感线为同向、等间距的平行 的直线，则这个区域的磁场叫 做匀强磁场．
【例1】 关于磁场和磁感线的描述，下列哪些是 正确的 ( ) A．磁感线从磁体的N极出发到磁体的S极终止 B．自由转动的小磁针放在通电螺线管内部，其 N极指向螺线管的北极 C．磁感线的方向就是磁场方向 D．两条磁感线空隙处不存在磁场 解析：磁感线与电场线不同，它是一条闭合曲线， 在磁体的外部由N极到S极，而在磁体的内部则由S极 到N极，故选项A是不正确的．
3．如图5－3－2所示，一矩形线圈 与通有相同大小的电流的平行直导线在同 一平面，而且处在两导线的中央，则 ( ) A．两电流同向时，穿过线圈的磁通 量为零 B．两电流反向时，穿过线圈的磁通 量为零 C．两电流同向或反向，穿过线圈的 磁通量都为零 D．两电流产生的磁场是不均匀的， 因此不能判定穿过线圈的磁通量大小 答案：A
2．关于电场线与磁感线的概念，以下说法中正 确的是 ( ) A．电场线与磁感线都是不封闭的曲线 B．沿着磁感线的方向，磁感应强度越来越小 C．任意两条电场线或磁感线都不会相交 D．通电螺线管内部的小磁针静止时N极的指向 与该处磁感线的方向相反 解析：电场线是由正电荷出发终止于负电荷， 而磁感线是封闭曲线，故A错误，磁感应强度的大 小是看疏密而不是看方向，故B错误．电场线或磁感 线的切线方向为该处的场的方向，而场只有一个方 向，所以两条电场线或磁感线不能相交，C正 确．无论是在螺线管内部还是外部，小磁针静止时 N极指向为该处的磁场方向，故D错误． 答案：C
图5-3-7
(4)通电螺线管的磁感线与条形磁铁相似，一端 相当于北极N，另一端相当于南极S. 小磁针在通电螺线管周围空间的指向，不论是 在管内还是在管外，都可以根据磁感线的方向加以 判断，如图5－3－8甲所示．
图5-3-8
图5-3-9 通有稳恒电流的长直螺线管内的中央区域的磁场 可看作匀强磁场，如图5－3－8乙所示．当条形磁铁N 和S两磁极端面相互平行，且距离较近时，磁极间的磁 场也可看作匀强磁场，如图5－3－9所示．
先生„„已经永远把他的名字和一 个新纪元联系在一起了．”法拉第 则评论说：“他突然打开了科学中 一个黑暗领域的大门，使其充满光 明．”那么电流周围的磁场有什么 特征呢？如图5－3－1所示.
知识梳理
一、几种常见的磁场 电流的磁场可以用安培定则来判定： 1．用安培定则判定直线电流的磁场方向：右手握 住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致， 磁感线环绕的方向 ． 弯曲的四指所指的方向就是_________________ 2．用安培定则判定通电螺线管内部的磁场方向： 右手握住螺线管，让弯曲的四指方向与电流方向一致， _____拇指 所指的方向就是螺线管内部的磁场的方向．
如图5－3－13所示，环中 电流方向是上半圆顺时针，下半 圆是逆时针，且I1＝I2，则环中 心O点磁场是 ( ) A．最大，方向是垂直纸面 向外 B．最大，方向是垂直纸面 向里 C．为零 D．无法确定 答案：C
图5-3-13
【题后反思】 磁感线是闭合曲线，在磁体外部 由N极指向S极，在内部由S极指向N极，磁感线上任 一条切线方向表示该点磁场方向．
下列说法中正确的是 ( ) A．磁感线上每一点的切线方向都和小磁针 放在该点静止时北极所指的方向一致 B．磁场真实分布在立体空间，所以磁感线也 真实存在于立体空间中 C．磁感线从磁体的N极出发，到S极终止 D．两条磁感线的空隙处一定不存在磁场 E．两个磁场叠加的区域，磁感线就可能相交 F．磁感线的方向就是磁场方向 解析：根据物理学的规定，小磁针北极受力 方向或小磁针静止时北极所指的方向就是那一点 的磁场方向，而磁感线上每一点的切线方向都在
解析：小磁针N极的指向即是磁针所在处的磁 场方向．题中磁针S极向纸内偏转，说明离子束下方 的磁场方向由纸内指向纸外．由安培定则可判定由 离子束的定向运动所产生的电流方向由右向左，故 若为正离子，则应是自右向左运动，若为负离子， 则应是自左向右运动． 答案：BC 【题后反思】 带电粒子束的定向移动可以看作 “等效电流”，正电荷定向移动方向和“等效电流”方 向相同，负电荷相反；“等效电流”的磁场也可以应 用安培定则判定．