3.3 几种常见的磁场.

3.3 几种常见的磁场

潮州金山中学高二物理备课组2006-10-27

（一）课标要求

会判断几种常见的磁场的方向；能用安培定则判断磁场方向。

（二）设计理念

将课程目标的三个维度融入教学过程中，发挥实验在教学中的重要性，通过实验直观的感受几种磁场的分布情况，进而用安培定则进行判断，了解电流产生的磁场在日常生活中的应用。

（三）教学目标

1、知识与技能

（1）知道什么叫磁感线；会用磁感线描述磁场

（2）知道几种常见的磁场及其磁感线空间分布的情况；

（3）会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向；

（4）知道安培分子电流假说，并能解释有关现象。

2、过程与方法

（1）培养学生的观察、分析的能力；

（2）运用类比的方法掌握描述磁场的方法——磁感线。

（3）提高学生的空间想象能力。

3、情感态度与价值观

（1）培养学生的爱国主义精神；

（2）了解物理学相关的热点问题，有乐于探索的精神。

（四）重难点分析

1

、教学重点

（

1）认识几种常见的磁体及其磁场分布；

（

2）学习使用安培定则判断直线电流、环形电流及通电螺线管的磁场方向。

2、教学难点

（

1）会用安培定则判断直线电流、环形电流及通电螺线管的磁场方向。

（五）实验仪器

模拟磁感线演示仪、条形磁铁、蹄形磁铁、小磁针、直导线、环形导线、漆包线

圈、干电池

（六）教学流程图

（七）教学过程

1、课题引入

［讲解］通过之前的学习，我们认识了生活中的磁现象和电流的磁效应，知道存在我们周围的磁场有强弱之分，可用磁感应强度来描述。

［提问］同时我们知道，磁场是客观存在的，但却看不见、摸不着，有什么方法可以科学直观地反映磁场的强弱程度呢？

（学生活动：思考讨论）

2、新课教学

［提问］大家回想一下学习电场的时候是如何形象直观地描述电场中各点的电场强度？

（学生活动：回忆作答）

到此，大家能否仿照描述电场的方法来描述磁场呢？

（学生活动：讨论作答）

［课件］如果在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致，这样的曲线就叫做磁感线。

［提问］那么，如何通过磁感线的分布判断磁场的强弱？

（学生活动：讨论作答）

［提问］磁感线是不是实际存在的线呢？

（学生活动：讨论作答）

［讲解］回答得很好，磁感线和电场线一样是实际上不存在的。但我们可以使用这个简单的仪器来模拟磁感线的形状。

［演示1］1、取出模拟磁感线演示仪，摇晃小盒子，使小铁屑成无规则分布。

2、将条形磁铁放在小盒子上面，轻敲小盒子。

（学生活动：观察描述）

［分析］在条形磁铁的作用下，小铁屑能够有规则的排列起来，形象的模拟了磁感线的形状。

［课件］条形磁铁周围的磁感线，立体图

［提问］能否根据磁感线的分布情况，描述条形磁铁周围的磁场？

（学生活动：思考回答）

［讲解小结］条形磁铁周围的磁场，外部是从北极指向南极；而在内部，是从磁铁的南极指向北极。由此可知，磁感线与电场线的区别在于，电场线不闭合，而磁感线是

闭合的曲线。

［讲述］刚才我们利用磁感线直观的描述了条形磁铁周围的磁场，那么，对于生活中常见的另外几种磁场，比如：蹄形磁铁、通电直导线、环形电流以及通电螺线管等，其周围磁场的分布又是怎样的呢？首先我们研究蹄形磁铁周围的磁场分布。

［演示2］1、取出模拟磁感线演示仪，摇晃小盒子，使小铁屑成无规则分布。

2、将蹄形磁铁放在小盒子上面，轻敲小盒子。

（学生活动：观察描述）

［课件］蹄形磁铁周围的磁感线，立体图

［讲述］下面我们研究通电直导线周围的磁场分布。我们知道，如果将一个小磁针放到通电直导线附近，磁针会发生偏转，这个是奥斯特实验告诉我们的结论；根据此时磁针的指向，就可以研究它周围的磁场分布了。

［演示3］1、取一根直导线，两端分别接上电源的正、负极。将几个小磁针分别放到直导线附近不同的位置。

2、将直导线两端电源的正、负极反接，将小磁针放原先的位置。

（学生活动：观察描述）

［课件］通电直导线周围的磁感线

［提问］从磁场线的分布情况可知，通电直导线周围的磁场强弱有什么特点？

（学生活动：思考回答）

［小结］通电直导线的磁场，靠近导线的磁感应强度较强，远离导线的磁感应强度较弱。

［课件］从该图我们还可以看出，电流方向由下往上，此时磁感线方向为逆时针。

伸出大家的右手，拇指朝上，我们可以发现一个有趣的现象。当我们用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向。这个结论称为安培定则，又称右手螺旋定则。

［讲述］环形电流的磁场分布也可以用小磁针来研究。

［演示4］展示漆包线逐圈环绕成线圈

［提问］用漆包线绕成的线圈可以看作什么？该线圈通电后，在它内部的小磁针将怎样偏转？

（学生活动：思考猜测）

［学生实验］线圈平面与桌面垂直放置，并与地球磁场南北极方向平面平行（如何判断地球磁场南北极方向？）；漆包线首末两端分别接上电源的正、负极。观察现象，再将接线柱两端分别电源的正、负极反接。注意接上电源之前先将漆包线的绝缘层刮掉。

（在黑板上画出模拟线圈及磁针？还是用课件？）

［讲述］使用安培定则判断，以弯曲的四指指向电流的方向，则伸直的拇指所指的方向就是该线圈中心轴线上磁感线的方向，可知，磁针的北极指向拇指所指的方向。除轴线外其他位置，磁感线方向不是直线，而是形成一个闭合的曲线。如图所示。

［课件］环形电流周围的磁感线

［课件］当我们让右手弯曲的四指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。这个结论是安培定则的另一种形式。

［讲述］通电螺线管的磁场，相当于多匝环形电流磁场的叠加，因此环形电流的安培定则可以用来判定通电螺线管的磁场。这时，拇指所指的方向就是螺线管内部的磁场方向。

［课件］通电螺线管的磁感线

［演示5］通电螺线管的磁感线分布

1、接线柱两端分别接上电源的正、负极。将几个小磁针分别放到通电

螺线管内部、外部不同区域。

2、将接线柱两端电源的正、负极反接，将小磁针放原先的位置。

（学生活动：观察描述）

［提问］从外部看，通电螺线管的磁场与哪种磁铁的磁场相似？

（学生活动：思考猜测）

［课件］通电螺线管的磁感线与条形磁铁的磁感线

［讲述］我们总共介绍了五种常见磁场分布，其中条形磁铁与蹄形磁铁磁场属于天然磁体的磁场，另外三种是电流磁场。电流磁场的强弱可以通过控制输入电流的强弱来控制，控制比较容易，因此在实际中有很多重要的应用。例如电话、电动机、发电机以及在自动控制中普遍应用的电磁继电器等，都离不开电流的磁场。但在有些时候，肯定需要使用天然磁体。如阿尔法磁谱仪。阿尔法磁谱仪(简称AMS)，是人类送入太空的第一台磁谱仪，由美籍华裔物理学家、诺贝尔奖获得者丁肇中领导建造，有中国、美国、德国、等10多个国家的科学家参与合作。阿尔法磁谱仪于1998年6月3日用美国“发现号”航天飞机送入太空，在太空进行反物质和暗物质的探测。其主要构造就是这个大型永磁体，由中国科学院电工所等单位在北京研制完成。由于在外太空那个，缺少电源，因此需要使用天然磁体，起到举足轻重的作用。

［讲述］既然天然磁体和电流都能产生磁场，它们产生的磁场是否存在某种关系呢？刚才讲到通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场十分相似，法国学者安培由此受到启发，提出了著名的分子电流假说。

［课件］法国学者安培的肖像及简介

［课件］分子电流假说

［讲述］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都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。根据安培定则，可以判断，假如存在一个顺时针的分子电流，那么，四指弯曲指向电流的方向，拇指所指的方向即是环形电流轴线上磁感线的方向，即北极的方向，可知，该分子电流轴线上右侧为北极，左侧为南极；这两个磁极与分子电流不可分割。存在分子电流，必然存在对应的两个磁极。利用安培分子电流假说，我们可以解释一些磁现象，比如磁化和退磁。

［课件］磁化

［讲述］一条铁棒未被磁化的时候，内部分子电流的取向是杂乱无章的，它们的磁场相互抵消，对外不显磁性；当铁棒受到外界磁场的作用时，各分子电流的取向变得大致相同，铁棒被磁化，宏观上，铁棒两端对外显示出较强的磁作用，形成磁极。

［课件］退磁

［讲述］当磁体受到高温或猛烈撞击时，由于激烈的热运动或机械振动，使分子电流的取向回复杂乱无章的状态，磁体宏观上的磁性消失。

［讲述］当安培提出分子电流假说的时候，人们并不知道物质内部为什么会有分子电流，甚至，并不知道分子电流是否存在，分子电流假说只是安培在奥斯特实验的启发下，经过一定的观察和实验，概括抽象出来的，在当时，并没有经实践完全证实。直到20世纪后，人们的研究领域进入了微观世界，人们认识到，在原子内部，电子绕原子核不停的高速旋转，这种运动正对应了安培所说的分子电流。

分子电流揭示了电和磁本质上的联系。虽然其是作为“假说”提出，当在证实其为真理之前，已经能够比较合理的解释某些现象，对磁的研究起了很大的作用。可见，在物理定律和理论的建立过程中，“假说”常起着许多重要的作用。

3、课堂小结

（1）运用磁感线形象直观地描述磁感应强度；

（2）几种常见的磁场分布；

（3）运用安培定则判断磁场。

4、课后活动

阅读“科学漫步”，查找相关的资料，了解“有趣的右螺旋”并进行交流。（八）板书设计

3.3 几种常见的磁场

1、磁感线

2、几种常见的磁场

3、安培定则

4、分子电流假说