&3.2 认识磁场

深圳外国语学校 李伟均

【教学目标】

1、知识与技能：

(1)知道磁极和磁极之间、磁极和电流之间、电流和电流之间都是通过磁场发生相互作用的；

(2 )知道磁场的基本特性是对处在它里面的磁极或电流有磁场力的作用；

(3)理解磁场的方向性，知道用磁感线反映磁场的方向。掌握条形磁铁、蹄形磁铁、直线电流、环形电流、通电螺线管和地球产生的磁场的磁感线空间分布情况；

(5)掌握安培定则，并能用安培定则熟练地判定电流、以及电流产生的磁场方向。

2、过程与方法：

(1) 类比电场和磁场，培养学生的比较推理能力。

(2) 通过引进磁感线，使学生了解如何将抽象的概念转化为形象的模型进行研究的方法，进一步培养学生的实验观察、分析的能力和空间想象能力；

(3)使学生学会由个别事物的个性来认识一般事物的共性的认识事物的科学方法。

3、情感态度价值观：

(1) 让学生体会磁感线图像的对称美、形式美。

(2) 通过学习安培定则，了解科学的发现需要严谨细密的科学态度。

(3)介绍安培取得的辉煌成就，感受物理学家们勤奋自学、刻苦钻研的顽强意志。

【教学重点】(1)磁场的物质性和基本特性；

(2)会用安培定则判定直线电流、环形电流及通电螺线管的磁场方向。

【教学难点】磁感线的引入及几种常见磁感线的分布特点。

【教学方法】类比法、实验法、比较法。

【教具准备】条形磁铁、蹄形磁铁、直导线、环形电流、通电螺线管、小磁针若干、导线和开关、电源、铁架台、细铁屑、玻璃板投影仪、展示台、两辆小车。

【教学过程】

一、导入新课

演示：在玻璃板上放两辆小车，小车上各放置一条形磁铁。

现象：通过演示实验观察到，磁体同名磁极相斥，异名磁极相吸，且不需要接触就可以发生力的作用。

分析：显然这个力是场力，但磁铁并不带电，不存在电场，它是另一种场──磁场。

两个不直接接触的磁极之间是通过磁场发生相互作用的。

二、新课教学

1、磁场

(1)磁场的来源

①磁体周围存在着磁场，常见的条形磁铁、蹄形磁铁周围都存在着磁场。

②电流的周围存在磁场

演示：把一条导线平行地放在小磁针的上方，给导线中通入电流。

现象：当导线中通入电流，导线下方的小磁针发生转动。

分析：导线下方的小磁针发生转动，说明电流周围的周围也有磁场。

奥斯特实验表明，电流的周围也存在磁场。

结论：磁体周围有磁场，通电导线(电流或运动电荷)周围有磁场。

(2)磁体与电流间的相互作用通过磁场来完成

问题：电流能够产生磁场，那么电流在磁场中是否受力呢？

演示：把一段直导线放在磁铁的磁场里，给导线通上电流。

问题：电流能够产生磁场，而磁场对电流又有力的作用，那么电流和电流之间能否发生力的作用呢？

演示：两条平行直导线，通同方向的电流或相反方向的电流。

现象：两条平行直导线，当通以相同方向的电流时，它们相互吸引；当通以相反方向的电流时，它们相互排斥。

结论：磁极和磁极间、磁极和电流间、电流和电流间都是通过磁场来传递的。

(3)磁场

①磁场：磁极和磁极、磁极和电流、电流和电流之间的相互作用都是通过磁场来传递的。

②磁场的基本性质：对处于其中的磁极或电流有力的作用。

③磁场的物质性：虽然磁场看不见摸不着，对于我们初学者感到很抽象，其实磁场和电场一样是客观存在的，是物质存在的一种特殊形式。

2、磁场的方向 磁感线

磁场是客观存在的，那么磁场是否有方向？其方向如何？下面来探讨。

演示：在展示台上放一个独立的小磁针，把磁铁靠近小磁针，观察

现象：磁铁邻近小磁针时不再指向南北，而是指向一个新的方向。

演示：在磁铁的不同位置放上小磁针，静止时小磁针的N极指向各不相同。

结论：磁场是有方向性的。

(1)磁场的方向：与电场对比，在电场中，利用检验电荷的受力情况来反映电场的方向性。

在磁场中，利用小磁针来规定磁场的方向，规定在磁场中的任意一点小磁针北极受力的方向即小磁针静止时北极所指的方向，就是那一点的磁场方向。

(2)磁感线：在磁场中画出的一些有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的切线方向都在该点的磁场方向上。

磁感线的实验模拟

演示：在磁场中放一块玻璃板，在玻璃板上均匀地撒一层细铁屑，细铁屑在磁场里被磁化成“小磁针”，轻敲玻璃板使铁屑能在磁场作用下转动。

现象：铁屑静止时有规则地排列起来，显示出磁感线的形状。

(3)几种典型磁体周围的磁感线分布

①条形磁铁磁场的磁感线

②蹄形磁铁磁场的磁感线

磁感线是闭合曲线，磁铁外部的磁感线是从北极出来，回到磁铁的南极，内部是从南极到北极。

③直线电流磁场的磁感线：直线电流磁场的磁感线是一些以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在跟导线垂直的平面上。

直线电流的方向跟磁感线方向之间的关系如何判断呢？

结论：直线电流的方向和磁感线方向之间的关系可用安培定则(也叫右手螺旋定则)来判定：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。

④环形电流磁场的磁感线：是一些围绕环形导线的闭合曲线。在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直。

问题：环形电流的方向跟磁感线方向之间的关系如何判断呢？

结论：环形电流的方向跟中心轴线上的磁感线方向之间的关系也可以用安培定则来判定：让右手弯曲的四指和和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向。

⑤通电螺线管磁场的磁感线：

外部的磁感线和条形磁铁外部的磁感线相似，一端相当于南极，一端相当于北极。

内部的磁感线和螺线管的轴线平行，方向由南极指向北极，并和外部的磁感线连接，形成一些环绕电流的闭合曲线。通电螺线管内部的磁场比两极处的磁场更强。

通电螺线管的磁感线方向和螺线管的电流方向有关。

通电螺线管的电流方向和它的磁感线方向之间的关系，也可用安培定则来判定：用右手握住螺线管，让弯曲四指所指的方向和电流的方向一致，大拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向。也就是说，大拇指指向通电螺线管的北极。

(4)磁感线的物理意义：①磁感线上任意一点的切线方向表示该位置的磁场方向。②磁感线密集处磁场强，稀疏处磁场弱。

(5)磁感线的特点

①磁感线为闭合曲线，无起点和终点。在磁体的外部磁感线由N极发出，回到S极。在磁体的内部磁感线则由S极指向N极。

②在稳定的磁场中，某一点只有惟一确定的磁场方向，所以两条磁感线不能相交。

③磁感线也不相切。若磁感线相切，则切点处的磁场将趋近于无穷大，这是不可能的。

问题思考

①比较磁感线和电场线

a．电场线是电场的形象描述，而磁感线是磁场的形象描述；

b．电场线不是闭合曲线，而磁感线是闭合曲线；

c．电场线上每一点的切线方向都是跟该点电场方向一致，磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致；

d．电场线的疏密程度表示电场的强弱，磁感线的疏密程度表示磁场的强弱。

②电流磁场和天然磁铁相比有何特点？

a．电流磁场的有无可由通断电来控制； b．电流磁场的极性可以由电流方向变换；

c．电流磁场的强弱可由电流的大小来控制。

③电流的磁场有何用途？

电流的磁场用途很广泛，如电磁起重机、电话、电动机、发电机以及在自动控制中得到普遍应用的电磁继电器。

三、小 结

通过本节课的学习，主要学习了以下几个问题：

1．磁体周围，电流周围都有磁场，磁场是物质存在的一种形式。

2．磁场的基本性质：它对放入其中的磁体或电流有力的作用。

3．磁场是有方向性的，在磁场中的某一点，小磁针静止时北极所指的方向即为该点的磁场方向，可用磁感线直观形象地反映常见磁场的方向，但须注意磁感线是虚拟的曲线。

4．通电螺旋管内部的磁感线是平行轴线分布的．其外部磁感线由N极出发至S极，其内部是由S极重新回到N极的封闭曲线，所以螺旋管内部磁感线最密、磁场最强。

四、作 业

做一做：验证环形电流的磁场方向。

阅读材料：电流磁效应的发现。P78　　练习一　②③

【重点•难点解决办法】

①通过演示实验，直观地反映磁场的存在，突破本节教学的重点和疑点；

②利用与电场的对比教学，帮助学生理解几种常见磁场磁感线的空间分布。

【师生互动活动设计】

①先演示实验，直观引入磁场的存在，再通过实验演示，学生思考总结磁极之间、电流之间、电流与磁极之间的相互作用是通过磁场来传递的。通过类比电场、演示实验使学生理解磁感线的意义及分布规律；

②课外组织学生阅读材料“电流磁效应的发现”深化对磁场的认识；

③利用课外时间，做一做“验证环形电流的磁场方向”实验。