高中物理新课标版人教版选修3-1优秀教案：3.3-几种常见的磁场(共8页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上教学设计教学目标1知识与技能(1)知道什么是磁感线；(2)知道条形磁铁、蹄形磁铁、直线电流、环形电流和通电螺线管的磁感线分布情况；(3)利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；(5)利用安培假说解释有关的现象；(6)理解匀强磁场的概念，明确两种情形的匀强磁场；(7)知道磁通量的定义，知道BS的适用条件，利用公式进行简单计算。2过程与方法(1)通过模拟实验和学生动手(运用安培定则)、类比的方法体会磁感线的形状，培养空间想象能力；(2)由电流和磁铁都能产生磁场，提出安培分子电流假说，最后都归结为磁现象的电本质；(3)通过引入磁通量概念，使学生体会描述磁场规律的另一重要方法。3情感、态度与价值观(1)通过讨论与交流，培养对物理探索的情感；(2)领悟物理探索的基本思路，培养科学的价值观。教学重点利用安培定则判断直线电流、环形电流及通电螺线管的磁场分布，理解安培分子电流假说。教学难点安培定则的灵活应用及磁通量的计算。教学方法类比法、实验法、比较法。教学用具条形磁铁、直导线、环形电流、通电螺线管、小磁针若干、投影仪、展示台、学生电源。导入新课要点：磁感应强度B的大小和方向。启发学生思考电场可以用电场线形象地描述，磁场可以用什么来描述呢？类比电场线可以很好地描述电场强度的大小和方向，同样，也可以用磁感线来描述磁感应强度的大小和方向。教师：那么什么是磁感线？又有哪些特点呢？这节课我们就来学习有关磁感线的知识。推进新课1磁感线问题：什么是磁感线呢？答：所谓磁感线是在磁场中画一些有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向都表示该点的磁场方向。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。(1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁感线分布情况，如图所示：条形磁铁蹄形磁铁问题：磁铁周围的磁感线方向如何？答：磁铁外部的磁感线是从磁铁的北极出来，进入磁铁的南极，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。(2)电流的磁场与安培定则引导学生在分析归纳的基础上得出通电直导线周围的磁感线分布情况，如图所示：直线电流的磁场问题1：通电直导线周围的磁感线如何分布？问题2：直线电流周围的磁感线分布和什么因素有关系？问题3：直线电流的方向跟磁感线方向之间的关系如何判断呢？直线电流周围的磁感线：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。(上图甲)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。(上图乙)(3)环形电流的磁场，如图所示：环形电流的磁场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。(上图甲)教师引导学生得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。(上图乙)(4)通电螺线管的磁场，如图所示：问题1：通电螺线管外部的磁场和什么相似？问题2：通电螺线管内部的磁场如何？问题3：通电螺线管的磁感线方向和什么因素有关系？问题4：如何判断通电螺线管的极性？通电螺线管磁场的磁感线：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。(如下图)通电螺线管的磁场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，则大拇指所指的方向就是螺线管的北极(螺线管内部磁感线的方向)。【说明】 由于后面的安培力、洛伦兹力、电磁感应与磁感应强度密切相关，几种常见磁场的磁感线的分布是一个非常基本的内容，不掌握好，对后面的学习有很大影响。2磁感线和电场线有何区别(1)电场线是电场的形象描述，而磁感线是磁场的形象描述。(2)电场线不是闭合曲线，而磁感线是闭合曲线。(3)电场线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁感应强度方向一致。(4)电场线的疏密程度表示电场强度的大小。磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小。3电流磁场和天然磁铁相比有何特点(1)电流磁场的有无可由通断电来控制。(2)电流磁场的极性可以由电流方向变换。(3)电流磁场的强弱可由电流的大小来控制。问题：电流的磁场有何用途？答：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。4安培分子电流假说磁铁和电流都能产生磁场。它们的磁场有什么关系呢？我们已经知道，通电螺线管和条形磁铁的磁场分布十分相似，安培由此受到启发，提出了著名的分子电流假说。分子电流假说的内容：在原子、分子等物质微粒内部，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，这就是分子电流假说。课本图3.36，理解安培分子电流假说，用安培假说可以解释磁现象。分子电流的取向是否有规律，决定了物体对外是否显磁性阅读课文，回答以下问题。问题1：一根铁棒在未被磁化时为什么对外界不显磁性？答：铁棒未被磁化时，内部各分子电流的取向是杂乱无章的，它们的磁场互相抵消，对外界不显磁性。问题2：什么是磁化？如何去理解磁化和磁极？答：使原来没有磁性的物体获得磁性的过程叫磁化。在有外界磁场的作用时，某些物质内部各分子电流的取向会变得大致相同，这个过程就是磁化，这些物质被磁化后，各分子电流的磁场互相叠加，对外界显示出较强的磁作用，在两端形成磁极。问题3：永磁体为什么具有磁性？答：永磁体之所以具有磁性，是因为它内部的环形分子电流本来就排列整齐。问题4：永磁体如何失去磁性？答：永磁体受到高温或猛烈的敲击会失去磁性，这是因为在激烈的热运动或机械振动的影响下，分子电流的取向又变得杂乱无章了。问题5：为什么无论把磁棒折成多小的一段，它总有两个磁极？答：每个环形分子电流的两个侧面必定同时出现，一面相当于N极，另一面相当于S极。总结：安培分子电流假说揭示了磁现象的电本质。问题6：分子电流是如何形成的？答：分子电流是由原子内部电子的运动形成的。结论：磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的。5匀强磁场问题1：什么是匀强电场？匀强电场的产生条件是什么？匀强电场的电场线有何特点？答：在电场的某一区域，如果场强的大小和方向都相同，这个区域的电场叫做匀强电场；两块靠近的平行金属板，大小相等，互相正对，分别带有等量的正负电荷，它们之间的电场除边缘附近外就是匀强电场；匀强电场的电场线是距离相等的平行直线。问题2：什么是匀强磁场？它的产生条件是什么？匀强磁场的磁感线又有什么特点？观察课本图3.37、图3.38。 (1)匀强磁场的定义：如果磁场的某一区域里，磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫匀强磁场。(2)产生方法：距离很近的两个异名磁极之间的磁场、通电螺线管内部的磁场(除边缘部分外)可认为是匀强磁场。(3)磁感线的特点：匀强磁场的磁感线是间距相等的平行直线。6磁通量研究电磁现象时，有时需要研究穿过某一面积的磁场和它的变化。为此，物理学引入了一个新的物理量磁通量。阅读教材，说出磁通量的定义、公式、单位以及物理意义。(1)定义：一个面积为S的平面垂直于一个磁感应强度为B的匀强磁场，则B与S的乘积叫做穿过这个面的磁通量。(2)定义式：B·S(3)单位：韦伯(Wb)，1 Wb1 T·1 m2 (4)物理意义：磁通量表示穿过这个面的磁感线条数。对于同一个平面，当它跟磁场方向垂直时，磁场越强，穿过它的磁感线条数越多，磁通量就越大。当它跟磁场方向平行时，没有磁感线穿过它，则磁通量为零。注意：当平面跟磁场方向不垂直时，穿过该平面的磁通量等于B与它在磁场垂直方向上的投影面积的乘积，即B·Ssin(为平面与磁场方向之间的夹角，如图所示)。教师：将磁通量的定义式B·S变形得：B，这个比值反映了什么意义？单位是什么？学生：B为垂直磁场方向单位面积上的磁通量，反映磁场的强弱。又叫磁通密度。单位Wb/m2。7课堂小结8实例探究安培定则的应用例1一细长的小磁针，放在一螺线管的轴线上，N极在管内，S极在管外。若此小磁针可左右自由移动，则当螺线管通以图所示电流时，小磁针将怎样移动？解析：正确解题思路是：当螺线管通电后，根据右手螺旋定则判定出管内、外磁感线方向如图所示，管内外a、b两处磁场方向向右，管内b处磁感线分布较密，管外a处磁感线分布较稀。根据磁场力的性质知：小磁针N极在b处受力方向向右，且作用力较大；小磁针S极在a处受力向左，且作用力较小，因而小磁针所受的磁场力的合力方向向右。“同名磁极相斥、异名磁极相吸”只适合于磁体间外部相互作用的情形，适用情形存在局限性；而磁场力的性质：“磁体N极受力方向与所在处磁场方向相同”对于磁极间内部或外部作用总是普遍适用的。答案：见解析例2如图所示，一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的上方，并与磁针指向平行，能使小磁针的N极转向读者，那么这束带电粒子可能是 ()A向右飞行的正离子束B向左飞行的正离子束C向右飞行的负离子束D向左飞行的负离子束解析：小磁针的N极指向读者，说明小磁针所在处的磁场方向是指向读者，由安培定则可确定出带电粒子形成的电流方向向左，这向左的电流可能是向左飞行的正离子形成，也可能是向右飞行的负离子形成，故答案为B、C。答案：BC对安培分子电流假说的理解例3关于磁现象的电本质，下列说法中正确的是()A磁与电紧密联系，有磁必有电，有电必有磁B不管是磁体的磁场还是电流的磁场都起源于电荷的运动C永久磁铁的磁性不是由运动电荷产生的D根据安培假说可知，磁体内分子电流总是存在的，因此，任何磁体都不会失去磁性解析：磁与电是紧密联系的，但“磁生电”“电生磁”都有一定的条件，运动的电荷产生磁场，但一个静止的点电荷的周围就没有磁场，分子电流假说揭示了磁现象的电本质，磁铁的磁场和电流的磁场一样都是由运动电荷产生的，磁体内部只有当分子电流取向大体一致时，就显示出磁性，当分子电流取向不一致时，就没有磁性，所以本题的正确答案为B。答案：B9作业(1)阅读课本第90页科学漫步有趣的右螺旋。(2)完成P90练习3、4。磁现象的电本质1美国科学家罗兰的实验罗兰把大量的电荷加在一个橡胶圆盘上，然后使圆盘绕中心高速转动，在盘的附近用小磁针来检验运动电荷产生的磁场，结果发现小磁针果然发生了偏转，而且改变盘的转动方向或改变电荷的正负时，小磁针的偏转方向也改变，磁针偏转方向跟运动电荷所形成的电流方向间的关系同样符合安培定则。这个实验证明了运动电荷确实产生磁场。2安培分子电流假说磁铁的磁场是否也是由运动电荷产生的呢？法国科学家安培根据环形电流的磁场和磁铁相似提出了著名的分子电流假说。用安培分子电流假说解释以下几种现象：(1)软铁棒被磁化。演示：夹在铁架台上的软铁棒被条形磁铁磁化后可以吸起大头针。(2)磁铁受到高温或猛烈的敲击为什么会失去磁性？让学生自己归纳出磁现象的电本质。3磁现象的电本质运动的电荷(电流)产生磁场，磁场对运动的电荷(电流)产生磁场力的作用，所有的磁现象都可以归结为运动电荷(电流)之间通过磁场而发生的相互作用。物质磁性的分类1抗磁性当磁化强度M为负时，固体表现为抗磁性。Bi、Cu、Ag、Au等金属具有这种性质。在外磁场中，这类磁化了的介质内部的磁感应强度小于真空中的磁感应强度M。抗磁性物质的原子(离子)的磁矩应为零，即不存在永久磁矩。当抗磁性物质放入外磁场中，外磁场使电子轨道改变，感生一个与外磁场方向相反的磁矩，表现为抗磁性。所以抗磁性来源于原子中电子轨道状态的变化。抗磁性物质的抗磁性一般很微弱。2顺磁性顺磁性物质的主要特征是，不论外加磁场是否存在，原子内部存在永久磁矩。但在无外加磁场时，由于顺磁物质的原子做无规则的热振动，宏观看来，没有磁性；在外加磁场作用下，每个原子磁矩比较规则地取向，物质显示极弱的磁性。磁化强度与外磁场方向一致，而且严格地与外磁场H成正比。顺磁性物质的磁性除了与H有关外，还依赖于温度。其磁化率H与绝对温度T成反比。顺磁性物质的磁化率一般也很小。一般含有奇数个电子的原子或分子，电子未填满壳层的原子或离子，如过渡元素、稀土元素、钢系元素，还有铝铂等金属，都属于顺磁物质。3铁磁性对诸如Fe、Co、Ni等物质，在室温下磁化率可达103数量级，称这类物质的磁性为铁磁性。铁磁性物质即使在较弱的磁场内，也可得到极高的磁化强度，而且当外磁场移去后，仍可保留极强的磁性。其磁化率为正值，但当外场增大时，由于磁化强度迅速达到饱和，其H变小。铁磁性物质具有很强的磁性，主要起因于它们具有很强的内部交换场。铁磁物质的交换能为正值，而且较大，使得相邻原子的磁矩平行取向(相应于稳定状态)，在物质内部形成许多小区域磁畴。每个磁畴大约有1015个原子。这些原子的磁矩沿同一方向排列，假设晶体内部存在很强的称为“分子场”的内场，“分子场”足以使每个磁畴自动磁化达饱和状态。这种自生的磁化强度叫自发磁化强度。由于它的存在，铁磁物质能在弱磁场下强烈地磁化。因此自发磁化是铁磁物质的基本特征，也是铁磁物质和顺磁物质的区别所在。铁磁体的铁磁性只在某一温度以下才表现出来，超过这一温度，由于物质内部热骚动破坏电子自旋磁矩的平行取向，因而自发磁化强度变为0，铁磁性消失。这一温度称为居里点。在居里点以上，材料表现为强顺磁性，其磁化率与温度的关系服从居里外斯定律。4反铁磁性反铁磁性是指由于电子自旋反向平行排列。在同一子晶格中有自发磁化强度，电子磁矩是同向排列的；在不同子晶格中，电子磁矩反向排列。两个相邻子晶格中自发磁化强度大小相同，方向相反，整个晶体磁化强度几乎为0。反铁磁性物质大都是非金属化合物，如MnO。不论在什么温度下，都不能观察到反铁磁性物质的任何自发磁化现象，因此其宏观特性是顺磁性的，M与H处于同一方向，磁化率为正值。温度很高时，极小；温度降低，逐渐增大，在一定温度时，达最大值，称为反铁磁性物质的居里点或尼尔点。对尼尔点存在的解释是：在极低温度下，由于相邻原子的自旋完全反向，其磁矩几乎完全抵消，故磁化率几乎接近于0。当温度上升时，使自旋反向的作用减弱。当温度升至尼尔点以上时，热骚动的影响较大，此时反铁磁体与顺磁体有相同的磁化行为。专心-专注-专业