【高中物理】磁场 磁感线（1）课件 2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册.pptx

人教版物理必修三人教版物理必修三第十三章第十三章 电磁感应与电磁波初步电磁感应与电磁波初步第一节第一节 磁场磁场 磁感线（磁感线（1 1）电磁炉电磁炉采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，通过采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁感线而在锅具底部金属部分产置炉面时，锅具即切割交变磁感线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁分子高速无规则运生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能使器具本身自行高速发动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物。热，用来加热和烹饪食物。在现代，磁现象在现代，磁现象与日常生活、科与日常生活、科技密切相关技密切相关磁悬浮列车磁悬浮列车上装有电磁体，铁路底部则安装线圈。通电后，上装有电磁体，铁路底部则安装线圈。通电后，地面线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总保持相同，地面线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总保持相同，两者两者“同性相斥同性相斥”，排斥力使列车悬浮起来。铁轨两侧也装，排斥力使列车悬浮起来。铁轨两侧也装有线圈，交流电使线圈变为电磁体。它与列车上的电磁体相有线圈，交流电使线圈变为电磁体。它与列车上的电磁体相互作用，使列车前进。列车头的电磁体（互作用，使列车前进。列车头的电磁体（N N极）被轨道上靠极）被轨道上靠前一点的电磁体（前一点的电磁体（S S极）所吸引，同时被轨道上稍后一点的极）所吸引，同时被轨道上稍后一点的电磁体（电磁体（N N极）所排斥。极）所排斥。托卡马克磁约束装置托卡马克磁约束装置 一类一类控制热核聚变的装置控制热核聚变的装置。用特殊形态的磁场把氘、氚等轻。用特殊形态的磁场把氘、氚等轻原子核和自由电子组成的、处于热核反应状态的超高温等离原子核和自由电子组成的、处于热核反应状态的超高温等离子体约束在有限的体积内，使它受控制地发生大量的原子核子体约束在有限的体积内，使它受控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出原子核所蕴藏的能量。磁约束热核聚变是聚变反应，释放出原子核所蕴藏的能量。磁约束热核聚变是当前开发聚变能源中最有希望的途径当前开发聚变能源中最有希望的途径,是等离子体物理学的一是等离子体物理学的一项重大应用项重大应用.讨论交流讨论交流我国春秋战国时期的一些著作已有关于磁石的我国春秋战国时期的一些著作已有关于磁石的记载和描述。东汉学者王充在记载和描述。东汉学者王充在论衡论衡一书中一书中描述的描述的“司南司南”,”,被公认为最早的磁性指南工具。被公认为最早的磁性指南工具。指南针是我国古代四大发明之一。指南针是我国古代四大发明之一。1212世纪初，我国已将指南针用于航海，世纪初，我国已将指南针用于航海，宋俑持罗盘者就记录了这个科技史实。宋俑持罗盘者就记录了这个科技史实。目前，青岛磁悬浮列车时速目前，青岛磁悬浮列车时速620620km/hkm/h。你是否感受到，凡是用到电的地方，你是否感受到，凡是用到电的地方，几乎都有磁现象相伴随？你知道电几乎都有磁现象相伴随？你知道电和磁有怎样的联系吗？和磁有怎样的联系吗？简单的磁现象简单的磁现象1.1.磁性：能够吸引铁质物体的性质磁性：能够吸引铁质物体的性质.2.2.磁体：具有磁性的物体叫磁体磁体：具有磁性的物体叫磁体.3.3.磁极：磁体上磁性最强的部分叫磁极磁极：磁体上磁性最强的部分叫磁极.小磁针静止时，指南的磁极叫做小磁针静止时，指南的磁极叫做南极南极,又叫又叫S S极极;指北的磁指北的磁极叫做极叫做北极北极,又叫又叫N N极极.任一磁体都具有两个任一磁体都具有两个磁极磁极.4.4.磁极间的相互作用磁极间的相互作用:同名磁极相斥，异名磁极相吸同名磁极相斥，异名磁极相吸.5.5.变无磁性物体为有磁性物体叫变无磁性物体为有磁性物体叫磁化磁化,变有磁性物体为无磁性物体叫变有磁性物体为无磁性物体叫退磁退磁.6.6.磁场：磁体周围空间存在的一种特殊磁场：磁体周围空间存在的一种特殊物质物质一、电和磁的联系一、电和磁的联系1.1.讨论交流，提出问题讨论交流，提出问题人们很早就发现电和磁有很多相似的特征：自然界中的磁人们很早就发现电和磁有很多相似的特征：自然界中的磁体总存在着两个磁极，自然界中同样存在着两种电荷。体总存在着两个磁极，自然界中同样存在着两种电荷。同名磁极或同种电荷相互排斥，异名磁极或异种电荷相互同名磁极或同种电荷相互排斥，异名磁极或异种电荷相互吸引。这种相似性是否意味着电和磁之间有某种联系呢？吸引。这种相似性是否意味着电和磁之间有某种联系呢？17311731年年,一英国商人发现雷击后的刀叉竟具有了磁性。一英国商人发现雷击后的刀叉竟具有了磁性。17511751年年,富兰克林发现莱顿瓶放电可使缝衣针磁化。电现象和磁富兰克林发现莱顿瓶放电可使缝衣针磁化。电现象和磁现象间的相似是偶然的吗现象间的相似是偶然的吗?那些磁化现象又说明了什么呢那些磁化现象又说明了什么呢?电现象和磁现象存在某种联系吗电现象和磁现象存在某种联系吗?2.2.物理学家的观点物理学家的观点库仑库仑安培安培托马斯托马斯杨杨电电和磁没和磁没啥啥关系关系直到直到1919世纪初很多著名的科学家世纪初很多著名的科学家如库如库仑仑、安培、托马、安培、托马斯斯.杨都认为电与磁是互不相关的两回事。杨都认为电与磁是互不相关的两回事。3.3.科学与思想进步科学与思想进步在在1818世纪和世纪和1919世纪之交人们发现，世纪之交人们发现，自然界各种运动之间存在自然界各种运动之间存在着相互联系和转化着相互联系和转化，这种思想在哲学界和科学界逐渐形成，这种思想在哲学界和科学界逐渐形成，也影响了奥斯特也影响了奥斯特。16871687年牛顿发现万有引力定律，物体间引力方向有何特征？年牛顿发现万有引力定律，物体间引力方向有何特征？17851785年库仑发现库仑定律，两点电荷间作用力方向有何特征年库仑发现库仑定律，两点电荷间作用力方向有何特征？由于受由于受“纵向力纵向力”的影响，奥斯特总是把小磁针放在通电直的影响，奥斯特总是把小磁针放在通电直导线的延长线上，观察小磁针的偏转情况。导线的延长线上，观察小磁针的偏转情况。4.4.奥斯特的发现奥斯特的发现丹麦科学家奥斯特坚信电和磁存在某种联系，丹麦科学家奥斯特坚信电和磁存在某种联系，并开始不懈的探索。由于受当时一些错误观并开始不懈的探索。由于受当时一些错误观点影响，奥斯特做了很多实验都以失败告终。点影响，奥斯特做了很多实验都以失败告终。18201820年年4 4月，在一次讲课中，他偶然的把一月，在一次讲课中，他偶然的把一根导线放在一个指南针的上方，通电时，磁根导线放在一个指南针的上方，通电时，磁针转动了。针转动了。首次发现了电和磁的联系。首次发现了电和磁的联系。奥斯特奥斯特奥斯特实验的意义奥斯特实验的意义奥斯特实验说明：电流对磁体会产生力的作用，电流具有奥斯特实验说明：电流对磁体会产生力的作用，电流具有磁效应。磁效应。奥斯特是第一个发现了电和磁有联系的人。它的这个发现奥斯特是第一个发现了电和磁有联系的人。它的这个发现震动了整个科学界，推动了电磁学的研究。震动了整个科学界，推动了电磁学的研究。做电流磁效应实验时，通电导线为什么要沿南北方向放置做电流磁效应实验时，通电导线为什么要沿南北方向放置？地球本身就是一个大磁体，而地球的磁场方向大致是由地理地球本身就是一个大磁体，而地球的磁场方向大致是由地理的南极指向地理的北极。为了避免地磁场的影响，在做实验的南极指向地理的北极。为了避免地磁场的影响，在做实验时，通电直导线必须沿南北方向放置。时，通电直导线必须沿南北方向放置。讨论交流讨论交流为此，安培写道：为此，安培写道：“奥斯特先生奥斯特先生已经永远把他的名字已经永远把他的名字和一个新纪元联系在一起了。和一个新纪元联系在一起了。”二、磁场二、磁场奥斯特实验之后，奥斯特实验之后，安培等人又做了很多实验研究。他们发现，安培等人又做了很多实验研究。他们发现，不仅通电导线对磁体有作用力，磁体对通电导线也有作用力。不仅通电导线对磁体有作用力，磁体对通电导线也有作用力。实验一：实验一：电流对磁体的作用电流对磁体的作用（奥斯特实验）（奥斯特实验）通电时小磁针会发生偏转。通电时小磁针会发生偏转。断电时小磁针转回到指南北的方向；断电时小磁针转回到指南北的方向；说明：说明：通电直导线周围存在磁场。通电直导线周围存在磁场。通电电流方向相反，小磁针偏转方通电电流方向相反，小磁针偏转方向向 也相反。也相反。说明：说明：磁场方向与电流方向有关。磁场方向与电流方向有关。实验二：实验二：磁体对电流的作用力磁体对电流的作用力现象：导体棒由静止变为运动现象：导体棒由静止变为运动实验证明：实验证明：磁体对电流有力的作用磁体对电流有力的作用。讨论交流：既然电流有磁效应，那么讨论交流：既然电流有磁效应，那么电流和电流之间是否也存在着相互作电流和电流之间是否也存在着相互作用力呢？用力呢？现象：同向电流相互吸引，现象：同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。反向电流相互排斥。实验证明：实验证明：电流对电流有力的作用电流对电流有力的作用。实验三：实验三：电流对电流的作用力电流对电流的作用力讨论交流讨论交流磁体与磁体、通电导线对磁体、磁体对通电导体、任意两条磁体与磁体、通电导线对磁体、磁体对通电导体、任意两条通电导线之间都有力的作用，这些作用力的产生都不需要直通电导线之间都有力的作用，这些作用力的产生都不需要直接接触。那么，这些相互作用是怎样发生的接接触。那么，这些相互作用是怎样发生的?F FF F正像电荷间相互作用通过正像电荷间相互作用通过电场电场发生，磁体和磁体之间，磁体发生，磁体和磁体之间，磁体和通电导体之间，以及通电导体和通电导体之间的相互作用和通电导体之间，以及通电导体和通电导体之间的相互作用都是通过都是通过磁场磁场发生的。发生的。1.1.磁场：磁场：磁体或电流周围周围空间存在的一种特殊物质。磁体或电流周围周围空间存在的一种特殊物质。2.2.磁场的磁场的基本性质：基本性质：对放入其中的磁体或电流会产生力的作用对放入其中的磁体或电流会产生力的作用。3.3.磁场的方向磁场的方向：小磁针静止时小磁针静止时N N极的指向。极的指向。磁场看不见摸不着，我们如何形象描述它呢？磁场看不见摸不着，我们如何形象描述它呢？讨论交流讨论交流三、磁感线三、磁感线正像在电场中我们用电场线形象地描述电场一样，在磁场中，正像在电场中我们用电场线形象地描述电场一样，在磁场中，我们用磁感线来描述磁场。我们用磁感线来描述磁场。在磁场中画出一些曲线，在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度向都跟这点的磁感应强度方向一致，这样的曲线就方向一致，这样的曲线就叫作磁感线。叫作磁感线。1.1.条形磁铁磁感线：条形磁铁磁感线：2.2.蹄形磁铁磁感线：蹄形磁铁磁感线：规定小磁针静止时规定小磁针静止时N N极所指的方向为磁场极所指的方向为磁场方向方向讨论交流：磁感线真实存在的吗？它是如何描述磁场的？讨论交流：磁感线真实存在的吗？它是如何描述磁场的？磁感线的特点：磁感线的特点：1.1.磁感线是假想的曲线；磁感线是假想的曲线；2.2.磁场中的任何一条磁感线都是磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线闭合曲线，磁体外部由，磁体外部由N N极到极到S S极，内部由极，内部由S S极到极到N N极；极；3.3.磁感线不相交、不相切；磁感线不相交、不相切；4.4.磁感线的疏密表示磁场的强弱；磁感线的疏密表示磁场的强弱；5.5.磁感线上每一点的切线方向即为该点的磁场的方向。磁感线上每一点的切线方向即为该点的磁场的方向。地球的磁场地球的磁场（1 1）地球是一个巨大的磁体。）地球是一个巨大的磁体。（2 2）地球周围空间存在的磁场叫地磁场。）地球周围空间存在的磁场叫地磁场。（3 3）地磁场的三大特点：）地磁场的三大特点：地地磁磁场场的的N N极极在在地地球球南南极极附附近近，S S极极在在地球北极附近。地球北极附近。地地磁磁场场的的方方向向在在南南半半球球斜斜向向上上，在在北北半球斜向下，与地表面并不平行。半球斜向下，与地表面并不平行。在在赤赤道道平平面面上上，到到地地心心等等距距离离的的各各点点，地磁场强度相等，且方向水平。地磁场强度相等，且方向水平。磁偏角：磁偏角：地球的地理两极与地磁两极并不重合，因此，指南针地球的地理两极与地磁两极并不重合，因此，指南针并非准确指向南北并非准确指向南北（磁场的南北极）与地理上的南北极并不完（磁场的南北极）与地理上的南北极并不完全一致，两者之间存在全一致，两者之间存在着夹角着夹角，即磁偏角。，即磁偏角。地理北极地理北极磁南极磁南极磁北极磁北极地理南极地理南极磁偏角磁偏角的数值在地球上不同地方是不的数值在地球上不同地方是不同同的，由于地球磁极的缓慢移动，磁的，由于地球磁极的缓慢移动，磁偏角也在缓慢变化。偏角也在缓慢变化。地球磁场能地球磁场能抵挡大部分抵挡大部分太阳风太阳风