新授课《磁场》第一节《磁现象和磁场》(2018.12.01).pptx
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31磁场,第一节磁现象、磁场、磁感线,2018年12月1日,教学目标,1.了解电流的磁效应。
了解电流磁效应的发现过程。
体会奥斯特发现的重要意义。
知道磁场的基本特性。
了解地球的磁场。
3.了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响。
关注磁现象在生活和生产中的应用。
4.知道磁感线。
知道几种常见磁场磁感线的空间分布情况。
5.会用安培定则判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向。
磁现象的发现比电现象早得多。
早在公元前,人们就知道磁石(天然磁铁Fe3O4)能吸引铁。
十一世纪我国发明了指南针。
但是,直到十九世纪,发现了电流的磁场和磁场对电流的作用以后,人们才逐渐认识到磁现象和电现象的本质以及它们之间的联系。
并扩大了磁现象的应用范围。
到二十世纪初,由于科学技术的进步和原子结构理论的建立和发展,人们进一步认识到磁现象起源于运动电荷,磁场也是物质的一种形式,磁力是运动电荷之间除静电力以外的相互作用力。
一.基本磁现象,1.磁铁的磁性,无论是天然磁石或是人工磁铁都能吸引铁、镍、钴等物质,这一性质叫做磁性。
磁性良好的物质仅有三种,它们是铁、镍、钴三种金属,称为铁磁性物质。
铁是磁性最强的物质。
铁磁性材料才能够成为磁铁(磁体)。
大多数的磁铁不是天然产生的,而是人造的。
这种磁铁称为人造磁铁。
人造磁铁大多数是由合金制成的。
合金是几种金属熔融在一起的混合物。
钢是一种重要的合金,大多数磁铁是由钢制成的。
另外两种合金常用于制造超强磁铁,这两种合金就是永磁合金(铝镍钴合金)和透磁合金(铁镍合金或坡莫合金)。
这两种合金含有三种磁性物质的一种、两种或三种。
2.磁极,如图所示,把一条形磁铁放到铁粉中,再取出来,可以看到它两端吸引的铁粉最多,中间区域吸引的铁粉最少,甚至没有,这说明什么?
这说明磁铁两端的磁性最强,而中部的磁性最弱(几乎没有),我们把磁性最强的两端叫做磁铁的磁极。
如把一条形磁针悬挂在空中,静止时,它的两极会分别指向地球的南北极方向,其中指南的极叫做南极(用S表示),指北的极叫做北极(用N表示),3.实验指出,极性相同的磁极互相排斥,极性相反的磁极互相吸引。
在较长的时间内,人们认为在磁极上聚集有“磁荷”,与静电学中的“电荷”相似,从而建立了静磁学,并且把磁现象和电现象看成是彼此独立无关的两类现象。
后来发现了电流的磁效应,使人们进一步认识到磁现象起源于电荷的运动,磁现象与电现象之间有着密切的联系。
二.电流的磁效应,1820年4月,丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。
通有电流的导线(也叫载流导线)附近的磁针,会受到力的作用而偏转。
奥斯特实验意义重大!
1820年7月奥斯特发表了他的著名实验,就在这一年的7月至年底,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。
第一次揭示了电流能够产生磁!
并于这一年的年底,建立了反映通电导线之间作用力规律的安培定律。
也是从此开始,开辟了一个全新的研究领域。
当时不少物理学家想到:
既然电能产生磁,磁是否也能产生电?
法拉第经过十年不懈的实验研究,终于在1831年8月29日第一次观察到了电磁感应现象。
电流磁效应的发现,加快了电气化时代的到来!
强磁性物质在电流的磁场中被磁化,电磁铁的应用从此日益广泛!
这些作用怎样发生的?
由于电流是大量电荷作定向运动形成的,所以上述一系列事实说明,在运动电荷的周围存在着磁场;在磁场中的运动电荷要受到磁场力的作用。
三.磁场,磁极或电流之间的相互作用是通过磁场来传递的。
磁极或电流在自己的周围空间里产生一个磁场,,而磁场的基本性质之一是:
它对于任何置于其中的其它磁极或电流施加作用力。
用磁场的观点,我们就可以把磁铁与磁铁、磁铁与电流、电流与电流之间的相互作用统一起来。
可用一个图式来表示,磁铁,磁铁,电流,电流,磁场,磁场和电场一样也具有能量,是客观的存在,也是物质的一种形式。
在研究静电场时曾引进电场线的概念,用以形象地描述电场。
同样,为了形象地描述磁场,我们引进磁感线的概念。
四.磁感线对磁场的形象化描述,1.磁场的方向,如图所示,在垂直于长直导线的玻璃平板上放置一些可以自由转动的小磁针,当长直导线通有电流时,各个不同位置上的小磁针的指向一般是不同的。
这说明磁场中各处的小磁针所受的力的方向不同。
但是,在磁场中某一点,小磁针总是指向一个确定的方向,因此,我们可以借助小磁针的指向来确定磁场中各处的方向。
通常把小磁针受磁力后静止时,N极所指的方向规定为小磁针所在处的磁场方向。
这个方向也就是N极受到的磁力方向。
N极的指向,可自由转动的小磁针,在磁场中受力静止时,规定为磁场中某一点磁场方向,即:
N极受磁力的方向,2.磁场的方向与电流方向的关系安培定则(右手螺旋定则),如果改变导线中电流的方向,可以发现,各个小磁针都要转过1800,这说明载流导线周围各点的磁场方向与导线中的电流方向有着密切的关系。
如果在垂直于载流长直导线的玻璃板上,洒上一些铁屑,那么这些被磁化了的铁屑,可以当成是一些细小的小磁针,它们在磁场中会排列成如图所示的曲线。
我们可以把这样的曲线叫做磁感线(旧称“磁力线”),所以,在磁场中。
磁感线上某点的切线方向,就是该点的磁场方向,N极的指向,可自由转动的小磁针,在磁场中受力静止时,规定为磁场中某一点的磁场方向,即:
N极受磁力的方向,磁感线上某点的切线方向,由载流长直导线的磁感线图形,可以看出磁感线的回转方向和电流方向之间的关系是遵从右手螺旋法则(安培定则)的,即用右手握住导线,使拇指伸直并指向电流方向,这时其他弯曲的四指所指的方向,就是磁感线的回转方向。
如图是圆形电流和载流长直螺线管的磁感线图形。
它们的磁感线方向,也可由右手螺旋法则来确定。
不过,这时要用右手握住螺线管(或圆形电流),使四指弯曲方向指向管中电流方向,而伸直的拇指指的就是螺线管内(或圆形电流中心处)的磁感线方向。
它们的磁感线方向,也可由右手螺旋法则来确定。
不过,这时要用右手握住螺线管(或圆形电流),使四指弯曲方向指向管中电流方向,而伸直的拇指指的就是螺线管内(或圆形电流中心处)的磁感线方向。
3.磁感,磁现象的发现比电现象早得多。
早在公元前,人们就知道磁石(天然磁铁Fe3O4)能吸引铁。
十一世纪我国发明了指南针。
十一世纪我国古代北宋时期的科学家沈括在梦溪笔谈中第一次明确记载了指南针。
沈括还在世界上最早发现地磁偏角,比欧洲的发现早四百年。
十二世纪初我国已有关于指南针用于航海的明确记载。
磁现象的发现比电现象早得多。
早在公元前,人们就知道磁石(天然磁铁Fe3O4)能吸引铁。
我国古代东汉时期著名的唯物主义思想家王充在论衡中所描述的“司南勺”已被公认为最早的磁性指南器具。
十一世纪我国发明了指南针。
十一世纪我国古代北宋时期的科学家沈括在梦溪笔谈中第一次明确记载了指南针。
沈括还在世界上最早发现地磁偏角,比欧洲的发现早四百年。
十二世纪初我国已有关于指南针用于航海的明确记载。
虽然磁现象发现的早,但是在很长时期内,人们一直把它孤立地看做是某种物质所具有的特殊性质,所以对它的认识不深,应用也不广泛。
直到十九世纪初,奥斯特、安培等科学家先后发现了电流的磁场和磁场对电流的作用以后,人们才逐渐认识到磁现象和电现象的本质以及它们之间的联系。
并扩大了磁现象的应用范围。
到二十世纪初,由于科学技术的进步和原子结构理论的建立和发展,人们进一步认识到磁现象起源于运动电荷,磁场也是物质的一种形式,磁力是运动电荷之间除静电力以外的相互作用力。
在研究磁场的基本性质和规律之前,我们先简单地介绍一些基本的磁现象。
一.基本磁现象磁场,无论是天然磁石或是人工磁铁都能吸引铁、镍、钴等物质,这一性质叫做磁性。
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