電流的磁場 磁感應強度(課件)（滬科版2020必修第三冊）

第十一章電磁場與電磁波初步11.2電流的磁場磁感應強度滬科版（2020）2022-2023學年高中物理同步備課系列必修第三冊目錄contents通電直導線周圍的磁場方向如何判斷?0102如何定量地描述磁場的強弱?03典例分析新課導入早期人們對磁現(xiàn)象沒有進行系統(tǒng)的科學探究和測量，僅僅停留在對磁極間相互作用和地球磁性等表面現(xiàn)象的觀察上。直到19世紀20年代，丹麥著名物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應后才開啟了電磁學研究的新紀元。與天然磁體的磁場相比，電流產生的磁場的強弱和方向容易控制和調節(jié)，在科學研究和實際中有更多的應用;電磁起重機、電話、電動機、發(fā)電機、電磁繼電器、磁浮列車、電子門鎖、智能通道閘和電磁流量計等都離不開電流產生的磁場。中國科學院強磁場科學中心建成的強磁場實驗裝置(圖11-7)為我國電子材料、鐵基超導體、新型拓撲超導體、非常規(guī)超導體、低維體系量子效應及輸運研究、生物大分子在疾病中的分子機制、腫瘤發(fā)病機理和小分子藥物作用機制等研究提供了有力的支持。通電直導線周圍的磁場方向如何判斷?01直線電流的磁感線實驗模擬直線電流的磁感線是一圈圈的同心圓，這些同心圓都在跟導線垂直的平面上。實驗表明，改變電流的方向，各點的磁場方向都變成相反的方向。1、直線電流周圍磁感線磁感線特點：磁感線是以導線上的各點為圓心的同心圓，且在跟導線垂直的平面上。安培定則（也叫右手螺旋定則）：用右手握住導線,讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致,彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。立體圖俯視平面圖電流I,“·”表示電流垂直直面向外正視平面圖磁場B,“×”表示磁場垂直紙面向里表示磁感線垂直紙面向里

表示磁感線垂直紙面向外

表示電流垂直紙面向里

表示電流垂直紙面向外

【例1】如圖，一束帶電粒子沿水平方向平行的飛過磁針上方時，磁針的N極向紙內偏轉，則這束帶電離子可能是（）A.向右飛行的正粒子束B.向左飛行的正離子束C.向右飛行的負粒子束D.向左飛行的負離子束ＮAD【小試身手】環(huán)形電流的磁感線實驗模擬環(huán)形電流的磁感線動畫模擬安培定則：讓右手彎曲的四指和環(huán)形電流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是環(huán)形導線軸線上磁感線的方向。2、環(huán)形電流周圍磁感線I立體圖正視平面圖電流I,“×”表示電流垂直直面向里自右向左看平面圖·×磁場B,“·”表示磁場垂直直面向外[例2]如圖所示，環(huán)形導線周圍有三只小磁針a、b、c，閉合開關S后,三只小磁針N極的偏轉方向是()A、全向里B、全向外C、a向里，b、c向外D、a、c向外，b向里D【小試身手】通電螺線管的磁感線實驗模擬通電螺線管的磁感線動畫模擬3、通電螺線管的磁場的磁感線

通電螺線管的磁場就是環(huán)形電流磁場的疊加.所以環(huán)形電流的安培定則也可以用來判定通電螺線管的磁場,這時,拇指所指的方向是螺線管內部的磁場的方向（N極的方向）。等效安培定則：用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向跟電流方向一致，大拇指所指的方向就是螺線管內部磁感線的方向。（大拇指指向螺線管北極）通電螺線管周圍的磁感線分布圖立體圖橫截面圖縱截面圖[例3](2019·浙江紹興檢測)如圖所示,a,b,c三枚小磁針分別在通電螺線管的正上方、管內和右側,當這些小磁針靜止時,小磁針N極的指向是(

)A.a,b,c均向左B.a,b,c均向右C.a向左,b向右,c向右D.a向右,b向左,c向右C【小試身手】例4:(2018·安徽淮北月考)如圖所示,當S閉合后,小磁針在電流磁場中的指向正確的是(

)D【小試身手】三種電流磁場磁感線的分布練1：如圖所示，當開關閉合時(1)判斷通電螺線管的磁極；（2）指出每個靜止小磁針的N、S極。NS甲乙丙丁SNNNN練2：根據(jù)圖中所示靜止小磁針所指方向，畫出通電螺線管的繞線情況。NN練3：在圖中，已知磁場的方向，試畫出產生相應磁場的電流方向NSX·拓展野視安培認為在分子等物質微粒的內部，存在著一種環(huán)形電流一分子電流，使每個分子成為微小的磁體，分子的兩側相當于兩個磁極。通常情況下磁體分子的分子電流取向是雜亂無章的，如圖11-11(a)所示。它們產生的磁場互相抵消，對外不顯磁性。當外界磁場作用后，分子電流的取向大致相同，如圖11-11(b)所示。在垂直于導體的平面上，相鄰分子間的電流作用抵消，所有分子電流的總效果顯示出宏觀的磁性。安培的分子電流假說與現(xiàn)代原子分子結構的概念相符合，分子電流對應核外電子繞核旋轉形成的電流;除了能夠解釋軟鐵棒被磁化的現(xiàn)象以外，還能夠解釋磁體受到高溫或猛烈敲擊會失去磁性的現(xiàn)象，這是由于分子電流的取向由大致相同變成雜亂無章所致。安培觀察到通電螺線管的磁場和條形磁體的磁場很相似，提出了分子電流假說。如何定量地描述磁場的強弱?02磁體在周圍空間產生磁場，另一塊磁體在此磁場中會受到磁場力的作用。通電導線在周圍空間產生的磁場也會對其中的磁體產生磁場力的作用;反之，通電導線在磁場中也會受到磁場力的作用。與定義電場強度類似，假定我們將電流I足夠小、長度△l足夠短的電流元I△l放在磁場中任意點P,如果電流元受到的最大磁場力為F,則我們可以用F與I

△l之比來定義P點，描述磁場大小和方向的物理量——磁感應強度(magneticinduction)

磁感應強度的定義式3.物理意義：表征磁場強弱和方向的物理量。4.單位：國際單位是特斯拉，簡稱特，國際符號是T1T=1N/(A

m)5.方向：是矢量，磁場中某點磁感應強度的方向即該點磁場的方向即小磁針靜止時N極所指的方向）2.定義式：1.定義：在磁場中垂直于磁場方向的通電導線，所受磁場力（安培力）F跟電流I和位于磁場中導線的長度L的乘積IL的比值叫做磁感應強度。用大寫字母B表示。（說明：如果導線很短很短，B就是導線所在處的磁感應強度）

磁感應強度6、磁場中某處磁感應強度的大小和方向是磁場本身的性質，與其中是否存在電流元及電流的大小無關。實際情形中，磁場的強弱可以有很大的區(qū)別。表11-1列出了一些磁場的磁感應強度大小的近似值。從實驗結果不難發(fā)現(xiàn)，在通電螺線管中心軸線上靠近中央處的磁感應強度幾乎不隨位置變化。磁場強弱和方向處處相同的磁場稱為勻強磁場。勻強磁場的磁感線是一系列疏密間隔相同的、同方向的平行直線。通電密繞直螺線管內部的磁場，靠得很近的兩個平行異名磁極之間中央部分的磁場，或者較大的蹄形磁體兩磁極間的磁場，都可以近似看作勻強磁場，如圖11-13和圖11-14所示分別為鐵屑顯示的部分區(qū)域近似存在勻強磁場的磁場分布和磁感線。1、定義：強弱、方向處處相同的磁場2、特點：磁感線是一組間隔相同的平行直線3、實例：1）相隔很近的兩個異名磁極之間的磁場2）通電螺線管內部的磁場3）相隔一定距離的兩個平行放置的線圈通電時，其中間區(qū)域的磁場I勻強磁場4、勻強磁場的磁感線：磁體是科學研究的工具。借助強磁場有助于我們“看到”物質本性和科學規(guī)律。強磁場是半導體、超導、特殊功能材料和器件研究不可缺少的條件，同時強磁場下的核磁共振，又是生命科學、醫(yī)學研究的必要工具。2017年9月，中國科學院強磁場科學中心成功建成“穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置”。在此建設過程中，取得了一系列成就，成功研制了由內部水冷磁體和外部超導磁體組合而成的混合磁體,最大磁感應強度達43T。另外，該中心建成了國際首創(chuàng)水冷磁體掃描隧道顯微鏡系統(tǒng)、掃描隧道-磁力-原子力組合顯微鏡系統(tǒng)，以及強磁場下低溫、超高壓實驗系統(tǒng)，使得我國穩(wěn)態(tài)強磁場相關實驗條件達到國際領先水平。典例分析03例1、關于磁現(xiàn)象的電本質，下列說法中正確的是()A.磁與電緊密聯(lián)系，有磁必有電，有電必有磁B.不管是磁體的磁場還是電流的磁場都起源于電荷的運動C.永久磁鐵的磁性不是由運動電荷產生的D.根據(jù)安培假說可知，磁體內分子電流總是存在的，因此任何磁體都不會失去磁性

B例2、一根軟鐵棒在磁場中被磁化.是因為()A．軟鐵棒中產生了分子電流B．軟鐵棒中分子電流取向變得雜亂無章C．軟鐵棒中分子電流消失了D．軟鐵棒中分子電流取向變得大致相同D【小試身手】C[例5]如圖，當電流通過線圈時，磁針A的N極指向哪里?磁針B的N極指向哪里?IA

B

磁針A的N極指向外磁針B的N極指向里【小試身手】例6、關于磁感應強度下列說法中正確的是()A．由B=知，磁場中某點的磁感應強度的大小與IL的乘積成反比，與F成正比B．無論I的方向如何都可由B=求磁感應強度的大小C．磁場中某處磁感應強度方向與小磁針在該處所受的磁場力的方向相同D.磁場中某點的磁感應強度大小是由磁場本身因素決定的，而與有無檢驗電流無關D例7、（多選）一段電流元放在同一勻強磁場中的四個位置,如下圖所示,已知電流元的電流I、長度L和受力F,則可以用F/IL表示磁感應強度B的是()AC例8.一小段通電直導線垂直磁場方向放入一蹄形磁鐵兩磁極間，圖中能夠正確反映各量關系的是()BC【解析】選B、C.磁感應強度由磁場本身因素決定，不隨F及IL的變化而變化，B對，D錯，由磁感應強度的定義式的變形式F=ILB可以知道F與IL成正比，L一定時，F(xiàn)與I成正比，A錯，C對.例9、一根長20cm的通電導線放在磁感應強度為0.4T的勻強磁場中,導線與磁場方向垂直,若它受到的安培力大小為4×10-3N,則導線中的電流是_____A;若將導線中的電流減小為0,則該處的磁感應強度為___T0.050.4

例10.四根平行的長直導體棒分別放置于豎直平面內的正方形的四個頂點，導體棒均垂直于正方形平面，均通有大小相等、方向如