一、引入新课
实验:小磁针距离条形磁铁远近不同,条形磁铁对小磁针的吸引力不同。
磁体周围存在着磁场,磁场的基本性质是对放入其中的磁体、电流、运动电荷有力的作用,小磁针受力不同,说明:磁体周围不同位置磁场的强弱是不同的,如何表示磁场的方向和强弱呢?我们来研究表示表示磁场的方向和强弱的物理量:磁感应强度。
二、讲授新课
(一) 基本思路
1. 复习电场强度的定义
2.要表示磁场方向和强弱,我们可以借鉴电场的强弱和方向的表示方法
3.为了表示磁场的强弱和方向,我们本可以引入磁场强度,但历史上磁场强度已经用来表示另一个物理量了,因此,物理学中用磁感应强度来描述磁场的强弱和方向。
(二)磁感应强度的方向
1.电场对放入其中的电荷有力的作用,我们规定:正电荷的受力方向为电场方向,即电场强度的方向
2. 演示小磁针在磁铁周围的不同位置指向不同,说明小磁针受力方向不同,磁场方向不同。
3.我们规定:小磁针北极受力的方向,即小磁针静止时北极所指的方向为磁场的方向,即磁感应强度的方向
4.拓展:把各个小磁针的指向连成线,也能描述磁场的方向,后来物理学家把它称为磁感线,其切线方向也为磁场方向(磁感应强度的方向)。
(三)磁感应强度的大小
1.在电场中,我们通过电场对电荷的作用力来了解电场的性质,磁感应强度的大小能否从小磁针受力的情况来研究?
不能。因为小磁针不会单独存在一个磁极,小磁针静止时,两个磁极所受合力为零,因此无法从小磁针受力的角度确定磁场的强弱,即无法定义磁感应强度的大小。
2.如何研究磁感应强度的大小呢?
磁场对磁极有力的作用,磁场对通电电流也有力的作用。 无法从小磁针受力的情况研究磁感应强度的大小,转换一下思维,是否可从电流在磁场中受力的角度去研究?
3.磁场对电流的作用力大小跟哪些因素有关,有什么关系呢
(1)学生猜想:磁场对电流的大小与哪些因素有关
预期答案:电流的大小、磁场的强弱、导线在磁场中的长度
(2)确定研究方法:控制变量法
(3)研究过程:
a.演示实验:磁场方向跟电流方向平行和垂直时,磁场对导线的作用力
精确实验表明:磁场方向与电流方向平行时,磁场对导线没有力的作用,而垂直时,磁场对导线的力最大。后面的实验,我们都让磁场和电流垂直。
b.演示实验:改变导线在磁场中的长度
结论:导线在磁场中的长度越长,磁场对导线的力越大
c.演示实验:改变电流的大小
结论:电流越大,磁场对导线的力越大
(4)结论:通电导线和磁场垂直时,导线在磁场中的长度越长,电流越大,它受的力越大
(5)分析了很多实验事实后人们认识到,通电导线和磁场垂直时,导线受力的大小既与导线的长度L成正比,又与导线中的电流I成正比,即与I和L的乘积IL成正比。
4.磁感应强度的定义
(1)
(2)借鉴电场强度的定义,我们就可以定义磁感应强度,若用B表示磁感应强度,则
(3)单位:特斯拉
1T=1N/Am
介绍特斯拉和一些磁场的磁感应强度
(四)对磁感应强度的进一步理解
1.此公式适用于匀强磁场,那么,对于非匀强磁场又如何呢?
电流元:物理学中将很短一段通电导线中的电流I和导线长度L的乘积IL叫做电流元
导线很短很短时,由B=求得的数值即可认为是导线所在位置那一点的磁感应强度大小
2.你认为电场强度和磁感应强度的定义中最明显的区别是什么?
电场强度用电荷同时定义了大小方向,而磁感应强度的定义中,用小磁针定义了方向,用电流定义了力
3.
(1)磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线,它的电流强度是2.5 A,导线长1 cm,它受到的安培力为5×10-2 N,则这个位置的磁感应强度是多大?如果把通电导线中的电流强度增大到5 A时,这一点的磁感应强度应是多大?如果把通电导线中的电流强度减小为0时,这一点的磁感应强度又是多大?
(2)上题考察什么知识点?
(3)B与L、I、F无关,与场源和该点在场中的位置有关
4.
(1)有一小段通电导体,长为1cm,电流为5A,把它置入磁场中某点,受到的磁场力为0.1N,则该点的磁感应强度B一定是 ( )
A. B = 2 T B. B ≤ 2T
C. B ≥ 2T D. 以上情况都有可能
(2)上题考察什么知识点?
(3)导线电流的方向与磁场方向的关系,要注意两者必须垂直。通电导线与磁场方向垂直时受到磁场力最大,平行时为零
5.若在某一点同时存在几个磁场,则该点的磁感应强度B如何?
若某一空间同时存在几个磁场,空间的磁场应由这几个磁场叠加而成,某点的磁感应强度为B,则有:B=B1+B2+B3……(矢量和) ,用平行四边形法则运算
6.既然磁场对N极的磁力和磁场方向一致,对S极的磁力方向和磁场方向相反,那么,磁体之间相互吸引又如何解释?
小磁针两磁极所处位置的磁场强弱不同
三、复习总结
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