师:同学们,这节课我们复习粤教版高二物理必修三第六章电磁现象与电磁波。先来了解本章节知识结构,它分为四个板块:磁场、电磁感应现象、电磁场以及量子化现象。我们先学习了磁感应强度和磁通量,接着是电磁感应的应用,然后认识了电磁波及其应用,最后初步了解了波粒二象性。现在开始巩固复习磁场的知识。
我们用磁感线形象地描述磁场,其基本特征是用疏密表示磁场强弱,磁感线上任意点的切线方向表示该点磁场方向。磁感线是闭合曲线,且不能相交。对于通电直导线、环形电流、通电螺线管,我们使用安培定则判断它们周围磁感线的环绕情况。磁通量表示穿过某一面积的磁感线的条数,公式为Φ = BS,单位是韦伯。
磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量,定义为B = F/IL(此时l垂直于B),单位是特斯拉。磁感应强度的方向规定为小磁针N极受力方向,或者小磁针静止时N极的指向。它是矢量,可使用平行四边形法则求合场强。
实验表明,磁场是客观存在的物质,磁体和电流周围都存在磁场,磁体对置于其中的其他磁体或电流有力的作用。比如,磁体激发磁场,对放入其中的磁体和电流产生力的作用;电流也能激发磁场,对放入其中的磁体和电流产生力的作用。
请看例题一,多选,下列有关磁场的说法正确的是:
A. 磁体周围的空间存在看不见摸不着的磁场。
B. 磁极间的相互作用是通过磁场发生的。
C. 磁场是有方向的,在磁场中的不同位置,其磁场方向一般不同。
D. 在磁场中的某点,小磁针南极所受磁场力的方向与该点的磁场方向相同。
解析:磁场虽然看不见、摸不着,但它是一种客观存在的特殊物质,其基本性质是对放入其中的磁体产生力的作用,磁极间的相互作用就是通过磁场发生的。磁场具有方向性,在磁场中的某点,小磁针北极所受磁场力的方向与该点的磁场方向一致,小磁针南极所受磁场力的方向与该点的磁场方向相反。故A、B、C正确,D错误。
为了形象地描述磁体和电流周围的磁场,英国科学家法拉第提出了磁感线的概念。所谓磁感线,是在磁场中画出一些有方向的曲线,在这些曲线上,每一点的切线方向都与该点的磁场方向一致。磁感线是闭合曲线,既不能相交,也不能中断,可以是直线,也可以是曲线。磁体周围的磁感线均是从磁体北极出发回到磁体南极,在磁体内部,从磁体的南极指向北极。磁感线越密集的地方,表示该处的磁场越强,反之磁场越弱。特别注意,磁感线不是客观存在的,是人们假设的。
请看例题,多选,关于磁感线的概念和性质,下列说法正确的是:
A. 磁感线上各点的切线方向与各点的磁场方向一致。
B. 铁屑在磁场中的分布曲线就是磁感线。
C. 磁感线总是从磁体的N极指向S极。
D. 磁场中任意两条磁感线均不相交。
解析:磁感线上每点的切线方向都跟该点的磁场方向一致,A对;磁感线是假想曲线,B错;磁感线为闭合曲线,在磁体的内部,磁感线由S极指向N极,C错;两条磁感线不能相交,磁感线也不相切,D对。
现在我们复习各种典型电流磁场的特点。这是研究直线电流磁场的安培定则,通过分析发现,直线电流的磁场是以导线上任意点为圆心的多组同心圆,越向外越稀疏,磁场越弱。这是环形电流磁场的安培定则,伸直的拇指所指的方向就是环形电流内部的磁场方向。这是通电螺线管的安培定则,其内部磁场为匀强磁场,方向由S极指向N极,外部磁场类似条形磁铁的磁场,方向由N极回到S极。
请看例题,如图所示为电流产生磁场的分布图,其中正确的是:
解析:题图A中电流方向向上,由安培定则可知磁场方向为逆时针(从上往下看),故A错误;题图B中电流方向向下,由安培定则可知磁场方向为顺时针(从上往下看),B错误;题图C、D电流为环形电流,由安培定则可知内部磁场方向应向右,故C错误,D正确。
通过对条形磁铁和通电螺线管磁场的学习,我们发现两者非常相似。安培认为,既然通电螺线管的磁场由电流产生,条形磁铁的磁场应该也是某种电流产生的。因此,他提出了安培分子电流假说,认为在原子、分子等物质微粒的内部,都存在一种环形电流,分子电流使得每个物质分子都成为一个微小的磁体。
学习了磁场的基本概念后,我们来学习描述磁场的物理量。物理学中用磁感应强度来描述磁场的强弱和方向,规定在磁场中任意点,小磁针N极受力的方向,或者小磁针静止时N极所指的方向,就是该点磁感应强度的方向。精确实验表明,当通电导线与磁场方向垂直时,它在同一磁场中所受磁场力F的大小与电流I和导线长度L的乘积IL成正比。同一磁场中,无论电流I和导线长度L如何改变,F与IL的比值总是确定的;而不同磁场中,这个比值一般不同。可见,F与IL的比值由磁场本身决定,其大小反映了磁场的强弱。
我们采用比值定义法,把当通电导线与磁场垂直时,通电导线所受磁场的作用力F与电流I和导线长度L的乘积IL之比,称为磁感应强度,用符号B表示,即B = F/IL。磁感应强度B的单位由F、I和L的单位决定,在国际单位制中,磁感应强度的单位是特斯拉,简称特,符号T。
请看例题,磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线,通过它的电流是2.5安,导线长1厘米,它受到的磁场力为5.0×10?2牛。求:
这个位置的磁感应强度大小。
当把通电导线中的电流增大到5安时,这一位置的磁感应强度大小。
解析:
由磁感应强度的定义式得B = F/IL,带入数据得B = 2特斯拉。
磁感应强度B是由磁场本身决定的,和导线的长度L、电流I的大小无关,所以该位置的磁感应强度大小还是2特斯拉。
通过前面的学习,我们知道磁感应强度是矢量,有大小也有方向。当空间存在几个磁体或电流时,每一点的磁场等于各个磁体或电流在该点产生磁场的矢量和,磁感应强度叠加时,遵循平行四边形定则。
请看例题,如果空间某点同时存在多个分磁场,则该处真实磁场为合磁场,合磁场的磁感应强度与分磁场的磁感应强度之间遵循平行四边形定则。如图所示,在竖直向上的匀强磁场中,水平放置着一根通电直导线,图中圆环中心处电流方向指向纸外,A、B、C、D是以通电直导线为圆心的同一圆周上的四点,这四点的磁感应强度大小和方向有何异同?
解析:根据安培定则,直线电流的磁场强度如图A所示。根据平行四边形定则,A、B、C、D各个点的磁场情况如图B所示。显然点C与点D的磁感应强度大小相等,点A磁感应强度大小为两个磁感应强度大小之差的绝对值,为最小;点B磁感应强度大小等于两个磁感应强度大小的代数和,为最大。A、B两点磁感应强度的方向在竖直方向,点C磁感应强度的方向向右上方,点D磁感应强度的方向向左上方。
