2019-2020年高中物理 5.2怎樣描述磁場學案 滬科版選修3-1一、學習目標1、通過對日常生活、工業(yè)生產(chǎn)中的電器設備的觀察，能說出電與磁有密切的聯(lián)系。2、通過學習能說出電流周圍存在磁場。3、通過探究實驗，了解通電螺線管對外相當于一條形磁鐵。4、通過學習會用右手螺旋定則安培定則確定通電螺線管的磁極或螺線管上的電流方向。5、在認識通電螺線管特性的基礎上了解電磁鐵的構造。二、學習指導本節(jié)學習電流的磁場這一重要的物理現(xiàn)象及通電螺線管和電磁鐵這些重要的電磁學器材，應掌握的知識較多?？杉皶r總結、鞏固，本節(jié)知識的學習過程，主要運用實驗探究的方法。三、釋疑解難1、怎樣理解奧斯特實驗？（1）丹麥物理學家奧斯特通過實驗首先發(fā)現(xiàn)電流具有效應，即通電導體和磁體一樣，周圍存在著磁場，而且電流的磁場與通電導線中的電流方向有關.（2）奧斯特實驗的物理意義在于揭示了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象不是彼此孤立的，而是有密切聯(lián)系的.這一重大發(fā)現(xiàn)激發(fā)了各國科學家探索電磁本質(zhì)的熱情，有力的推動了電磁學的深入研究.2、怎樣判斷通電螺線管的磁極或電流？運用右手螺旋定則判定通電螺線管的磁極或電流，運用右手螺旋定則判定時注意：（1）要用右手，手用錯則判斷的結果恰好相反.（2）要把四個手指并攏且彎曲成環(huán)狀，彎曲的手指尖所指的方向是電流的方向.可以把書或本子卷成紙狀，在紙筒上畫出導線的繞法和電流的方向，要用右手握住筒練習.（3）大拇指要挺起，大拇指尖所指的那端是螺線管的N極.3、正確理解通電螺線管的磁場通電螺線管的周圍也存在著磁場，其外部磁場的形狀與條形磁體的磁場一樣，兩端相當于條形磁體的N、S兩個極，其內(nèi)部也存在磁場，且內(nèi)部磁感線的方向由S極指向N極，也就是說：放在通電螺線管內(nèi)靜止的小磁針N極所指的那一端，就是通電螺線管的N極，通電螺線管內(nèi)部的磁感線與外部從N極到S極的磁感線組成閉合的曲線。4、電磁鐵（1）電磁鐵的工作原理電磁鐵是內(nèi)部插有鐵芯的螺線管，當通電螺線管插入鐵芯后，由于鐵芯被磁化產(chǎn)生了與原螺線管方向一致的磁場，因而它的磁性比原來強得多，因此電磁鐵就是利用電流的磁效應和通電螺線管中插入鐵芯后磁性大大增強的原理工作的。（2）電磁鐵的鐵芯用軟鐵而不用鋼電磁鐵要求其磁性隨著通入電流的大小而發(fā)生明顯變化，而且還要求可以通過電流的通斷來控制磁性的有無.軟鐵容易被磁化，磁性也很容易消失，而鋼具有保持磁性的性質(zhì)，鋼被磁化后磁性不消失而成為永磁體，所以電磁鐵的鐵芯用軟鐵而不用鋼。四、自我檢測1、通電螺線管磁性的有無是由 來決定的，磁極的極性是由 來決定的。2、奧斯特實驗表明，通電導線和磁體一樣，周圍存在著 。在磁場的某一點，小磁針靜止時其 （選填“南”或“北”）極所指的方向就是該點的磁場方向。3、利用電源、開關、滑動變阻器及電磁鐵等元件，設計一個磁性可調(diào)的電磁鐵，畫出電路圖。五、交流園地六、課外空間研究電磁鐵用小磁針探查通電螺線管的磁場，發(fā)現(xiàn)當螺線管內(nèi)插入鐵芯時，由于鐵芯被磁化，磁場大大增強。因此，人們在利用通電螺線管得到強磁場時，一般都要把螺線管緊密地套在一個鐵芯上，這樣就構成了一個電磁鐵。電磁鐵有什么特點？它的磁性強弱跟哪些因素有關系呢？請你自己做實驗來研究.給你的實驗器材是：一個線圈匝數(shù)可以改變的電磁鐵、電源、開關、滑動變阻器、電流表和一小堆大頭針.1、電磁鐵的磁性跟電流的通斷有關系嗎？把電磁鐵和電源、開關串聯(lián)起來.觀察通電和斷電時電磁鐵對大頭針的作用.2、電磁鐵的磁性強弱跟電流的大小有關系嗎？把電源、開關、滑動變阻器、電流表和電磁鐵上匝數(shù)較少的線圈串聯(lián)起來.調(diào)整變阻器的滑片，使通電時電路中的電流較小.觀察通電時電磁鐵吸引大頭針的數(shù)目.然后移動變阻器的滑片，使電流增大，觀察電磁鐵吸引大頭針的數(shù)目有什么變化.3.對外形相同的螺線管，電磁鐵的磁性強弱跟線圈的匝數(shù)有關嗎？改變電磁鐵的接線，增加通電線圈的匝數(shù)，同時調(diào)整變阻器的滑片，使電流保持不變，觀察電磁鐵吸引大頭針的數(shù)目有什么變化。將你的實驗結果填入下面的空白處：（1）電磁鐵通電時 磁性，斷電時 磁性。（2）通入電磁鐵的電流越大，它的磁性越 。（3）在電流一定時，外形相同的螺線管，線圈的匝數(shù)越多，它的磁性越 。電磁鐵在實際中用處很多，它最直接的應用之一是電磁起重機，工廠里搬運鋼鐵的電磁起重機安裝在吊車上，可以上下移動，還可以跟吊車一起移動，大型電磁起重機一次可以吊起幾噸鋼材，電磁鐵在電鈴、電報機、發(fā)電機、電動機、自動控制上都有應用。電磁鐵的應用電磁電器在車間里，我們常看到工人師傅通過按鈕，就能輕松自如地控制大機床的運轉(zhuǎn)，其奧妙就在電路中有一個電磁繼電器。如果在繼電器的螺線管的兩端上接上低壓電源，觸點的另兩端接在高壓電源上，實現(xiàn)了用低壓電路控制高壓電路。帶電體和磁體有許多相似性質(zhì)，是巧合？還是它們之間存在著某種聯(lián)系？這個問題,激勵著科學家們一次又一次去探索，去尋找磁與電的聯(lián)系。直到1820年，丹麥物理學家奧斯特在課堂上做實驗時偶然發(fā)現(xiàn)；當導線中通過電流時，旁邊的磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，這個意外的現(xiàn)象引起了奧斯特極大的興趣，他又繼續(xù)做了許多實驗，終于證實了電流的周圍存在著磁場。這一重大發(fā)現(xiàn)，揭示了電和磁之間的聯(lián)系，激發(fā)了人們探索電磁本質(zhì)的熱情，有力推動了電磁學的深入研究。既然電能產(chǎn)生磁，我們?yōu)槭裁雌綍r覺察不到呢？這是因為磁場太弱的緣故。做成電磁鐵，磁場就會加強，就不難發(fā)現(xiàn)磁場的特性。不能成功的設計到鋼鐵廠參觀，煉鋼車間是一派生機勃勃繁榮景象。電磁起重機成噸成噸地把生鐵原料吊起，轉(zhuǎn)運到煉鋼爐上面。一殺那，鐵料嘩啦滑落進了煉鋼爐，不一會，爐口火舌焰焰，白的鐵水去碳除雜質(zhì)，等電鈴一響，一爐優(yōu)質(zhì)鋼就要誕生了。煉鋼工人把鋼液倒進鋼包，澆鋼工又把鋼水注入鋼錠模子，待鋼水凝固、拆去鋼模就得到成品鋼錠，這時行車必須趕緊把這些鋼錠運走，以便空出地方迎接另一批新的鋼錠的到來。喜歡動腦筋、愛搞革新的人，看到鋼錠行車運輸效率不高，很著急，想設計一個大功率的牽引電磁鐵，讓數(shù)噸計的鋼錠像生鐵那樣吸起來，靈活自如地運走，給奪鋼戰(zhàn)斗增添新型武器該有多好?。】墒?，這個良好的愿望、大膽的設想總是不能成功，設計者找了各種失敗的原因，原來問題在對鋼鐵本質(zhì)的認識不深刻。鋼鐵是一種典型的鐵磁性物質(zhì)，鐵磁質(zhì)是由許多體積小叫做磁的東西組成的。磁本身具有磁性，由于各磁疇的排列方向沒有一定規(guī)律，整體的鐵磁質(zhì)就不顯磁性。當外磁場（如電磁起重機）作用時，磁大小、方向發(fā)生變化，大多數(shù)磁按外磁場方向整齊排列，于是鐵磁質(zhì)被磁化并同外磁場相互作用，這就是磁鐵所以能“吸鐵”的基本道理。但當鐵磁質(zhì)的溫度升高時，內(nèi)部分子熱運動會影響磁的排列，以至磁性減弱；當達到某一溫度時，鐵磁質(zhì)將完全失去磁化性質(zhì)。這個溫度我們稱為居里溫度（即失去鐵磁性的溫度，也稱居里點）。經(jīng)過測定，鐵的居里溫度是769?？上攵?，鋼液的溫度高達1400，即使凝固冷卻，短時間內(nèi)也有上千度的高溫，電磁鐵也就無用武之地，不可能吸起鋼錠了?？磥?，在煉鋼車間里要提高鋼錠的運輸效率，還得找其他竅門才行。工業(yè)上還有許多鐵磁性材料在默默無聞地發(fā)揮作用。例如：變壓器可以把電能或信號很快地轉(zhuǎn)換和傳遞，磁棒可以集束電磁波束，使半導體收音機免除了長長的天線，還有電子計算機里的磁芯存儲器、調(diào)諧線圈用的螺紋磁芯等等，設計這類電子機器一定得注意；不要使它們的工作溫度達到居里溫度，否則功能再完善的現(xiàn)代化機器，也會遭到失效