5.3探究电流周围的磁场
课时计划
极指向北极，并和外部磁感线连接，
感应电流方向的判断-楞次定律
感应电流方向的判断楞次定律 一、基础知识 （一）感应电流方向的判断 1、楞次定律 (1)内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化． (2)适用情况：所有的电磁感应现象． 2、右手定则 (1)内容：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让磁 感线从掌心进入，并使拇指指向导体运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向． (2)适用情况：导体棒切割磁感线产生感应电流． 3、利用电磁感应的效果进行判断的方法： 方法1：阻碍原磁通量的变化——“增反减同”． 方法2：阻碍相对运动——“来拒去留”． 方法3：使线圈面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩” 方法4：阻碍原电流的变化(自感现象)——“增反减同”. （二）利用楞次定律判断感应电流的方向 1、楞次定律中“阻碍”的含义 2、楞次定律的使用步骤 （三）“一定律三定则”的应用技巧 1、应用现象及规律比较 2 无论是“安培力”还是“洛伦兹力”，只要是“力”都用左手判断． “电生磁”或“磁生电”均用右手判断． 二、练习
1、下列各图是验证楞次定律实验的示意图，竖直放置的线圈固定不动，将磁铁从线圈上方插入或拔出，线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流．各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况，其中正确的是 ( ) 2、如图所示，一根条形磁铁从左向右靠近闭合金属环的过程中，环中的感应电流(自左向右看) ( ) A．沿顺时针方向 B．先沿顺时针方向后沿逆时针方向 C．沿逆时针方向D．先沿逆时针方向后沿顺时针方向 3、如图所示，当磁场的磁感应强度B增强时，内、外金属环上的感应电流的方向应为( ) A．内环顺时针，外环逆时针 B．内环逆时针，外环顺时针 C．内、外环均为顺时针D．内、外环均为逆时针 4、如图所示，在直线电流附近有一根金属棒ab，当金属棒以b端为圆心，以ab为半径，在过导线的平面内匀速旋转到达图中的位置时( ) A．a端聚积电子 B．b端聚积电子 C．金属棒内电场强度等于零 D．U a>U b 5、金属环水平固定放置，现将一竖直的条形磁铁，在圆环上方沿圆环轴线从静止开始释放， 在条形磁铁穿过圆环的过程中，条形磁铁与圆环( ) A．始终相互吸引 B．始终相互排斥 C．先相互吸引，后相互排斥 D．先相互排斥，后相互吸引 6、如图所示，ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈，当滑动变阻器R 的滑片P自左向右滑动过程中，线圈ab将( ) A．静止不动 B．逆时针转动 C．顺时针转动 D．发生转动，但因电源的极性不明，无法确定转动的方向 答案C
利用MATLAB分析圆环电流的磁场分布解读
第 29卷第 1期 V ol 129 N o 11 长春师范学院学报 (自然科学版 Journal of Changchun N ormal University (Natural Science 2010年 2月 Feb. 2010 利用 MAT LAB 分析圆环电流的磁场分布 王玉梅 , 孙庆龙 (陕西理工学院物理系 , 陕西汉中 723003 [摘要 ]根据毕奥—萨伐尔定律推导出圆环电流磁场分布的积分表示 , 利用M AT LAB 的符号积分给 出计算结果 , 并绘制磁场分布的三维曲线。在数值结果中选取一些代表点讨论磁场的分布规律。 [关键词 ]圆环电流 ; 磁场 ; M AT LAB ; 符号积分 ; 三维绘图 [中图分类号 ]O4-39 [文献标识码 ]A []--04 [收稿日期 ]2009-08-18 [作者简介 ]王玉梅 (1975- , 女 , 山西芮城人 , 陕西理工学院物理系讲师 , 从事大学物理教学与研究。 毕奥— , 强度。 , 可以计算任意形状的电流所产生的磁场。 , 利用 MAT LAB 软件进行计算 , 并绘制磁场分布的三维曲线 , 最后对结果进行讨论 1圆环电流在空间任一点的磁场分布
图 1圆环电流磁场分析用图 如图 1所示 , 根据毕奥—萨伐尔定律 , 任一电流元 Id l _ 在 P 点产生 的磁感应强度 d B _ =μ4π_ ×e _ r 2 , [1]其中 r _和r _′ 分别为 P 点相对于坐标 原点和电流元 Id l _的位矢, r _″ 为电流元 Id l _ 相对于坐标原点的位矢。 r _′ =r _+r _ ″ , r _′ =x i _ +y j _ +z k _ , r _ ″ =R(cos θi _ +sin θj _ (其中 R 为圆环电流半径 ,
沪科版3-1选修三5.3《探究电流周围的磁场》WORD教案3
5.3探究电流周围的磁场 【教学目标】 知识与技能： 1、知道电流周围存在磁场，知道通电螺线管对外相当于一个磁体，会用安培定则确定相应 磁体的磁极和通电螺管的电流方向。 2、培养学生初步的观察能力、实验能力、分析概括、作图能力。 3、培养学生良好的学习习惯，实事求是的科学态度。 过程与方法：［来源:https://www.360docs.net/doc/834845683.html,］ 1.观察奥斯特实验了解电流的磁场，知道磁场方向跟电流方向有关系，培养学生的观察实 验能力。 2.通过观察通电螺线管的实验，发现通电螺线管的磁极跟电流的关系，总结 出安培定则，培养学生的分析概括能力。 3.从安培定则的应用，培养学生的思维作图能力。 情感态度与价值观： 养成实事求是，尊重自然规律科学态度，在解决问题的过程中，有克服困难的 信心和决心，能体验战胜困难、解决物理问题的喜悦。 【教学重点】 奥斯特实验，通电螺线管周围的磁场，安培定则。 【教学难点】 安培定则的运用［来源学科网］ 【教学准备】［来源:学科网］ 螺线管、铁屑、通电螺线管周围磁感线的主体模型，干电池铜导线。 【教学方法】 探究式教学法 【教学过程】 一、复习、引入新课 1、复习磁的基本知识 任何磁体都有两个磁极：分别叫做_________ 和____ 磁极间的相互作用规律是：_____________________ 磁体周围存在着 ________ .它是确实存在着的一种物质。物理学中引入了来描述它。 图一：根据磁铁的磁场方向画出小磁针的磁极; 图二：根据磁针指向画出磁铁的磁极。
图一图二 2、利用多媒体展示电磁体的应用，引导学生对生活、生产中大量电器的观察，使学生意识到电与磁有 着密切的联系，同时，演示电磁铁吸引小铁钉的实验，弓I发学生思考：电能生磁吗？由此引入新课。板书：第二节电流的磁场 二、进行新课 1电与磁的关系 (1)指导学生阅读和观察教材102页，图16-7所示的电器设备。 (2)奥斯特实验 实验器材：小磁针、电源、导线、开关 师：介绍实验器材，在介绍这些实验器材的同时，提出问题让学生思考 实验步骤： 第一，观察小磁针静止时的指向，受地磁场影响磁针的南北极的方向。然后按照如图所示、连接电路。将导线平行地位在静止的小磁针的上方闭合开关，观察小磁针是否偏转, 注意观察N极指向什么方向。 第二，断开开关，观察小磁针是否偏转。 第三，将电源两极对调，改变电流方向，观察小磁针N极是否偏转，注意看N极向什 么方向转动。 第四，根据观察到的实验现象讨论以下几个问题。 师：(1)小磁针在什么情况下偏转？什么情况下不偏转？ (2 )小磁针为什么会偏转？ (3)小磁针偏转方向跟什么因素有关？ 第五，通过观察和实验，师生共同讨论总结实验结论。 板书：实验结论 ①通电导线和磁体一样，周围存在着磁场，即(电流的磁场) 。 ②电流的磁场方向跟电流方向有关。 2、通电螺线管的磁场 奥斯特实验向世人说明了一个非常重要的事实：通电导体周围存在磁场。这引起了人 们极大的兴趣，人们因此把导线绕成各种形状，然后进行通电，其中把导线绕成螺线
杜海龙 21102019 计算电流线圈产生的磁场
求截面为矩形的圆线圈周围产生的磁场 一、数值方法 （一）数学模型：所研究的电流圆线圈产生磁场的问题在柱坐标系下研究， 根据磁场强度跟矢势之间的关系，得到磁场； 磁场为B ，矢势为A B A =?? r r z z A A e A e A e θθ=++ A e θθ= (,)A r z e θθ= （由A 具有轴对称得到） 所以B A =?? A e θθ=?? 在柱坐标系中，由公式1()()11()()r r z z z r r z r z f f e f e f e f f f r z f f f z r f f rf r r r θθθ θθθθ ?=++??????=-?????????=-?????? ???=-???? -得 B A =?? 1()r z f e rf e z r r θθ?? =-+?? 即r A B z θ ?=-?，1()z B rA r r θ? =? （1）先求矢势A 4L Idl A r μπ=? 一个电流为I ，半径为a 的线圆环周围空间产生的磁场，其矢势表示为 202220cos (,)42cos Ia A r z d r z a ar πθμ? ?π?=++-? 推广到截面为矩形的圆环线圈中 22 11202220 cos (,)4()2cos R z R z I r A r z d dz dr s r z z r r r πθμ? ?π?'''='''+-+-??? 其中S 为矩形截面的面积，12,R R 为矩形截面的两边距圆环中心的距离，12,z z 为矩形截面的上下面的z 轴坐标。 （二）数值模型离散化（均匀网格有限差分） （1）高斯方法计算三重积分（参考书:徐士良常用算法程序集第二版）
探究磁场对电流的作用 说课稿
《磁场》 说 课 设 计 姓名： 班级： 学号： 教材：鲁科版选修3-1
《探究磁场对电流的作用》说课稿 各位老师，你们好！ 今天我要进行说课的内容是鲁科版教材选修3-1第六章第1节内容《探究磁场对电流的作用》 首先，我对本次课程内容进行分析。 一、教材分析 1、教材的特点、地位与作用 这是普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1(司南版)，第六章第一节《探究磁场对电流的作用》。 本节内容不仅是与上章知识(磁场性质)的联系点，而且是学习电流表工作原理和推导洛伦兹力公式的基础，在教材中承上启下作用。反应与电学知识、力学知识之间密切联系，是高中物理电磁学的重点部分。安培力与哪些因素有关的科学探究是采用控制变量法探究物理基本规律的一节课，涵盖了科学探究的基本因素，让学生在认知过程中体验领悟科学探究的意义，掌握研究问题的科学方法。 由于电流周围存在磁场，而磁场间存在相互作用，于是磁场对通电的导体存在的作用力便成了本节研究的话题。本节借助定量的研究，主要得到安培力与电流的大小成正比、与垂直磁场方向的导体长度成正比的结论，并为下一节的磁感应强度的定义做了先期准备，实验是这节课的教学重点。 2、教学目标 根据本教材的结构和内容分析，结合高二年级学生他们的认知结构及其心理特征，我制定了以下的教学目标。 ①知识与技能： 通过实验认识安培力，知道影响安培力大小和方向的因素；熟练应用左手定则判断安培力的方向，知道电动机和磁电式电流表的工作原理。 ②过程与方法： 通过实验，培养学生利用“控制变量法”总结归纳物理规律的能力；通过学习左手定则，培养学生的空间想象能力；通过自主探究，培养学生实验、探究的能力及相互协作、实事求是的精神。 ③情感、态度与价值观： 通过学习安培力，使学生领悟自然界的奇妙与和谐，激发学生对科学的好奇心与求知欲，培养学生的科学猜想能力；通过实验探究安培力的定量关系，将学生获得的对安培力定性的感性认识转移到定量的研究上，引导学生将探究的层次推向精神研究的层面。 3、教学的重、难点 结合课程标准的要求，在用教材教的基础上，我确定了以下的教学重点和难点 1. 教学重点：实验探究安培力的大小和方向 2. 教学难点：探究影响安培力大小的因素，找出其定量关系；对左手定则涉及到的空间关系的理解。 重难点的解决：以学生实验为突破口，引导学生掌握电流在磁场中所受安培力大小的决定因素；反复地借助实验来理解左手定则，建立磁场方向、电流方向和安培力方向三者关系的正确图景。 为了讲清教材的重、难点，使学生能够达到本节内容设定的教学目标，我再从学生和教法两方面进行说明。
20191118练习画直线电流等6种磁场分布图
20191118画图练习――画直线电流等6种几种典型磁场的分布图（后面附有答案） 一、知识补充：有5种情况的磁场分布情况相似等效 条形磁铁≈≈通电螺线管≈≈地磁场≈≈通电圆环≈≈小磁针 二、请按题目下面的要求画出磁场分布示意图（3种电流磁场、3种磁体磁场） 1、通电直线电流的磁场 （1）请在1图中画出图示平面内的 2－3条磁感线（要标出箭头方向）。（2）请在2图中画出电流左右两侧纸面内的磁场方向（用Ⅹ或?表示）。（3）请在上面第3个方框内画出针对1 图从上向下看的磁场情况。（4）请在上面第4个方框内画出针对 1图从下向上看的磁场情况。（5）请在上面第5个方框中标出电流的流向。 2、通电圆环的磁场 （1）请画出1、2两图中通电圆环内外的磁场方向（用Ⅹ或?表示）。（2）请在3、4、5图中画出通电圆环上电流流向。 3通电螺线管的磁场 请在上面画出它的磁 感线分布情况（至少3 条） 5 请用箭头表示各黑点所在处的磁场方向 通电螺线管的剖面图，内部磁场向右，在圆圈上用Ⅹ或?表示标出电流方向。 S N
4、条形磁铁 请在下面左图中画出条形磁铁的磁感线，并在右两图中标出过小黑点所在处的磁场方向。 5、蹄形磁铁的磁场 请在下面左图中画出经过6个小黑点的1条磁感线；在右面的两个图中标出经过小黑点所在处的磁场方向。 6地球磁场（说明：下面的图中，点1和点5所在连线为地轴，点3和点7所在线为赤道线。） （1）请在第1图中画出地磁场的磁感线。 （2）请在第2图中标出小黑点所在处的磁场方向。 （3）请在第3图中标出小黑点所在处的磁场方向（第3图为地球地面等效图，它将表明磁场与地面是否垂直）。 （4）北极圈小范围内地面的磁场方向是如何的？ （5）南极圈小范围内地面的磁场方向是如何的？ （6）南半球的磁场方向是如何的？ （7）北半球的磁场方向是如何的？ （8）什么地方磁场与地面几乎平行？ （9）什么地方磁场与地面几乎垂直？ （10）什么地方磁场与地面既不平行也不垂直？
磁场磁场对电流的作用
第十章磁场 考纲预览 71.电流的磁场 (I) 72.磁感应强度、磁感线、地磁场 (Ⅱ) 73.磁性材料、分子电流假说 (Ⅱ) 74.磁场对通电直导线的作用、安培力、左手定则 (Ⅱ) 75.磁电式电表原理 (I) 76.磁场对运动电荷的作用，洛伦兹力、带电粒子在匀强磁场中的运动 (Ⅱ) 77.质谱仪，回旋加速器 (I) 说明： 1.安培力计算限于直导线跟B平行或垂直的两种情况 2.洛伦兹力的计算限于v跟B平行或垂直的两种情况 热点提示 1.电流的磁场 2.磁感应强度、磁感线 3.安培力、左手定则 4.洛伦兹力，粒子在磁场中的运动 5.对安培定则和左手定则的考查，以定性分析为主，如对电流产生磁场的判断、安培力作 用下的运动、运动电荷在磁场中的受力等 6.带电粒子在有界磁场中的运动，是高考的热点和重点之一，此类问题很好地体现了“数 理结合”思想，综合性强，能力要求高 7.带电粒子在复合场中的运动，是力学和电学的综合点，涉及的知识较多，解决时要注意 力学知识及三大方法的渗透 8.理论联系实际，对一些应用类模型，如速度选择器、质谱仪、回旋加速器、磁流体发电 机等，应灵活应用所学知识、分析工作原理、推导相关物理量 磁场磁场对电流的作用 一、磁场 1.磁场：磁极、电流和运动电荷周围存在的一种_______，其最基本的性质是对放入其中 的_______、_______有力的作用． 2.磁场的方向：在磁场中的任一点，小磁针_____极受磁场力的方向，就是那一点的磁场 方向(或小磁场静止时_____极所指方向)． 3.磁感线：在磁场中画出一些有方向的曲线，曲线的_______表示该位置的磁场方向，曲 线的_______能定性地描述磁场的强弱，这一系列曲线称为磁感线．磁感线不_______、不 _______；磁感线是_______曲线(磁体外部由N→S，内部由S→N)． 条形磁铁、蹄形磁铁、直线电流、环形电流、通电螺线管形成的磁场的磁感线分布各有何 特点?你能画一画吗？ 4.地球本身也会在附近的空间产生磁场，叫做地磁场．地球的磁场与条形磁体的磁场相似， 其主要特点有三个： (1)地磁场的N极在地球_______附近。S极在地球_______附近． (2)地磁场B的水平位置Bx总是从地球_______指向地球_______；而竖直分量By在南半 球垂直地面_______，在北半球垂直地面_______。 (3)在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁感应强度相等，且方向水平_______. 4.电流的磁场安培定则
第十一章稳恒电流的磁场(一)作业解答
一、利用毕奥—萨法尔定律计算磁感应强度 毕奥—萨法尔定律：3 04r r l Id B d ?=πμ 1.有限长载流直导线的磁场)cos (cos 4210ααπμ-=a I B ,无限长载流直导线a I B πμ20= 半无限长载流直导线a I B πμ40=,直导线延长线上0=B 2. 圆环电流的磁场2 32220)(2x R IR B +=μ，圆环中心R I B 20μ=，圆弧中心πθ μ220?=R I B 电荷转动形成的电流：π ω ωπ22q q T q I = == 【 】基础训练1、载流的圆形线圈(半径a 1 )与正方形线圈(边长a 通有相同电流I ．如图若两个线圈的中心O 1 、O 2处的磁感强度大小相同，则半径a 1与边长a 2之比a 1∶a 2为 (A) 1∶1 (B) π2∶1 (C) π2∶4 (D) π2∶8 【 】基础训练3、有一无限长通电流的扁平铜片，宽度为a ，厚度不计，电流I 在铜片上 均匀分布，在铜片外与铜片共面，离铜片右边缘为b 处的P 点的磁感强度B 的大小为 (A) ) (20b a I +πμ． (B) b b a a I +πln 20μ．(C) b b a b I +πln 20μ． (D) ) 2(0b a I +πμ． 解法： 【 】自测提高2、通有电流I 的无限长直导线有如图三种形状，则P ，Q ，O 各点磁感 强度的大小B P ，B Q ，B O 间的关系为 (A) B P > B Q > B O . (B) B Q > B P > B O ． B Q > B O > B P ． (D) B O > B Q > B P ． 解法：
电流的磁场
第十一章 电流的磁场 §11-1基本磁现象 §11-2磁场 磁感应强度 一、 磁场 电流 磁铁磁场电流磁铁??? ? 电流磁场电流?? 实验和近代物理证明所有这些磁现象都起源于运动电荷在其周围产生的磁场，磁场给场中运动电荷以作用力（变化电荷还在其周围激发磁场）。 1)作为磁场的普遍定义不宜笼统定义为传递运动电荷之间相互作用的物理场。电磁场是物质运动的一种存在形式。 2)磁场相互作用不一定都满足牛顿第三定律。 二、 磁感应强度 实验发现： ①磁场中运动电荷受力与v ?有关但v F ??⊥； ②当0?=F 时，v ?的方向即B ?的方向（或反方向）； ③当B v ??⊥时，max ??F F =； ④ qv F max 与qv 无关，B v q F ????=。 描述磁场中一点性质（强弱和方向）的物理量，为一矢量。由 B v q F ????= （B ?的单位：特斯拉） 为由场点唯一确定的矢量（与运动电荷无关）。B ?大小： qv F B max = （B v ??⊥时）方向由上式所决定。 三、 磁通量 1. 磁力线 磁场是无源涡旋场 2. 磁通量（B ?通量） s d B ds B ds B d n m ??cos ?===Φα
???==Φ=Φs s n m m ds B ds B d αcos ? ??=Φs m s d B ?? (单位：韦伯（wb ）) 3. 磁场的高斯定理 由磁力线的性质 ??∑=?q s d D ?? 0??=??s s d B (??∑=?s i q s d E 0 1??ε) §11-3 比奥—萨伐尔定律 一、 电流元l Id ?在空间（真空）某点产生的B d ? 2 )?,?s i n (r r l Id Idl dB ∝ 322??????r r l Id k r l d I k r r r l Id k B d ?=?=?= 与电荷场相似，磁场也满足迭加原理 ???==L L r r l Id k B d B 3???? 在国际单位制中（SI 制）70 104-== π μk ，真空磁导率70104-?=πμTmA -1（特米安-1） ? 3 ? ?4?0 r r l Id B d ?=πμ 当有介质时，r μμμ0=， ? 3 ??4?r r l Id B d ?=πμ 二、 运动电荷的磁场（每个运动带电粒子产生的磁场） 设：单位体积内有n 各带电粒子，每个带电粒子带有电量为q ，每个带电粒子均以 v 运动，则单位时间内通过截面s 的电量为qnvs ，即 q n v s I = 代入上式（l Id ?与v ?同向），
高中物理 第5章 磁场与回旋加速器 5_3 探究电流周围的磁场学业分层测评 沪科版选修3-1
探究电流周围的磁场 (建议用时：45分钟) [学业达标] 1. (2016·临汾高二检测)如图5-3-5所示，把一条导线平行地放在磁针的上方附近，当导线中有电流通过时，磁针会发生偏转．发现这个实验现象的物理学家是( ) 图5-3-5 A．牛顿B．爱因斯坦 C．奥斯特D．居里夫人 【解析】发现电流能使小磁针偏转的物理学家是奥斯特．故C正确． 【答案】C 2．(多选)通有恒定电流的长直螺线管，下列说法中正确的是( ) A．该螺线管内部是匀强磁场 B．该螺线管外部是匀强磁场 C．放在螺线管内部的小磁针静止时，小磁针N极指向螺线管的N极 D．放在螺线管外部中点处的小磁针静止时，小磁针N极指向螺线管的N极 【解析】长直螺线管内部中间部分是匀强磁场，在磁场中小磁针的N极指向就是该处磁场的方向． 【答案】AC 3. (2016·内江高二检测)如图5-3-6所示为一通电螺线管，a、b、c是通电螺线管内、外的三点，则三点中磁感线最密处为( ) 图5-3-6
A．a处B．b处 C．c处D．无法判断 【解析】通电螺线管的磁场类似于条形磁铁的磁场，内部最强，两端外侧稍弱，外部的中间部分最弱． 【答案】A 4．闭合开关S后，小磁针静止时N极指向如图5-3-7所示，那么图中电源的正极( ) 图5-3-7 A．一定在a端B．一定在b端 C．在a端或b端均可D．无法确定 【解析】磁铁外面的磁感线分布与通电螺线管相似，由安培定则即可判断电源的正极在a端． 【答案】A 5．直线电流周围的磁场，其磁感线分布和方向用下列哪个图来表示最合适( ) 【解析】由安培定则可判断A、C错误；直线电流周围的磁感线的分布，由近及远，由密逐渐变疏，而不是等距的同心圆，B错误，D正确． 【答案】D 6.如图5-3-8所示为磁场作用力演示仪中的赫姆霍兹线圈，当在线圈中心处挂上一个小磁针，且与线圈在同一平面内，则当赫姆霍兹线圈中通以如图所示方向的电流时( ) 【导学号：37930062】
环形电流在空间一点产生的磁场强度
环形电流在空间一点产生的磁场强度 专业：工程力学 姓名：陈恩涛 学号：1153427 摘要：利用毕奥——萨法尔定律通过计算磁场的情况，得到环电流在整个空间的磁场分布表达式，其中运用了数学软件matlab 辅助求解！ 关键词：环形电流 磁场 矢量叠加 毕奥——萨法尔定律 引言：了解书本上环形电流中心轴线上的磁场分布情况后，为了更深入了解环形电流在空间的磁场分布情况，现运用毕奥——萨法尔定律对其求解，再根据矢量叠加原理，将其最终结果在直角坐标系中的三个坐标轴上的分量分离了出来，且验证了空间分布公式在特殊情况下也适用！ 计算过程; 1. 建立坐标系：设环半径为R ，以环 心0为原点，环形电流所在平面为 x0y 平面，以环中心轴为z 轴建立如图坐标系，则圆环的表达式为： 222x y R += 在空间内任意选取一点p(x,y,z)，在环 上任取一点11A(x ,y ,0)，则在A 点处的电流元Idl 满足关系式： Idl IR(isin jcos )d βββ=-+ （1） 而P,A 两点的矢径为： x z y p(x,y,z) R β 11A(x ,y ,0)
r (x R c o s )i (y R s i n ββ=-+-+ （2） 将（1）（2）式代入毕奥——萨法尔定律： 03Idl r dB 4r μπ?= （3） 得P 点的磁感应强度为: 00332222IR Idl r zi cos z jsin (R x cos ysin )k B d 4r 4(R y z 2yR sin )μμβββββππβ?++--==++-?? （4） 则令： 20x 302222IR zi cos B d 4(R y z 2yR sin )πμββπβ=++-? 20y 302222IR z jsin B d 4(R y z 2yR sin )πμββπβ=++-? （5） 20z 302222IR (R x cos ysin )k B d 4(R y z 2yR sin )πμβββπβ--= ++-? 这就是环形电流在空间产生的磁场在空间的分布分量情况! 特别地 当p(x,y,z)在环的中心轴线上即z 轴上时，其坐标为p(0,0,z)，代入 （5）组式，得到： 20x 30222IR zi cos B d 4(R z )πμββπ=+? 20y 30222IR z jsin B d 4(R z )πμββπ=+? 20z 30222IR Rk B d 4(R z )πμβπ= +? 利用matlab 分别输入以下程序并得相应结果： （其中0U 表示0μ，A 表示β）
楞次定律判断感应电流的方向
楞次定律判断感应电流方向 楞次定律是确定感应电流方向的普遍适用的规律，它的内容是：感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 应用楞次定律确定感应电流方向的步骤可归纳为：当穿过线圈的磁通量增加时，用右手螺旋定则的大拇指指向原磁场的反方向，则四指所指的方向就是线圈中感应电流的方向。反之，当穿过线圈的磁通量减少时，以大拇指指向原磁场的方向，则四指所指的方向就是线圈中感应电流的方向。 具体应用如下： 基础题：如图1所示，一闭合的金属圆环从静止开始由高 处下落，通过条形磁铁，不计空气阻力，在下落过程中， 圆环内感应电流的方向为（从上向下看）（） （A）现顺时针后逆时针（B）现逆时针后顺时针 （C）始终顺时针（D）始终逆时针 巧妙分析：图1 ①确定原磁场的方向：参考条形磁铁内部磁场的方向（见备注），即原磁场方向向上。 ②分析磁通量的变化：金属环至上而下的过程中，穿过金属环的磁通量先变大后变小。 ③应用楞次定律判定感应电流的方向：由①②可知大拇指指向先向下后向上，所以从上向下看到金属环中感应电流的方向先顺时针后逆时针。故本题选A。（备注：条形磁铁内外磁场方向相反，因内部磁场比外部磁场强，故分析金属环所包围的原磁场时参考条形磁铁的内部磁场） 提高题：如图2所示，线圈abcd所在平面与磁感线平行， 在线圈以ab为轴由下往上看顺时针转过180?的过程中， 线圈中感应电流的方向（） （A）先沿abcda，后沿dcbad （B）先沿dcbad， 后沿abcda （C）总是沿abcda （D）总是沿dcbad 巧妙分析：图2 ①确定原磁场的方向：水平向右（题目已知）。 ②分析磁通量的变化：根据题意，线圈从图示实线位置向纸外翻转到虚线位置的过程中，穿过线圈的磁通量先变大后变小。 ③应用楞次定律判定感应电流的方向：由①②可知大拇指指向先向左后向右，所以线圈中感应电流的方向先沿dcbad后沿abcda。故本题选B。 拓展题：如图3所示，矩形线圈abcd由静止开始运动。 若cd边受磁场力方向如图中箭头方向，则线圈可以是 （） （A）以ab边为轴转动（转角小于90?大于0?）
高中物理第五章磁场与回旋加速器5.3探究电流周围的磁场练习含解析沪科选修310530177
高中物理第五章磁场与回旋加速器5.3探究电流周围的磁场练习含解析沪科选修310530177 探究电流周围的磁场 一、选择题（一） 1.一根软铁棒被磁化的本质是() A.软铁棒中产生了分子电流 B.软铁棒中分子电流取向杂乱无章 C.软铁棒中分子电流消失 D.软铁棒中分子电流取向变得大致相同 解析:软铁棒中分子电流是一直存在的,并不因为外界的影响而产生或消失,故选项A、C错误。根据磁化过程实质知选项D正确,选项B错误。 答案:D 2.如图是通电直导线周围磁感线分布情况示意图,各图的中央表示垂直于纸面的通电直导线及其中电流的方向,其他的均为磁感线,其方向由箭头指向表示,这四个图中,正确的是() 解析:四个图中磁感线的方向都符合右手螺旋定则,但磁感线分布密度不同。 通电直导线周围磁场的磁感应强度跟导线中的电流I成正比,跟到通电直导线的垂直距离r成。可见,磁感线的分布,从通电直导线开始,由近而远,逐渐由密变疏。据此推理,可知只反比:B=k I I 有C图是正确的。 答案:C 3.如图所示为磁场作用力演示仪中的赫姆霍兹线圈,在线圈中心处挂上一个小磁针,且与线圈在同一平面内,则当赫姆霍兹线圈中通以如图所示方向的电流时() A.小磁针N极向里转 B.小磁针N极向外转 C.小磁针在纸面内向左摆动 D.小磁针在纸面内向右摆动
解析:由安培定则可判断出线圈内磁场的方向是垂直纸面向里的,小磁针N极的受力方向垂直纸面向里,因此小磁针N极向里转,选项A正确。 答案:A 4.如图所示,三条长直导线都通以垂直于纸面向外的电流,且I1=I2=I3,则距三导线等距的A点的磁感应强度方向为() A.向上 B.向右 C.向左 D.向下 解析:I2与I3的磁场在A处产生的磁感应强度的矢量和是0,故在A处只有I1的磁感应强度。 答案:B 5.M1与M2为两根未被磁化的铁棒,现将它们分别放置于如图所示的位置,则被通电螺线管产生的磁场磁化后() A.M1的左端为N极,M2的右端为N极 B.M1和M2的右端均为N极 C.M1的右端为N极,M2的左端为N极 D.M1和M2的左端均为N极 解析:通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场很类似,要注意在磁体内部的磁感线的分布应该是从S 极指向N极的。 答案:A 6.(2014·浙江杭州检测)如图所示,通电直导线右边有一个矩形线框,线框平面与直导线共面,若使线框逐渐远离(平动)通电导线,则穿过线框的磁通量将() A.逐渐增大 B.逐渐减小 C.保持不变 D.不能确定 解析:离导线越远,电流产生的磁场越弱,穿过线圈的磁感线条数越少,磁通量逐渐减小,故只有选项B正确。 答案:B
新课标鲁科版3-1选修三6.1《探究磁场对电流的作用》WORD教案1
第一节探究磁场对电流的作用（2课时） 【教学目的】 通过实验，认识到通电导线在磁场中受到力的作用，这种力就叫安培力；知道影响安培 力大小和方向的因素；知道左手定则和安培力大小的计算公式；用左手定则判断安培力的方 向，能计算在匀强磁场中，当通电导线所受安培力的大小。通过安培力了解磁感应强度的比 值定义法。 【教学重点】 使学生掌握电流在匀强磁场中所受安培力大小的决定因素、计算公式以及安培力方向的判定；使学生熟练的利用三视图来分析磁场、电流以及安培力之间的关系。并能扩展到线 框受力。 【教学难点】 在掌握磁感应强度定义的基础上，掌握磁场对电流作用的计算方法，并能熟练地运用 左手定则判断通电导线受到的磁场力的方向 【教学媒体】 实验：马蹄形磁铁、干电池、导线、通电直导线研究仪等。课件：磁电式多用电表的 内部结构FLASH电动机的原理FLASH 【教学安排】 第1课时 【新课导入】 （1）将粉笔放置在蹄形磁铁两极之间，粉笔受力吗？如果把粉笔换成是小磁针呢？ 生：粉笔不受力.小磁针受力（磁体T磁场T磁体） （2 ）我们上一章学过的奥斯特的实验我们看到了什么现象呢？为什么？生：看到了小磁针发生了偏转。因为通电导线产生的磁场对它施的力. （电流T磁场T磁体） 师：我们同样也知道运动的电荷也会产生磁场同样也会让小磁针发生偏转。 （运动电荷T磁场T磁体） （3 ）既然通电导线周围存在的磁场对小磁针有力的作用，那么小磁针也会产生磁场，小磁针的磁场对通电导线是否也有力的作用呢？（磁体_________ 【新课内容】 1、安培力的定义及力的作用点： 讲述：“上面的这个问题来自一位我们不得不提到的伟大的物理学家一一安培。他出身于一个富裕的家庭，不过在他身上历了各种不幸：父亲在法国大革命中被杀害，妻子过早的就离开了他，他一度沉浸在悲痛中，后来是卢梭关于植物学的著作燃起了他对科学的热情，他开始潜心研究学问。 他主要的贡献集中在电磁学方面：发现了电流产生磁场的规律---安培定律；提出 了著名的分子环流假说，阐述了磁现象的电本质；第一个把研究动电的理论称为“电动力学” ” 为了纪念安培，我们以其名字来命名电流的单位。符号为A。这是 物理7个基本单位之一。一p 讲述：在上个世纪，许多物理学家就提出通电导体在磁场里是否受力的问题，并着手研究?其中安培也在进行这方面的研究，并且他提出
电流如何形成磁场
摘自《磁场、电场本质》一文 0.1 电磁转换——电流如何转换成磁场 如图3，当电子在导体中运动时，其周边的以太就和电子产生了相对运动，对电子来说，其周围就存在以太风，风向与电子的运动方向相反，这和我们开车会感觉到有风是一样的道理。根据空气动力学原理，在这个以太风的作用下，电子的旋转中心轴应该和电子前进方向平行，这样，电子运动才会稳定，这和旋转的子弹飞行更平稳的道理是一样的。也就是说，电子此时旋转产生的以太气旋的轴心与导线平行，在导线中产生了一个围绕导线旋转的磁场。 由于电子在前进的过程中不断的带动行进路径上的以太旋转，电子经过后，这些运动轨迹上的以太气旋由于惯性作用不会马上停下来，旋转的离心作用造成以太外向逃离，使气旋中心压力降低，由于宇宙磁压的存在，造成的压力差又提供了向心力，维持了气旋的继续转动，这个现象和龙卷风类似，即中心低压的气旋。 大量向同一方向运动的电子产生的以太气旋迭加起来，形成了导线周围的旋转磁场，这就是电流流过导体产生磁场的整个过程，持续不断的电流则维持了这一过程，可类比的自然现象是高速旋转飞行的子弹尾部的旋转气流。同理，一个不自转的电子的运动是不会产生旋转磁场的，也可以说，这样的电子是不呈现电性的，它产生的是以太乱流，就如飞机尾部的乱流。 小结： 1、磁场的本质是以太风。电流产生的磁场就是在电子经过的路径上，其尾部留下的中心低压的旋转以太气流，就如飞机飞过后其尾部会留下气流一样。
2、电流产生的磁场总是以以太气旋形式存在。电子只有在一个充满以太并且存在磁压的空间中运动时，才会产生磁场，这是电流产生磁场的基本环境。在一个绝对真空的环境中，不会存在磁场； 3、电子运动时，对于电子来说，相对运动产生了磁场，虽然这个磁场不对外部显现，但对电子有作用力。由于运动是个相对的概念，所以，是否存在磁场还要看我们选择了哪个参照物。
感应电流方向的判断
感应电流方向的判断 1. 关于产生感应电流的条件，正确的是（） A. 位于磁场中的闭合线圈中一定能产生感应电流 B. 闭合线圈和磁场发生相对运动一定能产生感应电流 C. 闭合线圈做切割磁感线运动一定能产生感应电流 D. 穿过闭合线圈的磁感线条数发生变化一定能产生感应电流 2. 如图所示，开始时线圈平面与磁场垂直，且一半在匀强磁场中，一半在 匀强磁场外，若要使线圈产生感应电流，下列方法中可行的是（） A. 以ab为轴转动 B. 以OO’为轴转动 C. 以ad为轴转动（小于60°） D. 以bc为轴转动（小于60°） 3. 在如图所示的几种情况中，哪个闭合线框或螺线管内不会产生感应电流（） A. 线框沿着平行于通电直导线方向移动 B. 线框向远离通电直导线的方向移动 C. 螺线管旁的磁铁向远离螺线管轴线的方向移动 D. 螺线管旁的磁铁平行于螺线管轴线的方向移动 4. 感应电流的方向，总是使感应电流的磁场（） A. 跟原来的磁场方向相反 B. 阻碍引起感应电流的磁通量 C. 跟原来的磁场方向相同 D. 阻碍引起感应电流的磁通量的变化 5. 一弹性导体组成闭合线圈，垂直磁场方向（位于纸面内）放置，当磁感应强度B发生变化时，观察到线圈所围面积大了，那么可以判断磁场的方向和大小的变化情况可能是（） A. B垂直纸面向里，并不断增强 B. B垂直纸面向里，并不断减弱 C. B垂直纸面向外，并不断增强 D. B垂直纸面向外，并不断减弱 6. 如图所示，a、b、c、d为圆形线圈上等矩的四点，现用外力作用在上述四点，将线圈拉成正方形，设线圈导线不可伸长，则在线圈发生形变的过程中（） A. 线圈中将产生abcd方向的感应电流 B. 线圈中将产生adcb方向的感应电流 C. 线圈中产生的感应电流方向先是abcd，后是adcb D. 线圈中无感应电流 7. 如图所示，矩形线框abcd的一部分在匀强磁场内，垂直线框平面的磁场 区域边界与ab边平行，若因线框运动使bc边受到方向向下的安培力的作用， 则线框的运动情况是（） A. 向左平动 B. 向右平动 C. 向上平动 D. 向下平动 8. 如图所示，螺线管CD的导线绕法不明，当磁铁AB插入螺线管时，电路中产生图示方向的感应电流，下列关于螺线管极性的判断正确的是（） A. C端一定是N极 B. C端一定是S极 C. C端的极性一定与磁铁B端的极性相同 D. 无法判断极性的关系，因螺线管的绕法不明 9. 如图所示，用细弹簧构成一闭合电路，中央放有一条形磁铁，当弹簧收缩时，穿过电路的磁通量φ和电路中感应电流方向（从N极向S极看时）正确的是（） A. φ减小，感应电流顺时针方向 B. φ减小，感应电流逆时针方向 C. φ增大，感应电流顺时针方向 D. φ增大，感应电流逆时针方向 10. 如图所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况将是（） A. 向右摆 B. 向左摆 C. 静止不动 D. 不能判断 11. 如图所示，两个闭合圆环形导线框1和2的圆心重合，放在同一平面 内，当环形导线框1 中通以顺时针方向的电流，且电流大小逐渐增大的过程
电流形成磁场的原因及过程
电流形成磁场的原因及过程 摘要：电流形成的磁场就是在电子经过的路径上留下的中心低压的旋转“气流”，本文就电流形成的原因及过程进行了阐述。 关键词：磁场本质电磁转换磁子磁压气旋 电流形成的磁场就是在电子经过的路径上留下的中心低压的旋转“气流”，就如飞机飞过后其尾部会留下气流一样。 1 形成磁场的外部环境——磁子及磁压 我们已知电磁波可以在宇宙空间中传播，波的基本特性之一是：波的传播必须借助媒质，譬如声波就不能在真空中传播，同理，任何波都不能在真空中传播，因为真空中没有媒质。故宇宙空间应该存在一种能够传递电磁波的特殊物质微粒，为了便于下面分析，我们暂时称这种看不见的暗物质微粒为：磁子。 空气分子间存在大气压力，空气分子间的这种作用力保证了声波振动能够在空气中传播，同理，为了保证电磁波在空间的传播，磁子应该充满电磁波能够传播到的所有空间，并且磁子间也应该有这种“大气压力”的存在，我们暂时称为：宇宙磁压。这种由磁子组成的空间有着和地球表面大气层所有相似的基本特征。 2 电流如何形成磁场 我们知道，地球在自转，其地表运动速度很快，但为什么我们没感觉到有风呢？原因是空气和地球保持了同步自转，没有相对速度，自然也就没有风。同理，在自转的电子周围，磁子分布情况是一样的，其周边的磁子会和电子保持同步旋转，这样，在电子周围就形成了一个旋转的磁子流，为了便于下面分析，暂称为：磁子风。 如右图，当电子在导体中运动时，其周边的磁子就和电子产生相对运动，对电子来说，其周围就存在磁子风，风向与电子的运动方向相反，这和我们开车会感觉到有风是一样的道理。根据空气动力学原理，在这个风的作用下，电子的自转中心轴应该和电子前进方向平行，这样，电子运动才会稳定，这和旋转的子弹飞行更平稳的道理是一样的。也就是说，电子此时旋转产生的磁子气旋的轴心与导线平行，在导线中产生了一个围绕导线旋转的磁子风。 由于电子在前进的过程中不断带动行进路径上的磁子旋转，电子经过后，这些路径上的磁子气旋由于惯性作用不会马上停下来，旋转的离心作用造成磁子外向逃离，使气旋中心压力降低，由于宇宙磁压的存在，造成的压力差提供了向心
探究磁场对电流的作用
第六章第1节 探究磁场对电流的作用 ［课时安排］：1课时 ［教学目标］ 1．知识与技能： （1）、通过实验，认识到通电导线在磁场中受到的安培力； （2）、实验探究影响安培力大小和方向的因素； （3）、熟练掌握左手定则和安培力大小的计算公式；用左手定则判断安培力的方向，能计算在磁场中，当通电导线所受的安培力的大小。 2．过程与方法： （1）、经历科学探究的过程，培养分析解决问题的能力； （2）、尝试经过思考发表自己的见解，尝试运用物理原理和研究方法3．情感态度与价值观：通过对电磁关系的学习，领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，热于探索自然界的奥秘。 ［教学重点］： （1）、掌握磁场对电流作用力的相关因素，及其计算方法 （2）、能熟练地运用左手定则判断通电导线受到的磁场力的方向 ［教学难点］： （1）、具体实例中能够利用安培力公式进行计算； （2）、知道磁感线和磁感应强度的关系，知道匀强磁场的特点； （3）、熟练应用左手定则判断安培力的方向。 ［教学方法］：讲授法，探究法、讨论法。 ［教具使用］：马蹄形磁铁、干电池、导线等。 ［教学过程］ 一、新课引入 在上个世纪，许多物理学家就提出通电导体在磁场里是否受力 的问题，并着手研究．其中安培也在进行这方面的研究，并且他提 出了两个思考 1 磁场对通电导线是否有力的作用。 2 通电导线之间是否有力的作用。 在这节课，我们就用老师带来的这套仪器来亲自动手研究，看看能发现什么规律。 师：发现什么现象？说明了什么？（变换磁铁的方向再做一
次，使学生看到导体向相反的方向运动这一现象） 生：导体运动．导体运动状态改变，说明通电导体受到力的作 用． 师：是谁给通电导体施加了力呢？这个力的受力物体是电流还 是导体？（学生思考） 演示：（1）切断电流，导体虽在磁场中，却不动．（2）去掉 磁场再通电流，导体也不动． （启发学生认识到是磁体周围的磁场给了电流以力的作用） 磁场对电流的作用力通常叫做安培力。这节课就来讨论安培力 的大小和方向， 二、新课教学 一、安培力的大小 观察实验：如图所示，三块相同的蹄形磁铁并列放置，可以认为磁 极间的磁场是均匀的。将一根直导线悬挂在磁铁的两极间。有电流通过时导线将摆动一个角度，通过这个角度我们可以比较安培力的大小。分别接通“2、3”和“1、4”可以改变导线通电部分的长度，电流强度由外部电路控制。先保持导线通电部分的长度不变，改变电流的大小；然后保持电流不变，改变导线通电部分的长度。观察这两个因素对磁场力的影响。 磁场对通电直导线有力的作用，引导学生作定性分析，得出：确定的磁场，对通电直导线的作用力大小与直导线的长度L、通入电流强度I 有关。 （1）通电导线长度一定时，电流越大，安培力越大 ； （2）通电导线电流一定时，通电导线越长，安培力越大 ；