3.1磁现象和磁场
物理教科版选修3-1
一、磁现象
1、古代
古代人们就发现了天然磁石吸引铁器的
现象。东汉学者王充在《论衡》一书中
描述的“司南”,被公认为最早的磁性指
南工具。指南针是我国古代四大发明之一。

东汉王充在《论衡》中写道：“司南之杓，投之于地，其柢指南”
最初发现的磁体是被称为“天然磁石”的矿物，其中含有主要成分为Fe3O4，能吸引其他物体，很像磁铁.
2、近现代
电磁炉采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁感线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物。
上海磁悬浮列车专线西起上海地铁龙阳路站，东至上海浦东国际机场,列车加速到平稳运行之后，速度是430公里/小时。这个速度超过了F1赛事的最高时速。
磁悬浮列车上装有电磁体，铁路底部则安装线圈。通电后，地面线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总保持相同，两者“同性相斥”，排斥力使列车悬浮起来。铁轨两侧也装有线圈，交流电使线圈变为电磁体。它与列车上的电磁体相互作用，使列车前进。列车头的电磁体（N极）被轨道上靠前一点的电磁体（S极）所吸引，同时被轨道上稍后一点的电磁体（N极）所排斥。
托卡马克磁约束装置
一类控制热核聚变的装置。用特殊形态的磁场把氘、氚等氢原子核和自由电子组成的、处于热核反应状态的超高温等离子体约束在有限的体积内，使它受控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出原子核所蕴藏的能量。磁约束热核聚变是当前开发聚变能源中最有希望的途径,是等离子体物理学的一项重大应用.
1.磁性：能够吸引铁钴镍等物体的性质.
2.磁体：具有磁性的物体叫磁体.
3.磁极：磁体上磁性最强的部分叫磁极.
指南的磁极叫做南极,又叫S极;
指北的磁极叫做北极,又叫N极.
4.磁极间的相互作用:
同名磁极相斥，异名磁极相吸.
5.变无磁性物体为有磁性物体叫磁化,
变有磁性物体为无磁性物体叫退磁/消磁.
小磁针静止时
二、电流的磁效应
丹麦物理学家奥斯特(Hans Christian Oersted，1777—851)1777年8月14日生于丹麦朗格兰德岛一个药剂师家庭．12岁开始帮助父亲在药房里干活，同时坚持学习化学．由于刻苦攻读，17岁以优异的成绩考取了哥本哈根大学的免费生．他一边当家庭教师，一边在学校学习药物学、天文、数学、物理、化学等．1806年任哥本哈根大学物理学教授，1821年被选为英国皇家学会会员，1823年被选为法国科学院院士，后来任丹麦皇家科学协会会长．
奥斯特实验
１、实验装置如左图
２、实验现象
当给导线通时，与导线平行放置的小磁针发生转动。
思考
1、该实验说明了什么?
揭示了电和磁的联系;
为以后法拉第发现电磁感应现象奠定了基础
2、该实验成功的关键?
通电直导线要南北水平放置,磁针要平行的
放置于导线的下方或者上方
例1．在奥斯特电流磁效应的实验中,通电直导线应该
A．平行南北方向,在小磁针正上方
B．平行东西方向,在小磁针正上方
C．东南方向,在小磁针正上方
D．西南方向,在小磁针正上方
【问题】
磁体之间排斥或吸引力是通过什么产生的呢?
【联想】
电荷之间的吸引或排斥力是通过什么发生的呢？
电荷之间的相互作用是通过电场发生的
磁体之间的相互作用是通过磁场发生的
电场和磁场都是一种物质
1.磁场:磁体周围空间客观存在的一种特殊物质.
三、磁场
【问题】是否只有磁铁周围才存在磁场?
磁体B
磁体A
磁场
2.电流的磁效应：
电流能在周围空间产生磁场.
磁铁不是磁场的唯一来源.
磁体
磁体
磁场
三、磁场
1.磁场:磁体周围空间存在的一种特殊物质.
结论：
磁体对通电导体有力的作用
磁体与电流之间的相互作用
问题：磁体和通电导体之间的相互作用 是通过什么发生的呢?
问题：磁体和通电导体之间的相互作用 是通过什么发生的呢?
磁体
电流
磁场
三、磁场
2、电流的磁效应：
电流能在周围空间产生磁场.
问题:电流与电流之间是否有力的作用?
通同向电流
通反向电流
结论:同向电流相互吸引。
结论:反向电流相互排斥。
问题:电流和电流之间的相互作用是通过什么发生的呢?
电流
电流
磁场
问题:电流与电流之间是否有力的作用?
三、磁场
2、电流的磁效应:电流能在周围空间产生磁场.
1、磁场:磁体或电流周围空间客观存在的一种特殊物质.
磁场对放入其中的磁体或通电导体会产生磁力作用。 （磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的）
3、磁场的性质
三、磁场
四. 磁感线
如何形象地描述磁场中各点的磁场方向?
在磁场中画出一系列有方向 的闭合曲线（从N极出来到S极进去），且使曲线上每一点的切线方向表示该点的磁场方向。也就是在该点放上小磁针，静止时N极的指向或N极的受力方向。
1、定义：
2、几种常见的磁场：
1）条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线：
外部从N到S，内部从S到N形成闭合曲线
蹄形磁铁
在两极附近，磁场较强，磁感线较密。
直线电流，环形电流，通电螺线管的磁场磁感线分布有什么特点？
它们遵循什么定则呢？
安培定则
除了磁铁,直线电流、环形电流、通电螺线管的周围空间也能产生磁场
直线电流周围磁场
（右手螺旋定则）
安培定则：
用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。
磁感线为以导线上的各点为圆心的同心圆，且在跟导线垂直的平面上
直线电流周围磁场的立体图、俯视图、左视图
3）环形电流的磁场的磁感线
安培定则(2):让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向.
环形电流的磁场可等效为小磁针或条形磁铁
正视图
4）通电螺线管的磁场的磁感线
通电螺线管的磁场就是环形电流磁场的叠加.所以环形电流的安培定则也可以用来判定通电螺线管的磁场,这时,拇指所指的方向是螺线管内部的磁场的方向.
等效
通电螺线管外部跟条形
磁铁外部的磁场分布情
况相同，两端分别为N极
和S极。由于磁感线是闭
合曲线，螺线管内部的磁
感线方向由S极指向N极。
螺线管内部是匀强磁场
3、磁感线的特点
(1)磁感线是假想的，不是真实的
(2)磁感线是闭合曲线。
在磁体的外部磁感线由N极发出，回到S极。在磁体的内部磁感线则由S极指向N极
(4)磁感线的疏密表示磁场的强弱
(3)磁感线不能相交或相切
(5)磁感线上每一点的切线方向即为该点的磁场的方向
练习：在图中，已知磁场的方向，试画出产生相应磁场的电流方向
X
·
例2、下列关系磁场的说法中，正确的是（ ）
A、磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质
B、磁场是为了解释磁极间相互作用而人为规定的
C、磁极与磁极间是直接发生作用的
D、磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生
练习1：如图所示，在三维直角坐标系中，若一束电子沿y轴正向运动，则由此产生的在z轴上A点和x轴上B点的磁场方向是（ ）
A.A点磁场沿x轴正方向，B点磁场沿z轴负方向
B.A点磁场沿x轴负方向，B点磁场沿z轴正方向
C.A点磁场沿z轴正方向，B点磁场沿x轴负方向
D.A点磁场沿x轴正方向，B点磁场沿z轴正方向
A
BC
例3：如图所示，一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的上方，并与磁针指向平行，能使小磁针的N极转向读者，那么这束带电粒子可能是（ ）
A.向右飞行的正离子束
B.向左飞行的正离子束
C.向右飞行的负离子束
D.向左飞行的负离子束
练习2．如图所示，一个电子沿逆时针方向做匀速圆周运动，则此电子的运动将（　　）
Ａ．不产生磁场
Ｂ．产生磁场，圆心处的磁场方向垂直纸面向里
Ｃ．产生磁场，圆心处的磁场方向垂直纸面向外
Ｄ．只在圆周的内侧产生磁场
练习3：如图所示,a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右侧,当这些小磁针静止时,小磁针N极的指向是 （ ）
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
磁体为什么会有磁性？
法国学者安培提出了著名的分子电流假说
在原子、分子等物质微粒的内部,存在着一种电流-分子电流.分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体,它的两侧相当于两个磁极
4、安培分子电流假说
N
S
利用安培的假说解释一些磁现象
安培分子电流假说意义
1.成功的解释了磁化现象和磁体消磁现象
2.安培分子电流假说揭示了电和磁的本质联系
3.磁现象的电本质
安培的分子电流假说揭示了磁性的起源，认识到磁体的磁场和电流的磁场一样，都是由运动的电荷产生的
注意：安培提出分子电流假说时，
人们还不知道物质的微观结构：电
子绕原子核高速旋转。所以称为假说，
但现在我们知道分子电流假说是真理。
例4：关于磁现象的电本质，下列说法中正确的是( )
A.磁与电紧密联系，有磁必有电，有电必有磁
B.不管是磁体的磁场还是电流的磁场都起源于电荷的运动
C.永久磁铁的磁性不是由运动电荷产生的
D.根据安培假说可知，磁体内分子电流总是存在的，因此任何磁体都不会失去磁性
B
练习4：一根软铁棒在磁场中被磁化.是因为( )
A．软铁棒中产生了分子电流
B．软铁棒中分子电流取向变得杂乱无章
C．软铁棒中分子电流消失了
D．软铁棒中分子电流取向变得大致相同
D
5、匀强磁场
磁场强弱、方向处处相同的磁场
磁感线分布特点:
匀强磁场的磁感线是一些间隔相同的平行直线
常见的匀强磁场:
1.相隔很近的两个异名磁极之间的磁场
2.通电螺线管内部的磁场
3.相隔一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场。
例5：在某一磁场中放了两个小磁针,发现这两个小磁针仅在磁场力的作用下成如图所示的平行反向,则该磁场可能由下列哪些来产生 ( )
A．条形磁铁
B．两个靠得很近的异名磁极间存在的磁场
C．通电直导线
D．通电螺线管
ACD
A．一定通有由a到b的电流
B．一定通有由b到a的电
C．可能没有电流流过
D．可能通有由a到b的电流
练习5：长直螺线管内有一个可自由转动的小磁针,静止时如图所示,则螺线管中( )
CD
例6：如图所示，弹簧秤下挂一条形磁棒，其中条形磁棒N极的一部分位于未通电的螺线管内，下列说法正确的是（ ）
A.若将a接电源正极，b接负极，
弹簧秤的示数将减小
B.若将a接电源正极，b接负极，
弹簧秤的示数将增大
C.若将b接电源正极，a接负极，
弹簧秤的示数将增大
D.若将b接电源正极，a接负极，
弹簧秤的示数将减小
AC
五、磁性的地球
１、地球是一个巨大的磁体
2、地球周围空间存在的磁场叫地磁场
3、地磁的北极在地理的南极附近，地磁的南极在地理的北极附近
地磁场如何产生？
到目前为至，没有明确的结论，有各种各样的猜测……
磁偏角
指南针所指的南北（磁场的南北极）与地理上的南北极并不完全一致，两者之间存在着偏角，即磁偏角。
沈括在《梦溪笔谈》中指出：“常微偏东，不全南也”。这是世界上最早的关于磁偏角的记载。
注：水平放置的磁针的指向跟地理子午线之间的交角即为磁偏角
思考
指南针为什么会指南？
地球磁场很弱，其表面的磁场比一个条形磁铁近旁的磁场弱的多，但能自由旋转的小磁针已能显示出地磁场对它的作用，指南针正是利用这个原理制成的。
近百年地球磁场衰减
地磁场的减弱是可能导致磁场方向倒转的预兆。
太阳风暴