《磁场\磁感线》的教学研究
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【摘要】本文从磁场的介绍,学习时应注意的问题和观察、判断不同方位的磁感线方向等方面进行了阐述。
【关键词】磁场 磁感线 讲解
The teaching research on the Magnetic Field and Magnetic Induction Line
Xie Jianhua
【Abstract】The writer has made an expatiated on the Magnetic Field and Magnetic Induction Line from the introduction of the magnetic, the problem that should be paid attention to and observed and judging the different direction of the magnetic induction line.
【Keywords】Magnetic field Magnetic induction line Explanation
从这一节内容来说,磁场和磁感线的概念比较抽象,学生不易理解,所以掌握好这一节内容,首先要认识和理解磁场和磁感线的物理意义,然后要知道在认识过程中应注意哪几点,最后会观察不同方位的磁场磁感线分布的多种画法。我认为应归纳以下几个步骤来进行讲解,效果会更好一些。
1.介绍磁场。
1.1 磁场的来源。
①磁体周围存在磁场;
②电流周围存在磁场;
③磁极和磁极之间,磁极和电流之间,电流和电流之间的相互作用就是通过磁场发生的。
1.2 磁场的方向(用磁场中小磁针来判断磁场方向)在磁场中的任一点,小磁针北极受力的方向,亦即小磁针静止时北极所指的方向,就是那一点的磁场的方向。
1.3 磁感线。
①在磁场中画出的一些有方向的曲线,在这些曲线上,每一点的切线方向都在该点的磁场方向上。
②磁感线是为了形象地描述磁场的强弱和方向人为画出的曲线,并不是客观存在的曲线。
1.4 几种磁场的磁感线分布。
1.4.1 永磁体磁场的磁感线分布:
1.4.2 电流磁场的磁感线分布:
①通电直导线的磁感线分布;
②环形电流磁感线分布;
③通电螺旋管磁感线分布。
1.5 安培定则来判断磁感线的方向。
1.5.1 通电直导线的磁场,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,参看2-①。
1.5.2 环形电流的磁场:让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致,伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上的磁感线的方向,参看图2-②。
1.5.3 通电螺旋管的磁场:用右手握住螺旋管,让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致,大拇指所指的方向就是螺旋管内部磁感线的方向,因通电螺旋管产生的磁场类似于条形磁铁,所以大拇指所指的方向也可以说或为通电螺旋管的北极(N极)参看图2-③。
2.学习这一节要注意的几点。
2.1 对于磁感线的认识,注意以下六个方面:
2.1.1 磁感线是为了形象地研究磁场而人为假设的曲线,并不是客观存在于磁场中的真实曲线,实验时利用被磁化的铁屑来显示磁感线的分布情况,只是研究磁感线的一种方法,使看不见摸不着的磁场变得具体形象,给研究带来方便,但是决不能认为磁感线是由铁屑排列而成的。另外,被磁化的铁屑所显示的磁感线分布仅是一个平面上的磁感线分布情况,而磁铁周围的磁感线应该分布在长、宽、高组成的三维空间。
2.1.2 磁感线的疏密表示磁场的强弱,磁感线较密的地方磁场较强,磁感线较疏的地方磁场较弱。
2.1.3 磁场对小磁针N极的作用力的方向叫做磁场的方向,由于磁感线上任何一点的方向都跟放在该点的小磁针静止时N极所指方向一致,所以磁感线的方向、磁场方向和小磁针静止时N极所指的方向,三者是一致的,小磁针静止时S极所指的方向与上述方向相反。
2.1.4 磁感线不能相交,也不能相切。
2.1.5 没有画磁感线的地方,并不表示那里就没有磁场存在,通过磁场中的任一点总能而且只能画出一条磁感线。
2.1.6 磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线,例如条形磁铁和通电螺旋管的磁感线,在外部是从N极出来进入S极,在内部则由S极回到N极形成闭合曲线。
3.会观察和判断不同方位的磁感线方向。由于观察的方位不同,同一个磁场的磁感线分布可能有多种画法。例如在图3中,图①是通电直线导体周围磁感线分布的立体图,图中带箭头的实线表示通电直线导体,实线上的箭头表示电流的方向竖直向上,带箭头的虚线圆表示磁感线;图②是图①的俯视图,图中的“”表示通电直线导体中的电流方向垂直于纸面向外,带箭头的虚线圆表示磁感线;图③是图①的平视图,图中带箭头的实线表示通电直线导体,实线上的箭头表示电流的方向竖直向上,“×”表示通电直线导体右侧的磁感线垂直于纸面向里;对于通电直线导体,左右对称的一对“•”和“×”表示一条圆形磁感线。又如在图4中,图①是通电螺旋管的立体图,图中的长方框表示绝缘筒,带箭头的虚线表示磁感线;图②是图①的截面图,图中的长方框表示绝缘筒,方框上方的“”表示螺旋管中的电流是从上面流出,方框下的“ ”表示螺旋管中的电流是从下面流入,带箭头的虚线表示磁感线;图③是空心螺旋管,图中带箭头的实线表示螺旋管的外半圆,实线上的箭头表示电流的方向,虚线表示螺旋管的内半圆,带箭头的虚线表示磁感线。
应该学会把空间立体图变成平面图,画平面图时,无论是电流的方向还是磁感线的方向,都必须采用统一的特定符号;“”表示向上(或向北),“”表示向下(或向南),“”表示向右(或向东),“”表示向右(或向西),“×”表示向里(或向下),“•”表示向外(或向上)。切不可自定符号,乱叫名称。这样分析和判断及应用当中不容易出现问题。
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