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第9章 磁场 磁技术
引言：磁学是一门古老的学科，人类对磁现象的研究由来已久。中国是最早发现磁现象的国家之一，在《吕氏春秋》中就有“慈石召铁”的记载。我国古代对磁的认识和应用，一直处于领先地位。如首先发现了地磁倾角和磁偏角，发现了磁极，发明了人工磁化方法，懂得了磁屏蔽的原理。其中最重要的，是发明了指南针以及后来的罗盘，使远洋航行成为可能，大大推动了国际经济、文化交流，把东方文明（包括指南针）传播到世界各地。
磁学又是一门不断发展的学科，奥斯特发现了电流的磁效应，安培揭示了磁的本质，使磁的研究出现了一次大的飞跃。今天，磁在许多高技术领域发挥着十分重要的、不可替代的作用。古老的磁学仍然闪耀着现代科学的光芒。
在这一章里，我们将介绍磁场、磁通量、磁力、磁力矩和一些重要的磁技术。
9-1 磁场
一、教学目标
1.理解磁场的物质性。
2.理解磁感应强度的概念并会计算相关的问题。
3.理解磁感线及磁通量的概念。
二、教学重点和难点
重点：磁感应强度、磁感线、磁通量。
难点：磁场方向的判定、磁感应强度的概念。
三、教学器材
条形磁铁、小磁针。
四、教学建议
教法建议
教法建议：讨论、演示实验、讲解。
教学方案设计
(一)引入新课
磁学是一门古老的学科。人类对磁现象的研究由来已久。中国是最早发现磁现象的国家之一，我国古代对磁的认识和应用一直处于领先地位。在初中阶段的学习中，我们已经懂得了磁铁能够吸引铁、钴、镍等材料，这种性质称为磁性。磁体两端磁性最强的地方称为磁极，把磁体悬挂起来，让它可以自由转动，两个磁极会分别指向北方和南方，指北的极称为北极，用N表示，指南的极称为南极，用S表示。磁极之间有作用力，作用力的规律是：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
(二)引出课程内容
1.磁场
磁极之间的相互作用力称为磁力，磁体之间的相互作用是通过磁场传递的。磁场和电场、重力场一样，也是一种特殊的物质。这种物质不是由实物粒子构成的。
2.磁场的方向
取一根条形磁铁，在其周围不同的位置放上相同的可以自由转动的小磁针。结果发现，这些小磁针N极的取向各不相同。表明条形磁铁的磁场中各点的磁场情况不同，为了说明磁场的方向，我们规定：可以自由转动的小磁针在磁场中某点静止时，N极所指的方向为该点的磁场方向，也就是小磁针N极在该点所受磁场力的方向。
图1 磁场的方向
3.磁场的性质
（1）从上述的实验中，可以看到：磁场对放入其中的磁体（小磁针）产生了力的作用。
（2）磁场对载流导线也有力的作用。
由实验可知；在磁场中放置一段通电直导线l，它就会受到磁场力的作用。力的大小与磁场的强弱、导线在磁场中的方位和和长度、以及导线中的电流有关。但是，无论电流强弱、导线长度怎样变化，当导线与磁场垂直时，在磁场中一个确定的位置，电流所受的磁场力F与电流和导线长度的乘积的比值（）总是不变的，为一常量。在磁场中不同的位置，这个比值一般不同。我们可以用来探测磁场。用比值来表示磁场的强弱，并引入磁感应强度的概念。
4.磁感应强度
磁感应强度（用表示）是描述磁场本身固有属性的物理量。
垂直于磁场方向的通电导线受的磁场力与电流和导线长度乘积的比值，称为导线所在处的磁感应强度，简称磁感强度。
强调：（1）磁感应强度是描述磁场本身性质的物理量，由磁场本身的性质决定。
（2）磁感强度是矢量 大小： 方向：磁场的方向
（3）单位：特斯拉（T） 1 T=1 N/(A·m)
5.磁感线
为了形象而直观的描绘磁场，人为的在磁场中画出一系列带有箭头的曲线，使这些曲线上每一点的切线方向与该点磁场方向一致，并且使其疏密与磁场的强弱一致。
图2和图3分别是条形磁铁和蹄形磁铁的磁感线。
图2 条形磁铁磁感线 图3 蹄形磁铁磁感线
磁感线的特点:
(1)磁感线是闭合曲线
(2)任意两条磁感线不会相交
(3)磁感线密集处磁场强，磁感应强度大；磁感线稀疏处磁场弱，磁感应强度小。
分析：条形磁铁磁场中的磁感线的分布情况
蹄形磁铁的磁场中磁感线的分布情况
6.匀强磁场
在磁场中的某一区域，如果各点的磁感强度的大小和方向都相同，这个区域的磁场就称为匀强磁场。
图4 匀强磁场
既然磁感线可以描述磁场，那么匀强磁场的磁感线应该是怎样的呢？引导学生从匀强磁场的特点入手，结合磁感线的特点去分析，而后得出：匀强磁场的磁感线是疏密均匀、方向一致、互相并行的直线。
两个距离很近的异名磁极间的磁场是匀强磁场。例如：蹄形磁铁，N、S极相近区域的磁场、通电螺线管内的磁场也可看成匀强磁场。许多电磁仪器中，在实验研究中，经常要用到匀强磁场。
7.磁通量Ф
在研究磁现象时，在许多情况下，使用磁通量的概念时很方便的，我们把穿过磁场中，某一面积磁感线的条数，称为穿过这个面的磁通量。
图5 磁场与平面垂直的磁通量 图6 磁场与平面法线夹角为时的磁通量
在匀强磁场中，当磁感线垂直穿过某一面积为S的平面时，穿过这个平面的磁通量为：Ф
磁通量的单位：韦伯（Wb） 1 Wb=1 T·m2
例题 在磁感强度为0.5 T的匀强磁场中，有一个面积为0.02 m2的线圈，求线圈平面和磁场方向垂直时穿过线圈的磁通量。
解 根据公式
Ф=（0.5×0.02）Wb=0.01 Wb
（三）小结：
1.本节学习了磁场、磁感应强度、磁感线、匀强磁场、磁通量这些磁场的基本知识。
2.磁感应强度既是重点也是难点，要注意其大小（）虽可以用与的比来确定，但与无关。
3.磁场的方向：小磁针在磁场中静止时，其N极指向即为磁场的方向
4.匀强磁场是一个重要的常用的概念，要理解并掌握其特点和产生条件。
（四）作业布置：
1.p68 3、4、5、6题 2.《技术物理练习册》（第3版）相关习题
（五）教学说明：
考虑到初中后学生的数学知识和理解能力，在讲磁通量时，没有引入面的正法线的概念。

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