磁场微教案（精选7篇）
磁场复习（1-4节）
教学目标：
1、磁现象的电本质。
2、磁感强度。磁感线。磁通量。
3、磁场对通电直导线的作用。安培力。左手定则。教学重点：
磁感强度。磁感线。左手定则、安培定则 教学过程：
一、主要概念和规律
1、磁场的基本概念（1）磁场
磁场：存在于磁体、电流和运动电荷周围空间的一种特殊形态的物质。
磁场的基本特性：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用。
磁现象的电本质：磁体、电流和运动电荷的磁场都产生于电荷的运动，并通过磁场而相互作用。
磁现象的电本质：指安培分子环流假设。
【例1】下列叙述正确的是：（A）安培假设中的分子电流是不存在；（B）通电直导线周围的磁场是内部的分子电流产生的；（C）软铁棒在磁场中被磁化是因为在外磁场作用下，软铁棒中分子电流取向变得大致相同；软铁棒中分子电流取向变得大致相同；（D）软铁棒在磁场中被磁化是因为棒中分子电流消失
答案：C（2）磁感强度（B）
B：是从力的角度描述磁场性质的矢量。
大小的定义式：B=F/IL，式中的F为I与磁场方向垂直时的磁场力（此时的磁场力最大，电流I与磁场方向平行时，磁场力为零），l为通电导体的长度。
方向规定：小磁针的N极所受磁场力的方向，即小磁针静止时N极的指向，也即磁场的方向。
单位：T 【例2】有一小段通电导线，长为1cm，电流强度为5A，把它置于磁场中某点，受到的磁场力为0.1N，则该点的磁感应强度B一定是（A）B=2T（B）B£2T（C）B³2T（D）以上情况均有可能
答案：C 【例3】在同一平面内，如图所示放置六根通电导线，通以相等的电流，方向如图。则在a、b、c、d四个面积相等的正方形区域中，磁感线指向纸外且磁通量最大的区域是：（A）仅在a区（B）仅在b区（C）仅在c区（D）仅在d区
答案：C（3）磁感线
在磁场中画出一些有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的曲线方向，亦即该点的切线方向，都跟该点的磁场方向相同，这些曲线称为磁感线。
磁感线的疏密：表示磁场的强弱，磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向。
磁感线不相交、不相切、不中断、是闭合曲线。在磁体外部，从N极指向S极；在磁体内部，由S极指向N极。
磁感线是为了形象描述磁场和电流的磁场中，磁感线在空间都是立体分布的，为了能正确地分析和解答各种磁场问题，不仅应熟悉条形磁体、蹄形磁体、直线电流、通电螺线管、磁电式电流计内的磁场、地磁场等几种典型磁场的磁感线分布，还要善于将磁感线分布的空间图转化为不同方向的平面图，如下视图、俯视图、侧视图、和相应的剖视图。
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极在地球南极附近、S极在地球北极附近；2）地磁场的B的水平分量（Bx），总是从地球南极指向北极，而竖直分量（By）则南北相反，在南北球竖直向上，在北半球竖直向下；3）在赤道平面内（即地磁场的中性面）上，距离地球表面相等的各点，磁感强度相等，且方向水平。
匀强磁场：磁感强度的大小处处相等、方向处处相同的磁场称为匀强磁场。匀强磁场中的磁感线是分布均匀、方向相同的平行直线。距离很近的两个异名磁极之间的磁场和通电螺线管内部的磁场（边缘部分除外），都可以认为是匀强磁场。
在应用安培右手定则，判定直线电流和通电螺线管（环形电流可视为单匝螺线宇航局）的磁场方向时，应注意分清“因”和“果”：在判定直线电流的磁场方向时，大拇指指“原因-电流方向”；四指指“结果-磁场绕向”，在判定通电螺线管磁场方向时，四指指“原因-电流绕向”，大拇指指“结果-螺线管内部沿中心轴线的磁感线方向，即指螺线管的N极”。
【例4】如图所示，一束带电粒子沿水平方向平行地飞过静止小磁针的正上方时，磁针的南极向西转动，这一带电粒子束可能是：（A）由北向南飞行的正离子束；（B）由南向北的正离子束；（C）由北向南的负离子束；（D）由南向北的负离子束。
答案：AD
（4）磁通量（f）
穿过某一面积（S）的磁感线条数。f=BScosq，式中Scosq为面积S在垂直于磁场方向的平面（中性面）上投影的大小。
在使用此公式时，应注意以下几点：1）公式的适用条件：一般只适用于计算平面在匀强磁场中磁通量；2）q角的物理意义：表示平面法线方向（n）与磁场方向（B）的夹角或平面（S）的夹角或平面中性面（oo¢）的夹角，如图所示，而不是平面（S）与磁场（B）的夹角（a）。因为q+a=90°，所以磁通量公式还可以表示为f=BSsina；3）f是双向变量，其正负表示与规定的正方向（如平面法线的方向）是相同还是相反。若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁感线条数为f1，反向磁感线条数为f2，则磁通量等于穿过平面的磁感线的条数（磁通量的代数和）即f=f1-f2。
【例5】如图所示，两个同平面、同圆心放置的金属圆环a和b，条形磁铁放在其中，通过两环的磁通量fa、fb相比较（A）fa>fb（B）fa 答案：B 2、磁场对电流的作用（1）安培力 大小：F=BILsinq。其中B为通电导线所在处的匀强磁场；I为电流强度；L为导线的有效长度；q为B与I（或L）夹角；Bsinq为B垂直于I的分量。 方向：总垂直于B、I所决定的平面，即一定垂直B和I，但B与I不一定垂直。故一般使用（电动机）左手定则判定安培力方向时，左手心应迎B的垂直于I的分量（B^=Bsinq）。 公式的适用范围：一般只适用于匀强磁场；弯曲导线的有效长度l等于两端点所连直线的长度，相应的电流方向由始端指向末端，因为任意形状的闭合线圈，其有效长度l=0，所以通电后在匀强磁场中，受到的安培力的矢量和一定为零。 安培力的做功特点：可以做功，但起的是传递能量的作用。与静摩擦力做功的作用有些相似。 【例6】如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，有一段弯成直角的金属导线abc，且ab=bc=l0，通有电流I，磁场的磁感应强度为B，若要使该导线静止不动，在b点应该施加一个力F0，则F0的方向为 ；B 的大小为。答案：斜向上45°，I l0B 二、主要概念及规律的辨析 1、电力线与磁力线 电力线是用于形象描述静电场的分布的，磁力线是用于形象描述静磁场的分布的。静电场的电力线是不闭合的；静磁场的磁力线是闭合的。 静电场电力线上某点切向（沿电力线向）既表示该点场强方向，又表示电荷在该点所受电场力的方向；静磁场磁力线上某点切向既表示该点磁场方向，又表示小磁针在该点所受磁场力的方向，但不表示该点置放带电导线元或运动电荷所受力的方向。 2、磁感强度与磁通量 磁感强度是描述磁场强弱的一个物理量，是指空间某点垂直于磁场方向单位面积的磁力线条数（故也称磁通密度）；磁通量是指空间某区域垂直于磁场方向某一定面积S的磁力线条数。 3、安培定则与左手定则 判断情形的因果关系有所不同。安培定则是用于判定电流或电荷产生磁场的情形；左手定则是用于判定磁场对电流或电荷产生安培力或洛仑兹力的情形。 使用方法也用所不同。安培定则：右手弯曲；左手定则：左手伸直。 三、主要问题与分析方法 1、通电导体在安培力作用下的运动及其分析方法 通电导体和通电线圈，在安碚力作用下的运动方向问题，有下列几种定性分析方法：（1）电流元法：即把整段电流等效为多段直线电流元，先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力的方向，最后确定运动方向。 （2）特殊位置法：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力方向，从而确定运动方向。 （3）等效法：环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁，条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管。通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析。 （4）利用现成结论：两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥；两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势。 【例7】如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，其正上方略偏右处固定一根直导线，导线和磁铁垂直，并通以垂直纸面向外的电流，则（A）磁铁对桌面的压力减小（B）磁铁对桌面的压力增大（C）磁铁受向左的摩擦力（D）磁铁受向右的摩擦力 答案：BD 【例8】如图所示，将通电线圈悬挂在磁铁N极附近，磁铁处于水平位置和线圈在同一平面内，且磁铁的轴线经过线圈圆心。线圈将（A）转动同时靠近磁铁（B）转动同时离开磁铁（C）不转动只靠近磁铁（D）不转动只离开磁铁 答案：A 【例9】如图所示，原来静止的圆形线圈通以逆时针方向的电流I，在其直径AB上靠近B端放一根垂直于线圈平面的固定不动的长直导线，并通以垂直纸面向里的电流I¢。在磁场作用下圆线圈将：（A）向左平动（B）向右平动（C）以直径AB为轴转动（D）静止不动 答案：C 【例10】如图所示，一段铜导线折成“∩”形，它的质量为m，水平段长l，处在匀强磁场中，导线下端分别插入两个浅水银槽中，与一带开关的、内电阻很小的电源连接，当S接通的一瞬间，导线便从水银槽中跳起，其上升的高度为h，求通过导线的横截面的电量。 答案： 板书设计： 作业布置： 微创介入治疗具有安全、可靠、无痛苦、愈合速度快等特点。目前已经研究出微型消化道胶囊内窥镜,利用消化道蠕动,可进行整个消化道区域的检查,并通过装载的微摄像头以无线方式传输检查图像[1,2,3]。但其缺点是不能主动控制胶囊机器人的行走。 外表面附着螺旋肋的胶囊微机器人,在有粘液的腔道内旋转时,螺旋肋处的流体产生动压效应,并在管壁表面形成动压保护膜,利用液体动压膜为动力媒介可实现体内非接触无损伤驱动[4]。 传统的有缆驱动方式因其拖带电缆,给操作带来极大不便,成为微机器人在医疗领域实际应用的最大障碍,因此,无缆驱动的微型机器人成为当前的研究热点。 本文介绍了一种以外部旋转磁场驱动的内嵌永磁体的螺旋结构胶囊机器人无缆驱动控制方法,并利用直接数字频率合成(DDS)和单片机控制技术,设计出驱动两组轴线正交的亥姆霍兹线圈产生空间旋转磁场的数字可控信号源。 磁控胶囊机器人体内驱动安全、可靠,最终可构成医疗微型机器人系统,完成窥视、施药、取样、手术等作业,在生物医疗领域有着广阔的应用前景。 2 机器人的驱动原理 胶囊机器人内嵌径向磁化的钕铁硼(NdFeB)圆柱作为内驱动器,当外磁场不转动时,磁场内的微机器人也保持静止。此时内驱动器与外磁场的N、S极相互对正,两磁极相对转角为α=0°。随着外磁场开始旋转,内驱动器与外磁场的磁极相对转角α不再为0,由于两者间的磁机耦合作用,旋转磁场对内驱动器产生一个磁驱动力矩TM,驱动微机器人在充满粘性液体的管道内旋转。微机器人外表面的螺旋结构旋转时产生流体动压力[5],其合力为沿轴线方向的作用力Fa,推动机器人前进,如图1所示。 3 旋转磁场的产生原理 典型的单轴亥姆霍兹线圈由具有相同线圈匝数,相同线圈绕制方式,线圈半径等于线圈间距的两个线圈组成,无论通入AC或DC电流,线圈中间都会产生一定体积的均匀磁场。当两组亥姆霍兹线圈轴线正交,如图2所示,分别给x、y轴的两组线圈通入相同频率、相位相差90°的正弦电流,两组线圈会产生相同频率、相位差为90°的谐波磁场。设计两组线圈的尺寸、结构、匝数及电流,使它们产生的谐波磁场磁感应强度幅值大小相同,则两轴磁场分量叠加后产生磁场和矢量方向随时间变化的旋转磁场[6]。 通过调节加载电流的频率可以控制磁场的旋转速度,改变加载电流的幅值可以改变磁感应强度的大小,从而控制胶囊式微机器人在旋转磁场内的运动。 4 系统设计 4.1 DDS的基本原理及AD9854芯片 驱动亥姆霍兹线圈产生旋转磁场要严格保证两路同幅度的正弦波信号频率相同、相位相差90°。利用直接数字频率合成(DDS)技术产生的信号可以满足要求。DDS的原理是利用奈奎斯特采样定律,经查表把一系列数字量信号由DAC转换成模拟量输出[7]. DDS由相位累加器、波形存储器、数模转换器和低通滤波器组成,如图3所示。在参考时钟脉冲的控制下,频率控制字由相位累加器累加得到相应的相位码,根据相位码对波形存储器寻址,进行相位-幅度变换输出不同的幅度编码,再经过数模转换器得到相应的阶梯波,最后经低通滤波器对阶梯波进行平滑,即得到由频率控制字决定的连续变化的输出波形。 N为相位累加器的位数,K为频率控制字,fC为系统参考时钟频率,DDS输出信号的频率为: 根据采样定理,DDS的最高输出频率应小于fC/2,实际应用中一般只能达到40%fC。 采用先进DDS技术的高集成化芯片AD9854由AD公司生产[8]。其12位的双DAC可同时输出I、Q两路正余弦信号。AD9854具有48位的相位累加器,当系统时钟为300MHz时,输出信号分辨率可达0.001Hz。AD9854还具有14位的相位设置功能,输出信号最高相位分辨小于0.02°,且能够进行12位的输出幅度调整。AD9854内部有39个可编程寄存器,用户可以通过串行和并行的方式对片内寄存器进行编程,本设计采用并行方式。 4.2 系统结构 信号源以单片机和DDS芯片为核心,系统电路主要功能模块如图4所示。 系统硬件电路主要包括三部分:单片机控制AD9854的波形产生电路,键盘显示电路,信号滤波放大电路。 4.3 波形产生电路 单片机是DDS波形产生电路的控制核心,完成键值采集、信息显示、DDS芯片初始化等任务。本设计选用AT89S52单片机[9]。AT89S52为5V电源供电,AD9854的电源电压为3.3V,由三片双向8通道电平转换芯片MAX3002实现两者的连接。 AT89S52与AD8954的接口电路如图5所示。包括地址线、数据线及相关控制引脚。AD9854共有80根引脚,其中有六根地址线AO-A5,可在并行编程时寻址AD9854内部的39个寄存器,8根数据线DO-D7仅在并行编程时使用。AT89S52的P0口同时连接AO-A5和DO-D7,地址与数据分时复用,由74LS573对地址数据进行锁存。 MASTER RESET为AD9854复位引脚,大于10个时钟周期的高电平脉冲可将AD9854复位。I/0_UD_CLK为双向频率更新信号线,当AT89S52对AD9854完成设置后,由P1.1引脚送出一个更新脉冲,输出所设置的信号。WR、RD引脚分别为AD9854写、读信号控制线,控制单片机对AD9854内部寄存器写入、读取数据。S/P SELECT为串并行编程模式选择引脚,电路中置为高电平,选择并行模式。FSK/BPSK/HOLD是多功能选择引脚,本设计中AD9854主要工作在单频模式,故由P1.2置为高电平。 AVDD、DVDD分别为AD9854模拟、数字3.3V电源输入端,AGND、DGND分别为模拟、数字接地端,为保证输出信号性能,由两个LM317三段可调式稳压芯片分别提供数字电源和模拟电源,并对数字地和模拟地进行分割。 4.4 键盘显示及滤波放大 由于对AD9854采用了并行编程的控制模式,占用了单片机比较多的I/O口,因而要对单片进行扩展。用Intel公司的可编程I/O接口芯片81C55,扩展AT89S52的并行I/O口。 键盘设计使用了独立式按键,单片机对键盘的扫描采用了中断触发的方式。共设置了10个按键,频率设置、相位设置、幅度设置3个功能键,6个增减量控制键,1个确认键,其中三个功能键的输出经“与”门后与AT89S52单片机的INT0引脚相连,按下这三个按键中任何一个都可以触发单片机中断,对键盘进行扫描。 显示电路主要功能是显示系统的运行状态,采用了八段数码管的显示方法,由5个数码管显示输出信号的一些参数信息。 AD9854由内部正余弦DAC输出的单极性信号含有高频噪声且幅度很小,需要经过滤波放大后才能满足系统要求。选用有源滤波器构成二阶压控电压源LPF对信号进行处理,滤除高频噪声,然后采用加直流偏置的方法抵消信号中的直流分量,将输出信号转化为双极性交流信号,经过两级前置放大后,再通过由功率放大器组成的压控恒流源电路,进行功率放大,使输出信号能够驱动线圈产生一定强度的磁场。 4.5 软件设计 系统控制程序包括AD9854芯片的初始化程序,芯片81C55的初始化程序,键盘与显示程序,键值转换成对应AD9854控制字的译码程序和AD9854输出信号刷新程序等。在主程序中,单片机首先开中断,再对AD9854和81C55进行初始化,输出初始信号并显示状态,等待按键触发中断。 当有功能键按下时会触发单片机的外部中断,执行中断服务子程序。单片机对键盘电路的扫描、输出信号的更新和刷新显示都是在子程序中实现的,这样就避免了不停的扫描键盘电路,节省资源,提高运行效率。中断服务子程序的结构如图6所示。 为避免单片机进行复杂的AD9854控制字计算,本设计采用了增减固定值的方法来对输出信号的参数进行设置。以频率设置为例,当按下频率设置功能键时,LED数码管显示当前输出信号的频率值,然后根据所需的频率值,按下相应的增减量按键组合对原频率值进行增减,单片机在中断服务程序中对键盘进行扫描,并记录各个增减量键按下的次数,等到确认键按下后停止扫描,译码程序将频率的增减量值换算成频率控制字的增减,改变输出信号的频率控制字,更新输出信号,刷新频率值显示,然后中断返回。输出信号相位和幅度值的设置与上述过程类似。 5 结束语 运行控制程序,对系统电路进行调试,结果如下:以40MHz有源晶振作为系统参考时钟时,AD9854输出频率范围0Hz～10MHz,输出幅度范围2mV～500mV,滤波后输出频率范围0Hz～500Hz,频率分辨率可达0.05Hz,系统输出两路正弦波信号,两路信号相位严格相差90°,频率和幅度皆可设置,完全满足设计要求。 图7所示为经过滤波和前置放大后的信号,可见两路信号相位差为90°,经两级前置放大后的幅值为7.2V。 系统输出的信号经过功率放大后进行了驱动线圈的测试。测试所用负载线圈的静态电阻为8.62欧,静态电感为212mH,信号源在0～50Hz频率范围内可驱动线圈产生磁场,驱动电流大小为-1.7A～+1.7A。 本文设计的旋转磁场驱动信号源的调试结果表明,利用DDS技术产生两路正交信号,由单片机对输出信号进行灵活控制,信号精度达到了设计要求。上述电路可用于两轴正交亥姆霍兹线圈内旋转磁场的产生和控制,驱动内嵌永磁体螺旋结构胶囊式微机器人沿轴线方向运动,这种方法摆脱了有缆驱动的不便,实现了微机器人的无缆软驱动,为最终实现空间万向旋转磁场的驱动奠定了基础。 摘要：针对微机器人有缆驱动的缺点,介绍了一种以外旋转磁场驱动内嵌永磁体的胶囊微机器人游动的无缆驱动方法。阐述了胶囊微机器人的驱动原理与旋转磁场的产生方法,并结合直接数字频率合成(DDS)技术,开发了以单片机AT89S52和DDS芯片AD9854为核心的旋转磁场驱动信号源。对系统进行软硬件设计和调试,产生的两路正余弦信号可驱动两组亥姆霍兹线圈产生旋转磁场。 关键词：胶囊微机器人,旋转磁场,直接数字频率合成(DDS),亥姆霍兹线圈 参考文献 [1]薛龙,孙章军,孙晨.微型管内机器人的研究现状[J].北京石油化工学院学报,2006,14(2):41-46. [2]SENDOH M,SUDA Y,ISHIYAMA K,et al.Fabrication of Magnetic Actuator for Use in colon endoscope[C].In:Proc.ofInternational Symposium on Micromechatronics and Human Science,Nagoya,2003:165-170 [3]YAMAZAKI A,SENDOH M,Ishiyama K et al.Three-dimensional analysis of swimming properties of a spiral-typemagnetic micro-machine[J].Sensors and actuators.2003,105:103-108. [4]张永顺,李治贵,敬双萍等.肠道胶囊式微机器人轴向磁拉力特性[J].中国机械工程,2007,14(18):1709-1713 [5]陈柏,裘祖干,张慧生.流体润滑理论及应用[M].北京:机械工业出版社,19991. [6]张林燕.微型机器人旋转磁场驱动方法的研究[D]:(大连理工大学硕士学位论文).大连理工大学,2 0 0 6. [7]高泽溪,高成.直接数字频率合成器(DDS)及其性能分析[J].北京航空航天大学学报.1998,24(5):615-618. [8]AD9854-CMOS 300MSPS Quadrature Complete DDS.Technical Data Sheet[R].Analog Device Inc,2002. 关键词：地磁场；磁偏角；磁倒转；云电荷；星球磁场 Abstract：Although geomagnetic field has been found and utilized for a long time， and many hypotheses have been proposed about the cause of geomagnetic field， so far none of them is able to completely answer every question about the geomagnetic field. Thus the author has researched the formation and evolution of the geomagnetic field again， and dicovered that under the action of solar ultraviolet rays and cosmic rays，earth’s atmosphere can produce a large amount of positive ions and negative ions， then form the positive charge layer at the top of cloud and the negative charge layer at the bottom of the cloud； with the rotation of earth， the two charge layers generate a superposition of geomagnetic field.This kind of magnetic field conforms to all the known characteristics of geomagnetic field. It can well explain the inhomogeneity of the spatial distribution of geomagnetic field and its characteristic of constant change over time， including geomagnetic declination and geomagnetic reversal. The formation and reversal of other planets’ magnetic fields are similar with that of geomagnetic field. key w ords：geomagnetic field； geomagnetic declination； geomagnetic reversal；cloud charge； planet magnetic field 1.引言 早在两千多年前，中国古代劳动人民就积累了对磁现象的认识，发明了指南针，并应用于航海和旅行。这从北宋沈括的《梦溪笔谈》中关于指南针的记载也可知，我国的确对地磁的利用和磁偏角的认识非常早。虽然中国指南针的发明比欧洲指南针的发明要早800年，但从未能从理论上揭示出“磁现象的电本质”，直到1820年奥斯特发现了“电流的磁效应”和1821年法拉第发现了“电磁感应现象”并利用其中的原理发明了电动机和发电机，人们才对“磁现象的电本质”有了根本性认识[1]。即便如此，人们对自己周围的地磁场还没有足够的认识，对其成因和变化规律也没有彻底地把握。虽然人们对地磁场起源的研究已有近400年的历史并提出了多种假说，但至今仍无一种假说能够圆满解答地磁场的各种问题[2，3]。于是作者根据地球及一般星系的形成和演进规律，研究了地磁场的形成和变化机制，发现了地磁场的形成原因和变化规律。特作如下介绍。 2.地磁场的时空特征 从空间分布来看，地球可视为一个磁偶极，地磁南极位于地理北极附近，地磁北极位于地理南极附近，而且地磁两极和地理两极之间并不完全重合，两者之间存在着一个夹角，称为磁偏角。隨着地球磁极的缓慢移动，磁偏角也在缓慢变化。另外，整个磁场的强度在北美、西北利亚和南极大陆附近达到最大值，而靠近赤道的中太平洋和南美洲中部存在极小值。地球磁圈在白昼区（向日面）受到带电粒子的力影响而被挤压，在地球黑夜区（背日面）则向外伸出[4]。 地磁场不仅空间分布不均匀，而且随着时间不断变化。按时间尺度可分为慢速变化和快速变化。慢速变化（又称长期变化）包括地磁在稳定期的强度改变、磁极在地表的移动和磁场西向漂移（westward drift）等现象；快速变化则主要表现为地磁倒转和飘逸。在地磁倒转时，地磁强度将大幅度减少，并且结构变得更为复杂。距离现在最近的一次地磁倒转发生在78万年前，称为松山—布容倒转。Sagnotti等人的研究发现，完成该倒转的时间小于100年。这个结果对地磁形成的地球发电机模型提出了极大的挑战，至今争议不断[4- 6]。 另外，地磁场是一个弱磁场。地面上的平均磁感应强度为0.5×10- 4 T，南北两极处的磁感应强度为（0.6～0.7） ×10- 4 T。调查还发现，最近2000年来地磁强度一直在减弱，现金地磁场的强度较1840年已经下降了10%（不间断地磁记录自1840年开始），平均每百年下降5%。2013年底，欧洲太空局发射了新一代地磁卫星Swarm，其最新观测结果显示，地磁强度正在加速下降，速度为以前预算的10倍。至于为何地磁场是一个弱磁场而且地磁强度一直在减弱，目前尚不知晓，已成为科学中的热点问题。 nlc202309090453 3.关于地磁场成因的已有假说 由于地磁场的重要性，人们一直在探索地磁场形成的原因，经过几百年的研究，人们对地磁场的特性有了更深刻的了解，并提出了多种假说[2，3]。 （1）铁磁成因说 由于人们发现地磁场类似于一个在地心插入大条形磁铁形成的磁场，因此认为地球内部是一块均匀磁化的大磁铁。特别是后来地球物理学家提出了地核由铁镍等金属组成，从而在某些方面支持了这个假说。但是地球内部的温度早已超过了铁的居里点，一切铁磁质的磁性都将消失。可见，地磁场的铁磁成因不成立。 （2）地表电荷旋转说 该假说认为，如果地球表面帶有负电荷，负电荷随地球一起自西向东旋转形成了一个自东向西的圆电流，这个圆电流就是电磁场的成因。但根据这种形成机制估算的地球两极处的磁感应强度是（0.36×10- 4） ×10- 8T， 而实际地球两磁极处的磁感应强度是（0.6～0.7）×10- 4 T，约等于旋转电荷形成的地磁场的108倍。可见，地表电荷旋转说也不成立。 （3）发电机理论 上个世纪四十年代中期，人们开始从地球内部物质的运动和磁场的相互作用来探索地磁场的成因，最具代表性的假说是“发电机理论”。该理论认为地核中的温度很高，铁镍等金属已成液态。由于地核中的放射性元素不断释放热能，造成各处温度不均匀，致使液态金属对流形成涡流。只要有极小的初始磁场存在，涡流中就会产生感应电流，感应电流产生的磁场又会加强原来的磁场，磁场增强引起感应电流增强，从而进一步加强磁场。如此反复，就形成了现在的磁场。但这种假说无法解释地磁场空间分布的不均匀性和随时间不断变化的诸多现象，包括地磁极性倒转等。 （4）地幔电场旋转说 由于铁磁质在770℃（居里温度）的高温中磁性完全消失，在地层深处的高温状态下，铁会达到并超过自身的熔点呈现液态，绝不会形成地球磁场。而应用“磁现象的电本质”和物理学的研究成果可知，高温高压下的物质，其原子的核外电子会被加速而向外逃逸。所以，地核在6000K的高温和3600个大气压的环境中会有大量的核外电子逃逸出来，地幔会形成负电层。按照麦克斯韦的电磁场理论：电动生磁，磁通生电。所以，要形成地球南北极式的磁场，必须形成旋转的电场，而地球自转会造成地幔负电层旋转，形成旋转的负电场，从而产生磁场。但该假说也难以解释地磁场空间分布的不均匀性和随时间不断变化的诸多现象。 （5）自激发电机说 目前比较有影响的是“自激发电机说”。该假说用地核比地壳和地幔转得快去解释地磁场的起源，但这种解释同样存在错误。虽然潮汐会使地壳和地幔自转变慢，地核放射性物质衰变产生的轻物质（主要为氦）上升也能使地壳和地幔自转变慢，地球分层运动叠加后的速度差，使地核比地幔和地壳三百年才多转一周。通过计算可发现这个速度差不可能激发现在的地磁场。因此用该假说去解释地磁场的形成也不符合实际。 4. 地磁场的成因 4.1从大气层的形成与演进揭示地磁场的成因 已知地球的年龄约为45.5亿年，而从原始地球形成经过早期演化到具有分层结构只要几亿年时间，最原始的地壳大约在40亿年前出现了。而迄今发现的最早地磁记录在35～40亿年前，可见地磁的起源晚于地球分层结构的形成，而与大气层的形成时间相近。另外，地磁的时空多变性也表明地磁的产生与大气层的形成与演变紧密相关。所以在研究地磁场的成因时应该从大气层的形成与演进着手。 地球大气层是地球形成和演化的产物，其演化大致经历了原始大气、次生大气和现在大气三个阶段[7]。随着地球质量的增加，大气层还在逐渐增厚，整个大气层随高度的不同表现出不同的特点，可分成多个层次[8]： （1）对流层——这是大气圈中最靠近地面的一层，平均厚度为12km. （2）平流层——位于对流层之上，其上界伸展至约55km处。该层的特点是空气流以水平运动为主，气流大，水汽含量小，难以形成云层。 （3）中间层——从平流层顶至85km的范围为中间层。 （4）热成层——位于85～800km的高度之间。该层的气体在太阳紫外线和宇宙射线的作用下处于电离状态。电离产生的原子氧、原子氮能强烈吸收太阳的短波辐射，形成带正电荷的阳离子。其中部分阳离子会向下扩散到对流层，聚集到云层的顶部。 （5）散逸层——800km以上的空间统称为散逸层。该层大气稀薄，气温高，分子运动快，地球对气体分子的吸引力小，因此气体及微粒可飞出地球引力场而进入太空。 由此可见，人们常见的云只能形成于对流层，因为只有在空气垂直上升运动很强烈的地方，水汽才能上升并遇冷成云，而平流层以上均不满足此条件。事实上，在对流层中有高度不同的多种云，大致可分为高云、中云和底云。高云的高度在8000～13000m，外形像薄薄的纱巾或羽毛；中云高度在2000～8000m，一般可以遮天蔽日，还可以产生连续的降水；低云高度在2000m以下，外形特点像棉花糖或呈泡沫状迅速发展，可产生雷阵雨。因此，研究云的起电机制主要考虑中低层云。此外，由于地球表面71%是海洋，陆地面积仅占29%，而且海洋彼此相连，陆地被海洋分割成一些陆块，因此有国外媒体报道在任何时刻，地球都有大约70%的区域被云层覆盖，如图1所示。这是美国宇航局使用Aqua卫星获得检测数据后制作的一幅地图，它展示了笼罩在云层下的地球美景。 由于宇宙射线或其他电离过程的作用，大气中会产生大量的正离子和负离子。在云中的水滴上，电荷分布是不均匀的：最外边的分子带负电，里层带正电，内层比外层的电位差约高0.25 伏特。为了平衡这个电位差，水滴必须“优先’吸收大气中的负离子，这样就使水滴逐渐带上了负电荷。当对流活动开始时，较轻的正离子逐渐被上升气流带到云的上部；而带负电的云滴因为比较重，就留在下部，造成了正负电荷的分离。因此，常常是正电荷聚集在云的上层，负电荷聚集在云的下层。 nlc202309090453 根据前面的统计数据和航拍云层图可知，地球有大约70%的区域被云层覆盖，在一些彼此相连的海洋区域上空有环绕地球的云层（主要包括中云和低云）。另外，当天空中空气的湿度很大、两块云之间的有电压差时，潮湿的空气也会变成导体，使电流通过天空。故当地球自西向东自转时云层下部的负电荷跟着旋转，形成一个自东向西的圆电流，从而产生一个磁南极位于地理北极附近而磁北极位于地理南极附近的磁场；与此同时，云层上部的正电荷也跟着旋转，形成一个自西向东的圆电流，从而也产生一个极性相反的磁场。但是云层下部比云层上部离地面近得多，因此前一磁场比后一磁场要强，两个磁场迭加后就产生了现在的地磁场，其地磁南极位于地理北极附近，地磁北极位于地理南极附近。 雖然大气电场也引起地表带有负电荷，但是地表负电荷对地磁场的影响非常小。因为如果负电荷随地球一起自西向东旋转形成了一个自东向西的圆电流[2]，这个圆电流然后产生了磁场，则根据这种形成机制估算的地球两极处的磁感应强度是（0.36×10- 4） ×10- 8T， 而实际测得的地球两磁极处的磁感应强度是（0.6～0.7）×10- 4 T，即旋转地表电荷所形成的磁场强度只是实际地磁场强度的1/108。可见地表负电荷对地磁场的影响很小。 4.2地磁场成因新解说的科学性 综上可见，无论是最具代表性的 “发电机理论”还是其他特殊假说都难以解释地磁场空间分布的不均匀性和随时间不断变化的诸多特性，而本文提出的地磁场成因新解说则能很好地解释地磁场的时空多变性，因此是更科学合理的解说。 （1）地轴倾斜的原因与磁偏角的产生 人们很早就发现并利用了磁偏角，但关于磁偏角的产生和变化仍然是个谜。对于地轴倾斜的原因，人们也搞不清楚。如果我们从大气层的形成和运动来分析其成因则能容易地解决这几个问题。 原始地球只有稀薄的大气，比较均匀地包裹在地球周围，太阳对大气的照射不会对地球向日面和背日面产生太大的压力差，这使得地球的原始转轴基本上垂直于地球轨道平面，与大气圈的自转轴基本保持一致。但是，随着地球不断地从轨道附近吸收宇宙微尘和气体，其质量变得越来越大，地球吸引的大气层也变得越来越厚，现在地球大气层的厚度可达上万公里；由于大气运动的不均匀性，导致了地球上不同地区的大气压力有明显差别，从而导致了地轴发生偏转。事实上，向日面赤道和低纬度地区受热较多，空气容易膨胀，变轻上升；极地和高纬度地区受热较少，空气收缩下沉。由于赤道地区上空的气压高于极地上空的气压，就使赤道上空的空气向极地上空方向流动，在极地上空堆积下沉，形成极地高压区。另外，太阳直射在北半球的时间比南半球多，即太阳直射点于每年的3月21日至9月23日在北半球移动，此段时间经过远日点，平均公转速度较慢，时间约为186天；9月23日至次年3月21日太阳直射点位于南半球，此段时间经过近日点，平均公转速度较快，时间约为179天，导致北半球夏半年比冬半年长7天，北极点附近极昼比南极附近长约7天. 因此，北极高气压时间长于南极高气压时间，北极向日区所受的大气压力通常大于南极向日区所受的大气压力，最终导致了地轴向太阳偏转大约23゜26′，如图2所示。但是新赤道和低纬度地区的空气继续向极地上空方向流动，在极地上空堆积下沉，加上新增的纬度跨度为23゜26的向日区蒸发起来的水汽，形成新的极地高压区，新增向日区有一半空气要向极地背日区移动，结果使大气圈的自转轴只倾斜了约11.53゜（≈？×23゜26′），使大气圈的自转轴与地轴的夹角大约为11.5゜。所以在太阳照射下，随着地球及大气圈的自转就会产生大约11.5゜ 的磁偏角，如图3所示。另外，在地球的公转和自转过程中，地球大气圈在不断但缓慢地变化，造成地球磁极缓慢移动。随着地球磁极的缓慢移动，磁偏角也在缓慢变化。 （2）地磁场空间分布的不均匀性 在北半球，空气从极地高压区流出并向右偏转成为偏东风，副热带高压带流出的气流北上时亦向右偏转，成为中纬度低层的偏西风。这两支气流在60° N附近汇合， 暖空气被冷空气抬升，遇冷成云，从高空分别流向极地和副热带。所以在60° N附近，有浓厚宽阔的云层，云的上层能聚集大量的阳离子，云的下层能聚集大量的阴离子，故可形成较强的地磁场。所以在北美和西伯利亚地磁场达到最大强度。另外，流向极地的空气在极地附近遇寒冷堆积下沉，形成空气密度大、地面气压高的极地高压带。由于空气密度大、天气寒冷，容易形成浓厚的云层，可形成较强的地磁场。所以在南极大陆附近地磁场强度也达到最大值。 向日面赤道和低纬度地区受热较多，空气容易膨胀，致使赤道地区上空的气压高于极地上空的气压，就使赤道上空的空气向极地上空方向流动，形成赤道低压带。在这种低压带空气密度小，云气淡薄，只能形成较弱的地磁场。所以在靠近赤道的中太平洋地磁场强度达到极小值。南美洲中部也靠近赤道而且比中太平洋更缺乏水汽，空气密度小，难以形成厚大的云层，只能形成较弱的地磁场，所以南美洲中部地磁场强度可达到极小值 。 （3）地磁场随着时间不断变化 随着地球的公转和自转，地球大气圈在不断缓慢地变化，造成地球磁极在缓慢地移动。 当地球自西向东旋转时，云上层阳离子的转动形成了一个（与地球自转方向相反）自东向西的圆电流，出现磁场西向漂移（westward drift）现象。 另外，由于云层电荷离地面较高且旋转速度慢，加之上层正电荷与下层负电荷产生的磁场极性相反，迭加时有部分抵消，导致地磁场是一个弱磁场。特别地，随着地球质量的不断增加，大气层也在增厚，加之人们焚烧化石燃料，如石油，煤炭等，或砍伐森林并将其焚烧时会产生大量的二氧化碳，使对流层内集聚越来越多的温室气体。这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度透过性，而对地球发射出来的长波辐射具有高度吸收性，能强烈吸收地面辐射中的红外线，导致地球温度上升，低空中越来越难形成云层，只有高空寒冷区域才能形成云层，所以云层越来越高、越来越薄，这是导致地磁强度一直在减弱的原因。 nlc202309090453 5.地磁场倒转的原因 根据上面的讨论可知，地磁场是由于地球的自转产生的，地球的自转方向决定着地磁场的极性方向。根据星系的形成与演进理论[9，10]可知，当地球绕太阳按反时针方向公转时，地球向日面受到阳光的照射，使该面的温度高于背面的温度，从而使该面蒸发起更多的水汽及其他气体分子，这些气体分子被高速流动且层层叠加的平流层包裹在对流层中，逃不出去，所以向日半球的大气压强通常大于背日半球的压强，又因为两个半球的面积相当，所以向日半球所受的大气压力通常大于背日半球所受的大气压力，因而向日半球与大气层的摩擦力通常大于背日半球与大气层的摩擦力，这就使得地球在绕太阳公转的过程中自西向东自转。 根据地磁场的倒转现象，可以推测地球的自转曾改变其方向。而要改变自转的方向则需要另一个恒星的更强烈的照射。由此推测太阳及其父星曾是双星系统，当太阳带着地球绕其父星旋转时，地球受到太阳父星的更强烈的照射，使地球向祖面所受的大气压力大于向父面所受的大气压力，因而向祖半球与大气圈的摩擦力大于向父半球与大气圈的摩擦力，这就使得地球的自转方向渐渐地发生改变，地磁场的极性也相应地发生改变。但因太阳围绕其父星旋转，具有较大的活动范围，更容易获取燃烧所需的资源，因而太阳的成长速度大于其父星的成长速度。特别是太阳有多层子行星，一些具有浓密大气层的行星在阳光的照射下不断地远离太阳，深入到太阳父星的吸引范围去掠夺太阳父星燃烧所需的资源。太阳父星在太阳及其多层子行星的围困和掠夺下渐渐地缺乏资源而变成白矮星，最终使太阳成为发光发热的单星，因而地磁场的极性已长时间没有发生改变。如果有朝一日太阳带着地球经过某个突然变为超新星的前辈星球旁边时，地磁场的极性还可能发生倒转。 6.其他星球上的磁场 根据地磁場的形成机制和变化规律可知，地球之所以出现磁场是因为地球有浓厚的大气圈和风力移动的云层并受到宇宙射线和光致电离的作用，产生了大量的正负电荷，使云的上层集结着大量的正电荷，云的下层集结着大量的负电荷；随着地球的快速自转和云层的移动就产生了电流和磁场。于是可以推断，仅当一个星球有浓厚的大气圈并受到太阳紫外线或宇宙射线的作用才能形成磁场。月球及一般的卫星因为缺乏浓密的大气圈或云层，自转速度又慢而无法形成磁场。水星、金星只有稀薄的大气，自转速度也很慢，因而其磁场近乎为零或很微弱。而地球、火星、木星和土星都有浓密的大气圈和云层及强烈的阳光照射，所以有其磁场，但由于火星上大气稀薄，其磁场也很微弱[9，10]。一个星球如果受到双星的照射，其磁场极性可能发生倒转。 结论：由于许多人一直错误地把地磁场的成因归结为地球内部物质运动的结果，而忽视了难以察觉的大气运动和风云变幻，结果提出的关于地磁场成因的多种假说矛盾重重、难以置信，无法解释磁场空间分布的不均匀性和随时间不断变化的特性，包括磁偏角和地磁场的倒转现象。于是作者从地球的形成与演进出发，分析了地球大气层的形成和演进过程，发现地球大气层因受到太阳紫外线和宇宙射线的作用，产生了云层电荷，伴随地球的自转就产生了地磁场。作者提出的关于地磁场成因的新解说能够很好地解释地磁场空间分布的不均匀性和随时间不断变化的特性，包括磁偏角和地磁场的倒转现象，因此是一个比较科学合理的解说。 参考文献 [1]刘本培，蔡运龙. 地球科学导论[M]. 北京：高等教育出版社，2000： 67-77. 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[10]钟萃相. 星系的形成与演进和宇宙的膨胀现象及暗物质与暗能量[J]. 科技视界， 2016，11：1-5. 教学目标 知识与能力 1．知道磁场对通电导体有作用力。 2．知道通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁感应线方向有关，改变电流方向或改变磁感线方向，导体的受力方向随着改变。 3．知道通电线圈在磁场中转动的道理。 4．知道通电导体和通电线圈在磁场中受力而运动，是消耗了电能，得到了机械能。 5．培养学生观察能力和推理、归纳、概括物理知识的能力。过程与方法 培养学生理论联系实际的意识 感态度与价值观 通过了解物理知识如何转化成实际技术应用，进一步提高学习科学技术知识的兴趣。教学重点、难点 重点 1磁场对通电的导体有力的作用 2通电的导体的受力方向跟磁场方向和电流方向有关 难点 左手定则的运用 （二）教具 小型直流电动机一台，学生用电源一台，大蹄形磁铁一块，干电池一节，用铝箔自制的圆筒一根（粗细、长短与铅笔差不多），两根铝箔条（用 透明胶与铝箔筒的两端相连接），支架（吊铝箔筒用）,如课本图12—10的挂图，线圈（参见图12—2），抄有题目的小黑板一块（也可用幻灯片代替）。(三）教学过程 1复习相关知识并提问： 1.磁场的基本性质是它对放入其中的磁体产生（）作用，磁体间的相互作用就是通过（）发生的。 2.将一根导线平行地放在静止的小磁针上方，当导线通电时，发现小磁针（），说明电流周围存在（）。2．引入新课 本章主要研究电能：第一节和第二节我们研究了获得电能的原理和方法，第三节我们研究了电能的输送，电能输送到用电单位，要使用电能，这就涉及到用电器，以前我们研究了电灯、电炉、电话等用电器，今天我们要研究另一种用电器一电动机。 出示电动机，给它通电，学生看到电动机转动，提高了学习兴趣。 提问：电动机是根据什么原理工作的呢？ 讲述：要回答这个问题，还得请同学们回忆一下奥斯特实验的发现—电流周围存在磁场，电流通过它产生的磁场对磁体施加作用力（如电流通过它的磁场使周围小磁针受力而转动）。根据物体间力的作用是相互的，电流对磁体施加力时，磁体也应该对电流有力的作用。下面我们通过实验来研究这个推断。 3．进行新课 (1)通电导体在磁场里受到力的作用 板书课题：〈第四节磁场对电流的作用〉 介绍实验装置，将铝箔筒两端的铝箔条吊挂在支架上，使铝箔筒静止在磁铁的磁场中（参见课本中的图12—9）。用铝箔筒作通电导体是因为铝箔筒轻，受力后容易运动,以便我们观察。 演示实验1：用一节干电池给铝箔筒通电（瞬时短路），让学生观察铝箔筒的运动情况，并回答小黑板上的题1：给静止在磁场中的铝箔筒通电时，铝箔筒会______，这说明______。 板书：＜1．通电导体在磁场中受到力的作用。〉 (2)通电导体在磁场里受力的方向，跟电流方向和磁感线方向有关 教师说明：下面我们进一步研究通电导体在磁场里的受力方向与哪些因素有关。 演示实验2：先使电流方向相反，再使磁感线方向相反，让学生观察铝箔筒运动后回答小黑板上的题2：保持磁感线方向不变，交换电池两极以改变铝箔筒中电流方向，铝箔筒运动方向会_________，这说明_________。保持铝箔筒中电流方向不变，交换磁极以改变磁感线方向，铝箔筒运动方向会______，这说明______。 归纳实验2的结论并板书：〈2．通电导体在磁场里受力的方向，跟电流方向和磁感线方向有关。〉 (3)磁场对通电线圈的作用 提问：应用上面的实验结论，我们来分析一个问题：如果把直导线弯成线圈，放入磁场中并通电，它的受力情况是怎样的呢？ 出示方框线圈在磁场中的直观模型（磁极用两堆书代替），并出示如课本上图12—10的挂图（此时，图中还没有标出受力方向）。 引导学生分析：通电时，图甲中ab边和cd边都在磁场中，都要受力，因为电流方向相反，所以受力方向也肯定相反。提问：你们想想看，线圈会怎样运动呢？ 演示实验3：将电动机上的电刷、换向器拆下（实质是线圈）后通电，让学生观察线圈的运动情况。” 教师指明：线圈转动正是因为两条边受力方向相反，边说边在挂图上标明ab和cd边的受力方向。 提问：线圈为什么会停下来呢？ 利用模型和挂图分析：在甲图位置时，两边受力方向相反，但不在一条直线上，所以线圈会转动。当转动到乙图位置时，两边受力方向相反，且在同一直线上，线圈在平衡力作用下保持平衡而静止。 板书结论：〈3．通电线圈在磁场中受力转动，到平衡位置时静止。〉 (4)讨论 ①教材中的“想想议议”。 ②小黑板上的题3：通电导体在磁场中受力而运动是消耗了______得到了______能。 板书：〈4．通电导体在磁场中运动是消耗了电能，得到了机械能。〉 4小结：1）通电导体在磁场里受到力的作用 2）通电导体在磁场里受力的方向，跟电流方向和磁感线方向有关 3）通电线圈在磁场中受力转动，到平衡位置时静止 5作业（思考题）：电动机就是根据通电线圈在磁场中受力而转动的道理工作的。但实际制成电动机时，还有些问题需要我们解决，比如：通电线圈不能连续转动，而实际电动机要能连续转动，这个问题同学们先思考，下节我们研究。 教学目标: 1．通过实验探究，了解磁体特性、感知磁场； 2．知道磁感线，初建模型思想； 3．知道地球周围有磁场以及地磁场的南北极。过程与方法 1.通过观察物理现象的过程，能简单描述物理现象的主要特征,有初步的观察能力。 2.通过参与科学探究活动，初步认识科学研究方法的重要性。情感态度与价值： 培养学生事实求是,尊重自然规律的科学态度。 让学生在探究问题的过程中有克服困难的信心和决心。 教学重点: 感知磁场，建立磁场模型。教学难点: 探究磁感线的形状.课时安排：2课时 教学过程 一、复习提问 1.什么是磁性？磁体？ 2.什么是磁极？磁极间的相互作用规律是怎样的？ 二、进行新课 1.磁场 演示磁极间的相互作用。 提问：两个磁体并没有相互接触，它们怎么能发生相互作用呢？ 讲解：原来在磁体的周围存在着一种物质，能使磁针偏转。这种物质看不见，摸不着，我们把它叫做磁场。 磁场的基本性质：磁场对放入其中的磁体产生力的作用。 在今后的学习中，我们还会发现，在物理学中，许多看不见、摸不着的物质，可以通过它对其它物体的作用来认识。如空气的流动、电流等。像磁场这种物质，我们用实验可以感知它，所以它是确确实实存在的。 想想做做: 一根条形磁体外面包一块布放在桌面上,它的N极在哪端?用一只小磁针来探测一下。 2.磁场的方向 如果把几只小磁针放在条形磁铁和蹄形磁铁的周围不同的地方，磁针所指的方向相同吗？ 通过实验认识小磁针在磁场中各点的指向不同的，这是因为磁场是有方向的。 在物理学中，把小磁针静止时北极所指的方向用为那点磁场的方向。如果在磁体周围放许多小磁针，这些小磁针在磁场的作用下会排列起来，这样我们就能知道磁体周围各点的磁场方向了。 3.磁感线 磁场是看不见、摸不着的，如何形象地表示磁场呢？ 演示：（用铁粉演示磁场的分布）在玻璃板上均匀地撒一些铁粉，然后把条形（或蹄形）磁铁放在玻璃板下方，轻轻敲击玻璃板，观察铁粉的排列情况。 分析讨论观察到的现象：铁粉被磁化后变成了一个个小磁针，它在磁场中的排列情况，反映了磁场的分布情况。 把小磁针在磁场中的排列情况，用一些带箭头的曲线画出来，可以方便、形象地描述磁场，这样的曲线叫做磁感线。 用磁感线描述条形磁铁和蹄形磁铁的磁感线。 在磁体外部，磁感线都是从磁体的N极出发，回到S极。磁场是客观存在的，而磁感线是假想的物理模型，实际并不存在。4.想想议议 让学生完成课本P59想想议议问题。 三、归纳小结 第二课时 一、复习巩固 1.什么是磁场？磁场的基本性质是什么？ 2.磁场的方向是怎么规定的？ 3.什么是磁感线？在磁体的外部，磁感线的方向是怎样的？ 二、进行新课 1.地磁场 演示：把几只小磁针放在桌面上，可以看到，静止时，它们都指向同一方向，即磁针的N极总是指向北方，S极总是指向南方。世界各地都一样。这说明： 地球本身是一个大磁体，地球周围存在着地磁场。地磁场跟条形磁铁的磁场很相似。地磁的南北极与地理的南北极是相反的。 但是地理的磁极和地磁的两极并不重合，而是稍稍有些偏离。最早记述这一现象的是我国宋代学者沈括。这一发现比西方国家早了400多年。 地磁场是如何产生的，人们对这个问题已经研究了多年，至今还没有满意的结果。学习了下一节电流的磁场后，也许你会多一份猜想。 2.动物罗盘 先让学生自己阅读这段内容，认识动物是如何确定方向的。然后师生一起归纳。 三、小结 磁场是磁体周围存在的一种看不见、摸不着的物质，我们可以通过它对磁体的作用来认识它。可以用磁感线这种物理模型来描述它。在磁体的外部，磁感线是从磁感线都是从磁体的N极出发，回到S极。在地球的周围也存在着磁场，我们把它叫做地磁场，地磁的两极和地理的两极并不重合，而是稍稍有些偏离。 四、作业 P61练习1，2 五、板书设计 第二节 磁场 1.磁场 磁体的周围存在着一种物质，能使磁针偏转。这种物质看不见，摸不着，我们把它叫做磁场。 磁场对放入其中的磁体产生力的作用。2.磁场的方向 在物理学中，把小磁针静止时北极所指的方向用为那点磁场的方向。3.磁感线 把小磁针在磁场中的排列情况，用一些带箭头的曲线画出来，可以方便、形象地描述磁场，这样的曲线叫做磁感线。 在磁体外部，磁感线都是从磁体的N极出发，回到S极。磁场是客观存在的，而磁感线是假想的物理模型，实际并不存在。4.地磁场 地球周围存在着磁场——地磁场。地磁场跟条形磁铁的磁场很相似。 地磁的南北极与地理的南北极是相反的。 一、教学目标 1．通过实验掌握左手定则，并能熟练地用左手定则判断磁场对运动电荷的作用力——洛仑兹力的方向。 2．理解安培力是洛仑兹力的宏观表现。 3．根据磁场对电流的作用和电流强度的知识推导洛仑兹力的公式f=Bqv，并掌握该公式的适用条件。 二、重点、难点分析 1．重点是洛仑兹力方向的判断方法左手定则和洛仑兹力大小计算公式的推导和应用。2．因电荷有正、负两种，在用左手定则判断不同的电荷受到的洛仑兹力方向时，要强调四指所指方向应是正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向。 三、教具 (学生电源或蓄电池)、阴极射线管，蹄形永久磁铁、导线若干。 四、主要教学过程 (一)引入新课 1．设问：我们已经掌握了磁场对电流存在力的作用、安培力的产生条件和计算方法，那么磁场对运动电荷是否也有力的作用呢？ 2．实验： 改变。 (二)教学过程设计 1．洛仑兹力(板书) 2．洛仑兹力产生的条件(板书) q≠0，电荷运动速度v≠0，磁场相对运动电荷速度的垂直分量B⊥≠0，三个条件必须同时具备。在这里教师进一步强调，当运动电荷垂直进入磁场时受到磁场力的作用最大，教材只要求学生掌握这种情况。 3．洛仑兹力方向的判断：(板书)学找出一种判断方法。也可联系安培力方向的判断推理确定洛仑兹力方向的判断方法——左手定则。 4.显象管的工作原理 应用左手定则判断 (三)小结 王健林登《新财富》首富座,其一手缔造的大连万达集团又成了话题王。 从区政府办公室主任职上下海时,王健林可能没料到自己21年后会有401.1亿元的身家。支撑这一身家的是其在全国持有的27个已开业的万达广场、8家五星级酒店、400块电影银幕、11个连锁百货、700万平方米的收租物业面积。更可怕的是,他的目标是到2012年,将这一系列实体变为80个、45家、1000块、65家、1200万平方米。 在万达的全国版图上,湖北可以说是其旗帜插得最多最广的省份。万达2003年进入湖北,江汉路万达广场一战成名后,省会武汉已不是它唯一的舞台,襄樊、宜昌这两个湖北副省级中心城市也相继开建了投资数十亿的万达广场。 湖北地产业,外来户如万达,“攻城略地势如破竹”,至少是商业地产领域,无出其右者。 拿地,拿到黄金地段的好地,一向是万达的强项。在武汉,江汉路已是不扣不扣的商业中心,积玉桥、菱角湖两个万达项目究竟能否在商业呈群雄割据之态势下的武汉引得青睐尚不得知,但此两处项目的地理优势无人能否。 宜昌万达坐落长江边“九码头”,商业区位极尽繁华便利。这里曾发生了“中国实业史上的敦刻尔克大撤退”——1938年,中国近代的商业英雄民生公司总经理卢作孚在此指挥船队,冒着日军的炮火和飞机轰炸,抢运战时物资和人员到四川,从而保存了中国民族工业的命脉。经年之后,万达在这里再造传奇,由于宜昌市对万达落户的高度重视,从项目签约到破土动工,只花了不到3个月的时间,速度之快令人震惊。 据了解,投资40亿元的襄樊万达广场,王健林给的定位是鄂西北航母级的商业地标。 如王健林所言,在地方做大做好后,每个月给地方贡献的税收、解决的就业问题,都能够提高万达的议价能力。有人半开玩笑地说,万达对地方具有强大吸引力的例证是,王健林更经常出现的场合,不是土地交易大厅,而是地方政府高官的会客大厅。 建设部曾在2000年把万达作为典型向全国推介,此后没有任何一家地产企业受过这个主管部委的公开“表扬”。除了受政府欢迎,在民间,如同乔布斯的“苹果”,假如存在企业粉丝一说,万达确实有一批拥趸。 5月16日,万达在广州的第一個项目—万达白云广场销售中心正式开放,传闻该项目至开盘日已储客登记3000组。开盘当日,回忆起与时任广州市长张广宁的第一次会见,面对“你们在全国哪些城市有项目”这个问题时,王健林当时开了个玩笑:“不应该问我们哪里有项目,应该问我们哪里没有。” 武汉市一家房地产代理营销机构的负责人告诉《鄂商》记者,一些喜好将投资押宝商业地产的人常常是万达的点布到哪里,他们就跟到哪里。武汉的三个万达广场,襄樊和宜昌的两个大体量级项目,万达基本上没有为销售发过愁。 商业地产面临的土地、资金、招商难题,如今的万达似乎已轻松地将其一一破招。先搞定强势品牌,利用他们对消费者和中小品牌的强大吸引力,做大城市综合体。与沃尔玛、肯德基、国美电器等国内外一线品牌经久的良好合作,为万达的磁场添加了重要的筹码。磁场微教案 篇2
磁场微教案 篇3
磁场对电流的作用教案 篇4
人教版《9.2磁场》实用教案 篇5
《磁场对运动电荷的作用》教案1 篇6
万达的磁场 篇7
