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第十三章

电磁感应与电磁波初步

 

 

第十三章  电磁感应与电磁波初步

课程标准的要求

3.3.1  能列举磁现象在生产生活中的应用。了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响。关注与磁相关的现代技术发展。

3.3.2  通过实验，认识磁场。了解磁感应强度，会用磁感线描述磁场。体会物理模型在探索自然规律中的作用。

3.3.3  知道磁通量。通过实验，了解电磁感应现象，了解产生感应电流的条件。知道电磁感应现象的应用及其对现代社会的影响。

3.3.4  通过实验，了解电磁波，知道电磁场的物质性。

3.3.5  通过实例，了解电磁波的应用及其带来的影响。

3.3.6  知道光是一种电磁波。知道光的能量是不连续的。初步了解微观世界的量子化特征。

一、本章教材概述

本章落实课程标准“电磁场与电磁波初步”的要求，内容跨度大，从磁场到电磁感应，从电磁场到电磁波以及微观世界的量子化。本章既要关注学生在这部分内容的初中基础，又要考虑是必修内容，不能讲得太深，要给选修留有余地。

磁场和电场都是电磁学的核心内容。前面已经学习了电场，对于磁场，可以通过与电场类比进行教学。如，磁场与电场类比；磁感应强度与电场强度类比；磁感线与电场线类比。有意识地、恰当地运用类比方法，不但有利于学生接受知识，而且有利于发展学生的科学思维能力。把学习磁场和电场结合起来，学生在接受“电磁场”这一概念时也比较自然。磁感应强度、磁感线及磁通量是本章的重要内容，也是学习电磁学知识，如电磁感应、电磁波的基础。

电磁感应现象的发现是电磁学中最重大的发现之一。电磁感应现象的研究使人们从有特殊性的静电场和静磁场的静场课题，进入到变化场课题。利用电磁感应原理制造的发电机使人类获取了巨大而廉价的电能，为电气化奠定了基础。工业上广泛应用的感应电动机和变压器，就是应用电磁感应原理制造的。电磁感应原理在电工技术、电子技术中的应用实例不胜枚举，在电磁测量、自动化技术中也有广泛、重要的应用。

电磁感应现象揭示了电与磁相互联系和转化的重要方面，推动了电磁学理论的发展。通过对变化磁场、变化电场的研究，麦克斯韦建立了完整的电磁场理论。教科书先介绍麦克斯韦在理论上预言了电磁波，再介绍赫兹在实验上证实了电磁波的存在，然后介绍电磁波在现代社会生活中的应用，把学生的视野扩展到科学技术给社会生活带来的巨大变化上。

课程标准要求“通过实验，了解电磁波，知道电磁场的物质性。通过实例，了解电磁波的应用及其带来的影响。”作为必修部分，课程标准对电磁场和电磁波的内容没有过高的要求，教科书只用了一节讲述这部分内容，更深入的内容放在了选修部分。

初中已经介绍了电磁波的内容，但只讲到“变化的电流产生了电磁波”。第四节定性地介绍了麦克斯韦的电磁场理论，使学生认识到：变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。教科书在此基础上给出了麦克斯韦对电磁波的预言，并通过“做一做”让学生体会赫兹对电磁波预言的证实。这部分内容体现了假说、理论预言、实验证实在科学发现中的重要意义。

对于电磁波谱这部分内容，要使学生了解不同频率范围的电磁波服从电磁波的共同规律，但因为频率的不同又各自具有某些特性。教科书给出了电磁波的波谱，在电磁波谱图的下方，给出了一些应用在该波段的设备图标和一些实物图标，通俗地展现了电磁波家族各部分成员的一些用途。对电磁波谱的各个组成部分及其应用只作了简要的介绍。通过微波炉等实例说明电磁波具有能量，电磁波是一种物质。

通过黑体辐射的实验规律与经典电磁辐射理论的矛盾，引出普朗克的能量量子化假说。普朗克的能量量子化假说向人们揭示了微观世界物质客体运动的一个基本特征，并给出了微观客体能量量子化的最基本的规律。在此之前，人们都认为由宏观世界过渡到微观世界只不过是物质大小、尺度的变化，而宏观现象所遵从的基本规律则一成不变地适用于微观领域。正是能量量子化第一次冲击了这种传统观念，成为物理学发展史上一个重大的转折点，具有深刻的意义。

在编写本章时，还有对以下一些问题的思考。

1．重视磁场、磁感应强度概念的建构过程

初中已经讲过了磁现象，如磁体、磁极、磁极间的相互作用，本章没有重复这些内容。因为前面已经讲了电场、电路，所以本章从电和磁的联系入手。通过对比电和磁的相似性，让学生把电和磁联系起来。

在展现科学家对电磁学方面的探索过程时，既有物理思想的导引，又指出过程的曲折。当时人们见到的力都沿着物体连线的方向。受这个观念的局限，奥斯特在寻找电和磁的联系时，总是把磁针放在通电导线的延长线上，结果实验均以失败告终。

教科书通过通电导线对磁体的作用力、磁体对通电导线的作用力、通电导线之间的作用力，引出问题：这些相互作用是怎样发生的？类比电荷的相互作用是通过电场发生的，给出这些相互作用是通过磁场发生的。小磁针在磁场中受力，用铁屑替代小磁针，通过演示实验显示常见磁场的分布。通过条形磁体和通电直导线周围铁屑的分布情况，展现抽象的磁感线。

在研究电场时，通过分析检验电荷在电场中的受力情况引入了电场强度这个物理量，用它来描述电场的强弱和方向。用类似的方法，给出表示磁场强弱和方向的物理量。为研究空间某点的磁场，在该处放一段很短的通电导线，分析它受到的力。通过探究影响通电导线受力的因素，给出磁感应强度的定义。

2．重视电磁感应现象发现的历史

物理学研究自然界各种最基本的运动形态。从某种意义上说，物理学的历史就是寻找不同自然现象之间的联系，追求统一解释的历史。牛顿创建经典力学理论（牛顿运动定律、万有引力定律）统一解释了天体的运动和地面上物体的运动。长期以来，电和磁一直被人们认为是没有联系的两个自然现象。奥斯特、法拉第等科学家在“自然力统一”思想的影响下，发现了“电生磁”和“磁生电”，打开了电与磁联系的大门。经过麦克斯韦的进一步研究，建立了电磁场理论，统一解释了各种电磁现象。

牛顿的力学理论构建了一幅自然界的机械运动图景，这是人类对自然现象解释的第一次大综合。从奥斯特、法拉第到麦克斯韦的电磁场理论构建了自然界的另一幅图景，即电磁运动的图景，这是人类对自然现象解释的第二次大综合。本章由奥斯特发现电流的磁效应从而揭示了电和磁的联系，进一步讲述了法拉第发现电磁感应现象这一划时代的成果。法拉第的思想非常深刻，具有高度的创造性和想象力。他在“自然力统一”思想的影响下，提出具有近距作用“场”的观点，并经过艰苦努力，终于发现了电磁感应定律。编者通过课文和“STSE”栏目，介绍了法拉第的科学思想方法和他淡泊名利、献身科学事业的一生。希望学生能从法拉第的信念、科学思想和方法、艰苦奋斗、不慕荣华富贵的高尚品质中受到教益。

教科书还介绍了法拉第的发现对社会进步的影响。法拉第发现电磁感应现象的第一个实验是关于互感现象的实验，他所用的铁环上绕两组线圈就是变压器的雏形。法拉第利用电磁感应现象发明了人类历史上第一台发电机——圆盘发电机，实现了机械能向电能的转化。电磁感应现象的发现使人类迈入了电气化社会。

3．注意揭示电磁感应现象的物理本质

初中已经学习了一些电磁感应现象，所以教科书提出问题：“切割磁感线是产生感应电流的唯一方法吗？还有其他方法吗？这些方法有什么内在联系？”从而引出电磁感应现象的发现过程——“划时代的发现”。通过法拉第的发现，让学生体会到，“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才出现的效应，这也是为什么法拉第用了十年，坚持不懈，才发现电磁感应现象的原因，也为后面探究“产生感应电流的条件”做了铺垫。

产生感应电流的现象很多，如何找到各种现象背后的共同规律是重点和难点。教科书通过讨论节前的问题，让学生思考：“AB 切割磁感线时，磁场没有变化，变化的只有电路 ABCD 的面积。那么，与磁场相关的哪个物理量发生了变化呢？”因为前面已经学习了磁通量，引导学生提出问题：“感应电流的产生是否与磁通量的变化有关呢？”这样，在探究感应电流产生条件时，就不会过于发散。最后，归纳实验现象，说明电磁感应现象的特征是闭合电路中出现了感应电流，条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化。电磁感应现象是在变化、运动过程中出现的效应，虽然引起感应电流的各种变化、运动的形式多种多样，但都可归结为“穿过闭合电路的磁通量的变化”。与静电感应不同，电磁感应现象不是一种静态效应。

4．强调猜想在科学探究过程中的重要性

麦克斯韦的电磁场理论是关于电磁场的完整理论，但是，这个理论不能从当时已有的实验结果中用演绎或归纳的方法得出来。的确，麦克斯韦用数学方法把当时已知的实验定律作了归纳，得到了简洁的、便于数学处理的形式，但是他最大的贡献是作出了两个大胆的猜想（假设）。一个猜想是，当磁场发生变化时，无论有没有闭合导体，空间都会产生感生电场。这个猜想是以电磁感应定律为基础的，相对说来还是容易想到的。另一个是，当电场发生变化时，空间会产生磁场。后一个猜想是根据对称性的考虑：自然界为什么不是这样呢？但是当时没有任何事实直接支持这个猜想，这个猜想的正确性要靠它的推论来验证。过去在中学的科学课程中过分强调了演绎和归纳，对于非逻辑的思维方法实际上是有意识回避的，而实际上，猜想是创造性思维中最活跃的因素！

5．像科学家那样去思考——能量量子化

物理学的每一重大发现都改变着人类的自然观、科学观和思维方式。物理学不仅以其概念、原理和规律揭示了自然界中物质运动的诸多真理，而且还在建立这种知识体系的过程中，发展了科学思维方法，推动着科学的继续进步。除此之外，还应指出的是，它的知识和思想对人类活动的广阔领域都会产生影响，成为人类文化的重要组成部分。

我们知道，场（引力场、电磁场）与物质经常相互作用着，因而它们在交换能量。但是长期以来，人们把这种能量交换过程想象成是连续的。例如，物体在热辐射，也就是辐射电磁波时，就把自己的一部分能量交给场，但它可以交出去稍微多一点，也可以稍微少一点。就是说这个“稍微”可以随便多么小。另一方面，当物体吸收电磁波时，也同样可以从场中接收随便多少能量，就好像你可以随便从杯子里喝下多少水一样。这种交换能量的数量的连续性，用科学的语汇来说，就是可以任意分割的。在以往的物理学中，甚至在整个自然科学中，人们总认为能量具有连续的物理性质，也总是把物理过程想象成是连续的。这条公理般的自然信仰，仿佛不需要证明，也从未被任何人证明过，但它又似乎是那样地深入人心。在黑体辐射面前，普朗克做出了经典观念所不允许的事情，而实验证实他是正确的。科学深入到一个新的领域，一种新的思想，一种新的观念产生了。

1900 年，普朗克告诉人们，辐射的能量是一份一份地向外发出的。但是，事实上真的有什么量子吗？人们更多地认为，被某种未知的自然机制辐射出去的这一份一份的量子，立刻就融合进连续的量子流，即电磁场之中了。量子不过像落进大海中的水滴，它在那里立刻就失去了自身的独立性，失去了自身的空间位置和液滴形状。

1905 年，爱因斯坦告诉人们，辐射出去的量子是一种小的实体，它在空间中还保有自身的个性，它一份一份地发出，事实上是以量子流的形式存在的。

于是，普朗克的一份份辐射变成了爱因斯坦的光量子，电磁场的微粒特性被揭示了。当普朗克为能量子假说领取诺贝尔奖时，他指出是爱因斯坦跨出了说明物质世界具有量子性质的真正一步。

科学文化素质不仅指科学知识方面的素养，它还有更高的层次，就是科学方法、科学意识和科学精神。知识是方法的基础，但这并不意味着知识可以自动地转化为方法。物理学的重要概念是怎样形成和演变的？它的理论体系又是如何发展和完善起来的？这些历史的追问能使受教育者感悟物理学的发展是由一次次重大思想的突破和研究方法的进步所结晶出来的。这其中包含着对传统观念的一次次解脱和前辈科学家的独特思考与探索。这些引领学生从中接受科学思维和科学方法的熏陶，从科学嬗变的历史轨迹中，领悟科学探究的精髓，激发学习科学、探索未知的勇气与信心。

课时安排建议

第 1 节  磁场 磁感线                                           1 课时

第 2 节          磁感应强度 磁通量                      1 课时

第 3 节  电磁惑应现象及应用                            2 课时

第 4 节  电磁波的发现及应用                            l 课时

第 5 节  能量量子化                                             1 课时

第 1 节  磁场  磁感线  教学建议

1．教学目标

（1）了解磁现象。了解电和磁的联系，了解电流磁效应的发现过程。体会奥斯特发现的重要意义，体会探索自然奥秘的艰难与克服困难带来的成就感。

（2）知道磁场的基本特性。知道磁感线，知道几种常见磁场磁感线的空间分布情况。体会如何使用形象化的手段描述物理现象。

（3）会应用安培定则判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向。

（4）了解安培分子电流假说。

2．教材分析与教学建议

本节内容包括磁场和磁感线两部分。教科书在初中知识的基础上进一步揭示了电现象和磁现象之间的联系，引导学生对事物之间的内在联系有更深刻的思考，并进一步强化“场”的研究方法。

本节有大量的物理学史内容，体现了重要的科学思想方法，是丰富的科学方法和人文教育结合的好素材。可以结合演示实验，对初中知识复习概括并从科学与人文两个角度提升认识，为后续学习打下基础。

磁感线、几种常见的磁场的磁感线分布是基本的重要知识，有助于学生了解物理模型在人类探索自然规律中的作用。由于磁感线的分布不是平面的，而是空间的，应该通过演示实验来加深认识，有条件的情况下可以让学生分组实验。教学中应注意培养学生的空间想象力，使掌生形成经典物理的物质观、运动观和相互作用观等物理观念，并能用这些观念解释自然现象和解决实际问题。

（1）问题引入

本节引入新课的问题是磁现象。我国是最早发现磁现象、应用磁现象的国家之一，指南针的发明为世界航海做出了巨大贡献。教师可以介绍我国古代对磁现象的研究、指南针的发明等磁学成就，激发学生的爱国主义精神，鼓励他们学习科学的热情。

可以引导学生关注实际生活，回忆生活、生产中的磁现象和磁技术的广泛应用，像美丽的极光、信鸽能从遥远的地方飞回、银行磁卡、电脑磁盘、电动机、磁悬浮列车等。教师还可以通过演示磁体间相互作用的小实验、设置一些具体的问题情境，形象、生动地引导学生了解磁现象。例如，用磁铁靠近曲别针、铁钉、钥匙环、钥匙、各种面值的硬币等，观察哪些物品能够被吸引。有趣的是，2002 年发行的荷花图案的 5 角钱硬币（钢芯镀铜合金）不能被磁铁吸引，而 1992 年发行的梅花图案的 5 角钱硬币（黄铜合金）能被磁铁吸引。

（2）电和磁的联系

奥斯特实验虽是初中学过的内容，但教师还要特别指出奥斯特绝非“意外”或“碰巧”获得了这个意义重大的发现，要让学生了解奥斯特发现电流磁效应的历史背景。让学生了解在奥斯特实验前人们见到的力都是“纵向力”，这种思维定势给实验研究带来了很大的障碍。随着对摩擦生热及热机做功等现象认识的深化，自然界各种运动形式之间存在着必然的、相互联系的思想在哲学界和科学界逐步形成。寻找电和磁的联系正是在这种哲学信念的支配下的有意识的探索活动。奥斯特的发现是人类遇到的第一个“横向作用”，在当时的历史条件下，确实给人一种豁然开朗的感觉。电磁学进入了一个崭新的发展时期。法拉第后来评价这一发现时说，它猛然打开了一个科学领域的大门，那里过去是一片漆黑，如今充满光明。所以有必要重新做好电流磁效应的演示实验，让学生直观地认识电流的磁效应。做实验时可以分四种情形观察并记录现象：水平电流在小磁针的正上方时，让电流分别由南向北流和由北向南流；水平电流在小磁针的正下方时，让电流分别由南向北流和由北向南流。这样在认识电流磁效应的同时，为“安培定则”的教学做好铺垫。

（3）磁场

前面已经观察了磁体对磁体的作用、电流对磁体的作用，还可以演示磁体对电流的作用、电流与电流的作用。从相互作用关系的角度进行研究，通过类比电荷之间的相互作用是通过“电场”发生的，引出磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间，以及通电导体与通电导体之间的相互作用是通过“磁场”发生的，从而明确“磁场”的概念。利用电场和磁场的类比教学，可以培养学生的比较推理能力。教学中应注意实验操作、观察与科学思维的结合，促进学生科学探究与科学思维能力的发展，同时激发学生学习物理的兴趣。图 13–1 可以帮助学生归纳本节课演示的几组实验，理解磁场的概念。

教学片段

用磁场概念解释磁力

教师活动：用铁架台悬挂一段直导线，并置于蹄形磁体内，在演示前请学生猜想导线是否会发生摆动以及向哪个方向摆动。

学生活动：仔细观察物理现象。

教师活动：改变磁场方向或电流方向，重做实验。如果学生基础较好，还可以进一步引导学生根据电流方向解释导线酌摆动方向。

学生活动：分析并得出磁体对通电导线也存在作用力。

教师活动：用阴极射线管演示磁体对电流（电子的定向移动）的作用，引导学生类比。不接触的电荷之间的相互作用是通过电场发生的，磁体与磁体之间、磁体与通电导线之间也没有接触，它们是如何实现相互作用的呢？

学生活动：说出磁体与磁体之间、磁体与通电导线之间是通过磁场发生作用的。

教师活动：指出我们生活中的物质可以通过感觉器官去感知它的特性，比如一杯果汁，可以看到它的形状、颜色，可以闻它的气味，也可以品尝它的味道。那么，磁场看不见、摸不着，它是实际存在的一种物质吗？如果是物质，它的特性又是什么呢？先只展示磁悬浮地球仪的底座，让学生思考如何判断它的周围是否存在磁场。

学生活动：提出判断方法，放入磁体或电流，看是否产生力的作用。

教师活动：将磁悬浮地球仪置于底座上方，将一本物理书从地球仪和底座之间穿过，表示二者没有相互接触，从而说明底座上方空间存在磁场，地球仪受到的向上的磁力与重力平衡。

教师活动：归纳总结磁场是一种物质，最基本的特性是对放入其中的物质产生力的作用。介绍列宁曾说：“物质是不以人的意志为转移的客观存在，，”这也是马克思主义哲学原理的基本观点。

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教师还有必要让学生了解“场”的概念是法拉第提出的，他坚信电和磁的作用不是没有中介地从一个物体传到另一个物体。他设想，在磁体、载流导体、带电体的周围空间存在着某种由磁和电产生的、像“以太”那样的连续介质，起着传递磁力和电力的媒介作用。这就是“场”概念的萌芽。1845 年，法拉第第一次使用了“磁场”这个词。两年后，他又单独使用“场”这个词。这也是物理学中第一次提出的作为近距作用的“场”的概念。

（4）磁感线

初中只介绍了磁感线可以方便、形象地描述磁场，磁场中小磁针 N 极的方向表示磁场的方向。在高中阶段，应该引导学生明确，曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁场方向一致，这样的曲线就叫作磁感线。在这部分学习中，学生的认识从对小磁针在磁场中静止时的感性认识过渡到确定磁场方向的理性认识。可以通过对比理解，提出问题：“能否像用电场线形象地描述电场一样，也假想一系列曲线来形象地描述磁场的强弱和方向？”以此引发学生思考，从而引入磁感线的定义。而后，做好模拟磁感线形状的实验很重要。磁感线的教学可以对学生进行变抽象为形象的方法论教育，也能让学生体会磁感线图像的对称美。

 

教学片段

观察常见磁场的磁感线分布

教师活动：在玻璃板下放一根奈形磁体，再在玻璃板上均匀地撒一层细铁屑，请学生观察。（如果条件允许，可以利用实物投影或分小组实验。）

学生活动：仔细观察并体会，说出细铁屑在磁场里磁化成了“小磁针”。

教师活动：轻敲玻璃板，请学生观察。，

学生活动：发现细铁屑有规则地排列起来，并在纸上画出图样。

教师活动：将小磁针放在磁体周围，记录小磁针 N 极指向。然后分别将蹄形磁体、同名磁极、异名磁极放在玻璃板下，并在玻璃板上均匀地撒一层细铁屑。轻敲玻璃板，观察细铁屑的分布情况。

学生活动：在纸上画出这四种典型的磁场分布图。交流讨论，说出在磁体的两极，细铁屑分布较多，磁感线较密，并由教师引导，得出磁场较强的结论。

教师活动：引导学生思考：磁感线是真实存在的吗？没有磁感线的地方表示那里没有磁场存在吗？

学生活动：体会磁场中并没有磁感线客观存在，而是人们为了研究问题方便假想出来的。

教师活动：总结磁感线是闭合曲线，在磁体的外部是从 N 极出来，进入 S 极，在磁体内部则由 S 极回到 N 极，形成闭合曲线。磁感线不相交也不相切。

可以要求学生在课后列表对比磁感线和电场线，并明确：

①两者都是为研究问题方便而假想的一系列曲线；

②两者都用切线方向描述场的方向，用疏密描述场的强弱；

③静电场中的电场线是不闭合的，而磁感线则是闭合曲线。

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随着中学物理实验仪器的不断改进，近些年来又出现许多适合演示磁体周围磁场分布的仪器，可方便快捷地显示磁场，教师可以选择使用。还可以利用三维动画结合立体实验模型，加深对磁场立体空间的认识，使学生建立磁惑线的空间立体图景。

（5）安培定则

首先要结合直线电流磁感线分布的演示实验，确定直线电流的磁感线是一圈圈的同心圆，这些同心圆都在跟导线垂直的平面上。电流方向和磁场方向到底是什么关系呢？建议不要直接给出右手螺旋定则，可以出示“电流的磁效应”实验中四种情形观察记录的结果，再次分析总结，从而得到直线电流的方向跟它的磁感线的方向之间的关系用安培定则（右手螺旋定则）来判断。带领学生动手操作：用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向。在这里，教学节奏要放缓。引导学生画出通电直导线周围的磁感线的立体图、俯视图和正视图（图 13–2）等，调动学生充分发挥空间想象力，使他们对空间分布的磁感线有一个完整的认识，为后续学习磁通量奠定基础。

教师要注重从“通电直导线”周围磁感线的空间分布到“环形电流”周围磁感线的空间分布的过渡，渗透“微元”和“累积”的思想方法。环形电流可看成由许多小段的直线电流组成。对每一小段应用直线电流的安培定则判定出环形电流中心轴线上磁感应强度的方向，叠加起来就得到环形电流中心轴线上磁感线的方向（图 13–3）。直线电流的安培定则是基本的，环形电流的安培定则可由直线电流的安培定则导出。直线电流的安培定则对电荷做直线运动产生的磁场也适用，这时电流方向与正电荷运动方向相同，与负电荷运动方向相反。

教科书十分注重不同磁场的联系，从通电直导线磁场过渡到环形电流磁场，再从环形电流磁场过渡到通电螺线管磁场。这是由直到曲的转化、由熟悉到陌生的转变过程，形象思维中隐含了逻辑思维。注意到这种联系，而不是孤立地罗列这些磁场各自的规律，有利于培养学生科学的思想方法。多个环形电流串联就组成了通电螺线管，环形电流的磁场和螺线管的磁场（图 13–4）都可以用另一种形式的安培定则判定：让右手弯曲的四指与环形（或螺线管）电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线（或螺线管）轴线上磁场的方向。通过对比发现通电螺线管外部磁场与条形磁体外部磁场一致，从而联想到条形磁体内部的磁场情况，可以让学生加深磁感线是封闭曲线的认识。

教学片段

观察常见磁场的分布

教师活动：周一根铁钉接触曲别针，发现不能吸引曲别针。让学生想想怎样才能让铁钉吸引曲别针。

学生活动：讨论并提出磁化的办法。

教师活动：在铁钉上绕导线并通电，铁钉被磁化成磁体，可以吸引曲别针。然后演示通电螺线管周围的细铁屑分布和小磁针 N 极指向。

学生活动：观察螺线管周围的磁场分布，并在纸上画出通电螺线管周围和内部磁场的立体图、正视图和俯视图。

教师活动：引导学生观察螺线管周围的磁场分布与哪种磁体周围的磁场分布类似。

学生活动：加深磁体内部有磁感线并且磁感线是封闭曲线的认识。

3．“练习与应用”参考答案与提示

本节的第 1、2、3 题从“原理—应用一归类”三个层面层层递进，引导学生关注磁现象在生产、生活中的应用，意在落实课程标准中的情感目标。习题的答案是开放性的，应鼓励学生的“异想天开”。第 4、5、6 题是常见的通电直导线、环形电流、通电螺线管磁场的磁感线分布（第 6 题还涉及磁感线的性质和应用），需要一定的空间思维能力。第 7 题涉及安培分子电流假说的应用，用理论知识来解释地磁场的产生，培养学生灵活应用知识的能力。

 

1．扬声器通过给磁体附近的线圈供电，磁体对线圈产生力的作用，从而使线圈振动，同时带动扬声器的纸盆振动，发出声音。耳机、电话机的听筒能发声也都是这个道理。

 

2．如果有铁质的物体（如小刀等）落入深水中无法取回时，可以用一根足够长的细绳拴一个磁体，放入水中将物体吸住，然后拉上来。如果有许多大头针（或小铁屑等）撒在地上，可以用一块磁铁迅速地将它们拾起来。还可以利用电磁铁制成温度报警器，如图 13–5 所示。

3．根据磁场的基本性质，可将磁的应用分为：

（1）利用磁体对铁、钻、镍的吸引力，如门吸、带磁性的螺丝刀、手提包磁性扣等；

（2）利用磁体对通电导线的作用力，如喇叭、耳机、电话、电动机等；

（3）利用磁化现象记录信息，如磁带、磁卡、磁盘等。

 

4．如图 13–6 所示。

提示：磁场中某点的磁场方向与放入该点的小磁针静止时 N 极指向相同，所以本题小磁针处的磁场方向俯视为顺时针，根据安培定则可判断导线中电流方向由上向下。

已知电流方向能判断磁场方向，反之，知道磁场方向也要能判断电流方向，同时要把握立体图的特点。还可引导学生以不同的视角画出通电长直导线的磁感线示意图。

 

5．垂直纸面向外

提示：小磁针最后静止时 N 极的指向表示磁场的方向。由安培定则可知，环形导线中心轴线处磁场方向垂直纸面向外，故小磁针 N 极指向垂直纸面向外。

要判断小磁针静止时的指向，首先要判断环形电流中轴线上磁场的方向，要把握环形电流磁场立体图的特点。

 

6．通电螺线管内部的磁场比较强。磁感线的疏密反映了磁场的强弱。通电螺线管内部与管口相比，内部的磁感线更密集，所以通电螺线管内部的磁场比较强。

 

7．地磁的北极在地理南极的附近，故在用安培定则判定环形电流的方向时，右手的拇指必须指向南方。根据安培定则，拇指与四指垂直，而四指弯曲的方向就是电流流动的方向，故四指的方向应该向西，B 正确。