科学第2节 电生磁教案

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1.2-1 电与磁——电流的磁场
目录
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一、通电直导线电流的磁场
1.奥斯特实验
(1)1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电生磁现象。
(2)奥斯特实验表明：①通电直导线周围存在磁场；②电流周围的磁场方向与电流方向有关，如图所示。
(3)电流的磁效应
任何导线中有电流通过时，其周围空间都会产生磁场，这种现象叫作电流的磁效应。电流的磁效应是由奥斯特通过实验首先发现的。奥斯特实验揭示了电现象和磁现象不是孤立的，而是有密切的联系，它是第个揭示电和磁联系的实验。
2.通电直导线电流的磁场分布规律
(1)通电直导线的周围存在磁场，且磁场方向与电流方向有关；
(2)通电直导线电流磁场的磁感线分布是以导线上各点为圆心的同心圆，导线与这些同心圆的平面垂直，距离通电直导线电流越近，磁场越强，反之，越弱，如图所示。
二、通电螺线管的磁场
1.通电螺线管的磁场
(1)通电螺线管：将直导线绕成螺旋状，然后通电，就构成了通电螺线管。
实验发现带铁芯的通电螺线管的磁性比不带铁芯的通电螺线管的磁性要强得多，这是因为铁芯在磁场中被磁化后相当于一根磁体，通电螺线管产生的磁场与被磁化的铁芯磁场的叠加，就产生了更强的磁场。带有铁芯的通电螺线管叫作电磁铁。
(2)通电螺线管的磁场特点：通电螺线管外部的磁场和条形磁铁的磁场一样，螺线管的两端相当于条形磁铁的两极，通电螺线管外部的磁场由N极出发，回到S极，内部由S极指向N极。如图所示。
(3)通电螺线管两端的磁极跟螺线管中的电流方向有关，改变电流方向，螺线管的磁极会发生变化。
2.右手螺旋定则(也叫安培定则)
(1)直导线电流周围的磁场方向与电流方向之间的关系
如图甲所示，用右手握住直导线，大拇指伸出，大拇指所指的方向为电流的方向，四指弯曲的方向为磁场的方向。
(2)通电螺线管的磁极与电流方向之间的关系
如图乙所示，用右手握住螺线管，让四指弯向螺线管中的电流方向，大拇指所指的那一端就是通电螺线管的N极。
1.螺线管的绕法
一般有“S”形绕法和反“S”形绕法，两端的绕线会出现一“藏”一“露”。
(1)“S”形绕法(如图甲)
(2)反S”形绕法(如图乙)
2.使用右手螺旋定则应该注意以下几点：
①决定通电螺线管磁极的根本因素是通电螺线管上电流的环绕方向，而不是通电螺线管上导线的绕法或电源正、负极的接法。当两个螺线管上电流的环绕方向一致时，它们两端的磁极极性就相同
②四个手指的指向必须是螺线管上电流的环绕方向。
③N极和S极在通电螺线管的两端。
【常考1】通电直导线磁场的性质
【例1】小明在实验室验证奥斯特实验，当水平导线中通有如图所示的电流时，小磁针S极将偏向纸外，这是因为通电导线周围的 对小磁针产生力的作用。要使实验效果更加明显，应使通电导线沿 (填“东西”或“南北”)方向放置，这是由于考虑到 的影响。
【答案】磁场 南北 地磁场
【解析】奥斯特实验说明了通电导线周围存在磁场，磁场的方向与电流的方向有关。将通电导线放在小磁针上方时，小磁针会发生偏转，该实验证明了通电导线周围存在磁场；由于考虑地磁场的影响，所以在验证电流周围有磁场时，应使通电导线沿南北放置，这样导线下方的小磁针偏转会更明显。
【常考2】通电螺线管的磁场
【例2】(黄冈月考)如图，在探究“通电螺线管外部磁场的方向”的实验中，闭合开关，小磁针发生偏转，说明通电螺线管周围有 ，调换电源正负极，小磁针偏转方向改变，说磁场方向与 有关。
【答案】磁场 电流方向
【解析】奥斯特实验通过小磁针偏转说明了通电导线周围存在磁场，小磁针在地磁场的作用下指示南北；当电流方向改变时，产生的磁场方向也改变，所以小磁针的偏转方向也改变。如图所示的实验，闭合开关前，小磁针静止且能指向南北，这是因为地磁场的作用，闭合开关后，小磁针发生偏转，说明通电螺线管周围有磁场；调换电源正负极，即改变螺线管中的电流方向，发现小磁针偏转方向改变，说明磁场方向与电流方向有关。
【例3】(广东中考)如图所示，条形磁铁放在水平木桌上，电磁铁右端固定并与条形磁铁在同一水平面上。闭合开关S，当滑动变阻器的滑片P逐渐向右移动时，条形磁铁仍保持静止，此时电磁铁的左端为 极，条形磁铁受到的摩擦力 (填“变大”“变小”或“不变”)，方向水平
(填“向左”或“向右”)。
【答案】N 变大 向左
【解析】本题主要考查通电螺线管的磁场分布与条形磁铁的磁场的不同，由安培定则可知螺线管的磁极，由磁极间的相互作用可知条形磁铁的受力方向，由二力平衡可知摩擦力的方向。
由滑片的移动可知螺线管中电流的变化，则可知磁性强弱的变化及相互作用力的变化，由二力平衡关系可知条形磁铁所受摩擦力的变化。由安培定则可知，螺线管左侧为N极；因异名磁极相互吸引，故条形磁铁所受磁场力向右；因条形磁铁处于平衡状态，即条形磁铁所受摩擦力应与磁场力大小相等方向相反，故摩擦力的方向水平向左；当滑片向右移动时，滑动变阻器接入电阻变小，由欧姆定律得螺线管内的电流增大，则可知螺线管的磁性增强，条形磁铁所受到的磁场力增大；因条形磁铁仍处于平衡状态，所以条形磁铁所受摩擦力也增大。
【易错】通电螺线管周围的磁场分布与条形磁体的磁场很相似。
【方法技巧】通电螺线管磁极的判断方法
(1)根据磁极间的相互作用规律判断：将小磁针靠近磁体的一端，小磁针静止时，N极对的一端是磁体的S极。
(2)根据安倍定则判断：让四指弯向螺线管中的电流方向，大拇指所指的那一端就是通电螺线管的N极。
(3)根据指向性判断：将磁体悬挂，指北的一端是N极。
【常考3】螺线管的绕法
【例4】(通辽中考)一小磁针放在通电螺线管周围静止时N极的指向如图甲所示，请标出通电螺线管a的极性，并在括号内标出电源的“+”“-”极。
【解析】由磁极间的作用规律可以确定螺线管左端为N极，右端为S极，利用安培定则可以确定螺线管中电流的方向是从螺线管的左端流入，右端流出，因此电源的左端为正极，右端为负极。
【答案】如图乙所示。
【常考4】安培定则应用
【例5】(玉林中考)如图所示，通电螺线管上方附近有一点M，小磁针置于螺线管的左侧附近。闭合开关K，下列判断正确的是( )
A.M点的磁场方向向左 B.螺线管的左端为S极
C.小磁针静止后，其N极的指向向左 D.向右移动滑动P，螺线管的磁场增强
【答案】C
【解析】在磁体的外部，磁感线从N极指向S极，所以通电螺线管外M点的磁场方向向右，故A错误；由安培定则可知，通电螺线管的左端为N极，故B错误；由异名磁极相互吸引可知，小磁针静止时，其N极的指向向左，故C正确；向右移动滑片P，连入电路的电阻增大，电流减小，电磁铁的磁性减弱，故D错误。
【名师提醒】利用安培定则既可由电流的方向判定磁极极性，也能由磁极极性判断电流的方向。
1.丹麦物理学家奥斯特首先通过实验发现电流周围存在磁场。如图所示，我们实验时要在通电直导线下方放一个( )
A．螺线管 B．碲形磁体 C．小磁针 D．电流表
【答案】C
【解析】 我们在做“电生磁”实验时要在通电直导线下方放一个小磁针，可以证明电流周围存在磁场。
2.奥斯特实验说明 ( )
A.通电导线的周围存在磁场 B.导体的周围都存在磁场
C.永磁体的周围一定存在磁场 D.磁场对通电导线有力的作用
【答案】A
【解析】奥斯特给导线通电时，发现导线周围的小磁针发生偏转，说明通电导线周围存在着磁场.
3.一个通电螺线管两端磁极的极性取决于( )
A.螺线管的匝数 B.通过螺线管的电流方向
C.螺线管内有无铁芯 D.通过螺线管的电流大小
【答案】B
【解析】通电螺线管周围的磁场与条形磁体的磁场相似，磁极的极性可用安培定则判断，由通电螺线管线圈内的电流方向决定.
4.如图所示，M、N两个线圈套在一根光滑绝缘杆ab上，它们受力时都能自由移动，当闭合开关S后，M、N两线圈将 ( )
A.互相靠拢 B.互相离开 C.静止不动 D.先靠拢后离开
【答案】A
【解析】线圈M、N中的电流方向一样，根据右手螺旋定则，若电源左端为正极，线圈M的右端为S极，线圈N的左端为N极，异名磁极相互吸引，两线圈互相靠拢.
5．如图所示，小磁针静止后指向正确的是( )
【答案】C
【解析】 首先根据电源的正负极判定电流方向，由电流方向判断通电螺线管的磁极。然后根据磁极间的相互作用判定小磁针指向的正确性。
6.(湖南益阳中考)如图所示，在通电螺线管(导线中箭头表示电流方向)附近放置的小磁针(黑端为N极)，静止时其指向正确的是( )
【答案】A
【解析】根据安培定则可知，通电螺线管N极在右端，由同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，可知，小磁针左端为S极，右端为N极，故A正确；根据安培定则可知，通电螺线管N极在上端，由同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，可知，小磁针上端为S极，下端为N极，故B错误；根据安培定则可知，通电螺线管N极在左端，由同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，可知，小磁针左端为S极，右端为N极，故C错误；根据安培定则可知，通电螺线管N极在左端，由同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，可知，小磁针左端为S极，右端为N极，故D错误.
7.如图所示是著名的________实验，它说明通电导体周围存在________，通电螺线管的极性跟电流方向的关系可用________定则来判定。
【答案】奥斯特 磁场 右手螺旋
【解析】 由题图可知，通电导体周围存在磁场；通电螺线管的极性跟电流方向的关系可用右手螺旋定则来判定。
8.如图所示，根据通电螺线管的磁感线方向，可以判断螺线管左端为 极，电源的a端为 极，小磁针静止时b端为 极.
【答案】S 正 N
【解析】通电螺线管周围存在磁场，根据磁感线方向可知螺线管左端为S极，所以我们由右手螺旋定则，大拇指向右可知电流方向在螺线管外侧向下，a为电源正极，小磁针b端为N极.
9.在图中标出通电螺线管的N极、S极，并标出磁感线的方向.
【答案】如图所示.
【解析】根据本节知识点扫描进行分析作图。
10.闭合开关S后，小磁针静止时N极的指向如图所示，标出通电螺线管的N、S极并画出导线的绕法。
【答案】如图所示
【解析】 (1)根据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，可以判断螺线管的右端是N极，左端是S极。
(2)用右手握住螺线管，大拇指指向N极，四指弯曲方向就是电流方向，可以判断电流的绕向。
1．如图所示，电磁铁P和Q通电后( )
A．P的右端是N极，Q的左端是S极，它们相互吸引
B．P的右端是S极，Q的左端是S极，它们相互排斥
C．P的右端是N极，Q的左端是N极，它们相互排斥
D．P的右端是S极，Q的左端是N极，它们相互吸引
【答案】B
【解析】 由右手螺旋定则可得螺线管P左侧为N极，右侧为S极；螺线管Q左侧为S极，右侧为N极，即两磁体同名磁极相对，相互排斥。
2．如图所示，小磁针甲、乙处于静止状态。根据标出的磁感线方向，可以判断出( )
A．螺线管的左端为N极 B．电源的左端为负极
C．小磁针甲的右端为N极 D．小磁针乙的右端为N极
【答案】C
【解析】 在磁体的周围，磁感线从磁体的N极流出，回到S极，所以利用磁感线的方向，可以确定螺线管的右端为N极，左端为S极；根据螺线管的右端为N极结合图示的线圈绕向，利用右手螺旋定则可以确定电流从螺线管的左端流入右端流出，所以电源的左端为正极，右端为负极；根据异名磁极相互吸引的原理可以确定小磁针甲右端为N极；小磁针静止时，N极的指向跟通过该点的磁感线方向一致，S极跟通过该点的磁感线方向相反，所以乙的右端为S极。
3．玩具小船上固定有螺线管(有铁芯)、电源和开关组成的电路，如图所示，把小船按图示的方向放在水面上，闭合开关，船头最后静止时的指向是( )
A．向东 B．向南 C．向西 D．向北
【答案】D
【解析】 由右手螺旋定则可知螺线管右侧为N极，左侧为S极；因地磁场沿南北方向，地球南极附近为地磁场的N极，地球北极附近为地磁场的S极；因同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，故船头指向北方。
4．如图所示，甲、乙为条形磁体，中间是电磁铁，实线是表示磁极间磁场分布情况的磁感线。则可以判断图中A、B、C、D四个磁极依次是( )
A．N、S、N、N B．S、N、S、S C．S、S、N、S D．N、N、S、N
【答案】D
5．如图甲所示，电源电压恒定，R1为磁敏电阻，磁敏电阻的阻值随所处磁场的强弱变化而变化，实验测得其变化关系如图乙所示，其中B表示磁场的强弱，单位为特斯拉(T)。当R1所处的磁场逐渐减弱时( )
A．R1的阻值变大 B．电压表的示数变小
C．电流表的示数变小 D．电流表的示数变大
【答案】D
【解析】 根据图乙可知，R1的电阻随磁场的增强而变大，所以当R1处的磁场逐渐减弱时，R1的阻值变小，故A错误。因为电源电压不变，而电压表测量电源电压，故电压表示数不变，故B错误。因为电源电压不变，R1的阻值变小，由I＝eq \f(U,R)可知，通过R1的电流变大，即电流表的示数变大，故C错误，D正确。
6．如图所示，M是一个用细导线绕成的螺线管，当闭合开关K后，M的长度将( )
A．伸长 B．缩短 C．不变 D．先伸长，后缩短
【答案】B
【解析】 假如电源的左端是正极，右端是负极，根据右手螺旋定则，判断最左端线圈的左侧是N极，右侧是S极。同理判断第二个线圈，线圈的左侧是N极，右侧是S极。所有线圈的左侧都是N极，右侧都是S极。异名磁极相互吸引，线圈间相互吸引，通电线圈变短。如果电源的左端是负极，右端是正极，所有线圈的左侧都是S极，右侧都是N极，线圈间相互吸引，通电线圈变短。
7．如图所示为一台非铁磁性物质制成的天平，天平左盘中的A是一铁块，B是电磁铁。未通电时天平平衡，给B通以图示方向的电流(a端接电源正极，b端接电源负极)，调节线圈中电流的大小，使电磁铁对铁块A的吸引力大于铁块受到的重力，铁块A被吸起。当铁块A向上加速运动的过程中，下列判断正确的是( )
A．电磁铁B的上端为S极，天平仍保持平衡
B．电磁铁B的上端为S极，天平右盘下降
C．电磁铁B的下端为N极，天平左盘下降
D．电磁铁B的下端为N极，无法判断天平的平衡状态
【答案】C
【解析】 ①从图可知，电流从螺线管的上端流入，下端流出，根据右手螺旋定则可知，螺线管下端是N极，上端是S极；②电磁铁通电后，铁块A被吸起，铁块A向上加速运动，因而可知铁块受到的向上的磁力F必然大于铁块的重力G。当铁块离开盘而又还未到达电磁铁的过程中，虽然铁块对盘的压力没有了，但铁块对电磁铁有向下的吸引力，因此通过左盘电磁铁支架向下压左盘的力比电磁铁未通电时铁块压左盘的力还大，故左盘将下沉。
8.小刚同学在“探究通电螺线管外部磁场的方向”实验中，设计的部分电路如图所示，请根据要求用笔画线代替导线将图中的电路补充完整。要求：小磁针的指向满足如图所示方向；滑动变阻器的滑片向A端移动时，通电螺线管的磁性减弱；原有导线不得更改。
【答案】如图所示
【解析】 (1)因为小磁针静止时，指向N极，所以通电螺线管的左端为S极，右端为N极；根据右手螺旋定则，伸出右手，让右手的大拇指指示螺线管的N极(螺线管的右端)，四指弯曲所指的方向为电流的方向，所以，电流由通电螺线管的左端流入，因此通电螺线管左端的导线与电源的正极相连；(2)滑动变阻器的滑片向A端移动后，通电螺线管的磁性减弱，说明滑动变阻器的滑片向A端移动后，电路中的电流变小，被接入电路的电阻变大，所以下面的接线柱应该选择B端接线柱。
9．如图所示的奥斯特实验中，闭合开关，原来静止的小磁针发生了偏转。
造成小磁针偏转的原因是什么呢？
猜想一：可能是通电后导线产生的热量使空气对流引起的。
猜想二：可能是通电后导线周围产生的磁场引起的。
(1)小柯看到小磁针偏转，认为它一定受到力的作用，他判断的理由是________________________________________________________________________。
(2)为了验证猜想一，下面方案可行的是______(可能不止一个正确选项)。
①将整个装置放在玻璃箱中进行实验；
②将小磁针罩在烧杯中，导线置于烧杯上方并平行于小磁针进行实验；
③改变导线中的电流方向。
(3)如果实验中小磁针偏转不明显，请提出一条改进的建议：____________________________。
【答案】(1)力是改变物体运动状态的原因
(2)②③ (3)增大导线中的电流(或增加干电池的节数、用多根直导线等)
【解析】放在通电导体周围的小磁针受到力(通电导体产生的磁场力)的作用，小磁针发生了偏转，即力改变了小磁针的运动状态。