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第二章磁场二、电流的磁场学习目标知识脉络1.知道奥斯特、安培等科学家的实验研究对人们认识电磁现象的重要意义．2．理解磁感线方向与电流方向关系的安培定则．(重点)3．学会用磁感线描绘直线电流、环形电流和通电螺线管周围的磁场．(重点、难点)4．掌握用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管周围的磁场．(难点、重点)自主探新知预习一、电流的磁效应1．磁极间作用规律：____磁极相互排斥，异名磁极相互____．2．电流的磁效应：1820年，______发现：把一根导线平行地放在磁针的上方，给导线通电时，磁针发生了____，说明电流也能产生____，这个现象称为____________．3．意义：用实验展示了电与磁的联系．同名吸引奥斯特偏转磁场电流的磁效应二、电流磁场的方向1．直线电流磁场的磁感线(1)分布：以____为圆心的一些同心圆．(2)安培定则：右手握住导线，让伸直的拇指的方向与____的方向一致，那么，弯曲的四指所指的方向就是______的环绕方向．导线电流磁感线2．环形导线、螺线管的磁感线(1)分布：外部从__极到__极，内部从__极到__极，每一条磁感线都是____的曲线．(2)安培定则：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟__________一致，拇指所指的方向就是螺线管内部______的方向．NSSN闭合电流的方向磁感线3．通电螺线管的磁场如图所示，通电螺线管____的磁场与条形磁铁十分相似，左端相当于条形磁铁的N极．通电螺线管的磁场外部1．思考判断(1)奥斯特发现了电流的磁效应．()(2)电流的磁效应揭示了电与磁的联系．()(3)奥斯特做电流的磁效应实验时，通电直导线应东西放置效果最好．()√√×(4)直线电流磁场的磁感线是以导线为圆心的一些同心圆．()(5)通电螺线管内部的磁场方向是从N极到S极．()(6)磁感线是闭合的曲线，没有起点和终点．()√×√2．下列说法正确的是()A．磁铁是磁场的唯一来源B．磁感线是从磁体的北极出发而到南极终止C．静止的电荷只能产生电场，运动的电荷才能产生磁场D．两条磁感线空隙处不存在磁场C[由电流的磁效应可知电流也能产生磁场，选项A错；由磁感线的特性可知选项B、D错；由磁场的产生原因可知选项C正确．]3．如图所示，一个正电子沿着逆时针方向做匀速圆周运动，则此正电子的运动()A．不产生磁场B．产生磁场，圆心处的磁场方向垂直纸面向里C．产生磁场，圆心处的磁场方向垂直纸面向外D．只在圆周内侧产生磁场C[正电子沿逆时针方向做匀速圆周运动时，相当于沿逆时针的环形电流，由安培定则可知在圆心处产生的磁场方向垂直纸面向外，C选项正确．]4．如图所示，小磁针放置在螺线管轴线的左侧．当螺线管通以恒定电流时，不计其他磁场的影响，小磁针静止时N极的指向是()A．向左B．向右C．向上D．向下A[由安培定则可知，闭合开关后，螺线管的左端相当于条形磁铁的N极，根据磁极间的作用规律可知，小磁针静止时N极的指向是向左，选项A正确．]合作攻重难探究电流的磁效应1.电流磁效应的发现1820年，丹麦物理学家奥斯特发现，导线通电后，其下方与导线平行的小磁针会发生偏转，如图为奥斯特发现电流磁效应的实验装置．2．电流的磁效应的物理意义展示了电和磁的联系，说明了电与磁之间存在相互作用．对电与磁研究的深入发展具有划时代的意义．可以说，奥斯特的发现“打开了黑暗领域的大门”．【例1】在做“奥斯特实验”时，下列操作中现象最明显的是()A．沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的延长线上B．沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的正下方C．电流沿南北方向放置在磁针的正上方D．电流沿东西方向放置在磁针的正上方C[在做“奥斯特实验”时，为减弱地球磁场的影响，导线应南北放置在小磁针的正上方或正下方，这样电流产生的磁场为东西方向，会使小磁针有明显的偏转．若导线东西放置，电流所产生的磁场为南北方向，小磁针有可能不发生偏转，故A、B、D错，C正确．][注意事项]奥斯特实验要想做的效果明显，应把通电直导线沿南北方向放在小磁针的上方，当通电时小磁针会发生约90°的偏转，易观察．1．某同学在做奥斯特实验时，把小磁针放在水平的通电直导线的下方，当通电后发现小磁针不动，稍微用手拨动一下小磁针，小磁针转动180°后静止不动，由此可知，通电直导线产生的磁场方向是()A．自东向西B．自南向北C．自西向东D．自北向南D[小磁针开始不动，说明通电导线产生磁场方向与小磁针指向在一条直线上，稍微拨动，转180°，则说明方向相反，故选D.]常见的几种电流磁场方向1.直线电流的磁场如图所示：(1)纵截面图中的“×”号表示磁场方向垂直纸面向里，“·”号表示磁场方向垂直纸面向外．(2)直线电流的磁场无磁极，距导线越远，磁场越弱．2．通电螺线管的磁场如图所示：3．环形电流的磁场两侧是N极和S极，离圆环中心越远，磁场越弱，如图所示．【例2】如图所示，电路没接通时三个小磁针方向如图，接通电路后确定三个小磁针的转向及最后N极的指向．(其中小磁针3在螺线管内部)思路点拨：根据安培定则判断通电螺线管周围磁场的分布，依据N极受力方向是该点磁场方向判断小磁针的转向及N极的指向．[解析]通电后，由安培定则确定三个小磁针所在位置处的磁场方向，然后根据小磁针静止时N极指向与磁感线方向一致，即可判定小磁针的转动方向．由安培定则可知螺线管内部磁场方向由左向右，故小磁针3顺时针转动，最后N极向右；小磁针1所在位置处磁场方向向左，故小磁针1逆时针转动，最后N极指左；小磁针2所在位置处磁场方向向右，小磁针2顺时针转动，最后N极指右．[答案]小磁针1逆时针转动，最后N极指左；小磁针2顺时针转动，最后N极指右；小磁针3顺时针转动，最后N极指右．(1)根据安培定则可知，只要知道了电流方向或电流产生的磁场方向中的一个方向，就可以判断出另一个方向．(2)通电螺线管外部的磁感线和条形磁铁外部的磁感线分布相似，也是从N极出来，进入S极．通电螺线管内部的磁感线跟螺线管的轴线平行，方向由S极指向N极，并和外部的磁感线连接，形成一些环绕电流的闭合曲线．2．如图所示，环形导线的A、B处另用导线与直导线ab相连，(1)图中标出了环形电流磁场的方向，则C和D接电源正极的是________；(2)放在ab下方的小磁针的________极转向纸外．[解析]环形导线已知部分磁场方向，由安培定则可知环形导线中的电流方向为顺时针，因此C端接电源正极．由环形电流方向可知直导线ab中电流方向为b→a，由安培定则可知，ab下方小磁针处磁场方向垂直纸面向外，N极受力向外，因此N极转向纸外．[答案](1)C(2)N当堂固双基达标1.如图所示，关于奥斯特实验的意义，下列说法中正确的是()A．发现电流的热效应，从而揭示电流做功的本质B．指出磁场对电流的作用力，为后人进而发明电动机奠定基础C．发现电磁感应现象，为后人进而发明发电机奠定基础D．发现通电导体周围存在磁场，从而把磁现象和电现象联系起来D[奥斯特实验发现通电导体周围存在磁场，从而把磁现象和电现象联系起来．]2．通电螺线管内有一在磁场力作用下处于静止的小磁针，磁针指向如图所示，则()A．螺线管的P端为N极，a接电源的正极B．螺线管的P端为N极，a接电源的负极C．螺线管的P端为S极，a接电源的正极D．螺线管的P端为S极，a接电源的负极B[由小磁针静止时N极指向可判定螺线管内部磁场方向由Q指向P，由安培定则可判定P端为N极，电流由b流入螺线管，即b接电源正极，a接负极，故B项正确．]3.如图所示为磁场、磁场作用力演示仪中的亥姆霍兹线圈，在线圈中心处挂上一个小磁针，且与线圈在同一平面内，则当亥姆霍兹线圈中通以如图所示方向的电流时，则()A．小磁针N极向里转B．小磁针N极向外转C．小磁针在纸面内向左摆动D．小磁针在纸面内向右摆动A[由安培定则可知，线圈内部的磁感线向里，小磁针N极的受力方向即为该处的磁场方向．]4．在图中，分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针N极的指向或磁感线方向．请画出对应的磁感线(标上方向)或电流方向．[解析]用安培定则来判断，如图所示．[答案]见解析