2019-2020學年高中物理 第2章 2 電流的磁場學案 新人教版選修1-1

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1、二、電流的磁場 學 習 目 標 知 識 脈 絡 1.知道奧斯特、安培等科學家的實驗研究對人們認識電磁現(xiàn)象的重要意義． 2．理解磁感線方向與電流方向關(guān)系的安培定則．(重點) 3．學會用磁感線描繪直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管周圍的磁場．(重點、難點) 4．掌握用安培定則判斷直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管周圍的磁場．(難點、重點) 一、電流的磁效應 1．磁極間作用規(guī)律：同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引． 2．電流的磁效應：1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)：把一根導線平行地放在磁針的上方，給導線通電時，磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說明電流也能產(chǎn)生磁場，這個現(xiàn)象稱為電流的磁效應． 3．意義

2、：用實驗展示了電與磁的聯(lián)系． 二、電流磁場的方向 1．直線電流磁場的磁感線 (1)分布：以導線為圓心的一些同心圓． (2)安培定則：右手握住導線，讓伸直的拇指的方向與電流的方向一致，那么，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向． 2．環(huán)形導線、螺線管的磁感線 (1)分布：外部從N極到S極，內(nèi)部從S極到N極，每一條磁感線都是閉合的曲線． (2)安培定則：右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致，拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向． 3．通電螺線管的磁場 如圖所示，通電螺線管外部的磁場與條形磁鐵十分相似，左端相當于條形磁鐵的N極． 通電螺線管的磁場

3、 1．思考判斷 (1)奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應． (√) (2)電流的磁效應揭示了電與磁的聯(lián)系． (√) (3)奧斯特做電流的磁效應實驗時，通電直導線應東西放置效果最好． (×) (4)直線電流磁場的磁感線是以導線為圓心的一些同心圓． (√) (5)通電螺線管內(nèi)部的磁場方向是從N極到S極． (×) (6)磁感線是閉合的曲線，沒有起點和終點． (√) 2．下列說法正確的是(　　) A．磁鐵是磁場的唯一來源 B．磁感線是從磁體的北極出發(fā)而到南極終止 C．靜止的電荷只能產(chǎn)生電場，運動的電荷才能產(chǎn)生磁場 D．兩條磁感線空隙處不存在磁場 C　[由電流的磁效應可知電流也能產(chǎn)生磁場

4、，選項A錯；由磁感線的特性可知選項B、D錯；由磁場的產(chǎn)生原因可知選項C正確．] 3．如圖所示，一個正電子沿著逆時針方向做勻速圓周運動，則此正電子的運動(　　) A．不產(chǎn)生磁場 B．產(chǎn)生磁場，圓心處的磁場方向垂直紙面向里 C．產(chǎn)生磁場，圓心處的磁場方向垂直紙面向外 D．只在圓周內(nèi)側(cè)產(chǎn)生磁場 C　[正電子沿逆時針方向做勻速圓周運動時，相當于沿逆時針的環(huán)形電流，由安培定則可知在圓心處產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向外，C選項正確．] 4．如圖所示，小磁針放置在螺線管軸線的左側(cè)．當螺線管通以恒定電流時，不計其他磁場的影響，小磁針靜止時N極的指向是(　　) A．向左　 B．向右　　　C

5、．向上　　　D．向下 A　[由安培定則可知，閉合開關(guān)后，螺線管的左端相當于條形磁鐵的N極，根據(jù)磁極間的作用規(guī)律可知，小磁針靜止時N極的指向是向左，選項A正確．] 電流的磁效應 1.電流磁效應的發(fā)現(xiàn) 1820年，丹麥物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)，導線通電后，其下方與導線平行的小磁針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如圖為奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應的實驗裝置． 2．電流的磁效應的物理意義 展示了電和磁的聯(lián)系，說明了電與磁之間存在相互作用．對電與磁研究的深入發(fā)展具有劃時代的意義．可以說，奧斯特的發(fā)現(xiàn)“打開了黑暗領(lǐng)域的大門”． 【例1】　在做“奧斯特實驗”時，下列操作中現(xiàn)象最明顯的是(　　) A．沿電流方向

6、放置磁針，使磁針在導線的延長線上 B．沿電流方向放置磁針，使磁針在導線的正下方 C．電流沿南北方向放置在磁針的正上方 D．電流沿東西方向放置在磁針的正上方 C　[在做“奧斯特實驗”時，為減弱地球磁場的影響，導線應南北放置在小磁針的正上方或正下方，這樣電流產(chǎn)生的磁場為東西方向，會使小磁針有明顯的偏轉(zhuǎn)．若導線東西放置，電流所產(chǎn)生的磁場為南北方向，小磁針有可能不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故A、B、D錯，C正確．] [注意事項]　 奧斯特實驗要想做的效果明顯，應把通電直導線沿南北方向放在小磁針的上方，當通電時小磁針會發(fā)生約90°的偏轉(zhuǎn)，易觀察． 1．某同學在做奧斯特實驗時，把小磁針放在水平的通電直導

7、線的下方，當通電后發(fā)現(xiàn)小磁針不動，稍微用手撥動一下小磁針，小磁針轉(zhuǎn)動180°后靜止不動，由此可知，通電直導線產(chǎn)生的磁場方向是(　　) A．自東向西　　　　 B．自南向北 C．自西向東 D．自北向南 D　[小磁針開始不動，說明通電導線產(chǎn)生磁場方向與小磁針指向在一條直線上，稍微撥動，轉(zhuǎn)180°，則說明方向相反，故選D.] 常見的幾種電流磁場方向 1.直線電流的磁場 如圖所示： (1)縱截面圖中的“×”號表示磁場方向垂直紙面向里，“·”號表示磁場方向垂直紙面向外． (2)直線電流的磁場無磁極，距導線越遠，磁場越弱． 2．通電螺線管的磁場 如圖所示： 3．環(huán)形電流

8、的磁場 兩側(cè)是N極和S極，離圓環(huán)中心越遠，磁場越弱，如圖所示． 【例2】　如圖所示，電路沒接通時三個小磁針方向如圖，接通電路后確定三個小磁針的轉(zhuǎn)向及最后N極的指向．(其中小磁針3在螺線管內(nèi)部) 思路點撥：根據(jù)安培定則判斷通電螺線管周圍磁場的分布，依據(jù)N極受力方向是該點磁場方向判斷小磁針的轉(zhuǎn)向及N極的指向． [解析]　通電后，由安培定則確定三個小磁針所在位置處的磁場方向，然后根據(jù)小磁針靜止時N極指向與磁感線方向一致，即可判定小磁針的轉(zhuǎn)動方向．由安培定則可知螺線管內(nèi)部磁場方向由左向右，故小磁針3順時針轉(zhuǎn)動，最后N極向右；小磁針1所在位置處磁場方向向左，故小磁針1逆時針轉(zhuǎn)動，最后N極

9、指左；小磁針2所在位置處磁場方向向右，小磁針2順時針轉(zhuǎn)動，最后N極指右． [答案]　小磁針1逆時針轉(zhuǎn)動，最后N極指左；小磁針2順時針轉(zhuǎn)動，最后N極指右；小磁針3順時針轉(zhuǎn)動，最后N極指右． (1)根據(jù)安培定則可知，只要知道了電流方向或電流產(chǎn)生的磁場方向中的一個方向，就可以判斷出另一個方向． (2)通電螺線管外部的磁感線和條形磁鐵外部的磁感線分布相似，也是從N極出來，進入S極．通電螺線管內(nèi)部的磁感線跟螺線管的軸線平行，方向由S極指向N極，并和外部的磁感線連接，形成一些環(huán)繞電流的閉合曲線． 2．如圖所示，環(huán)形導線的A、B處另用導線與直導線ab相連， (1)圖中標出了環(huán)形電流

10、磁場的方向，則C和D接電源正極的是________； (2)放在ab下方的小磁針的________極轉(zhuǎn)向紙外． [解析]　環(huán)形導線已知部分磁場方向，由安培定則可知環(huán)形導線中的電流方向為順時針，因此C端接電源正極．由環(huán)形電流方向可知直導線ab中電流方向為b→a，由安培定則可知，ab下方小磁針處磁場方向垂直紙面向外，N極受力向外，因此N極轉(zhuǎn)向紙外． [答案]　(1)C　(2)N 1.如圖所示，關(guān)于奧斯特實驗的意義，下列說法中正確的是(　　) A．發(fā)現(xiàn)電流的熱效應，從而揭示電流做功的本質(zhì) B．指出磁場對電流的作用力，為后人進而發(fā)明電動機奠定基礎 C．發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象，為后人

11、進而發(fā)明發(fā)電機奠定基礎 D．發(fā)現(xiàn)通電導體周圍存在磁場，從而把磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象聯(lián)系起來 D　[奧斯特實驗發(fā)現(xiàn)通電導體周圍存在磁場，從而把磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象聯(lián)系起來．] 2．通電螺線管內(nèi)有一在磁場力作用下處于靜止的小磁針，磁針指向如圖所示，則(　　) A．螺線管的P端為N極，a接電源的正極 B．螺線管的P端為N極，a接電源的負極 C．螺線管的P端為S極，a接電源的正極 D．螺線管的P端為S極，a接電源的負極 B　[由小磁針靜止時N極指向可判定螺線管內(nèi)部磁場方向由Q指向P，由安培定則可判定P端為N極，電流由b流入螺線管，即b接電源正極，a接負極，故B項正確．] 3.如圖所示為磁場、磁場作用力演示儀中的亥姆霍茲線圈，在線圈中心處掛上一個小磁針，且與線圈在同一平面內(nèi)，則當亥姆霍茲線圈中通以如圖所示方向的電流時，則(　　) A．小磁針N極向里轉(zhuǎn) B．小磁針N極向外轉(zhuǎn) C．小磁針在紙面內(nèi)向左擺動 D．小磁針在紙面內(nèi)向右擺動 A　[由安培定則可知，線圈內(nèi)部的磁感線向里，小磁針N極的受力方向即為該處的磁場方向．] 4．在圖中，分別給出了導線中的電流方向或磁場中某處小磁針N極的指向或磁感線方向．請畫出對應的磁感線(標上方向)或電流方向． [解析]　用安培定則來判斷，如圖所示． [答案]　見解析 - 7 -