2018-2019版高中物理 第二章 磁場(chǎng) 第2講 電流的磁場(chǎng)學(xué)案 新人教版選修1 -1.doc

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第2講　電流的磁場(chǎng) [目標(biāo)定位]　1. 了解奧斯特、安培等科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)研究對(duì)人們認(rèn)識(shí)電磁現(xiàn)象所起的重要作用.2.會(huì)用磁感線描述直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管周?chē)拇艌?chǎng). 3.會(huì)用安培定則判斷直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管的磁場(chǎng)方向. 一、電流的磁效應(yīng) 1.1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)：把一根導(dǎo)線平行地放在磁針的上方，給導(dǎo)線通電時(shí)，磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明電流能產(chǎn)生磁場(chǎng)，這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為電流的磁效應(yīng). 2.電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，用實(shí)驗(yàn)展示了電與磁的聯(lián)系，說(shuō)明電與磁之間存在著相互作用. 想一想　小磁針只有放在磁體周?chē)艜?huì)受到磁力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)嗎？是不是可以說(shuō)，只有磁體周?chē)嬖谥艌?chǎng)？ 答案　不是.小磁針?lè)旁谕妼?dǎo)體周?chē)舶l(fā)生偏轉(zhuǎn)，電流周?chē)灿写艌?chǎng). 二、電流磁場(chǎng)的方向 1.直線電流的磁場(chǎng) 安培定則：右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指的方向跟電流的方向一致，那么，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向，如圖2－2－1 所示. 圖2－2－1 2.通電螺線管的磁場(chǎng) 圖2－2－2 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，如圖2－2－2所示. 3.環(huán)形導(dǎo)線可以看做只有一匝的螺線管，如圖2－2－3所示. 圖2－2－3 溫馨提示　先確認(rèn)何種電流，再利用安培定則確定磁場(chǎng)的方向.記清四指或拇指指向的含義. 想一想　如圖2－2－4所示，將導(dǎo)線放在小磁針的上方，當(dāng)通如圖所示的電流時(shí)小磁針的N極向哪兒轉(zhuǎn)動(dòng)？為什么？ 圖2－2－4 答案　小磁針的N極向里轉(zhuǎn)動(dòng).根據(jù)安培定則可判斷出導(dǎo)線下方的磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，小磁針靜止時(shí)N極所指的方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，所以小磁針的N極向里轉(zhuǎn). 一、電流的磁效應(yīng) 1.電流能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)，這個(gè)現(xiàn)象叫做電流的磁效應(yīng). 2.電流的磁效應(yīng)是丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特于1820年發(fā)現(xiàn)的. 例1　如圖2－2－5所示，把一條導(dǎo)線平行地放在磁針的上方附近.當(dāng)導(dǎo)線中通有電流時(shí)，磁針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn).首先發(fā)現(xiàn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的物理學(xué)家是(　　) 圖2－2－5 A.伽利略 B.牛頓 C.奧斯特 D.愛(ài)因斯坦 答案　C 針對(duì)訓(xùn)練1　在做“奧斯特實(shí)驗(yàn)”時(shí)，下列操作現(xiàn)象最明顯的(　　) A.沿電流方向放置磁針，使磁針在導(dǎo)線的延長(zhǎng)線上 B.沿電流方向放置磁針，使磁針在導(dǎo)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 答案　C 解析　把導(dǎo)線沿南北方向放置在地磁場(chǎng)中處于靜止?fàn)顟B(tài)的磁針的正上方，通電時(shí)磁針發(fā)生明顯的偏轉(zhuǎn). 二、電流磁場(chǎng)方向與安培定則 1.直線電流的磁場(chǎng) (1)安培定則：右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向，如圖2－2－6 所示. 圖2－2－6 (2)畫(huà)法：如圖2－2－7所示 圖2－2－7 說(shuō)明：圖中的“”號(hào)表示磁場(chǎng)方向垂直進(jìn)入紙面；“”號(hào)表示磁場(chǎng)方向垂直離開(kāi)紙面. (3)特點(diǎn)：是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場(chǎng)越弱. 2.環(huán)形電流的磁場(chǎng) (1)安培定則：右手握住環(huán)形導(dǎo)線，讓彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上磁感線的方向，如圖2－2－8所示. 圖2－2－8 (2)磁感線的特點(diǎn) 兩側(cè)分別是N極和S極，離圓環(huán)中心越遠(yuǎn)，磁場(chǎng)越弱，畫(huà)法如圖2－2－9所示. 圖2－2－9 3.通電螺線管的磁場(chǎng) (1)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，如圖2－2－10所示. 圖2－2－10 (2)磁感線特點(diǎn) 兩端分別是N極和S極，管內(nèi)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，管外是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，畫(huà)法如圖2－2－11所示. 圖2－2－11 例2　小劉同學(xué)用鐵釘與漆包線繞成電磁鐵，當(dāng)接通電路后，放在其上方的小磁針N極立即轉(zhuǎn)向左側(cè)，如圖2－2－12所示.則此時(shí)(　　) 圖2－2－12 A.導(dǎo)線A端接電池正極 B.鐵釘左端為電磁鐵的N極 C.鐵釘內(nèi)磁場(chǎng)方向向右 D.漆包線內(nèi)電流由A流向B 答案　C 解析　小磁針靜止時(shí)N極指向?yàn)樵撎幋艌?chǎng)方向，根據(jù)通電螺線管磁場(chǎng)分布知，鐵釘右端為電磁鐵N極，左端為S極，再根據(jù)安培定則知C項(xiàng)正確. 針對(duì)訓(xùn)練2　如圖2－2－13所示，一枚小磁針?lè)旁诎雸A形導(dǎo)線環(huán)的環(huán)心O處，當(dāng)導(dǎo)線中通以如圖所示方向的電流時(shí)，小磁針將如何偏轉(zhuǎn)(　　) 圖2－2－13 A.沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) B.沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) C.N極轉(zhuǎn)向紙內(nèi)，S極轉(zhuǎn)向紙外 D.N極轉(zhuǎn)向紙外，S極轉(zhuǎn)向紙內(nèi) 答案　C 解析　由安培定則知，環(huán)形電流內(nèi)部磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，故N極轉(zhuǎn)向紙里，C選項(xiàng)正確.  電流的磁效應(yīng) 1.電磁鐵的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，它是利用電流周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)的原理工作的，最先發(fā)現(xiàn)電流周?chē)嬖诖艌?chǎng)的科學(xué)家是(　　) A.庫(kù)侖 B.奧斯特 C.麥克斯韋 D.亞里士多德 答案　B 2.在物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程中，許多物理學(xué)家的科學(xué)發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了人類(lèi)歷史的進(jìn)步.以下對(duì)幾位物理學(xué)家在電磁學(xué)領(lǐng)域內(nèi)所作科學(xué)貢獻(xiàn)的敘述中，錯(cuò)誤的說(shuō)法是(　　) A.富蘭克林不僅發(fā)現(xiàn)雷電現(xiàn)象的本質(zhì)，還最早認(rèn)識(shí)了尖端放電的重要性，并由此提出了避雷針的設(shè)想 B.法拉第提出電荷周?chē)嬖凇皥?chǎng)”，并創(chuàng)造性地用“電力線(即電場(chǎng)線)”形象地描述電場(chǎng) C.英國(guó)物理學(xué)家焦耳通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了焦耳定律Q＝I2Rt D.奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，并總結(jié)出了左手定則 答案　D 解析　奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，但左手定則不是奧斯特總結(jié)的，選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 電流磁場(chǎng)方向與安培定則 3.如圖2－2－14所示，a、b為通電螺線管磁場(chǎng)中同一根磁感線上的兩點(diǎn)，若用Ba、Bb分別表示a、b兩點(diǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，則(　　) 圖2－2－14 A.Ba＝Bb B.Ba＜Bb C.a、b兩點(diǎn)磁場(chǎng)方向不同 D.a、b兩點(diǎn)磁場(chǎng)方向相同 答案　C 解析　根據(jù)磁感線的分布可知Ba＞Bb，a、b兩點(diǎn)磁感線的方向不同，故C對(duì)，A、B、D錯(cuò). 4.為了判斷一個(gè)未知正負(fù)極的蓄電池極性，某同學(xué)將該蓄電池通過(guò)電阻跟螺線管連接起來(lái)，發(fā)現(xiàn)小磁針的N極立即向螺線管偏轉(zhuǎn)，如圖2－2－15所示.用M、N和P、Q分別表示蓄電池和螺線管兩極，下列判斷正確的是(　　) 圖2－2－15 A.電源M端為正極 B.電源N端為正極 C.螺線管P端為S極 D.螺線管內(nèi)部磁感線方向由P指向Q 答案　B 解析　小磁針的N極向螺線管偏轉(zhuǎn)說(shuō)明小磁針?biāo)谖恢么艌?chǎng)方向向左，即螺線管P端為N極，Q端為S極，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在螺線管的內(nèi)部磁場(chǎng)方向由S極指向N極，所以螺線管內(nèi)部磁感線方向由Q指向P，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；根據(jù)安培定則可知，在電源外部電流從N流向M，電源N端為正極，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確. (時(shí)間：60分鐘) 題組一、電流磁場(chǎng)方向的判斷 1.如圖2－2－16所示，環(huán)形導(dǎo)線中通有順時(shí)針?lè)较虻碾娏鱅，則該環(huán)形導(dǎo)線中心處的磁場(chǎng)方向?yàn)?　　) 圖2－2－16 A.水平向右 B.水平向左 C.垂直于紙面向里 D.垂直于紙面向外 答案　C 解析　根據(jù)安培定則可知，該環(huán)形導(dǎo)線中心處的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，選項(xiàng)C正確. 2.關(guān)于通電直導(dǎo)線周?chē)艌?chǎng)的磁感線分布，下列示意圖中正確的是(　　) 答案　A 解析　根據(jù)安培定則判斷通電直導(dǎo)線的磁場(chǎng)可知，選項(xiàng)A正確. 3.如圖2－2－17所示，水平直導(dǎo)線ab通有向右的電流I，置于導(dǎo)線正下方的小磁針S極將(　　) 圖2－2－17 A.向紙外偏轉(zhuǎn)　　　　　　　　 　 B.向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn) C.在紙面內(nèi)順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)90 D.不動(dòng) 答案　A 解析　據(jù)安培定則可以確定，通電直導(dǎo)線在其下方產(chǎn)生垂直紙面向里的磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)力的作用下，小磁針N極向里，S極向外偏轉(zhuǎn)，A項(xiàng)正確. 4.通電螺線管附近放置四個(gè)小磁針，如圖2－2－18所示，當(dāng)小磁針靜止時(shí)，圖中小磁針的指向正確的是(涂黑的一端為N極)(　　) 圖2－2－18 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A.a B.b C.c D.d 答案　B 解析　由安培定則判斷出螺線管的左側(cè)相當(dāng)于條形磁鐵的N極，右側(cè)相當(dāng)于S極.故在a、c、d處磁場(chǎng)方向水平向左，b處磁場(chǎng)方向水平向右，小磁針的N極應(yīng)沿磁感線方向，只有小磁針b指向正確.選項(xiàng)B正確. 5.關(guān)于通電螺旋線管磁極的判斷，下列示意圖中正確的是(　　) 答案　A 解析　根據(jù)右手螺旋定則可以判定A項(xiàng)正確，B、C、D錯(cuò)誤. 6.下面各圖中，電流及其產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向均正確的是(　　) 答案　C 解析　根據(jù)右手螺旋定則可判定C項(xiàng)正確. 7.如圖2－2－19所示，所在通電螺線管內(nèi)部中間的小磁針，靜止時(shí)N極指向右端，則電源的c端為_(kāi)_______極，螺線管的a端為_(kāi)_________極. 圖2－2－19 答案　正　S 解析　由小磁針N極的指向可知通電螺線管中心軸線的磁場(chǎng)方向向右，根據(jù)安培定則可知，螺線管的右端為N極，所以左端(a端)為S極，并且可判斷出導(dǎo)線中的電流方向，從而可知電源的c端為正極. 題組二、安培定則的綜合應(yīng)用 8.如圖2－2－20所示，兩個(gè)同樣的導(dǎo)線環(huán)同軸平行懸掛，相隔一小段距離，當(dāng)同時(shí)給兩導(dǎo)線環(huán)通以同向電流時(shí)，兩導(dǎo)線環(huán)將(　　) 圖2－2－20 A.相吸引 B.相排斥 C.保持靜止 D.邊吸引邊轉(zhuǎn)動(dòng) 答案　A 解析　把環(huán)形電流等效成小磁針，由安培定則知左側(cè)小磁針S極對(duì)著右側(cè)小磁針N極，相互吸引，A正確. 9.如圖2－2－21所示，一束帶電粒子沿水平方向飛 圖2－2－21 過(guò)小磁針上方.若帶電粒子飛過(guò)小磁針上方的瞬間，小磁針N極向紙面內(nèi)偏轉(zhuǎn)，則帶電粒子可能是(　　) A.向右飛行的正離子束 B.向左飛行的正離子束 C.向右飛行的負(fù)離子束 D.向左飛行的負(fù)離子束 答案　AD 解析　由小磁針N極向紙面內(nèi)偏轉(zhuǎn)，知離子束下方磁感線垂直紙面向里，由安培定則可知，位于小磁針上方直線電流方向向右.故A、D正確. 10.如圖2－2－22所示，一個(gè)小磁針位于圓心，且與圓在同一豎直平面內(nèi)，現(xiàn)使一個(gè)帶負(fù)電小球在豎直平面內(nèi)沿圓周逆時(shí)針高速旋轉(zhuǎn)，則(　　) 圖2－2－22 A.小磁針的N極向紙面里轉(zhuǎn) B.小磁針的N極向紙面外轉(zhuǎn) C.小磁針在紙面內(nèi)向左擺動(dòng) D.小磁針在紙面內(nèi)向右擺動(dòng) 答案　A 解析　帶負(fù)電的小球在豎直平面內(nèi)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，形成順時(shí)針?lè)较虻沫h(huán)形電流，根據(jù)安培定則，可判斷出該環(huán)形電流的中心磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，所以小磁針的N極向紙面里轉(zhuǎn).選項(xiàng)A正確.