2018-2019學(xué)年高中物理 第5章 磁場(chǎng)與回旋加速器 5.3 探究電流周?chē)拇艌?chǎng)學(xué)案 滬科版選修3-1.doc

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5.3　探究電流周?chē)拇艌?chǎng) 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.學(xué)會(huì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究通電直導(dǎo)線(xiàn)和通電線(xiàn)圈的磁場(chǎng)．(重點(diǎn)) 2．掌握用安培定則判斷直線(xiàn)電流、通電線(xiàn)圈周?chē)拇艌?chǎng)．(重點(diǎn)) 3．了解磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，知道安培分子電流假說(shuō)．(難點(diǎn)) [自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知] [知識(shí)梳理] 一、電流的磁場(chǎng) 1．丹麥的物理學(xué)家?jiàn)W斯特發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線(xiàn)能使小磁針偏轉(zhuǎn)． 2．直線(xiàn)電流的磁場(chǎng) (1)磁場(chǎng)分布：直線(xiàn)電流磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)是一些以導(dǎo)線(xiàn)上各點(diǎn)為圓心的同心圓，這些同心圓都在跟導(dǎo)線(xiàn)垂直的平面上． (2)安培定則：用右手握住導(dǎo)線(xiàn)，讓大拇指指向電流的方向，則彎曲的四指所指的方向就是磁感線(xiàn)的環(huán)繞方向． 3．通電線(xiàn)圈的磁場(chǎng) (1)環(huán)形電流的磁場(chǎng)：環(huán)形電流磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)是一些圍繞環(huán)形導(dǎo)線(xiàn)的閉合曲線(xiàn)，也滿(mǎn)足安培定則． (2)通電螺線(xiàn)管的磁場(chǎng)：就像一根條形磁鐵，一端相當(dāng)于北極，另一端相當(dāng)于南極．長(zhǎng)直通電螺線(xiàn)管內(nèi)中間部分的磁場(chǎng)近似勻強(qiáng)磁場(chǎng)． (3)磁感線(xiàn)方向判定：電流方向、磁場(chǎng)磁感線(xiàn)方向仍然滿(mǎn)足安培定則．右手握住螺旋管，讓四指指向電流的環(huán)繞方向，則大拇指指向N極． 二、探究磁現(xiàn)象的本質(zhì) 1．安培的分子電流假說(shuō)：在原子、分子等物質(zhì)微粒的內(nèi)部存在著一種環(huán)形電流，叫分子電流，分子電流使每一個(gè)物質(zhì)微粒都成為微小的磁體，分子電流的兩側(cè)相當(dāng)于兩個(gè)磁極． 2．磁現(xiàn)象的電本質(zhì)：磁鐵的磁場(chǎng)和電流的磁場(chǎng)一樣，都是由電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的． [基礎(chǔ)自測(cè)] 1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“”．) (1)直線(xiàn)電流磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)一定和電流方向平行．() (2)直線(xiàn)電流和通電螺線(xiàn)管的電流方向跟它產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)方向之間的關(guān)系都符合安培定則．(√) (3)通電螺線(xiàn)管的磁感線(xiàn)都是從N極指向S極．() (4)磁鐵的磁場(chǎng)和電流的磁場(chǎng)本質(zhì)是相同的．(√) (5)磁體受到高溫或猛烈敲擊有時(shí)會(huì)失去磁性．(√) (6)發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的科學(xué)家是安培．() 【提示】　 (1)　直線(xiàn)電流磁感線(xiàn)所在的平面與電流方向垂直． (3)　螺線(xiàn)管內(nèi)部磁感線(xiàn)方向從S極指向N極． (6)　發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的科學(xué)家是奧斯特． 2．下列各圖中，用帶箭頭的細(xì)實(shí)線(xiàn)表示通電直導(dǎo)線(xiàn)周?chē)鸥芯€(xiàn)的分布情況，其中正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682254】 D　[通電直導(dǎo)線(xiàn)周?chē)鸥芯€(xiàn)是以導(dǎo)線(xiàn)上各點(diǎn)為圓心的同心圓，由安培定則可知選項(xiàng)D正確．] 3．如圖是通電直導(dǎo)線(xiàn)周?chē)鸥芯€(xiàn)的分布情況示意圖，各圖的中央表示垂直于紙面的通電直導(dǎo)線(xiàn)及其中電流的方向，其他的均為磁感線(xiàn)，其方向由箭頭指向表示，這四個(gè)圖中，正確的是(　　) C　[根據(jù)安培定則可以判斷，A、B、C電流的磁場(chǎng)沿順時(shí)針?lè)较?，D電流的磁場(chǎng)沿逆時(shí)針?lè)较颍珼錯(cuò)．離電流越遠(yuǎn)，磁場(chǎng)越弱，磁感線(xiàn)越稀疏，故A、B錯(cuò)，C對(duì)．] 4．磁鐵在高溫下或者受到敲擊時(shí)會(huì)失去磁性，根據(jù)安培的分子電流假說(shuō)，其原因是(　　) A．分子電流消失 B．分子電流取向變得大致相同 C．分子電流取向變得雜亂 D．分子電流減弱 C　[根據(jù)安培的分子電流假說(shuō)，當(dāng)分子電流取向變得大致相同時(shí)，對(duì)外顯示磁性；當(dāng)溫度升高或者受到敲擊時(shí)分子發(fā)生運(yùn)動(dòng)，分子電流變得紊亂無(wú)序，對(duì)外不能顯示磁性．] [合 作 探 究攻 重 難] 安培定則的應(yīng)用 安培定則可以用來(lái)判定直線(xiàn)電流、環(huán)形電流和通電螺線(xiàn)管的磁場(chǎng)． 安培定則 立體圖 橫截面圖 縱截面圖 直線(xiàn)電流 以導(dǎo)線(xiàn)上任意點(diǎn)為圓心的多組同心圓，越向外越稀疏，磁場(chǎng)越弱 環(huán)形電流 內(nèi)部磁場(chǎng)比環(huán)外強(qiáng)，磁感線(xiàn)越向外越稀疏 通電螺線(xiàn)管 內(nèi)部為勻強(qiáng)磁場(chǎng)且比外部強(qiáng)，方向由S極指向N極；外部類(lèi)似條形磁鐵，由N極出發(fā)回到S極 　彈簧測(cè)力計(jì)下掛一條形磁鐵，其N(xiāo)極一端位于一通電螺線(xiàn)管的正上方，如圖531所示，下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖531 A．若a接電源正極，b接負(fù)極，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)不變 B．若a接電源正極，b接負(fù)極，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)增大 C．若b接電源正極，a接負(fù)極，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)減小 D．若b接電源正極，a接負(fù)極，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)增大 思路點(diǎn)撥：①磁鐵和螺線(xiàn)管吸引時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)增大，排斥時(shí)示數(shù)減?。? ②先確定正、負(fù)極，再判斷電流方向，最后判斷螺線(xiàn)管的N、S極． D　[若a接電源正極，b接負(fù)極，螺線(xiàn)管中電流俯視沿逆時(shí)針?lè)较颍砂才喽▌t判斷螺線(xiàn)管的上端相當(dāng)于條形磁鐵的N極，故磁鐵受到螺線(xiàn)管對(duì)它向上的斥力作用，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)減小，A、B錯(cuò)誤；若b接電源正極，a接負(fù)極，由安培定則判斷螺線(xiàn)管的上端相當(dāng)于條形磁鐵的S極，磁鐵受到螺線(xiàn)管對(duì)它向下的引力作用，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)變大，故C錯(cuò)誤，D正確．] 應(yīng)用安培定則時(shí)注意的兩點(diǎn) (1)分清“因”和“果”：在判定直線(xiàn)電流的磁場(chǎng)的方向時(shí)，大拇指指“原因”——電流方向，四指指“結(jié)果”——磁場(chǎng)繞向；在判定環(huán)形電流磁場(chǎng)方向時(shí)，四指指“原因”——電流繞向，大拇指指“結(jié)果”——環(huán)內(nèi)沿中心軸線(xiàn)的磁感線(xiàn)方向，即指N極． (2)優(yōu)先采用整體法：一個(gè)任意形狀的閉合電流(如三角形、矩形)的磁場(chǎng)，從整體效果上可等效為環(huán)形電流的磁場(chǎng)． [針對(duì)訓(xùn)練] 1．(多選)下列所示各圖中，小磁針的指向正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682255】 ABD　[小磁針N極受力方向是該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向，由安培定則及地磁場(chǎng)、條形磁鐵、蹄形磁鐵磁場(chǎng)分布可知選項(xiàng)A、B、D正確．] 2. (多選)如圖532所示，螺線(xiàn)管、蹄形鐵芯、環(huán)形導(dǎo)線(xiàn)三者相距較遠(yuǎn)，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合后小磁針N極(黑色的一端)的指向正確的是(　　) 圖532 A．小磁針a的N極指向正確 B．小磁針b的N極指向正確 C．小磁針c的N極指向正確 D．小磁針d的N極指向正確 BCD　[根據(jù)安培定則，蹄形鐵芯被磁化后右端為N極，左端為S極，小磁針c指向正確；通電螺線(xiàn)管的磁場(chǎng)分布和條形磁鐵相似，內(nèi)部磁場(chǎng)向左，下方磁場(chǎng)向右，所以小磁針b指向正確，小磁針a指向錯(cuò)誤；環(huán)形電流形成的磁場(chǎng)左側(cè)應(yīng)為S極，故d的指向正確．] 電流磁場(chǎng)的疊加 1.當(dāng)空間存在幾個(gè)磁體或電流時(shí)，出現(xiàn)磁場(chǎng)疊加的情況． 2．磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，磁感應(yīng)強(qiáng)度疊加時(shí)遵循平行四邊形定則． 　如圖533所示，三根長(zhǎng)直通電導(dǎo)線(xiàn)中的電流大小相同，通過(guò)b、d導(dǎo)線(xiàn)的電流方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶?，c導(dǎo)線(xiàn)的電流方向?yàn)榇怪奔埫嫦蛲?，a點(diǎn)為b、d兩點(diǎn)連線(xiàn)的中點(diǎn)，ac垂直bd，且ab＝ad＝ac，則a點(diǎn)的磁場(chǎng)方向?yàn)?　　) 圖533 A．垂直紙面向外　　　 B．垂直紙面向里 C．沿紙面由a指向b D．沿紙面由a指向d 思路點(diǎn)撥：①先根據(jù)安培定則確定電流b、c、d在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向． ②根據(jù)矢量合成法則確定合磁場(chǎng)方向． C　[根據(jù)安培定則確定三個(gè)電流在a點(diǎn)上所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向，如圖所示： 直導(dǎo)線(xiàn)b在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)與直導(dǎo)線(xiàn)d在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，大小相等，則合磁場(chǎng)為零；而直導(dǎo)線(xiàn)c在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向從d指向b，即為沿紙面由a指向b.故選C.] [針對(duì)訓(xùn)練] 3．如圖534所示，三根通電導(dǎo)線(xiàn)Q、P、R互相平行且通過(guò)正三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，三根導(dǎo)線(xiàn)中電流的大小相等，方向垂直紙面向里，則通電導(dǎo)線(xiàn)P、Q在導(dǎo)線(xiàn)R處的磁場(chǎng)方向是(　　) 圖534 A．指向y軸負(fù)方向 B．指向y軸正方向 C．指向x軸正方向 D．指向x軸負(fù)方向 C　[由安培定則可知，P在R處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向斜向右下且與水平方向成30角；Q在R處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向斜向右上且與水平方向成30角，由于電流的大小相等，與R的距離相等，因此兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小相等，由平行四邊形定則可知，合磁場(chǎng)的方向水平向右，即指向x軸正方向，故選C.] 4. (多選)兩根長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)a、b平行放置，如圖535所示為垂直于導(dǎo)線(xiàn)的截面圖，圖中O點(diǎn)為兩根導(dǎo)線(xiàn)連線(xiàn)ab的中點(diǎn)，M、N為ab的中垂線(xiàn)上的兩點(diǎn)且與a、b等距，兩導(dǎo)線(xiàn)中通有等大、同向的恒定電流，已知直線(xiàn)電流在某點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小跟該點(diǎn)到通電導(dǎo)線(xiàn)的距離r成反比，則下列說(shuō)法中正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682256】 圖535 A．M點(diǎn)和N點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同 B．M點(diǎn)和N點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相反 C．O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 D．若在N點(diǎn)放一小磁針，靜止時(shí)其北極沿ON指向O點(diǎn) BC　[由安培定則、通電直導(dǎo)線(xiàn)周?chē)艌?chǎng)特點(diǎn)及矢量的合成知BM垂直MN向下，BN垂直MN向上，且BM＝BN；而O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度BO＝0，B、C對(duì)，A錯(cuò)；若在N點(diǎn)放一小磁針，靜止時(shí)其北極垂直MN向上．] [當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基] 1.如圖536所示，把一條導(dǎo)線(xiàn)平行地放在磁針的上方附近，當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)中有電流通過(guò)時(shí)，磁針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)．發(fā)現(xiàn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的物理學(xué)家是(　　) 圖536 A．牛頓　　　B．愛(ài)因斯坦 C．奧斯特 D．居里夫人 C　[發(fā)現(xiàn)電流能使小磁針偏轉(zhuǎn)的物理學(xué)家是奧斯特．故C正確．] 2．一根軟鐵棒被磁化是因?yàn)?　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682257】 A．軟鐵棒中產(chǎn)生了分子電流 B．軟鐵棒中分子電流取向雜亂無(wú)章 C．軟鐵棒中分子電流消失 D．軟鐵棒中分子電流取向變得大致相同 D　[軟鐵棒中的分子電流是一直存在的，并不因?yàn)橥饨绲挠绊懚a(chǎn)生或消失，故A、C錯(cuò)．根據(jù)磁化過(guò)程的實(shí)質(zhì)可知，B錯(cuò)誤，D正確．] 3．當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)中分別通以圖示方向的電流時(shí)，小磁針靜止時(shí)北極指向讀者的是(　　) C　[根據(jù)安培定則可確定C正確．] 4.如圖537所示，螺線(xiàn)管中通有電流，如果在圖中的a、b、c三個(gè)位置上各放一個(gè)小磁針，其中a在螺線(xiàn)管內(nèi)部，則： 圖537 (1)放在a處的小磁針的N極向________． (2)放在b處的小磁針的N極向________． (3)放在c處的小磁針的N極向________． 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682258】 【解析】　 由安培定則，通電螺線(xiàn)管的磁場(chǎng)如圖所示，右端為N極，左端為S極，在a點(diǎn)，磁場(chǎng)方向向右，則小磁針在a點(diǎn)時(shí)，N極向右；在b點(diǎn)，磁場(chǎng)方向向右，則小磁針在b點(diǎn)時(shí)，N極向右；在c點(diǎn)，磁場(chǎng)方向向右，則小磁針在c點(diǎn)時(shí)，N極向右． 【答案】　(1)右　(2)右　(3)右