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第2節(jié) 電生磁
第1章 電與磁
一、直線電流的磁場(chǎng)
1.奧斯特實(shí)驗(yàn)
1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁現(xiàn)象：導(dǎo)體中有電流通過時(shí)，其周圍空間會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，這種現(xiàn)象叫電流的磁效應(yīng)。奧斯特實(shí)驗(yàn)是第一個(gè)揭示電和磁之間聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)說明電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象不是各自孤立的，而是有著密切聯(lián)系的。
實(shí)驗(yàn)一
觸接
通電時(shí)小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明有磁場(chǎng)對(duì)小磁針作用，即電流周圍存在磁場(chǎng)。
實(shí)驗(yàn)二
電路斷開，小磁針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明小磁針沒有受到其他磁場(chǎng)的作用，沒有電流也就沒有磁場(chǎng)。
斷開
實(shí)驗(yàn)三
改變電流的方向，小磁針的偏轉(zhuǎn)方向和實(shí)驗(yàn)一中小磁針的偏轉(zhuǎn)方向相反，說明電流方向改變時(shí)，磁場(chǎng)的方向也改變。
觸接
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
①通電導(dǎo)體周圍存在磁場(chǎng)；
②通電導(dǎo)體周圍磁場(chǎng)的方向與電流的方向有關(guān)。
注意事項(xiàng)
①實(shí)驗(yàn)時(shí)要讓導(dǎo)線和小磁針均處于南北方向，因?yàn)橥娗靶〈裴橃o止時(shí)南北指向，便于比較通電前后小磁針的偏轉(zhuǎn)情況。
②為使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯，實(shí)驗(yàn)時(shí)是采用短路的方法獲得瞬間較大的電流的，所以導(dǎo)線通電時(shí)間要短。
2.直線電流的磁場(chǎng)
實(shí)驗(yàn)
在有機(jī)玻璃上穿一個(gè)孔，將一條直導(dǎo)線垂直穿過小孔，在玻璃板上均勻地撒上鐵屑。給直導(dǎo)線通電后，輕敲玻璃板，觀察鐵屑的分布。
磁感線：以導(dǎo)線為圓心排列的一系列的同心圓。
磁場(chǎng)的強(qiáng)弱：越靠近通電直導(dǎo)線，磁感線越密，磁場(chǎng)越強(qiáng)；越遠(yuǎn)離通電直導(dǎo)線，磁感線越稀疏，磁場(chǎng)越弱。
磁場(chǎng)的方向：與電流的方向垂直。
牛刀小試
1.如圖是奧斯特實(shí)驗(yàn)的示意圖，下列分析正確的是( )
A.通電導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)的方向由小磁針的指向決定
B.發(fā)生偏轉(zhuǎn)的小磁針對(duì)通電導(dǎo)線有力的作用
C.移去小磁針后的通電導(dǎo)線周圍不存在磁場(chǎng)
D.通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)方向與電流方向無(wú)關(guān)　　
B
牛刀小試
2.通電直導(dǎo)線周圍的磁感線的環(huán)繞方向如圖所示，則導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的方向是( )
A.從A到B
B.從B到A
C.順時(shí)針環(huán)繞導(dǎo)線
D.逆時(shí)針環(huán)繞導(dǎo)線　
A
二、通電螺線管的磁場(chǎng)
想一想：
電流能產(chǎn)生磁場(chǎng)，為什么手電筒在通電時(shí)連一枚大頭針都吸引不起來(lái)？
螺線管：把導(dǎo)線繞成幾圈，就做成一個(gè)螺線管，螺線管也叫線圈。螺線管中的各圈導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加在一起，磁場(chǎng)會(huì)強(qiáng)得多。
1.通電螺線管的磁場(chǎng)分布
實(shí)驗(yàn)：探究通電螺線管的磁場(chǎng)特點(diǎn)
（1）在螺線管的兩端各放一個(gè)小磁針，并在硬紙板上均勻地撒滿鐵屑。通電后觀察小磁針的指向，輕敲紙板，觀察鐵屑的排列情況。
（2）改變電流方向，再次輕敲紙板，觀察鐵屑的排列情況和小磁針的指向。
實(shí)驗(yàn)過程
（1）通電后，觀察到放在左端的小磁針的N極與通電螺線管的左端相互吸引，右端的小磁針的S極與通電螺線管的右端相互吸引，說明通電螺線管的兩端的極性不同，根據(jù)磁極間相互作用的規(guī)律可知，通電螺線管的左端為S極，右端為N極。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，鐵屑有規(guī)則地排列，其排列情況與鐵屑在條形磁體磁場(chǎng)中的排列情況相似。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
（2）改變電流方向后，發(fā)現(xiàn)小磁針的指向發(fā)生改變，鐵屑的排列情況仍與條形磁體磁場(chǎng)中的鐵屑類似。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論
通電螺線管外部的磁場(chǎng)與條形磁體的磁場(chǎng)相似，其方向受電流方向影響。
判斷通電螺線管磁極與電流方向的關(guān)系的具體做法：用右手握住螺線管，讓四指彎向螺線管中的電流方向，大拇指所指的那一端就是通電螺線管的北極。如圖所示。
2.右手螺旋定則（安培定則）
判斷磁場(chǎng)方向（或磁極）和電流的方向的關(guān)系時(shí)用右手螺旋定則。
判斷直線電流周圍磁場(chǎng)方向與電流方向的關(guān)系的具體做法：右手握住直導(dǎo)線，大拇指指向電流方向，四指彎曲的方向即磁場(chǎng)方向。如圖所示。
牛刀小試
下列四幅圖，通電螺線管的N、S極標(biāo)注正確的是（ ）
A
A
B
C
D
三、影響電磁鐵磁性
強(qiáng)弱的因素
電磁鐵：在螺線管中插入一個(gè)鐵芯就成為電磁鐵，如圖所示。鐵芯在磁場(chǎng)中被磁化，能使螺線管的磁性大大增強(qiáng)。
鐵芯
線圈
實(shí)驗(yàn)：探究影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素
提出問題
電磁鐵的磁性強(qiáng)弱與哪些因素有關(guān)？
猜想與假設(shè)
電磁鐵的磁性強(qiáng)弱可能與電流的大小、線圈匝數(shù)有關(guān)。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與探究過程
有兩個(gè)可能的因素影響電磁鐵的磁性，需要應(yīng)用控制變量法，逐個(gè)探究每個(gè)因素對(duì)電磁鐵磁性的影響。實(shí)驗(yàn)中由懸掛鐵塊的彈簧的長(zhǎng)度大小來(lái)顯示電磁鐵磁性的強(qiáng)弱。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。
實(shí)驗(yàn)一：探究電流大小對(duì)電磁鐵磁性強(qiáng)弱的影響
按照電路圖連接實(shí)驗(yàn)電路，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片改變電路中電流的大小，比較電流較大和電流較小時(shí)彈簧的長(zhǎng)度。
實(shí)驗(yàn)二：探究線圈匝數(shù)對(duì)電磁鐵磁性強(qiáng)弱的影響
保持電流大小不變，更換匝數(shù)不同的線圈，比較線圈匝數(shù)較多和較少時(shí)彈簧的長(zhǎng)度。
實(shí)驗(yàn)分析
影響因素 彈簧長(zhǎng)度 現(xiàn)象分析
電流大小
電流大
電流小
較長(zhǎng)
較短
線圈匝數(shù)
匝數(shù)多
匝數(shù)少
較長(zhǎng)
較短
電流越大，彈簧越長(zhǎng)。說明電流越大，電磁鐵的磁性越強(qiáng)
線圈匝數(shù)越多，彈簧越長(zhǎng)。說明線圈匝數(shù)越多，電磁鐵的磁性越強(qiáng)
實(shí)驗(yàn)結(jié)論
線圈匝數(shù)一定時(shí)，電流越大，電磁鐵的磁性越強(qiáng)；
電流一定時(shí)，電磁鐵的線圈匝數(shù)越多，電磁鐵的磁性越強(qiáng)。
牛刀小試
1.在下圖所示的電路中，閉合開關(guān)S，將滑動(dòng)變阻器滑片P向右移動(dòng)時(shí)，圖中的電磁鐵( )
A.b端是N極，磁性減弱
B.b端是S極，磁性減弱
C.a端是N極，磁性增強(qiáng)
D. a端是S極，磁性增強(qiáng)
A
牛刀小試
2.在探究影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素時(shí)，小科設(shè)計(jì)了如圖所示的電路，下列說法不正確的是（ ）
A.電磁鐵A、B上方都是S極
B.通過電磁鐵A和B的電流相等
C.電磁鐵A的磁性強(qiáng)于電磁鐵B的
磁性
D.向右移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，電磁鐵A、B的磁性
都減弱
A
一、直線電流的磁場(chǎng)
1.奧斯特實(shí)驗(yàn)
2.直線電流的磁場(chǎng)
二、通電螺線管的磁場(chǎng)
1.通電螺線管的磁場(chǎng)分布
2.右手螺旋定則（安培定則）
三、影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素
課堂小結(jié)

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