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2024年秋季
北師大版物理
九年級全冊
第十四章 磁現(xiàn)象
第三節(jié) 電流的磁場
1
學(xué)習(xí)目標(biāo)
2
課時導(dǎo)入
3
感悟新知
4
隨堂檢測
5
課堂小結(jié)
電流的磁場
通電螺線管的磁場
右手螺旋定則
在歷史上，人們最初認(rèn)為電和磁是互不相關(guān)的兩種現(xiàn)象，一些著名的物理學(xué)家如安培和庫侖也持這種觀點(diǎn)。19世紀(jì)初，一些哲學(xué)家和科學(xué)家開始認(rèn)識到自然界各種現(xiàn)象之間應(yīng)該是互相聯(lián)系的。基于這種思想，丹麥物理學(xué)家奧斯特開始用實(shí)驗(yàn)方法尋找電和磁之間的聯(lián)系.
1820年4月的一天，他在課堂上演示物理實(shí)驗(yàn)，在一次把導(dǎo)線平行放在磁針上面通電時，發(fā)現(xiàn)磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。奧斯特看到這個現(xiàn)象后非常興奮，又繼續(xù)做了60個不同的實(shí)驗(yàn)，例如改變電流的方向、磁針的位置等，終于在當(dāng)年7月宣布發(fā)現(xiàn)了電與磁之間是有聯(lián)系的，對物理學(xué)的發(fā)展做出了劃時代的貢獻(xiàn).
知識點(diǎn)
電流的磁場
1
1. 電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)——奧斯特實(shí)驗(yàn)
(1)內(nèi)容：通電導(dǎo)線周圍存在與電流方向有關(guān)的磁場。
(2)發(fā)現(xiàn)者：丹麥物理學(xué)家奧斯特。
(3)實(shí)驗(yàn)的意義：揭示了電和磁之間的聯(lián)系，對物理學(xué)的發(fā)展做出了劃時代的貢獻(xiàn)。
2. 奧斯特實(shí)驗(yàn)的基本要求
為了讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，實(shí)際操作中要注意兩點(diǎn)：(1)實(shí)驗(yàn)前先讓在水平面內(nèi)能自由轉(zhuǎn)動的小磁針靜止；(2)導(dǎo)線與小磁針平行，且導(dǎo)線與小磁針間距離較小。
3. 電流的磁效應(yīng)：通電導(dǎo)體周圍產(chǎn)生磁場的現(xiàn)象稱為電流的磁效應(yīng)。
實(shí)驗(yàn)操作解讀：
1. 由于受到地磁場的作用，若小磁針沒有靜止前就進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察。
2. 磁場的強(qiáng)弱與距離有關(guān)，若導(dǎo)線與小磁針距離太遠(yuǎn)，現(xiàn)象就會不明顯。
[中考·泰州]小明在探究“通電直導(dǎo)線周圍的磁場”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1 甲所示。
例1
解題秘方：磁場的基本性質(zhì)是對放入其中的磁體產(chǎn)生力的作用，磁場方向不同，小磁針靜止時N 極的指向不同。
(1)其中小磁針的作用是______________ 。
探測周圍磁場
解析：磁場對放入其中的磁體有力的作用，用小磁針可探測周圍磁場的有無和方向。
(2)接通電路后，觀察到小磁針偏轉(zhuǎn)，說明電流周圍存在________ ，此現(xiàn)象最早是由物理學(xué)家________發(fā)現(xiàn)的。
磁場
解析：因?yàn)榇艌鰧Ψ湃肫渲械拇朋w有力的作用，所以接通電路后，觀察到小磁針偏轉(zhuǎn)，說明電流周圍存在磁場；物理學(xué)家奧斯特首先發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線周圍有磁場。
奧斯特
(3)改變直導(dǎo)線中電流方向，小磁針的偏轉(zhuǎn)方向發(fā)生了改變，說明電流周圍的磁場方向與________有關(guān)。
電流方向
解析：電流方向改變，磁場的方向也跟著發(fā)生改變。
(4)研究表明，通電直導(dǎo)線周圍的磁場分布如圖乙所示，則圖甲實(shí)驗(yàn)中，若將小磁針由通電直導(dǎo)線下方移至直導(dǎo)線上方，小磁針偏轉(zhuǎn)的方向________(填“會”或“不會”)改變。
會
解析：通電導(dǎo)線周圍的磁感線是圍繞導(dǎo)線的同心圓，圖甲中導(dǎo)線上下磁場方向相反，故將小磁針由通電直導(dǎo)線下方移至直導(dǎo)線上方，小磁針偏轉(zhuǎn)的方向會改變。
特別提醒
1. 實(shí)驗(yàn)時讓導(dǎo)線和小磁針均處于南北方向，因?yàn)橥娗靶〈裴樤诘卮艌鲎饔孟绿幱谀媳狈较颍@樣便于比較通電前后小磁針的偏轉(zhuǎn)情況。
特別提醒
2. 磁場的基本性質(zhì)是對放入其中的磁體產(chǎn)生力的作用，故當(dāng)小磁針偏轉(zhuǎn)時，說明小磁針?biāo)幙臻g有磁場。實(shí)驗(yàn)中，通電時小磁針偏轉(zhuǎn)，斷電時回到原南北方向，說明磁場的有無與電流的通斷有關(guān)系，即通電導(dǎo)體周圍存在磁場。
特別提醒
3. 奧斯特實(shí)驗(yàn)中，給導(dǎo)線通電時間要短，因?yàn)闉榱耸箤?shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯，實(shí)驗(yàn)中采用了短路的形式獲得瞬間強(qiáng)電流。
知識點(diǎn)
通電螺線管的磁場
2
1. 螺線管的構(gòu)成 把導(dǎo)線繞在圓筒上，日常生活中把螺線管叫作線圈。
2. 探究通電螺線管的磁場
(1)在通電螺線管周圍放一些小磁針，通過這些小磁針的指向來呈現(xiàn)通電螺線管周圍的磁場分布情況。
(2)若將小磁針放在通電螺線管的內(nèi)部，也可以很方便地觀察其內(nèi)部的磁場分布情況。通電螺線管內(nèi)部的磁場方向?yàn)橛蒘 極指向N 極。
3. 通電螺線管的磁場特點(diǎn)
(1)與條形磁體的磁場分布相似。
(2)磁場有無可控：通電有磁性，斷電無磁性。
(3)磁性強(qiáng)弱可變：磁性的強(qiáng)弱由電流的大小和線圈匝數(shù)的多少來控制。
(4)磁極的方向可調(diào)：磁極的方向由電流的方向和線圈繞向來控制。
特別提醒：
條形磁體的磁場與通電螺線管的磁場對比(對比法)：
比較項(xiàng)目 條形磁體 通電螺線管
磁性有無 不方便控制 可通過電路的通斷控制
磁性強(qiáng)弱 短時間內(nèi)基本不變 由電流的大小和線圈的匝數(shù)決定
磁極 短時間內(nèi)不易改變 由電流方向和繞線方向決定
關(guān)于通電螺線管，下列說法正確的是( )
A. 銅不能被磁化，故通電螺線管不能利用銅導(dǎo)線制作
B. 通電螺線管的磁場與蹄形磁體相似
C. 通電螺線管的磁性強(qiáng)弱與電流大小無關(guān)
D. 通電螺線管的磁場方向與電流方向有關(guān)
例2
解題秘方：關(guān)鍵是理解導(dǎo)體與磁性材料是兩個不同的概念。
解析：螺線管常用銅導(dǎo)線制成，A 錯；一般的通電螺線管的磁場與條形磁體相似，B 錯；電流大小影響通電螺線管的磁性強(qiáng)弱，C 錯；通電螺線管的磁場方向與電流方向有關(guān)，D 正確。
答案：D
易錯提醒
通電導(dǎo)體周圍存在磁場，導(dǎo)體中只要有電流，其周圍就有磁場，導(dǎo)體本身不需要為磁性材料。
知識點(diǎn)
右手螺旋定則
3
1. 內(nèi)容 用右手握住螺線管，讓四指彎曲且與螺線管中電流的方向一致，則大拇指所指的那端就是通電螺線管的N 極。
2. 作用 判定通電螺線管的磁極與線圈繞向和電流方向之間的關(guān)系。
3. 右手螺旋定則三個方面的應(yīng)用
(1)依據(jù)繞線確定的螺線管中電流的方向，判斷通電螺線管的磁極；
(2)給出通電螺線管的磁極，判斷線圈中的電流方向；
(3)由螺線管兩端導(dǎo)線的電流方向及磁極，對螺線管繞線。
活學(xué)巧用：
對于畫在紙面上的通電螺線管，手握不方便 ，可作如下改進(jìn)：
(1) 伸開右手掌，掌心對著螺線管；
(2) 讓四指指向線圈中電流的方向；
(3) 則大拇指所指向的一端為通電螺線管的N 極。
[中考·德州] 如圖2 所示的電路，螺線管右端放置一個
小磁針，閉合開關(guān)后，用“+”“－”標(biāo)出電路中電源右端的極性；用“N”“S”標(biāo)出小磁針靜止時右端的磁極。
例3
解：如圖3 所示。
解題秘方：判斷通電螺線管N、S 極時，首先要標(biāo)出線圈中電流的方向。
解析：根據(jù)電流表正、負(fù)接線柱可知，電源的右端為正極；電流由螺線管的右邊流入，根據(jù)右手螺旋定則可知，通電螺線管的左端為N 極，右端為S 極；根據(jù)磁極間的相互作用規(guī)律可知，靠近通電螺線管右端(S 極)的為小磁針的N 極，另一端是小磁針的S 極，如圖所示。
方法點(diǎn)撥
運(yùn)用右手螺旋定則判斷通電螺線管的磁極的“三步法”：
先標(biāo)——標(biāo)出螺線管中電流方向；
后指——用右手握住螺線管，讓四指指向螺線管中的電流方向；
再確定——根據(jù)大拇指的指向確定通電螺線管的N、S 極。
[中考·樂山] 如圖4 所示，按小磁針的指向標(biāo)出螺線管
的“N”“S”極和電源的“+”“－”極。
例4
解：如圖5 所示。
解題秘方：判斷電流方向的突破口是由小磁針的N、S 極判斷螺線管的磁極。
解析：由異名磁極相互吸引可知，通電螺線管的右端是S極，左端是N 極。根據(jù)右手螺旋定則，用右手握住螺線管，使大拇指指向通電螺線管的N 極，則彎曲的四指所指的方向?yàn)殡娏鞯姆较颍月菥€管中正面的電流方向向上，即電流由螺線管的右端流入，故電源的右端為正極，左端為負(fù)極。
方法點(diǎn)撥
運(yùn)用右手螺旋定則判斷電源正負(fù)極的“三步法”：
先指——用右手握住螺線管，讓大拇指指向螺線管的N 極；
后標(biāo)——根據(jù)四指指向標(biāo)出螺線管中電流的方向；
再確定——根據(jù)電流的方向確定電源正負(fù)極。
[中考·涼山州] 如圖6，將銅絲、鐵絲插入菠蘿中，便制成了水果電池。將一根軟導(dǎo)線在紙筒A 上繞制成螺線管，導(dǎo)線兩端接在電池兩極上，螺線管產(chǎn)生的磁場使小磁針靜止在如圖所示狀態(tài)。圖中已標(biāo)出電路中電子定向移動的方向。
例5
(1)標(biāo)出電池正、負(fù)極(在圖中橫線上填“+”或“－”)。
(2)畫出紙筒A 上導(dǎo)線的繞向并形成閉合電路。
解：如圖7 所示。
解題秘方：依據(jù)小磁針的N、S 極判斷出螺線管的N、S 極，依據(jù)電子定向移動的方向判斷出電路中的電流方向，標(biāo)出線圈中的電流方向，再畫出線圈繞線。
解析：因?yàn)殡娏鞯姆较蚺c電子定向移動的方向相反，同時電流從電源的正極出發(fā)流向負(fù)極，據(jù)此可以判斷左側(cè)為電源正極，右側(cè)為電源負(fù)極。
由小磁針的N、S 極判斷出紙筒A 的左側(cè)為通電螺線管的N極，右側(cè)為通電螺線管的S 極，再根據(jù)右手螺旋定則，可以得出導(dǎo)線的繞線方式，如圖7 所示。
方法點(diǎn)撥
對螺線管繞線的一種方法：
1. 如圖8 所示，在線圈中間畫幾條短直線。
方法點(diǎn)撥
2. 由磁極間的相互作用規(guī)律判斷通電螺線管的磁極，運(yùn)用右手螺旋定則判斷并標(biāo)出所畫直導(dǎo)線中的電流方向。
3. 由所畫直導(dǎo)線中的電流方向和電源的正、負(fù)極 ，將直導(dǎo)線上下兩端加上曲線，適當(dāng)修改并完成繞線。
1．[2023·十堰三模]科學(xué)需要實(shí)驗(yàn)探究。如圖，在指向南北方向的靜止小磁針上方平行地放一根直導(dǎo)線。閉合開關(guān)，原來靜止的小磁針轉(zhuǎn)動，原來靜止的直導(dǎo)線仍然靜止。
下列分析正確的是(　　)
A．小磁針轉(zhuǎn)動，說明通電直導(dǎo)線周圍存在磁場
B．小磁針轉(zhuǎn)動，說明通電直導(dǎo)線周圍存在磁感線
C．直導(dǎo)線仍然靜止，此時偏轉(zhuǎn)的小磁針對直導(dǎo)線沒有力的作用
D．改變電池正負(fù)極，原來靜止的小磁針轉(zhuǎn)動的方向不變
A
2．[2023·廣東]如圖所示，桌面上有一枚轉(zhuǎn)動靈活的小磁針，靜止時，小磁針__________極指向南方。當(dāng)導(dǎo)線與電池觸接時，小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明通電導(dǎo)線周圍存在________；斷開電路，小磁針
________(選填“會”或“不會”)
回到原來位置。
S
磁場
會
3．如圖所示是四位同學(xué)判斷通電螺線管兩端極性時的做法，其中正確的是(　　)
A
奧斯特實(shí)驗(yàn)
電生磁
通電螺線管
右手螺旋定則
構(gòu)成
特點(diǎn)

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