2020版高中物理第二章磁场第2讲电流的磁场学案新人教版选修1-1 11页

第2讲　电流的磁场 ‎[目标定位]　1. 了解奥斯特、安培等科学家的实验研究对人们认识电磁现象所起的重要作用.2.会用磁感线描述直线电流、环形电流和通电螺线管周围的磁场.‎ ‎3.会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向.‎ 一、电流的磁效应 ‎1.1820年，奥斯特发现：把一根导线平行地放在磁针的上方，给导线通电时，磁针发生了偏转，说明电流能产生磁场，这个现象称为电流的磁效应.‎ ‎2.电流磁效应的发现，用实验展示了电与磁的联系，说明电与磁之间存在着相互作用.‎ 想一想　小磁针只有放在磁体周围才会受到磁力作用而发生偏转吗？是不是可以说，只有磁体周围存在着磁场？‎ 答案　不是.小磁针放在通电导体周围也发生偏转，电流周围也有磁场.‎ 二、电流磁场的方向 ‎1.直线电流的磁场 安培定则：右手握住导线，让伸直的拇指的方向跟电流的方向一致，那么，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向，如图2－2－1 所示.‎ 图2－2－1‎ ‎2.通电螺线管的磁场 图2－2－2‎ 安培定则：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，如图2－2－2所示.‎ ‎3.环形导线可以看做只有一匝的螺线管，如图2－2－3所示.‎ 11‎ 图2－2－3‎ 温馨提示　先确认何种电流，再利用安培定则确定磁场的方向.记清四指或拇指指向的含义.‎ 想一想　如图2－2－4所示，将导线放在小磁针的上方，当通如图所示的电流时小磁针的N极向哪儿转动？为什么？‎ 图2－2－4‎ 答案　小磁针的N极向里转动.根据安培定则可判断出导线下方的磁场方向垂直纸面向里，小磁针静止时N极所指的方向就是该点的磁场方向，所以小磁针的N极向里转.‎ 一、电流的磁效应 ‎1.电流能够产生磁场，这个现象叫做电流的磁效应.‎ ‎2.电流的磁效应是丹麦物理学家奥斯特于1820年发现的.‎ 例1　如图2－2－5所示，把一条导线平行地放在磁针的上方附近.当导线中通有电流时，磁针会发生偏转.首先发现这个实验现象的物理学家是(　　)‎ 图2－2－5‎ A.伽利略 B.牛顿 C.奥斯特 D.爱因斯坦 答案　C 针对训练1　在做“奥斯特实验”时，下列操作现象最明显的(　　)‎ A.沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的延长线上 B.沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的正下方 C.电流沿南北方向放置在磁针的正上方 11‎ D.电流沿东西方向放置在磁针的正上方 答案　C 解析　把导线沿南北方向放置在地磁场中处于静止状态的磁针的正上方，通电时磁针发生明显的偏转.‎ 二、电流磁场方向与安培定则 ‎1.直线电流的磁场 ‎(1)安培定则：右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向，如图2－2－6 所示.‎ 图2－2－6‎ ‎(2)画法：如图2－2－7所示 图2－2－7‎ 说明：图中的“×”号表示磁场方向垂直进入纸面；“·”号表示磁场方向垂直离开纸面.‎ ‎(3)特点：是非匀强磁场，距导线越远处磁场越弱.‎ ‎2.环形电流的磁场 ‎(1)安培定则：右手握住环形导线，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向，如图2－2－8所示.‎ 图2－2－8‎ ‎(2)磁感线的特点 两侧分别是N极和S极，离圆环中心越远，磁场越弱，画法如图2－2－9所示.‎ 11‎ 图2－2－9‎ ‎3.通电螺线管的磁场 ‎(1)安培定则：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，如图2－2－10所示.‎ 图2－2－10‎ ‎(2)磁感线特点 两端分别是N极和S极，管内是匀强磁场，管外是非匀强磁场，画法如图2－2－11所示.‎ 图2－2－11‎ 例2　小刘同学用铁钉与漆包线绕成电磁铁，当接通电路后，放在其上方的小磁针N极立即转向左侧，如图2－2－12所示.则此时(　　)‎ 图2－2－12‎ A.导线A端接电池正极 B.铁钉左端为电磁铁的N极 C.铁钉内磁场方向向右 D.漆包线内电流由A流向B 答案　C 解析　小磁针静止时N极指向为该处磁场方向，根据通电螺线管磁场分布知，铁钉右端为电磁铁N极，左端为S极，再根据安培定则知C项正确.‎ 11‎ 针对训练2　如图2－2－13所示，一枚小磁针放在半圆形导线环的环心O处，当导线中通以如图所示方向的电流时，小磁针将如何偏转(　　)‎ 图2－2－13‎ A.沿顺时针方向转动 B.沿逆时针方向转动 C.N极转向纸内，S极转向纸外 D.N极转向纸外，S极转向纸内 答案　C 解析　由安培定则知，环形电流内部磁场方向垂直纸面向里，故N极转向纸里，C选项正确.‎ 11‎ 电流的磁效应 ‎1.电磁铁的应用相当广泛，它是利用电流周围产生磁场的原理工作的，最先发现电流周围存在磁场的科学家是(　　)‎ A.库仑 B.奥斯特 C.麦克斯韦 D.亚里士多德 答案　B ‎2.在物理学的发展过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步.以下对几位物理学家在电磁学领域内所作科学贡献的叙述中，错误的说法是(　　)‎ A.富兰克林不仅发现雷电现象的本质，还最早认识了尖端放电的重要性，并由此提出了避雷针的设想 B.法拉第提出电荷周围存在“场”，并创造性地用“电力线(即电场线)”形象地描述电场 ‎ C.英国物理学家焦耳通过一系列实验发现了焦耳定律Q＝I2Rt D.奥斯特发现了电流的磁效应，并总结出了左手定则 答案　D 解析　奥斯特发现了电流的磁效应，但左手定则不是奥斯特总结的，选项D错误.‎ 电流磁场方向与安培定则 ‎3.如图2－2－14所示，a、b为通电螺线管磁场中同一根磁感线上的两点，若用Ba、Bb分别表示a、b两点磁场的强弱，则(　　)‎ 图2－2－14‎ A.Ba＝Bb B.Ba＜Bb C.a、b两点磁场方向不同 D.a、b两点磁场方向相同 答案　C 解析　根据磁感线的分布可知Ba＞Bb，a、b两点磁感线的方向不同，故C对，A、B、D错.‎ 11‎ ‎4.为了判断一个未知正负极的蓄电池极性，某同学将该蓄电池通过电阻跟螺线管连接起来，发现小磁针的N极立即向螺线管偏转，如图2－2－15所示.用M、N和P、Q分别表示蓄电池和螺线管两极，下列判断正确的是(　　)‎ 图2－2－15‎ A.电源M端为正极 B.电源N端为正极 C.螺线管P端为S极 D.螺线管内部磁感线方向由P指向Q 答案　B 解析　小磁针的N极向螺线管偏转说明小磁针所在位置磁场方向向左，即螺线管P端为N极，Q端为S极，选项C错误；在螺线管的内部磁场方向由S极指向N极，所以螺线管内部磁感线方向由Q指向P，选项D错误；根据安培定则可知，在电源外部电流从N流向M，电源N端为正极，选项A错误，B正确.‎ ‎(时间：60分钟)‎ 题组一、电流磁场方向的判断 ‎1.如图2－2－16所示，环形导线中通有顺时针方向的电流I，则该环形导线中心处的磁场方向为(　　)‎ 图2－2－16‎ A.水平向右 B.水平向左 C.垂直于纸面向里 D.垂直于纸面向外 11‎ 答案　C 解析　根据安培定则可知，该环形导线中心处的磁场方向垂直于纸面向里，选项C正确.‎ ‎2.关于通电直导线周围磁场的磁感线分布，下列示意图中正确的是(　　)‎ 答案　A 解析　根据安培定则判断通电直导线的磁场可知，选项A正确.‎ ‎3.如图2－2－17所示，水平直导线ab通有向右的电流I，置于导线正下方的小磁针S极将(　　)‎ 图2－2－17‎ A.向纸外偏转　　　　　　　　 　 B.向纸内偏转 C.在纸面内顺时针转过90° D.不动 答案　A 解析　据安培定则可以确定，通电直导线在其下方产生垂直纸面向里的磁场，在磁场力的作用下，小磁针N极向里，S极向外偏转，A项正确.‎ ‎4.通电螺线管附近放置四个小磁针，如图2－2－18所示，当小磁针静止时，图中小磁针的指向正确的是(涂黑的一端为N极)(　　)‎ 图2－2－18‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ A.a B.b ‎ C.c D.d 答案　B 解析　由安培定则判断出螺线管的左侧相当于条形磁铁的N极，右侧相当于S极.故在a、‎ 11‎ c、d处磁场方向水平向左，b处磁场方向水平向右，小磁针的N极应沿磁感线方向，只有小磁针b指向正确.选项B正确.‎ ‎5.关于通电螺旋线管磁极的判断，下列示意图中正确的是(　　)‎ 答案　A 解析　根据右手螺旋定则可以判定A项正确，B、C、D错误.‎ ‎6.下面各图中，电流及其产生的磁场方向均正确的是(　　)‎ 答案　C 解析　根据右手螺旋定则可判定C项正确.‎ ‎7.如图2－2－19所示，所在通电螺线管内部中间的小磁针，静止时N极指向右端，则电源的c端为________极，螺线管的a端为__________极.‎ 图2－2－19‎ 答案　正　S 解析　由小磁针N极的指向可知通电螺线管中心轴线的磁场方向向右，根据安培定则可知，螺线管的右端为N极，所以左端(a端)为S极，并且可判断出导线中的电流方向，从而可知电源的c端为正极.‎ 题组二、安培定则的综合应用 ‎8.如图2－2－20所示，两个同样的导线环同轴平行悬挂，相隔一小段距离，当同时给两导线环通以同向电流时，两导线环将(　　)‎ 11‎ 图2－2－20‎ A.相吸引 B.相排斥 C.保持静止 D.边吸引边转动 答案　A 解析　把环形电流等效成小磁针，由安培定则知左侧小磁针S极对着右侧小磁针N极，相互吸引，A正确.‎ ‎9.如图2－2－21所示，一束带电粒子沿水平方向飞 图2－2－21‎ 过小磁针上方.若带电粒子飞过小磁针上方的瞬间，小磁针N极向纸面内偏转，则带电粒子可能是(　　)‎ A.向右飞行的正离子束 ‎ B.向左飞行的正离子束 C.向右飞行的负离子束 ‎ D.向左飞行的负离子束 答案　AD 解析　由小磁针N极向纸面内偏转，知离子束下方磁感线垂直纸面向里，由安培定则可知，位于小磁针上方直线电流方向向右.故A、D正确.‎ ‎10.如图2－2－22所示，一个小磁针位于圆心，且与圆在同一竖直平面内，现使一个带负电小球在竖直平面内沿圆周逆时针高速旋转，则(　　)‎ 图2－2－22‎ A.小磁针的N极向纸面里转 B.小磁针的N极向纸面外转 11‎ C.小磁针在纸面内向左摆动 D.小磁针在纸面内向右摆动 答案　A 解析　带负电的小球在竖直平面内逆时针旋转，形成顺时针方向的环形电流，根据安培定则，可判断出该环形电流的中心磁场方向垂直纸面向里，所以小磁针的N极向纸面里转.选项A正确.‎ 11‎