2018-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

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2－2－12.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.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2－2－5A.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.图2－2－93.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2－2－12A.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.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2－2－13A.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.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B2.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＝I2RtD.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2－2－14A.Ba＝BbB.Ba＜BbC.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.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2－2－15A.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2－2－16A.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2－2－17A.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2－2－18A.a B.bC.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、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()图2－2－20A.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