教学课件：20.2 电生磁

第二十章电与磁第二十章电与磁第2节电生磁在地球南北极附近的高纬度地区，人们常常可以看到一种奇异的自然现象：巨大的天幕似乎被染上了各种颜色；这些颜色还会不断变化，从紫色到黄绿色，直至橘红色，耀人眼目。这是天上的画家在挥笔作画，还是盛装的少女手持彩练在空中载歌载舞？古人对这种现象进行了种种猜测，直到近代，才有了科学的解释。科学家把这种现象叫做“极光”。极光的发生与地球的磁场有密切关系。1.电流的磁效应.2.通电螺线管的磁场.3.安培定则.学习内容导览学习目标1.通过实验了解电流周围存在着磁场。2.探究通电螺线管外部磁场的方向，了解通电

螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场相似。3.会判断通电螺线管的电流方向和两端的极性。电现象磁现象带电体能吸引轻小物体磁体能吸引磁性物体电荷有两种电荷磁体有两个磁极同种电荷相排斥，异种电荷相吸引同名磁极相排斥，异名磁极相吸引电荷不接触就能相互作用磁体不接触就能相互作用电现象和磁现象的相似之处电现象和磁现象有很多相似之处，它们间有没有一定的联系？科学家们基于这种想法，一次又一次地寻找电与磁的联系。导入新课

第2节电生磁1820年丹麦物理学家奥斯特用实验证实通电导体的周围存在着磁场。第一次揭示了电和磁之间的联系，这一重大发现轰动了科学界，使电磁学进入一个新的发展时期。电与磁之间有着怎样的联系？今天一起学习—电生磁。导入新课一、电流的磁效应一、电流的磁效应二、通电螺线管的磁场三、安培定则四、课堂总结五、动手动脑学物理六、课堂练习本节课学习流程1.奥斯特实验（1）探究电与磁是否存在联系①如图甲所示，将一枚转动灵活的小磁针放置在直导线下方。然后使导线和电池触接，连通电路，观察小磁针的变化。②如图乙所示，把电源切断后，观察小磁针的变化。③如图丙所示，改变导线中电流的方向，观察小磁针有什么变化？一、电流的磁效应④实验分析小磁针发生偏转，说明小磁针受到磁场力的作用，表明通电导线和磁体一样，周围存在磁场。小磁针又回到原位，说明导线周围的磁场消失，表明导线周围的磁场是由电流产生的。电流方向改变时，小磁针的偏转方向发生改变，说明磁场方向发生了改变。进一步说明电流的磁场方向跟电流的方向有关。（2）探究归纳：①电流周围存在着磁场；②电流的磁场方向跟电流的方向有关。一、电流的磁效应通电导线周围存在与电流方向有关的磁场，这种现象叫做电流的磁效应。奥斯特实验揭示了电和磁之间存在着联系，即“电生磁”。2.电流的磁效应一、电流的磁效应物理学家——汉斯·克海斯提安·奥斯特汉斯·克海斯提安·奥斯特（1777年8月—1851年3月），丹麦物理学家、化学家和文学家。人物介绍奥斯特塑像矗立于奥斯特公园主要成就1820年，奥斯特在课堂上做实验时发现了电和磁之间的联系。在化学领域，他发现了铝元素。一、电流的磁效应视频欣赏——《奥斯特实验》（1）由甲、乙两图所示实验可得电流可以产生________；（2）由乙、丙两图所示实验可得电流产生的磁场的方向与电流的_____有关。【例题1】某同学利用图所示装置进行了一系列实验，闭合开关前、小磁针的指向如图甲所示；闭合开关后、小磁针的转情况如图乙中箭头所示；只改变电流方向，再次进行实验、闭合开关后、小磁针的偏转如图丙中箭头所示。（1）由甲、乙两图可知，开关闭合后，电路中有电流通过，小磁针的指向发生变化，可以得出结论电流周围可以产生磁场。（2）由乙、丙两图可知，电路中电流方向不同，小磁针的偏转方向不同，可以得出电流周围的磁场方向与电流方向有关。磁场方向一、电流的磁效应二、通电螺线管的磁场一、电流的磁效应二、通电螺线管的磁场三、安培定则四、课堂总结五、动手动脑学物理六、课堂练习本节课学习流程既然电能生磁，为什么手电筒在通电时连一根大头针都吸不动？怎样才能使电流的磁场变强呢？如果将导线绕在圆筒上，做成螺线管（也叫线圈）。通电后各圈导线产生的磁场叠加在一起，磁场就会增强得多。1.螺线管将导线绕在圆筒上螺线管示意图二、通电螺线管的磁场（1）实验一如图所示，用铜导线穿过硬纸板，绕成螺线管（或用螺线管演示器），在纸板上均匀地撒满铁屑，给螺线管通电后，轻敲纸板，观察铁屑的排列情况。2.实验探究：通电螺线管的磁场特点实验现象与分析：如图所示，可以看到小铁屑有规则地排列起来。从铁屑的分布情况来看，通电螺线管外部的磁场和条形磁体相似。二、通电螺线管的磁场（2）实验二将小磁针放到通电螺线管周围不同的位置，包括螺线管内部，在纸板上记下小磁针在各个位置时的N极指向。实验现象：看到周围小磁针的N极指向不同，内部小磁针N极指向相同，如图所示。现象分析：从小磁针N极指向来看，通电螺线管外部的磁感线是从通电螺线管一端出来回到另一端；内部磁感线的方向与外部磁感线的方向相反，如图所示。二、通电螺线管的磁场（3）实验三在上面的实验中，改变螺线管中的电流方向，对照上次实验中的现象，观察小磁针的N极指向与原来是否相同。实验现象：小磁针的N极指向与上次实验刚好相反。现象分析：小磁针的N极指向改变，说明磁场方向改变了，即通电螺线管两端磁极的极性改变了。由此可知，通电螺线管的磁场方向与电流方向有关。探究归纳：（1）通电螺线管外部的磁场与条形磁体外部的磁场相似，通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个磁极。（2）通电螺线管两端的极性跟螺线管中电流的方向有关。二、通电螺线管的磁场3.探究通电螺线管两端的极性与环绕螺线管的电流方向间的关系（1）设计并进行实验取绕向不同的螺线管，向螺线管内通入不同方向的电流，用小磁针验证它的N、S极，实验现象如图所示。二、通电螺线管的磁场（2）实验现象分析①甲、乙（或丙、丁）两个螺线管的绕法不同，螺线管中电流的方向相同，通电螺线管两端的极性相同；②甲、丙（或乙、丁）两个螺线管的绕法相同，螺线管中电流的方向不同，通电螺线管两端的极性不同。二、通电螺线管的磁场通电螺线管的绕法可能不同，电流流入的端点可能不同，但只要环绕螺线管的电流方向相同，通电螺线管两端的极性就相同。（3）探究归纳：通电螺线管两端的极性与环绕螺线管的电流方向有关。二、通电螺线管的磁场视频演示——《探究通电螺线管的磁场》【例题2】在探究“通电螺线管外部的磁场分布”的实验中：（1）按照图甲布置实验器材，螺线管通电后小磁针发生偏转，说明通电螺线管的周围存在______；小磁针放在螺线管四周不同位置，在图上记录了磁针_____极的方向，这个方向就是该点的磁场方向；（2）小明做了如图乙所示的实验，由实验现象得出：通电螺线管的磁极极性与__________有关。磁场解析见下页电流方向N/北二、通电螺线管的磁场（1）按照图甲布置实验器材，螺线管通电后小磁针发生偏转，说明通电螺线管的周围存在磁场，是小磁针受力发生偏转。小磁针静止时N极所指的方向为该点的磁场方向，故把小磁针放到螺线管四周不同位置，螺线管通电后记录小磁针N极的方向，这个方向就是该点的磁场方向。（2）如图所示的实验，由实验现象得出：通电螺线管周围磁场方向与电流方向有关，当电流方向改变时，磁场方向也会发生改变。二、通电螺线管的磁场三、安培定则一、电流的磁效应二、通电螺线管的磁场三、安培定则四、课堂总结五、动手动脑学物理六、课堂练习本节课学习流程（1）你能想出一些办法描述通电螺线管的极性与电流方向间的关系吗？看看蚂蚁的描述，你能用一个巧妙的方法把通电螺线管两端的极性与其中的电流方向的关系表述出来吗？1.安培定则——判断通电螺线管两端极性的方法如果蚂蚁我沿着电流方向绕螺线管爬行，N极就在我的左边。N三、安培定则（2）看看猴子的描述，你能用一个巧妙的方法把通电螺线管两端的极性与其中的电流方向的关系表述出来吗？如果电流沿着我猴子右臂所指的方向，N极就在我的前方。三、安培定则根据蚂蚁与猴子的描述，你能用一个巧妙的方法把通电螺线管两端的极性与其中的电流方向的关系表述出来吗？同学们……NN如果蚂蚁我沿着电流方向绕螺线管爬行，N极就在我的左边。如果电流沿着我猴子右臂所指的方向，N极就在我的前方。三、安培定则安培定则：对于通电螺线管的极性跟电流方向之间的关系，我们可以用安培定则（也叫右手螺旋定则）来表述。安培定则：用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向与螺线管中的电流方向一致，则大拇指所指的那端就是通电螺线管的N极。三、安培定则2.安培定则的应用（1）根据通电螺线管中电流的方向，判断螺线管的极性.（2）由通电螺线管两端的极性，判断螺线管中电流的方向.（3）根据通电螺线管的南、北极以及电源的正、负极，画出螺线管的绕线.三、安培定则①决定通电螺线管两端极性的根本因素是螺线管中电流的方向，电流的方向一致则通电螺线管两端的极性就相同。②N极和S极一定在通电螺线管的两端。③判断时必须让右手弯曲四指所指的方向与螺线管中电流的方向一致。（4）温馨提示：三、安培定则【例题3】在图中根据磁感线的方向，标出通电螺线管的N、S极和电源的“+”、“-”极。在磁体外部，磁感线总是从磁体的N极发出，最后回到S极。所以螺线管的左端为N极，右端为S极。根据安培定则：伸出右手，使右手大拇指指向通电螺线管的N极，则四指弯曲所指的方向为电流的方向，即电流是从螺线管的右端流入的。所以电源的右端为正极，左端为负极，如图所示.三、安培定则四、课堂总结一、电流的磁效应二、通电螺线管的磁场三、安培定则四、课堂总结五、动手动脑学物理六、课堂练习本节课学习流程奥斯特实验通电螺线管的磁场安培定则与条形磁体磁场相似用右手握螺线管，让四指弯向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的那一端就是螺线管的N极。电流周围存在与电流方向有关的磁场电流的磁场四、课堂总结（1）四、课堂总结（2）条形磁体通电螺线管不同点磁场磁极不变N极和S极随电流方向改变磁性是永磁体且磁性不变只有通电才有磁性，且随电流强弱变化相同点磁场磁场分布相同，有N极和S极磁性具有吸铁性、指向性、两极磁性最强通电螺线管与条形磁体的磁场对比四、课堂总结（3）五、动手动脑学物理一、电流的磁效应二、通电螺线管的磁场三、安培定则四、课堂总结五、动手动脑学物理六、课堂练习本节课学习流程1.请你根据图中通电螺线管中的电流方向判定螺线管的极性.（1）左图中，标出螺线管上电流的方向，根据安培定则，用右手握住螺线管，让弯曲的四指指向电流的方向，则大拇指指向螺线管的右端为N极，如图所示.（2）同理，右图中，向螺线管的上端为N极，如图所示.五、动手动脑学物理2.如图所示，按小磁针的指向判定螺线管的极性、电流的方向和电源的正、负极.根据异名磁极相吸，与小磁针N极靠近的是螺线管的S极，与小磁针S极靠近的是螺线管的N极。由此先判断螺线管的极性，再由判断电流的方向，最后判断电源的正负极。五、动手动脑学物理3.如图所示，开关闭合后，位于螺线管右侧的小磁针的指向将怎样变化?根据电源的正负极，可以确定开关闭合后电流从螺线管的左端流入，右端流出，利用安培定则可知螺线管的右端为N极，左端为S极；由于异名磁极相互吸引，同名磁极相互排斥，所以小磁针的N极被排斥，S极被螺线管吸引，则小磁针会逆时针转动90°，最后小磁针的N极水平指向右。五、动手动脑学物理4.1820年，安培在科学院的例会上做了一个小实验引起到会科学家的兴趣：把螺线管水平悬挂起来，然后给导线通电。想一想会发生什么现象？实际做一做，看看你的判断是否正确?会发现通电螺线管发生转动，直至指向南北极，因为通电螺线管有磁性，其磁场类似于条形磁体，两端相当于条形磁体的两个磁极，所以通电螺线管一端指向南极，一端指向北极。五、动手动脑学物理5.图是牵牛花茎的照片。观察自然界中不同缠绕植物的茎，它们的缠绕方向和生长方向有什么关系？这跟螺线管中电流的方向与其北极方向的关系是否相同？对于不同植物，这种关系都一样吗？通过观察牵牛花茎的照片，观察自然界中不同缠绕植物的茎，它们的缠绕方向和生长方向满足螺旋定则；生长在南半球植物的茎向右旋转，生长在北半球植物的茎则向左旋转。经过漫长的适应、进化过程，它们便逐步形成了各自旋转缠绕的固定的方向；奇妙的螺旋形是自然界中最普遍、最基本的物质运动形式。五、动手动脑学物理一、电流的磁效应二、通电螺线管的磁场三、安培定则四、课堂总结五、动手动脑学物理六、课堂练习本节课学习流程六、课堂练习1.如图所示是著名的奥斯特实验。（1）实验探究的是通电导线周围是否存在_________。（2）实验前小磁针的N极应指向地磁场的_______极.（3）接通电路后，观察到小磁针发生偏转，改变导线中的电流方向，小磁针偏转方向也发生改变，这表明通电导线周围磁场的方向与________的方向有关.（4）实验中小磁针的作用是___________________。（1）实验探究的是通电导线周围是否存在磁场.（2）实验前小磁针的N极应指向地磁场的S极；（3）接通电路后，小磁针发生偏转，改变导线中的电流方向，小磁针偏转方向也发生改变，表明通电导线周围磁场的方向与电流的方向有关.（4）实验中小磁针的作用是检验磁场是否存在。检验磁场是否存在磁场S电流六、课堂练习2.在探究“通电螺线管外部磁场的方向”的实验中，如图所示，闭合开关，小磁针发生偏转，说明通电螺线管周围有______，通过小磁针静止时______极的指向确定该点磁场方向，调换电源正负极，小磁针偏转方向改变，说明磁场方向与___________有关.闭合开关，小磁针发生偏转，说明通电螺线管周围有磁场；通过小磁针静止时N极的指向，可确定该点的磁场方向；调换电源正负极，即改变电流方向，小磁针偏转方向也改变，说明通电螺线管的磁场方向与电流方向有关。电流方向磁场N六、课堂练习3.如图所示，闭合开关S，A、B、C、D四个小磁针静止时指向正确的是（）A.小磁针A B.小磁针B C.小磁针C D.小磁针D 根据电源的正、负极在图上标出通电螺线管中的电流方向；根据电流方向，利用安培定则判断通电螺线管左端为N极，右端为S极。根据磁体周围的磁感线从N极出发回到S极，画出磁体周围的磁感线。磁场中任一点处小磁针静止时北极指向和该点的磁感线方向一致，所以小磁针A的N极应向左，小磁针B的N极应指向右上方，小磁针C的N极应指向右下方，小磁针D的N极应向左。只有小磁针C的指向正确。C故选C.六、课堂练习4.如图所示，甲、乙为条形磁体，中间是通电螺线管，虚线是表示磁极间磁场分布情况的磁感线。则可以判断图中A、B、C、D四个磁极依次是（）A.N，S，N，N B.S，N，S，S C.S，S，N，S D.N，N，S，ND先判断通电螺线管的左端B为N极，右端C为S极；根据甲与螺线管间的磁感线的形状可以判断是同名磁极的磁场，所以A为N极；根据C与D间的磁感线可知是异名磁极，所以D为N极。所以ABC错误，选项D正确。六、课堂练习5.如图所示，请根据图中信息标出电源的正极，用箭头标出A点磁感线的方向。由图知，右边磁体的左端为N极，由同名磁极相排斥可知，通电螺线管的右端为N极，由安培定则可知，电流从通电螺线管的左端流入，从通电螺线管的右端流出，所以电源的左端为正极；由于规定磁感线从N极出发，回到S极，所以A点磁感线的方向沿磁感线向上。六、课堂练习6．根据图中通电螺线管的N极，标出磁感线方向、小磁针的N极，并在括号内标出电源的正、负极。由题意可知，通电螺线管的左端为N极，由异名磁极相互吸引可知，小磁针的右端为S极，左端为N极，磁感线从磁体的N极出发，回到S极，且由安培定则可知，电流从通电螺线管的右端流入，左端流出，故可知电源左端为负极，右端为正极，如图所示.六