電流的磁效應(yīng)通電螺線管的磁場安培定則
1. 電流的磁效應(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。使人們進(jìn)入了電與磁這個(gè)長期閉鎖的研究領(lǐng)域，為實(shí)現(xiàn)物理學(xué)的第一次大綜合開辟了廣闊的道路。
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，能完成實(shí)驗(yàn)探究，實(shí)際操作中，要注意兩點(diǎn)：①實(shí)驗(yàn)前先讓水平面內(nèi)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)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。
通電導(dǎo)線的磁場強(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(huì)不明顯。
實(shí)驗(yàn)操作解讀:地球周圍存在地磁場，由于受到地磁場的作用，小磁針最終有固定的指向，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。
[實(shí)驗(yàn)探究題] 如圖1 所示是奧斯特實(shí)驗(yàn)的示意圖，分別做圖甲和乙實(shí)驗(yàn)，說明_____________________；分別做圖甲和丙實(shí)驗(yàn)，說明______________________________________。
通電導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場的方向
解題秘方：分別對比甲與乙和甲與丙現(xiàn)象的不同，來歸納結(jié)論。
解析：甲實(shí)驗(yàn)中，導(dǎo)線中有電流，小磁針偏轉(zhuǎn)；乙實(shí)驗(yàn)中，導(dǎo)線中無電流，小磁針不偏轉(zhuǎn)?？梢?，是通電導(dǎo)體周圍的磁場使小磁針受力而偏轉(zhuǎn)的，這里用到的物理方法是轉(zhuǎn)換法。甲、丙兩實(shí)驗(yàn)中，導(dǎo)線中電流方向不同，小磁針偏轉(zhuǎn)方向不同，說明通電導(dǎo)體中電流方向不同，導(dǎo)體周圍的磁場方向就不同。
1-1. 如圖2 所示是奧斯特實(shí)驗(yàn)的示意圖，以下關(guān)于奧斯特實(shí)驗(yàn)的分析正確的是( )A. 小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)說明通電導(dǎo)線周圍存在磁場B. 移去小磁針后，通電導(dǎo)線周圍磁場消失C. 通電導(dǎo)線周圍的磁場與條形磁體周圍磁場相似D. 通電導(dǎo)線周圍的磁場方向與電流方向無關(guān)
1. 螺線管的構(gòu)成：把導(dǎo)線繞在圓筒上，日常生活中，通常把螺線管稱為線圈。2. 通電螺線管的磁場的特點(diǎn)(1)與條形磁體的磁場分布相類似；(2)有無可以控制：由電流的有無(或說電路的通斷)來控制；(3)磁性強(qiáng)弱可以改變：由電流的大小和線圈的匝數(shù)來決定；(4)磁極可變：磁極與電流的方向和繞線的方向有關(guān)。
3. 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展現(xiàn)通電螺線管周圍的磁場分布情況。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，它周圍的磁場分布與條形磁體相類似。(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)部的磁場方向由南極指向北極。
4. 通電螺線管的磁場比通電直導(dǎo)線(電流相等)的磁場強(qiáng)的原因：各圈導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場疊加在一起，磁場就會(huì)強(qiáng)得多。
特別提醒:條形磁體的磁場與通電螺線管的磁場對比：
在“探究通電螺線管外部磁場”的實(shí)驗(yàn)中，老師在螺線管的兩端各放一個(gè)小磁針，并在玻璃板上均勻地撒滿鐵屑。(1)閉合開關(guān)通電后，接下來的操作應(yīng)該是______________ ，這樣做的目的是_______________________________________________________________________________________________________。
使鐵屑在玻璃板上跳動(dòng)減小它與玻璃板
之間的摩擦，從而使鐵屑在磁場力的作用下動(dòng)起來，更
解題秘方：鐵屑在磁場中受到磁場力的作用，結(jié)合力學(xué)知識分析輕輕敲擊玻璃板的目的。
解析：在玻璃板上均勻地撒上鐵屑，然后給螺線管通電，輕敲玻璃板的目的是使鐵屑在玻璃板上跳動(dòng)減小它與玻璃板之間的摩擦，從而使鐵屑能在磁場力的作用下動(dòng)起來，從而顯示磁場的分布情況。
(2)放入的小磁針是為了______________ ，鐵屑的分布如圖3 所示，圖中A、B 點(diǎn)相比____點(diǎn)磁場較強(qiáng)。
解題秘方：本實(shí)驗(yàn)是通過轉(zhuǎn)換法來認(rèn)識磁場，小磁針可用來觀察磁場的方向，鐵屑可用來觀察磁場的分布情況和各位置的磁場強(qiáng)弱。
解析：磁場中放入小磁針，小磁針受到磁場力的作用，會(huì)指示一定的方向，其N 極指向?yàn)樵擖c(diǎn)的磁場方向；由圖可以看出通電螺線管的磁場和條形磁體的磁場一樣，并且可以看到A點(diǎn)鐵屑的分布比B點(diǎn)密集，由此可以確定A點(diǎn)的磁場比B點(diǎn)強(qiáng)。
2-1.[中考· 長沙] 在我們熟悉的各種磁體的磁場中，通電螺線管外部的磁場可能與哪種磁體的磁場相似？小偉用小磁針、條形磁體、通電螺線管來進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象如圖4 所示。
(1)比較甲、乙兩圖可知，通電螺線管的外部磁場與______周圍的磁場相似；(2)比較乙、丙兩圖可知，通電螺線管的外部磁場方向與通過它的_______方向有關(guān)。
1. 內(nèi)容：用右手握住螺線管，讓四指指向螺線管中電流的方向，則拇指所指的那端就是通電螺線管的N 極。2. 作用：判定通電螺線管的極性與線圈繞向和電流方向之間的關(guān)系。
3. 安培定則三個(gè)方面的應(yīng)用(1)依據(jù)繞線確定的螺線管中電流的方向，判斷它的磁極；(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) 則拇指所指的一端為通電螺線管的N極。
[中考·白銀] 請?jiān)趫D5 中小磁針左側(cè)的括號中標(biāo)出N 極或S 極，并標(biāo)出磁感線的方向。
解題秘方：解決這種類型問題的關(guān)鍵是正確標(biāo)出電流方向。
解析：標(biāo)出電路中電流方向，用右手握住螺線管，讓四指指向電路中電流方向，發(fā)現(xiàn)拇指指向螺線管右端，故通電螺線管的左端為S 極，右端為N 極。根據(jù)磁極間的相互作用規(guī)律，可標(biāo)出小磁針的N 極或S 極；根據(jù)磁體外部磁感線從N 極出發(fā)回到S 極的規(guī)律可標(biāo)出磁感線的方向。
方法點(diǎn)撥：運(yùn)用安培定則判斷通電螺線管的極性的“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)拇指的指向確定通電螺線管的N、S 極。
3-1. 如圖7 所示， 通電螺線管附近停放著一輛裝有條形磁鐵的小車，當(dāng)開關(guān)閉合后，小車被吸引向左運(yùn)動(dòng)，則由此可以判斷小車上條形磁鐵的左端是______(填“N”或“S”)極。
[中考·赤峰] 如圖8 所示，根據(jù)小磁針的指向在括號內(nèi)標(biāo)出電源的正負(fù)極。
解題秘方：類型2 的實(shí)質(zhì)是判斷電流方向，突破口是由磁極間相互作用規(guī)律正確判斷通電螺線管的磁極。
解析：由磁極間的相互作用規(guī)律可知通電螺線管上端為S 極，用右手握住螺線管，讓拇指向下，再根據(jù)四指方向標(biāo)出螺線管中的電流方向，從而確定電源的正負(fù)極。
方法點(diǎn)撥：運(yùn)用安培定則判斷電源正負(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)出螺線管中電流方向；再確定——根據(jù)電流方向確定電源正負(fù)極。
4-1. [中考·自貢] 放有條形磁體的小車靜止在水平地面上，閉合開關(guān)S，條形磁體因受磁力而向左運(yùn)動(dòng)，請?jiān)趫D10 中括號里標(biāo)明電源左端的極性和通電螺線管右端的磁極。
[ 中考·廣安] 請畫出圖11 中螺線管的繞法。
解題秘方：繞好后可由安培定則判斷其磁極是否符合要求。
解析：由磁極間的相互作用規(guī)律可知通電螺線管右端為S 極，用右手握住螺線管，讓拇指指向左，再根據(jù)四指指向和電源正負(fù)極畫出螺線管上導(dǎo)線的繞法。
技法導(dǎo)引：運(yùn)用安培定則對螺線管繞線的“三步法”：(1)如圖13 所示，在線圈中間畫幾條短直線；(2)由磁極間的相互作用判斷通電螺線管的磁極，運(yùn)用安培定則判斷并標(biāo)出所畫直導(dǎo)線中電流方向；(3)由所畫直導(dǎo)線中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。
5-1. 圖14 中左側(cè)是條形磁鐵，右側(cè)是通電螺線管，中間虛線是磁感線，請根據(jù)靜止的小磁針指向，給磁感線畫上方向，并在通電螺線管上畫出繞線。

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第2節(jié) 電生磁

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