在地球南北極附近的高緯度地區(qū)，人們常常可以看到一種奇異的自然現(xiàn)象：巨大的天幕似乎被染上了各種顏色；這些顏色還會不斷變化，從紫色到黃綠色，直至橘紅色，耀人眼目。這是天上的畫家在揮筆作畫，還是盛裝的少女手持彩練在空中載歌載舞？古人對這種現(xiàn)象進行了種種猜測，直到近代，才有了科學的解釋?？茖W家把這種現(xiàn)象叫做“極光”。極光的發(fā)生與地球的磁場有密切關(guān)系。
1. 通過實驗了解電流周圍存在著磁場。2. 探究通電螺線管外部磁場的方向，了解通電 螺線管外部的磁場與條形磁鐵的磁場相似。3. 會判斷通電螺線管的電流方向和兩端的極性。
電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的相似之處
電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象有很多相似之處，它們間有沒有一定的聯(lián)系？科學家們基于這種想法，一次又一次地尋找電與磁的聯(lián)系。
1820年丹麥物理學家奧斯特用實驗證實通電導體的周圍存在著磁場。第一次揭示了電和磁之間的聯(lián)系，這一重大發(fā)現(xiàn)轟動了科學界，使電磁學進入一個新的發(fā)展時期。電與磁之間有著怎樣的聯(lián)系？今天一起學習—電生磁。
1. 奧斯特實驗（1）探究電與磁是否存在聯(lián)系①如圖甲所示，將一枚轉(zhuǎn)動靈活的小磁針放置在直導線下方。然后使導線和電池觸接，連通電路，觀察小磁針的變化。②如圖乙所示，把電源切斷后，觀察小磁針的變化。③如圖丙所示，改變導線中電流的方向，觀察小磁針有什么變化？
④實驗分析小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明小磁針受到磁場力的作用，表明通電導線和磁體一樣，周圍存在磁場。小磁針又回到原位，說明導線周圍的磁場消失，表明導線周圍的磁場是由電流產(chǎn)生的。電流方向改變時，小磁針的偏轉(zhuǎn)方向發(fā)生改變，說明磁場方向發(fā)生了改變。進一步說明電流的磁場方向跟電流的方向有關(guān)。（2）探究歸納：
①電流周圍存在著磁場；②電流的磁場方向跟電流的方向有關(guān)。
通電導線周圍存在與電流方向有關(guān)的磁場，這種現(xiàn)象叫做電流的磁效應。奧斯特實驗揭示了電和磁之間存在著聯(lián)系，即“電生磁”。
物理學家——漢斯·克海斯提安·奧斯特
視頻欣賞——《奧斯特實驗》
（1）由甲、乙兩圖所示實驗可得電流可以產(chǎn)生________；（2）由乙、丙兩圖所示實驗可得電流產(chǎn)生的磁場的方向與電流的_____有關(guān)。
【例題1】某同學利用圖所示裝置進行了一系列實驗，閉合開關(guān)前、小磁針的指向如圖甲所示；閉合開關(guān)后、小磁針的轉(zhuǎn)情況如圖乙中箭頭所示；只改變電流方向，再次進行實驗、閉合開關(guān)后、小磁針的偏轉(zhuǎn)如圖丙中箭頭所示。
（1）由甲、乙兩圖可知，開關(guān)閉合后，電路中有電流通過，小磁針的指向發(fā)生變化，可以得出結(jié)論電流周圍可以產(chǎn)生磁場。（2）由乙、丙兩圖可知，電路中電流方向不同，小磁針的偏轉(zhuǎn)方向不同，可以得出電流周圍的磁場方向與電流方向有關(guān)。
既然電能生磁，為什么手電筒在通電時連一根大頭針都吸不動？怎樣才能使電流的磁場變強呢？如果將導線繞在圓筒上，做成螺線管（也叫線圈）。通電后各圈導線產(chǎn)生的磁場疊加在一起，磁場就會增強得多。
（1）實驗一如圖所示，用銅導線穿過硬紙板，繞成螺線管（或用螺線管演示器），在紙板上均勻地撒滿鐵屑，給螺線管通電后，輕敲紙板，觀察鐵屑的排列情況。
2. 實驗探究：通電螺線管的磁場特點
實驗現(xiàn)象與分析：如圖所示，可以看到小鐵屑有規(guī)則地排列起來。從鐵屑的分布情況來看，通電螺線管外部的磁場和條形磁體相似。
（2）實驗二 將小磁針放到通電螺線管周圍不同的位置，包括螺線管內(nèi)部，在紙板上記下小磁針在各個位置時的N極指向。實驗現(xiàn)象：看到周圍小磁針的N極指向不同，內(nèi)部小磁針N極指向相同，如圖所示。
現(xiàn)象分析：從小磁針N極指向來看，通電螺線管外部的磁感線是從通電螺線管一端出來回到另一端；內(nèi)部磁感線的方向與外部磁感線的方向相反，如圖所示。
（3）實驗三在上面的實驗中，改變螺線管中的電流方向，對照上次實驗中的現(xiàn)象，觀察小磁針的N極指向與原來是否相同。實驗現(xiàn)象：小磁針的N極指向與上次實驗剛好相反。現(xiàn)象分析：小磁針的N極指向改變，說明磁場方向改變了，即通電螺線管兩端磁極的極性改變了。由此可知，通電螺線管的磁場方向與電流方向有關(guān)。探究歸納：
（1）通電螺線管外部的磁場與條形磁體外部的磁場相似，通電螺線管的兩端相當于條形磁體的兩個磁極。（2）通電螺線管兩端的極性跟螺線管中電流的方向有關(guān)。
3. 探究通電螺線管兩端的極性與環(huán)繞螺線管的電流方向間的關(guān)系
（1）設計并進行實驗 取繞向不同的螺線管，向螺線管內(nèi)通入不同方向的電流，用小磁針驗證它的N、S極，實驗現(xiàn)象如圖所示。（2）實驗現(xiàn)象分析 ①甲、乙（或丙、?。﹥蓚€螺線管的繞法不同，螺線管中電流的方向相同，通電螺線管兩端的極性相同；②甲、丙（或乙、?。﹥蓚€螺線管的繞法相同，螺線管中電流的方向不同，通電螺線管兩端的極性不同。
切記通電螺線管兩端的極性與螺線管的繞法無關(guān)，與電流由哪端流入無關(guān)！
（3）探究歸納：通電螺線管兩端的極性與環(huán)繞螺線管的電流方向有關(guān)。
視頻演示——《探究通電螺線管的磁場》
【例題2】在探究“通電螺線管外部的磁場分布”的實驗中：（1）按照圖甲布置實驗器材，螺線管通電后小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明通電螺線管的周圍存在______ ；小磁針放在螺線管四周不同位置，在圖上記錄了磁針_____極的方向，這個方向就是該點的磁場方向；（2）小明做了如圖乙所示的實驗，由實驗現(xiàn)象得出：通電螺線管的磁極極性與__________有關(guān)。
（1）按照圖甲布置實驗器材，螺線管通電后小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明通電螺線管的周圍存在磁場，是小磁針受力發(fā)生偏轉(zhuǎn)。小磁針靜止時N極所指的方向為該點的磁場方向，故把小磁針放到螺線管四周不同位置，螺線管通電后記錄小磁針N極的方向，這個方向就是該點的磁場方向。（2）如圖所示的實驗，由實驗現(xiàn)象得出：通電螺線管周圍磁場方向與電流方向有關(guān)，當電流方向改變時，磁場方向也會發(fā)生改變。
（1）你能想出一些辦法描述通電螺線管的極性與電流方向間的關(guān)系嗎？看看螞蟻的描述，你能用一個巧妙的方法把通電螺線管兩端的極性與其中的電流方向的關(guān)系表述出來嗎？
1. 安培定則——判斷通電螺線管兩端極性的方法
（2）看看猴子的描述，你能用一個巧妙的方法把通電螺線管兩端的極性與其中的電流方向的關(guān)系表述出來嗎？
根據(jù)螞蟻與猴子的描述，你能用一個巧妙的方法把通電螺線管兩端的極性與其中的電流方向的關(guān)系表述出來嗎？
安培定則：對于通電螺線管的極性跟電流方向之間的關(guān)系，我們可以用安培定則（也叫右手螺旋定則）來表述。
安培定則： 用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向與螺線管中的電流方向一致，則大拇指所指的那端就是通電螺線管的N極。
（1）根據(jù)通電螺線管中電流的方向，判斷螺線管的極性.（2）由通電螺線管兩端的極性，判斷螺線管中電流的方向.（3）根據(jù)通電螺線管的南、北極以及電源的正、負極，畫出螺線管的繞線.
① 決定通電螺線管兩端極性的根本因素是螺線管中電流的方向，電流的方向一致則通電螺線管兩端的極性就相同。 ② N極和S極一定在通電螺線管的兩端。③判斷時必須讓右手彎曲四指所指的方向與螺線管中電流的方向一致。
【例題3】在圖中根據(jù)磁感線的方向，標出通電螺線管的N、S極和電源的“+”、“-”極。
在磁體外部，磁感線總是從磁體的N極發(fā)出，最后回到S極。所以螺線管的左端為N極，右端為S極。根據(jù)安培定則：伸出右手，使右手大拇指指向通電螺線管的N極，則四指彎曲所指的方向為電流的方向，即電流是從螺線管的右端流入的。所以電源的右端為正極，左端為負極，如圖所示.
用右手握螺線管，讓四指彎向螺線管中電流的方向，則大拇指所指的那一端就是螺線管的N極。
電流周圍存在與電流方向有關(guān)的磁場
通電螺線管與條形磁體的磁場對比
1. 請你根據(jù)圖中通電螺線管中的電流方向判定螺線管的極性.
（1）左圖中，標出螺線管上電流的方向，根據(jù)安培定則，用右手握住螺線管，讓彎曲的四指指向電流的方向，則大拇指指向螺線管的右端為N極，如圖所示.（2）同理，右圖中，向螺線管的上端為N極，如圖所示.
2. 如圖所示，按小磁針的指向判定螺線管的極性、電流的方向和電源的正、負極.
根據(jù)異名磁極相吸，與小磁針N極靠近的是螺線管的S極，與小磁針S極靠近的是螺線管的N極。由此先判斷螺線管的極性，再由判斷電流的方向，最后判斷電源的正負極。
3. 如圖所示，開關(guān)閉合后，位于螺線管右側(cè)的小磁針的指向?qū)⒃鯓幼兓?
根據(jù)電源的正負極，可以確定開關(guān)閉合后電流從螺線管的左端流入，右端流出，利用安培定則可知螺線管的右端為N極，左端為S極；由于異名磁極相互吸引，同名磁極相互排斥，所以小磁針的N極被排斥，S極被螺線管吸引，則小磁針會逆時針轉(zhuǎn)動90°，最后小磁針的N極水平指向右。
4. 1820年，安培在科學院的例會上做了一個小實驗引起到會科學家的興趣：把螺線管水平懸掛起來，然后給導線通電。想一想會發(fā)生什么現(xiàn)象？實際做一做，看看你的判斷是否正確?
會發(fā)現(xiàn)通電螺線管發(fā)生轉(zhuǎn)動，直至指向南北極，因為通電螺線管有磁性，其磁場類似于條形磁體，兩端相當于條形磁體的兩個磁極，所以通電螺線管一端指向南極，一端指向北極。
5. 圖是牽?；ㄇo的照片。觀察自然界中不同纏繞植物的莖，它們的纏繞方向和生長方向有什么關(guān)系？這跟螺線管中電流的方向與其北極方向的關(guān)系是否相同？對于不同植物，這種關(guān)系都一樣嗎？
通過觀察牽?；ㄇo的照片，觀察自然界中不同纏繞植物的莖，它們的纏繞方向和生長方向滿足螺旋定則；生長在南半球植物的莖向右旋轉(zhuǎn)，生長在北半球植物的莖則向左旋轉(zhuǎn)。經(jīng)過漫長的適應、進化過程，它們便逐步形成了各自旋轉(zhuǎn)纏繞的固定的方向；奇妙的螺旋形是自然界中最普遍、最基本的物質(zhì)運動形式。
1. 如圖所示是著名的奧斯特實驗。（1）實驗探究的是通電導線周圍是否存在_________。（2）實驗前小磁針的N極應指向地磁場的_______極.（3）接通電路后，觀察到小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，改變導線中的電流方向，小磁針偏轉(zhuǎn)方向也發(fā)生改變，這表明通電導線周圍磁場的方向與________的方向有關(guān).（4）實驗中小磁針的作用是____________。
（1）實驗探究的是通電導線周圍是否存在磁場.（2）實驗前小磁針的N極應指向地磁場的S極；（3）接通電路后，小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，改變導線中的電流方向，小磁針偏轉(zhuǎn)方向也發(fā)生改變，表明通電導線周圍磁場的方向與電流的方向有關(guān).（4）實驗中小磁針的作用是檢驗磁場是否存在。
2. 在探究“通電螺線管外部磁場的方向”的實驗中，如圖所示，閉合開關(guān)，小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明通電螺線管周圍有______，通過小磁針靜止時______極的指向確定該點磁場方向，調(diào)換電源正負極，小磁針偏轉(zhuǎn)方向改變，說明磁場方向與___________有關(guān).
閉合開關(guān)，小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明通電螺線管周圍有磁場；通過小磁針靜止時N極的指向，可確定該點的磁場方向；調(diào)換電源正負極，即改變電流方向，小磁針偏轉(zhuǎn)方向也改變，說明通電螺線管的磁場方向與電流方向有關(guān)。
3. 如圖所示，閉合開關(guān)S，A、B、C、D四個小磁針靜止時指向正確的是（ ）A. 小磁針A B. 小磁針B C. 小磁針C D. 小磁針D
根據(jù)電源的正、負極在圖上標出通電螺線管中的電流方向；根據(jù)電流方向，利用安培定則判斷通電螺線管左端為N極，右端為 S極。根據(jù)磁體周圍的磁感線從N極出發(fā)回到S極，畫出磁體周圍的磁感線。磁場中任一點處小磁針靜止時北極指向和該點的磁感線方向一致，所以小磁針A的N極應向左，小磁針B的N極應指向右上方，小磁針C的N極應指向右下方，小磁針D的N極應向左。只有小磁針C的指向正確。
4. 如圖所示，甲、乙為條形磁體，中間是通電螺線管，虛線是表示磁極間磁場分布情況的磁感線。則可以判斷圖中A、B、C、D四個磁極依次是（ ）A. N，S，N，N B. S，N，S，SC. S，S，N，S D. N，N，S，N
先判斷通電螺線管的左端B為N極，右端C為S極；根據(jù)甲與螺線管間的磁感線的形狀可以判斷是同名磁極的磁場，所以A為N極；根據(jù)C與D間的磁感線可知是異名磁極，所以D為N極。所以ABC錯誤，選項D正確。
5. 如圖所示，請根據(jù)圖中信息標出電源的正極，用箭頭標出A點磁感線的方向。
由圖知，右邊磁體的左端為N極，由同名磁極相排斥可知，通電螺線管的右端為N極，由安培定則可知，電流從通電螺線管的左端流入，從通電螺線管的右端流出，所以電源的左端為正極；由于規(guī)定磁感線從N極出發(fā)，回到S極，所以A點磁感線的方向沿磁感線向上。
6．根據(jù)圖中通電螺線管的N極，標出磁感線方向、小磁針的N極，并在括號內(nèi)標出電源的正、負極。
由題意可知，通電螺線管的左端為N極，由異名磁極相互吸引可知，小磁針的右端為S極，左端為N極，磁感線從磁體的N極出發(fā)，回到S極，且由安培定則可知，電流從通電螺線管的右端流入，左端流出，故可知電源左端為負極，右端為正極，如圖所示.
①由圖可知通電螺線管的磁場與___________相似．②放入小磁針的作用：__________________.（2）改變電流方向，小明發(fā)現(xiàn)，鐵屑的分布形狀__________(選填“沒有改變”或“發(fā)生改變”)，小磁針指向與原來________(選填“相同”或“相反”)．
7. 在“探究通電螺線管外部的磁場分布”實驗中，小明進行了如下操作：（1）如圖所示，在螺線管的兩端各放一個小磁針，并在硬紙板上均勻地撒滿鐵屑．
確定通電螺線管的磁極
①由圖可知通電螺線管外部的磁場與條形磁鐵的磁場相似；②放入小磁針的作用是確定通電螺線管的磁極。 （2）改變電流方向，不會改變鐵屑的分布形狀，但小磁針指向與原來相反。
8. 在“探究通電螺線管外部磁場”的實驗中：①小明將小磁針放在螺線管周圍不同的位置如圖（a）所示，放小磁針的目的是___________________________；②閉合開關(guān)后觀察到如圖（b）所示的現(xiàn)象，說明通電螺線管周圍存在_________；③通電螺線管周圍的磁場方向和電流方向有關(guān)，你怎樣驗證，方法是_______________________________________。
改變螺線管中的電流方向，觀察小磁針的指向變化情況。
確定通電螺線管周圍磁場的方向
①因為小磁針放入磁場中，小磁針靜止時N極指向和該點磁場方向相同，所以實驗中使用小磁針是為了確定通電螺線管周圍磁場的方向。②閉合開關(guān)后觀察到小磁針按一定的規(guī)律發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明通電螺線管周圍存在磁場。③通電螺線管周圍的磁場方向和電流方向有關(guān)，驗證方法是改變螺線管中電流方向，觀察小磁針的指向變化情況。

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