人教版物理選修1-1同步配套第二章磁場22

1、二、電流的磁場1.了解奧斯特、安培等科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)研究對(duì)人們認(rèn)識(shí)電磁現(xiàn)象所起的重要作用。2.會(huì)用磁感線描繪直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管周圍的磁場。3.會(huì)用安培定則判斷直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管的磁場方向。4.培養(yǎng)識(shí)圖能力和利用圖形解決磁場相關(guān)問題的能力。一二一、電流的磁效應(yīng)1820年,奧斯特發(fā)現(xiàn):把一根導(dǎo)線平行地放在磁針的上方,給導(dǎo)線通電時(shí),磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn),說明電流也能產(chǎn)生磁場,這個(gè)現(xiàn)象稱為電流的磁效應(yīng)。在做“奧斯特實(shí)驗(yàn)”時(shí),通電導(dǎo)線如何放置才能使現(xiàn)象最明顯?提示:小磁針本身在地磁場的作用下就是指南北方向的,所以把導(dǎo)線沿南北方向放置在處于靜止?fàn)顟B(tài)的磁針的正上方,通電導(dǎo)線在其正下方產(chǎn)生東西方

2、向的磁場,磁針發(fā)生明顯的偏轉(zhuǎn)。一二二、電流磁場的方向1.直線電流磁場的磁感線是圍繞導(dǎo)線的一些同心圓。直線電流的磁場方向可以用安培定則來判斷:右手握住導(dǎo)線,讓伸直的拇指的方向與電流的方向一致,那么,彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。2.環(huán)形導(dǎo)線、螺線管通電時(shí)產(chǎn)生的磁場的磁感線的方向是:外部從N極到S極,內(nèi)部從S極到N極,每一條磁感線都是閉合的曲線。3.環(huán)形電流的磁場方向的判斷:用右手握住環(huán)形導(dǎo)線,讓彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致,拇指的指向就是環(huán)形導(dǎo)線中心附近的磁場方向。4.通電螺線管的磁場方向也可用安培定則來判斷:右手握住螺線管,讓彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致,拇指所指的方向就

3、是螺線管內(nèi)部磁感線的方向。一二放在通電螺線管里面的小磁針保持靜止時(shí),N極的指向是怎樣的?甲、乙兩位同學(xué)的回答相反。甲說,小磁針的位置如圖(1),因?yàn)楣軆?nèi)的磁感線向右,所以小磁針的N極指向右方。乙說,小磁針的位置如圖(2),他的理由是通電螺線管的N極在右側(cè),根據(jù)異名磁極相吸引可知,小磁針的S極指向右方。你的看法是怎樣的?他們誰的答案錯(cuò)了?錯(cuò)在哪里?一二提示:在磁場中保持靜止的小磁針,它的N極一定指向磁感線的方向。甲回答的根據(jù)是對(duì)的,因此結(jié)論是正確的。“同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引”只適用于兩個(gè)磁體互為外部磁極間的相互作用。一二三一、對(duì)奧斯特實(shí)驗(yàn)的理解1.奧斯特的實(shí)驗(yàn)方法(1)把水平導(dǎo)線沿南

4、北方向放在小磁針的正上方,讓電流分別由南向北和由北向南通過。(2)將水平導(dǎo)線移到小磁針的正下方,讓電流再次由南向北和由北向南通過。2.觀察到的現(xiàn)象以上四種情況下小磁針均發(fā)生了偏轉(zhuǎn),但每次實(shí)驗(yàn)的兩次偏轉(zhuǎn)的情況有所不同,小磁針穩(wěn)定后的N極指向正好相反。一二三3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論導(dǎo)線通入電流后,小磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn),說明小磁針受到了磁場力的作用,可見電可以生磁。但是通入不同方向的電流時(shí)小磁針的偏轉(zhuǎn)方向不同,說明通入電流的方向不同,產(chǎn)生的磁場方向也不一樣。特別提醒(1)實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵:導(dǎo)線要沿南北方向放置;通電以前導(dǎo)線在小磁針的正上方或正下方,且與小磁針平行放置。(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明了通電導(dǎo)線周圍存在磁場,磁場對(duì)小

5、磁針有作用力。一二三二、小磁針偏轉(zhuǎn)問題的判定已知通電螺線管或通電直線導(dǎo)體上的電流方向,判定通電螺線管或通電直線導(dǎo)體周圍的小磁針如何偏轉(zhuǎn)的問題,可以按照下述思維程序進(jìn)行分析:1.認(rèn)清小磁針?biāo)诘奈恢?即弄清小磁針是在通電直導(dǎo)線上方還是下方、左側(cè)還是右側(cè),是在通電螺線管內(nèi)部還是外部。2.根據(jù)已知的電流方向,利用安培定則判定小磁針?biāo)谔幍拇艌龇较?即小磁針?biāo)谔幍拇鸥芯€方向)。3.由于小磁針N極所受磁場力的方向與所在處的磁場方向相同,所以小磁針N極將沿著小于180的角旋轉(zhuǎn),直到N極的指向與所在處的磁場方向相同為止。在說明小磁針的偏轉(zhuǎn)方向時(shí),必須說明是從什么方向觀察的。一二三三、幾種典型的磁場1.直線

6、電流的磁場直線電流的磁感線是在垂直于導(dǎo)線平面上的以導(dǎo)線上某點(diǎn)為圓心的同心圓。其分布呈現(xiàn)“中心密邊緣疏”的特征,從不同角度觀察,如圖1、2、3所示。一二三2.環(huán)形電流的磁場如圖4、5、6,從不同角度觀察,環(huán)形電流的磁感線是一組穿過環(huán)所在平面的曲線,在環(huán)形導(dǎo)線所在平面處,各條磁感線都與環(huán)形導(dǎo)線所在的平面垂直。一二三3.通電螺線管的磁場通電螺線管的磁感線與條形磁體相似,一端相當(dāng)于N極,另一端相當(dāng)于S極。由于在螺線管內(nèi)部磁感線從S極指向N極,因此不能用“同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引”來判斷在管內(nèi)部的小磁針的指向,小磁針在通電螺線管周圍空間的指向,不論是在管內(nèi)或管外,應(yīng)根據(jù)磁感線的方向加以判斷,如

7、圖7、8所示。環(huán)形導(dǎo)線可以看作只有一匝的螺線管。 一二三特別提醒要對(duì)各種電流產(chǎn)生的磁場的空間分布特點(diǎn)有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí),在轉(zhuǎn)換為截面圖的時(shí)候,需要較高的空間想象能力,從而能從不同的方向看這個(gè)立體圖,畫出截面圖。類型一類型二類型三類型四電流的磁效應(yīng)【例1】 某同學(xué)做奧斯特實(shí)驗(yàn)時(shí),把小磁針放在水平的通電直導(dǎo)線的下方。當(dāng)通電后發(fā)現(xiàn)小磁針不動(dòng),稍微用手撥動(dòng)一下小磁針,小磁針轉(zhuǎn)動(dòng)了180后靜止不動(dòng)。由此可知,通電直導(dǎo)線的電流方向是()A.自東向西B.自南向北C.自西向東D.自北向南類型一類型二類型三類型四解析:原來的小磁針已在地磁場的作用下不動(dòng),當(dāng)把小磁針放在通電導(dǎo)線的下方時(shí),通電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場要比地磁場

8、強(qiáng),所以小磁針就在通電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)。稍微用手撥動(dòng)一下,小磁針就轉(zhuǎn)動(dòng)180后靜止不動(dòng),這說明通電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場的方向與地磁場的方向恰好相反。因?yàn)榈卮艌龅姆较蛟诘厍虮砻媸菑牡乩砟蠘O指向地理北極的,所以通電導(dǎo)線下方的磁場方向應(yīng)為從北向南,進(jìn)而根據(jù)安培定則可知,電流方向應(yīng)為自東向西。故正確答案為A。答案:A題后反思奧斯特實(shí)驗(yàn)揭示了電與磁的內(nèi)在聯(lián)系電流具有磁效應(yīng)。類型一類型二類型三類型四安培定則的應(yīng)用【例2】如圖所示,一束帶電粒子沿著水平方向平行地飛過磁針上方時(shí),磁針的S極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn),則這束帶電粒子可能是()A.向右飛行的正離子束B.向左飛行的正離子束C.向右飛行的負(fù)離子束D.向左飛行

9、的負(fù)離子束類型一類型二類型三類型四解析:本題考查正確運(yùn)用安培定則判斷運(yùn)動(dòng)電荷(等效電流)的磁場。小磁針N極的指向即是磁針?biāo)谔幍拇艌龇较?題中磁針S極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn),說明離子束下方的磁場方向由紙內(nèi)指向紙外,由安培定則可判定由離子束的定向運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的電流方向?yàn)橛捎蚁蜃?故若為正離子,則應(yīng)是自右向左運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)B正確;若為負(fù)離子,則應(yīng)是自左向右運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)C正確。答案:BC題后反思帶電粒子束的定向運(yùn)動(dòng)可以看作“等效電流”,正電荷定向移動(dòng)方向和“等效電流”方向相同,負(fù)電荷相反?！暗刃щ娏鳌钡拇艌鲆部梢詰?yīng)用安培定則判定。類型一類型二類型三類型四通電螺線管的磁場【例3】 電路沒接通時(shí)三個(gè)小磁針方向如圖,接通電路

10、后確定三個(gè)磁針的轉(zhuǎn)向及最后N極的指向。解析:接通電路后,畫出螺線管產(chǎn)生的磁場的磁感線,標(biāo)出1、2、3處的磁感線方向,根據(jù)小磁針靜止時(shí)N極指向與磁感線方向相同,即可判定小磁針的轉(zhuǎn)動(dòng)情況及指向。答案:小磁針1逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),最后N極指左;小磁針2順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),最后N極指右;小磁針3順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),最后N極指右。類型一類型二類型三類型四題后反思例3中對(duì)小磁針3的判斷易錯(cuò),其原因是認(rèn)知錯(cuò)誤。有的同學(xué)根據(jù)N、S極相互吸引,而得出小磁針靜止后,小磁針N極指向通電螺線管S極的錯(cuò)誤結(jié)論。磁極間相互作用的規(guī)律,正確的結(jié)論是:在磁體外部異名磁極相互吸引,同名磁極相互排斥;在磁體內(nèi)部異名磁極相互排斥,同名磁極相互吸引。類型一類型二類型三類型四電流磁效應(yīng)的應(yīng)用【例4】 直流電鈴原理如圖所示。當(dāng)電路接通時(shí),彈簧片上的銜鐵受到電磁鐵的吸引,使附著的小錘敲響鈴鐺發(fā)出聲音;同時(shí),電路在斷續(xù)器的觸點(diǎn)處斷開,電磁鐵磁性消失,彈簧片回到原來的位置,然后使電路再次接通。此過程反復(fù)循環(huán),小錘便不斷敲鈴。想想看,電鈴中的電磁鐵能用永磁鐵代替嗎