2018-高中物理第二章磁場第2講電流的磁場學(xué)案新人教版選修1-1

第2講電流的磁場[目標定位]1.了解奧斯特、安培等科學(xué)家的實驗研究對人們認識電磁現(xiàn)象所起的重要作用.2.會用磁感線描述直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管周圍的磁場.3.會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.一、電流的磁效應(yīng)1.1820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，磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說明電流能產(chǎn)生磁場，這個現(xiàn)象稱為電流的磁效應(yīng).2.電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，用實驗展示了電與磁的聯(lián)系，說明電與磁之間存在著相互作用.想一想小磁針只有放在磁體周圍才會受到磁力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)嗎？是不是可以說，只有磁體周圍存在著磁場？答案不是.小磁針放在通電導(dǎo)體周圍也發(fā)生偏轉(zhuǎn)，電流周圍也有磁場.二、電流磁場的方向1.直線電流的磁場安培定則：右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指的方向跟電流的方向一致，那么，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向，如圖2－2－1所示.圖2－2－12.通電螺線管的磁場圖2－2－2安培定則：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，拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向，如圖2－2－2所示.3.環(huán)形導(dǎo)線可以看做只有一匝的螺線管，如圖2－2－3所示.圖2－2－3溫馨提示先確認何種電流，再利用安培定則確定磁場的方向.記清四指或拇指指向的含義.想一想如圖2－2－4所示，將導(dǎo)線放在小磁針的上方，當通如圖所示的電流時小磁針的N極向哪兒轉(zhuǎn)動？為什么？圖2－2－4答案小磁針的N極向里轉(zhuǎn)動.根據(jù)安培定則可判斷出導(dǎo)線下方的磁場方向垂直紙面向里，小磁針靜止時N極所指的方向就是該點的磁場方向，所以小磁針的N極向里轉(zhuǎn).一、電流的磁效應(yīng)1.電流能夠產(chǎn)生磁場，這個現(xiàn)象叫做電流的磁效應(yīng).2.電流的磁效應(yīng)是丹麥物理學(xué)家奧斯特于1820年發(fā)現(xiàn)的.例1如圖2－2－5所示，把一條導(dǎo)線平行地放在磁針的上方附近.當導(dǎo)線中通有電流時，磁針會發(fā)生偏轉(zhuǎn).首先發(fā)現(xiàn)這個實驗現(xiàn)象的物理學(xué)家是()圖2－2－5A.伽利略 B.牛頓C.奧斯特 D.愛因斯坦答案C針對訓(xùn)練1在做“奧斯特實驗”時，下列操作現(xiàn)象最明顯的()A.沿電流方向放置磁針，使磁針在導(dǎo)線的延長線上B.沿電流方向放置磁針，使磁針在導(dǎo)線的正下方C.電流沿南北方向放置在磁針的正上方D.電流沿東西方向放置在磁針的正上方答案C解析把導(dǎo)線沿南北方向放置在地磁場中處于靜止狀態(tài)的磁針的正上方，通電時磁針發(fā)生明顯的偏轉(zhuǎn).二、電流磁場方向與安培定則1.直線電流的磁場(1)安培定則：右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向，如圖2－2－6所示.圖2－2－6(2)畫法：如圖2－2－7所示圖2－2－7說明：圖中的“×”號表示磁場方向垂直進入紙面；“·”號表示磁場方向垂直離開紙面.(3)特點：是非勻強磁場，距導(dǎo)線越遠處磁場越弱.2.環(huán)形電流的磁場(1)安培定則：右手握住環(huán)形導(dǎo)線，讓彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上磁感線的方向，如圖2－2－8所示.圖2－2－8(2)磁感線的特點兩側(cè)分別是N極和S極，離圓環(huán)中心越遠，磁場越弱，畫法如圖2－2－9所示.圖2－2－93.通電螺線管的磁場(1)安培定則：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，拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向，如圖2－2－10所示.圖2－2－10(2)磁感線特點兩端分別是N極和S極，管內(nèi)是勻強磁場，管外是非勻強磁場，畫法如圖2－2－11所示.圖2－2－11例2小劉同學(xué)用鐵釘與漆包線繞成電磁鐵，當接通電路后，放在其上方的小磁針N極立即轉(zhuǎn)向左側(cè)，如圖2－2－12所示.則此時()圖2－2－12A.導(dǎo)線A端接電池正極B.鐵釘左端為電磁鐵的N極C.鐵釘內(nèi)磁場方向向右D.漆包線內(nèi)電流由A流向B答案C解析小磁針靜止時N極指向為該處磁場方向，根據(jù)通電螺線管磁場分布知，鐵釘右端為電磁鐵N極，左端為S極，再根據(jù)安培定則知C項正確.針對訓(xùn)練2如圖2－2－13所示，一枚小磁針放在半圓形導(dǎo)線環(huán)的環(huán)心O處，當導(dǎo)線中通以如圖所示方向的電流時，小磁針將如何偏轉(zhuǎn)()圖2－2－13A.沿順時針方向轉(zhuǎn)動B.沿逆時針方向轉(zhuǎn)動C.N極轉(zhuǎn)向紙內(nèi)，S極轉(zhuǎn)向紙外D.N極轉(zhuǎn)向紙外，S極轉(zhuǎn)向紙內(nèi)答案C解析由安培定則知，環(huán)形電流內(nèi)部磁場方向垂直紙面向里，故N極轉(zhuǎn)向紙里，C選項正確.電流的磁效應(yīng)1.電磁鐵的應(yīng)用相當廣泛，它是利用電流周圍產(chǎn)生磁場的原理工作的，最先發(fā)現(xiàn)電流周圍存在磁場的科學(xué)家是()A.庫侖 B.奧斯特C.麥克斯韋 D.亞里士多德答案B2.在物理學(xué)的發(fā)展過程中，許多物理學(xué)家的科學(xué)發(fā)現(xiàn)推動了人類歷史的進步.以下對幾位物理學(xué)家在電磁學(xué)領(lǐng)域內(nèi)所作科學(xué)貢獻的敘述中，錯誤的說法是()A.富蘭克林不僅發(fā)現(xiàn)雷電現(xiàn)象的本質(zhì)，還最早認識了尖端放電的重要性，并由此提出了避雷針的設(shè)想B.法拉第提出電荷周圍存在“場”，并創(chuàng)造性地用“電力線(即電場線)”形象地描述電場C.英國物理學(xué)家焦耳通過一系列實驗發(fā)現(xiàn)了焦耳定律Q＝I2RtD.奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，并總結(jié)出了左手定則答案D解析奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，但左手定則不是奧斯特總結(jié)的，選項D錯誤.電流磁場方向與安培定則3.如圖2－2－14所示，a、b為通電螺線管磁場中同一根磁感線上的兩點，若用Ba、Bb分別表示a、b兩點磁場的強弱，則()圖2－2－14A.Ba＝BbB.Ba＜BbC.a、b兩點磁場方向不同D.a、b兩點磁場方向相同答案C解析根據(jù)磁感線的分布可知Ba＞Bb，a、b兩點磁感線的方向不同，故C對，A、B、D錯.4.為了判斷一個未知正負極的蓄電池極性，某同學(xué)將該蓄電池通過電阻跟螺線管連接起來，發(fā)現(xiàn)小磁針的N極立即向螺線管偏轉(zhuǎn)，如圖2－2－15所示.用M、N和P、Q分別表示蓄電池和螺線管兩極，下列判斷正確的是()圖2－2－15A.電源M端為正極B.電源N端為正極C.螺線管P端為S極D.螺線管內(nèi)部磁感線方向由P指向Q答案B解析小磁針的N極向螺線管偏轉(zhuǎn)說明小磁針所在位置磁場方向向左，即螺線管P端為N極，Q端為S極，選項C錯誤；在螺線管的內(nèi)部磁場方向由S極指向N極，所以螺線管內(nèi)部磁感線方向由Q指向P，選項D錯誤；根據(jù)安培定則可知，在電源外部電流從N流向M，電源N端為正極，選項A錯誤，B正確.(時間：60分鐘)題組一、電流磁場方向的判斷1.如圖2－2－16所示，環(huán)形導(dǎo)線中通有順時針方向的電流I，則該環(huán)形導(dǎo)線中心處的磁場方向為()圖2－2－16A.水平向右B.水平向左C.垂直于紙面向里D.垂直于紙面向外答案C解析根據(jù)安培定則可知，該環(huán)形導(dǎo)線中心處的磁場方向垂直于紙面向里，選項C正確.2.關(guān)于通電直導(dǎo)線周圍磁場的磁感線分布，下列示意圖中正確的是()答案A解析根據(jù)安培定則判斷通電直導(dǎo)線的磁場可知，選項A正確.3.如圖2－2－17所示，水平直導(dǎo)線ab通有向右的電流I，置于導(dǎo)線正下方的小磁針S極將()圖2－2－17A.向紙外偏轉(zhuǎn) B.向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)C.在紙面內(nèi)順時針轉(zhuǎn)過90° D.不動答案A解析據(jù)安培定則可以確定，通電直導(dǎo)線在其下方產(chǎn)生垂直紙面向里的磁場，在磁場力的作用下，小磁針N極向里，S極向外偏轉(zhuǎn)，A項正確.4.通電螺線管附近放置四個小磁針，如圖2－2－18所示，當小磁針靜止時，圖中小磁針的指向正確的是(涂黑的一端為N極)()圖2－2－18A.a B.bC.c D.d答案B解析由安培定則判斷出螺線管的左側(cè)相當于條形磁鐵的N極，右側(cè)相當于S極.故在a、c、d處磁場方向水平向左，b處磁場方向水平向右，小磁針的N極應(yīng)沿磁感線方向，只有小磁針b指向正確.選項B正確.5.關(guān)于通電螺旋線管磁極的判斷，下列示意圖中正確的是()答案A解析根據(jù)右手螺旋定則可以判定A項正確，B、C、D錯誤.6.下面各圖中，電流及其產(chǎn)生的磁場方向均正確的是()答案C解析根據(jù)右手螺旋定則可判定C項正確.7.如圖2－2－19所示，所在通電螺線管內(nèi)部中間的小磁針，靜止時N極指向右端，則電源的c端為________極，螺線管的a端為__________極.圖2－2－19答案正S解析由小磁針N極的指向可知通電螺線管中心軸線的磁場方向向右，根據(jù)安培定則可知，螺線管的右端為N極，所以左端(a端)為S極，并且可判斷出導(dǎo)線中的電流方向，從而可知電源的c端為正極.題組二、安培定則的綜合應(yīng)用8.如圖2－2－20所示，兩個同樣的導(dǎo)線環(huán)同軸平行懸掛，相隔一小段距離，當同時給兩導(dǎo)線環(huán)通以同向電流時，兩導(dǎo)線環(huán)將()圖2－2－20A.相吸引 B.相排斥C.保持靜止 D.邊吸引邊轉(zhuǎn)動答案A解析把環(huán)形電流等效成小磁針，由安培定則知左側(cè)小磁針S極對著右側(cè)小磁針N極，相互吸引，A正確.9.如圖2－2－21所示，一束帶電粒子沿水平方向飛圖2－2－21過小磁針上方.若帶電粒子飛過小磁針上方的瞬間，小磁針N極向紙面內(nèi)偏轉(zhuǎn)，則帶電粒子可能是()A.向右飛行的正離子束B.向左飛行的正離子束C.向右飛行的負離子束D.向左飛行的負離子束答案AD解析由小磁針N極向紙面內(nèi)偏轉(zhuǎn)，知離子束下方磁感線垂直紙面向里，由安培定則可知，位于小磁針上方直線電流方向向右.故A、D正確.10.如圖2－2－22