專題20.2 電生磁（原卷版）

第二十章電與磁專題20.2電生磁一、學習目標1.通過實驗了解電流周圍存在磁場。2.探究通電螺線管外部的磁場方向，了解通電螺線管外部的磁場與條形磁體的磁場相似。3.會判斷通電螺線管的電流方向和兩端的磁極。二、課標要求通過實驗，了解電流周圍存在磁場。探究并了解通電螺線管外部磁場的方向。知識點1：電流的磁效應奧斯特實驗證明：通電導線的周圍存在著磁場，磁場的方向跟電流的方向有關(guān)，這種現(xiàn)象叫做電流的磁效應。這一現(xiàn)象是由丹麥物理學家奧斯特在1820年發(fā)現(xiàn)的。知識點2：通電螺線管的磁場1.把導線繞在圓筒上，做成螺線管，也叫線圈，在通電情況下會產(chǎn)生磁場。通電螺線管的磁場相當于條形磁體的磁場，通電螺線管的兩端相當于條形磁體的兩個磁極，通電螺線管外部的磁感線從N極出發(fā)，回到S極，內(nèi)部的磁感線從S極出發(fā)，回到N極。2.通電螺線管的磁場方向與電流方向有關(guān)。磁場的強弱與電流大小、線圈匝數(shù)、有無鐵芯有關(guān)。知識點3：探究影響通電螺線管磁性強弱的因素的實驗【實驗目的】探究影響通電螺線管磁性強弱的因素?！緦嶒炂鞑摹侩娫础⒒瑒幼冏杵?、導線若干、電磁鐵、大頭釘、開關(guān)、鐵釘若干?！緦嶒灧椒ā靠刂谱兞糠ǎ晦D(zhuǎn)換法。【實驗原理】電流的磁效應【實驗猜想】猜想1：磁性強弱與線圈的匝數(shù)有關(guān)系猜想2：磁性強弱與電流有關(guān)系猜想3：磁性強弱與有無鐵芯有關(guān)系【實驗步驟】（一）探究電磁鐵磁性強弱與電流大小的關(guān)系方案：保持鐵芯、線圈匝數(shù)不變,改變通過電磁鐵的電流大小,觀察電磁鐵吸引大頭針的多少來判斷電磁鐵的磁性強弱。現(xiàn)象：增大電流,電磁鐵吸引的大頭針數(shù)目增多.結(jié)論：鐵芯、線圈匝數(shù)不變時，通過電磁鐵的電流越越大,，電磁鐵的磁性越強.電磁鐵磁性強弱與電流大小有關(guān).（二）探究電磁鐵磁性強弱與線圈匝數(shù)的關(guān)系方案：保持電流、鐵芯不變,改變線圈的匝數(shù),觀察電磁鐵吸引大頭針的多少來判斷電磁鐵的磁性強弱?，F(xiàn)象：線圈匝數(shù)越多，電磁鐵吸引的大頭針數(shù)目增多.結(jié)論：當電流和鐵芯不變時，線圈匝數(shù)越多，電磁鐵磁性越強.電磁鐵磁性強弱與線圈的匝數(shù)有關(guān).（三）探究通電螺線管的磁性強弱與有無鐵芯的關(guān)系方案：保持電流、線圈匝數(shù)不變,比較不插入鐵芯和插入鐵芯時,觀察電磁鐵吸引大頭針的多少來判斷電磁鐵的磁性強弱?，F(xiàn)象：插入鐵芯后，通電螺線管吸引的大頭針數(shù)目增多.結(jié)論：當電流和線圈匝數(shù)不變時，插入鐵芯，通電螺線管磁性大大增強.電磁鐵磁性強弱與線圈的匝數(shù)有關(guān).【實驗結(jié)論】（1）磁性強弱與線圈的匝數(shù)有關(guān)系：當電流和鐵芯不變時，線圈匝數(shù)越多，電磁鐵磁性越強.（2）磁性強弱與電流有關(guān)系：鐵芯、線圈匝數(shù)不變時，通過電磁鐵的電流越越大,，電磁鐵的磁性越強.（3）磁性強弱與有無鐵芯有關(guān)系：當電流和線圈匝數(shù)不變時，插入鐵芯，通電螺線管磁性大大增強.注意：探究影響通電螺線管的磁性強弱的實驗考查的知識點1.電磁鐵的優(yōu)點：電磁鐵磁性有無，可用電流的通斷來控制電磁鐵磁性強弱，可用改變電流的大小來控制電磁鐵的極性變換，可用改變電流的方向來實現(xiàn)。2.實驗原理：電流的磁效應。3.實驗涉及到的方法：控制變量法、轉(zhuǎn)換法?？刂谱兞糠ǎ海?）探究磁性強弱與線圈匝數(shù)的關(guān)系：控制電流不變，改變匝數(shù)。（2）探究磁性強弱與電流的關(guān)系：控制匝數(shù)不變，通過滑動變阻器改變電流。（3）探究磁性強弱與有無鐵芯的關(guān)系：控制電流和匝數(shù)不變，插入鐵芯。觀察線圈吸引大頭針的多少。轉(zhuǎn)換法：通過比較螺線管吸引大頭針的多少反映磁性的強弱。4.電磁鐵是一個帶有鐵芯的通電螺線管。電磁鐵吸引的大頭針下端分散的原因是同名磁極相互排斥。電磁鐵的應用有電磁起重機、電鈴、電話聽筒、話筒、電磁繼電器、磁懸浮列車。5.實驗得到的結(jié)論：通電螺線管的磁性強弱與電流的大小、線圈的匝數(shù)、是否有鐵芯有關(guān)。6.實驗過程中，當插入通電螺線管后磁性大大增強的原因是什么？答：因為鐵芯在通電螺線管產(chǎn)生的磁場中被磁化后相當于一根磁鐵。將鐵芯換成剛棒，開關(guān)斷開后的現(xiàn)象。答：因為剛棒是永磁鐵，斷開開關(guān)后大頭針不會掉下來。7.該實驗過程中改變電流的大小是通過改變滑動變阻器的阻值實現(xiàn)的。該實驗中滑動變阻器的作用是保護電路、改變電流大小。8.實驗過程中，記錄多組數(shù)據(jù)的目的：為了得出普遍規(guī)律，避免實驗的偶然性。9.如果在實驗中為了探究電流對通電螺線管磁性的強弱的影響時，還可以增加一項儀器即電流表。10.實驗中用鐵棒而不用鋼棒的原因：鋼棒被磁化后成為永磁鐵，斷電后仍有磁性，大頭針不會掉下來。知識點4：安培定則判斷通電螺線管的磁場方向可以使用安培（右手）定則：將右手的四指順著電流方向抓住螺線管，大拇指的方向就是該螺線管的N極。注意：考查安培定則的作圖題類型及其解題思路1.已知電源的正負極、線圈繞法判斷小磁針的N、S極①首先根據(jù)電源的正、負極畫出通電螺線管的繞線中的電流方向；②利用安培定則確定通電螺線管的N、S極并標注；③最后根據(jù)磁極間的相互作用斷定小磁針的N、S極。2.已知小磁針的N、S極、線圈繞法，判斷電源的正、負極①根據(jù)小磁針的N、S極，利用磁極間的相互作用先確定通電螺線管的N、S極；②然后利用安培定則判定通電螺線管上的電流方向并用箭頭標出；③最后根據(jù)電源外部電流的流向確定電源的正、負極。3.已知小磁針的N、S極、電源正負極畫螺線管的繞線①首先根據(jù)小磁針的N、S極指向，利用磁體間的相互作用規(guī)律確定通電螺線管的N、S極并標注出；②利用安培定則確定通電螺線管中的電流方向，并在螺線管上試著畫出一條“S”型或反“S”型繞線；③然后結(jié)合電源外部電流流向定位螺線管的繞線形狀是“S”型還是反“S”型，并在螺線管上等距地畫出美觀的繞線?！纠}1】圖為磁懸浮地球儀。其環(huán)形底座內(nèi)裝有金屬線圈，通電后相當于電磁鐵。利用通電的金屬線圖產(chǎn)生磁場與球體中的磁體相互排斥，從而使地球儀懸浮在空中。環(huán)形底座的工作原理是（）A．電磁感應 B．電流的磁效應 C．電流的熱效應 D．磁場對電流的作用【例題2】綿陽市某初中學校的小明同學，在學校實驗室模擬安培1820年在科學院的例會上做的小實驗：把螺線管水平懸掛起來，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)螺線管緩慢轉(zhuǎn)動后停了下來，改變螺線管B端的初始指向，重復操作，停止時B端的指向都相同。模擬實驗裝置如圖所示，閉合開關(guān)，螺線管停下來后B端指向（）A．東方 B．南方 C．西方 D．北方【例題3】通電螺線管外部的磁場是怎樣分布的，我們通過以下實驗來進行探究：（1）在硬紙板上放置一個螺線管，周圍均勻地撒滿鐵屑，給螺線管通電后，鐵屑被_____。輕敲紙板，觀察鐵屑的排列情況如圖甲所示，圖乙和圖丙分別是蹄形磁體和條形磁體的磁場分布情況，對比分析可知通電螺線管外部的磁場分布與______磁體的相似；（2）我們要判斷通電螺線管外部的磁場方向，需要借助______；（3）根據(jù)前面的實驗結(jié)果，把通電螺線管看成一個磁體，它的兩極如圖于所示，為了進一步探究通電螺線管的極性與環(huán)繞螺線管的電流方向之間有什么關(guān)系我們下一步要做的是______，觀察______。一、選擇題1．我們的日常生活離不開電和磁．發(fā)現(xiàn)電流磁效應的科學家是（）2．如圖所示，閉合開關(guān)S1、S2兩個通電螺線管的相互作用情況以及A、B端的極性分別是（）A．相斥，A端為N極，B端為N極 B．相斥，A端為S極，B端為S極 C．相吸，A端為S極，B端為N極 D．相吸，A端為N極，B端為S極3.如圖所示，在探究通電螺線管外部的磁場分布的實驗中，開關(guān)閉合后，下列說法正確的是（）A．小磁針甲靜止時N極指向右端，小磁針乙靜止時N極指向左端B．小磁針甲靜止時N極指向左端，小磁針乙靜止時N極指向右端C．小磁針甲和小磁針乙靜止時N極均指向右端D．小磁針甲和小磁針乙靜止時N極均指向左端4.在探究通電螺線管的實驗中，小明連接了如圖所示的電路，通電螺線管M端放有一小磁針，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片，下面說法正確的是（）A．通電螺線管M端為S極B．小磁針N極指向水平向右C．若滑動變阻器的滑片P向b端移動，通電螺線管的磁性增強D．若滑動變阻器的滑片P向b端移動，通電螺線管的磁性減弱5.一通電螺線管中的電流方向和其周圍磁感線的分布如圖所示，其中正確的是（）6.如圖所示，將某發(fā)光二極管的兩極接入電路的a、b兩點，閉合開關(guān)時，通電螺線管旁邊小磁針S極向右偏轉(zhuǎn)。下列判斷正確的是（）A.通電螺線管右端為N極B.電源左端為正極，右端為負極C.發(fā)光二極管極接點，極接點D.圖中P處磁感線的方向從螺線管右端到左端二、填空題1.1820年，丹麥科學家奧斯特在課堂上做實驗時偶然發(fā)現(xiàn)：當導線中通過電流時，它旁邊的磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，他進而繼續(xù)研究，終于證實了電流周圍存在_______，在世界上第一個發(fā)現(xiàn)了電和磁之間的聯(lián)系。如果把導線繞在圓筒上做成螺線管，通電時磁場就會變強，通電螺線管的極性與螺線管中的_______方向有關(guān)。2.最先發(fā)現(xiàn)“電流通過導體產(chǎn)生的熱量與電流、電阻、通電時間的關(guān)系”的科學家是；丹麥物理學家是第一個發(fā)現(xiàn)電與磁之間聯(lián)系的人。3.閉合開關(guān)S后，小磁針靜止時北極的指向如圖所示，則螺線管左端是______極（選填“N”或“S”），電源左端是_______極（選填“正”或“負”）。4.如圖所示，通電螺線管上方有一靜止的小磁針。根據(jù)圖中通電螺線管的磁感線方向，判斷小磁針的左側(cè)為______極，A為電源的_____極。5.小磁針靜止時的指向如圖所示，由此可以判定螺線管的A端是______極(選填“N”或“S”)，接線柱a連接的是電源_____極(選填“正”或“負”)。三、作圖題1.如圖所示，小磁針靜止時左端為N極，請在括號內(nèi)標出電源的“+”、“-”極。2．如圖所示，標出通電螺線管的N極和S極。3.將圖中的電磁鐵連入你設(shè)計的電路中（在方框內(nèi)添加電源和滑動變阻器），使得小磁針靜止時如圖所示，且向右移動滑動變阻器滑片時，電磁鐵的磁性變?nèi)酢?.如圖所示，根據(jù)電源的正負極和小磁針的指向，在圖中畫出螺線管的繞線。四、實驗探究題1．安安在探究通電螺線管的磁場分布的實驗中，如圖所示：（1）在固定有螺線管的水平硬紙板上均勻地撒滿鐵屑，通電后輕敲紙板，觀察鐵屑的排列情況，發(fā)現(xiàn)通電螺線管外的磁場與磁體的磁場相似；在通電螺線管的兩端各放一個小磁針，據(jù)小磁針靜止時的指向，可以判定圖中通電螺線管的（選填“左”或“右”）端是它的N極；（2）如果想探究通電螺線管的極性與電流方向的關(guān)系，接下來的操作是，并觀察小磁針的指向。2.在做“探究通電螺線管外部磁場的方向”的實驗時，小明在螺線管周圍擺放了一些小磁針（1）通電后小磁針的指向如圖甲所示，由此可看出通電螺線管外部的磁場與________磁體的磁場相似。（2）小明改變螺線管中的電流方向，發(fā)現(xiàn)小磁針轉(zhuǎn)動180°，南北極所指方向發(fā)生了改變，由此可知：通電螺線管外部磁場方向與螺線管中的_______方向有關(guān)。（3）由安培定則可知乙圖中S閉合后，螺線管的上端為________極。3.陳明和張華同學合作，探究“影響通電螺線管磁性強弱的因素”。選用的實驗器材有：干電池（電壓一定）、滑動變阻器、數(shù)量較多的大頭針、鐵釘及長導線。（1）陳明將導線繞在鐵釘上制成簡易螺線管，利用來顯示通電螺線管磁性強弱；這種實驗探究方法是法。（2）張華連接好電路，圖A所示，滑動變阻器連入電路的阻值較大，閉合開關(guān)，鐵釘吸引一定數(shù)量的大頭針；此現(xiàn)象說明電流具有；移動變阻器滑片，使其連入電路的阻值變小，圖B所示，鐵釘吸引大頭針的數(shù)量增大。比較圖A和B可知圖中的電流較小?？傻贸鼋Y(jié)論，通過通電螺線管的電流越

（選填“大”或“小”），通電螺線管磁性越強。（3）在（2）中比較圖A和B，探究影響通電螺線管磁性強弱的過程中采用的探究方法是；初中還學過哪些實驗采用此探究方法，請舉一個例子。（4）實驗中滑動變阻器的作用是和。（5）圖C所示，陳明和張華將導線繞在兩枚鐵釘上構(gòu)成兩個簡