第二节 电流周围的磁场（教学课件）物理新教材北师大版（北京）九年级全一册

第十七章 电磁相互作用 物理九年级全一册 •北师大版（北京） 第二节 电流周围的磁场 学习目标 01 02 03 04 物理观念 能准确表述奥斯特实验的现象和结论，明确电流周围存在磁场（电流的磁效应），知道这一发现揭示了电与磁之间的联系。 科学思维 通过对奥斯特实验的分析和电流磁场规律的探究，培养观察现象、归纳总结物理规律的逻辑思维能力。 科学探究 参与模拟奥斯特实验的探究过程，学会观察实验现象（小磁针偏转方向、磁场分布形状），并根据现象分析电流与磁场的关系。 科学态度与责任 通过了解奥斯特发现电流磁效应的历史，体会科学家勇于探索、坚持不懈的科学精神，激发对物理学的好奇心和求知欲。 重点难点 教学重点 教学重点 奥斯特实验的现象和结论（电流周围存在磁场，磁场方向与电流方向有关）。 右手螺旋定则的灵活应用（尤其是通电螺线管电流方向与磁极的对应关系）。 1．实验研究 实验1： 　　用橡胶棒连接验电器 　　验电器A、B金属箔的张角没有变化。 　　验电器A的电荷量没有变化，验电器B仍不带电。 一、导体和绝缘体 A B 实验现象 实验分析 探究新知 早期电学 早期磁学 W 吉尔伯特： 1600 年出版《磁石》 W 吉尔伯特： 发现物体经摩擦后可吸引轻小物体 1600年左右，德国科学家格里凯： 发明摩擦起电机 1729年，英国科学家格雷： 研究了电的传导，引入导体概念 1733年，法国科学家杜菲： 区分出两种电荷，并发现相互作用规律 1745、1746年，克莱斯特、穆欣布罗克： 发明莱顿瓶 1746年，富兰克林 证明“天电”和“地电”的一致， 提出电荷守恒原理。 库伦、高斯、卡文迪许 探究新知 如何判断磁场的存在？ 对磁场的研究是通过观察磁体对磁针的力的作用来实现的。 探究新知 结论：通电导体周围存在磁场。 对比有无电流的情况： 　实验 探究新知 7 改变电流方向，电流周围的磁场方向会发生变化吗？ 观察：磁针的偏转 方向是否会发生变化？ 　实验 结论：电流的磁场方向跟电流的方向有关。 对比电流方向改变前后的情况： 探究新知 8 1731年，一名英国商人发现雷击后的刀叉竞具有了磁性。 1751年富兰克林发现放电可使缝衣针磁化。 人类对电磁现象的早期研究： W·吉尔伯特1600年出版了他的巨著《磁石》，做了许多揭示电和磁性质的实验。 探究新知 电流的磁效应 　　丹麦物理学家奥斯特1777年8月14日生于丹麦朗格兰德岛一个药剂师家庭．12岁开始帮助父亲在药房里干活，同时坚持学习化学．由于刻苦攻读，17岁以优异的成绩考取了哥本哈根大学的免费生．他一边当家庭教师，一边在学校学习药物学、天文、数学、物理、化学等．1806年任哥本哈根大学物理学教授，1821年被选为英国皇家学会会员，1823年被选为法国科学院院士，后来任丹麦皇家科学协会会长． 奥斯特 Hans Christian Oersted （1777-1851） 探究新知 　　他相信各种自然现象间存在联系。经过长时间用实验寻找，在多次失败后，1820年，奥斯特在课堂上做实验时发现了电和磁之间的联系。 法拉第评论说：“他突然打开了科学中的一个黑暗领域的大门，使其充满光明。” 探究新知 两个月后， 安培发现了电流间的相互作用， 阿拉果制成了第一个电磁铁， 施魏格发明电流计等…… 安培曾写道：“奥斯特先生……已经永远把他的名字和一个新纪元联系在一起了。” 奥斯特的发现意义重大！ 探究新知 电流的磁效应 　　通电导线周围存在与电流方向有关的磁场，这种现象叫做电流的磁效应。 　　奥斯特实验表明：电流的周围存在磁场，电流的磁场方向跟电流方向有关。 甲 通电 乙 断电 丙 改变电流方向 探究新知 13 探究1：通电直导线周围磁场强弱的影响因素 猜想1：通电直导线周围的磁场的强弱与 到直导线的距离有关。 猜想2：通电直导线周围的磁场的强弱与 通过直导线的电流大小有关。 探究新知 同学们在做奥斯特实验的过程中，对一些现象产生了疑问，我们一起来看看。某同学把小磁针放在直导线的正下方且两者平行，闭合开关。他发现小磁针偏转不明显。检查元件，发现元件完好，且电路没有故障。小磁针偏转不明显的原因是什么呢？ 14 猜想1：通电直导线周围的磁场的强弱与 到直导线的距离有关。 通过观察磁针的偏转角度 判断通电直导线周围的磁场的强弱。 方案 在不改变通过直导线电流的情况下，减小磁针和直导线之间的距离，接通电路，观察磁针的偏转角度。 探究新知 猜想1：通电直导线周围的磁场的强弱与 到直导线的距离有关。 实验结论：通电直导线周围的磁场强弱与到直导线的距离有关。电流一定时，近处磁场强，远处磁场弱。 对比磁针的偏转角度： 探究新知 16 通过改变接入电路的电池节数 改变电路中电流的大小。 猜想2：通电直导线周围的磁场的强弱与 通过直导线的电流大小有关。 方案 在不改变磁针与直导线距离的情况下，电路中增加一节干电池，接通电路，观察磁针的偏转角度。 探究新知 17 在不改变磁针与直导线距离的情况下，电路中增加一节干电池，接通电路，观察磁针的偏转角度。 猜想2：通电直导线周围的磁场的强弱与 通过直导线的电流大小有关。 方案 探究新知 18 实验结论：通电直导线周围的磁场强弱与通过直导线的电流大小有关。距离不变时，电流大，磁场强。 对比磁针的偏转角度： 猜想2：通电直导线周围的磁场的强弱与 通过直导线的电流大小有关。 探究新知 19 经过随后的探究，我们发现： （1）通电直导线周围的磁场的强弱与到直导线的距离有关。电流一定时，近处磁场强，远处磁场弱。 （2）通电直导线周围的磁场的强弱与通过直导线的电流大小有关。距离不变时，电流大，磁场强。 　　奥斯特实验表明：电流的周围存在磁场，电流的磁场方向跟电流方向有关。 探究新知 用什么方法显示磁场分布？ 铁屑、小磁针 　　探究2：通电直导线周围的磁场分布 磁感线 探究新知 21 通电直导线周围磁场是以直导线上一点为圆心的一组同心圆。这些同心圆位于与直导线垂直的平面上。 探究新知 22 小磁针 通电直导线周围磁场的方向如何判断？ 　　探究2：通电直导线周围的磁场分布 改变通电直导线中电流的方向，观察通电直导线周围的磁场方向是否发生变化。 探究新知 23 　　探究2：通电直导线周围的磁场分布 进一步表明：电流的磁场方向跟电流方向有关。 I I 通电直导线周围的磁场分布： 探究新知 24 　　观察圆形导线周围的磁场分布 探究新知 25 将导线绕在圆筒上，做成螺线管（也叫线圈）。 通电后各圈导线磁场产生叠加，磁场增强。 螺线管 探究新知 26 将导线绕在圆筒上，做成螺线管（也叫线圈）。 通电后各圈导线磁场产生叠加，磁场增强。 一、螺线管 图1 图2 图3 探究新知 通电导线周围存在磁场，把导线绕在圆筒上，就做成了螺线管，如图1，图2就是平时我们看到的螺线管，图3是螺线管的示意图。通电后，各圈导线产生的磁场会叠加在一起，磁场会增强。 27 绕制螺线管 　　绕法一 　　绕法二 探究新知 两种螺线管的绕法，你学会了吗？ 28 + - 探究新知 + - 探究新知 用什么方法显示磁场分布？ 铁屑 　　二、探究通电螺线管周围的磁场分布 通电螺线管周围的磁场分布与哪种磁体周围铁屑分布情况相似？ 对比磁场分布情况： 探究新知 通电螺线管的周围的磁场又是什么样的呢？现阶段，我们只讨论螺线管外部的磁场分布。用什么方法可以显示出磁场的分布呢？我们已经借助铁屑的分布情况了解了条形磁体、蹄形磁体周围的磁场分布，那么，通电螺线管的磁场分布也可以用这种转换的方法来研究。将螺线管两端接通电源，在塑料板上均匀地撒满铁屑。通电后，轻敲塑料板，观察铁屑的分布情况。 31 结论：通电螺线管的周围磁场与条形磁 体的磁场相似。 对比磁场分布情况： 探究新知 结合以上实验，通电螺线管外部的磁场分布与哪种磁体周围铁屑分布情况相似？对比右图可知：通电螺线管外部磁场与条形磁体的磁场相似，它的两端就相当于条形磁体的两个磁极 32 　　三、通电螺线管的极性与电流方向的关系 通电螺线管的极性如何判断? 小磁针 通电螺线管周围磁场的方向 探究新知 那么通电螺线管两端的极性与电流方向有什么关系呢？通电螺线管的极性如何判断呢?如果知道通电螺线管外部磁场的方向，便可判断通电螺线管两端的极性。联想前面磁体周围的磁场方向判断方法，可以转换为放入磁场中小磁针静止时的N极指向来判断。 33 结论：通电螺线管两端的极性跟螺线管中的电流的方向有关。 对比电流方向改变前后的情况： 探究新知 实验结果表明，通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场相似。通电螺线管的两端相当于条形磁体的两极。红色箭头标记了线圈中的电流方向发生了改变，而周围小磁针的指向相反。可以判断，通电螺线管的N，S极发生了对调，这表明，通电螺线管两端的极性跟螺线管中电流的方向有关。 34 S N N S 探究新知 实验结果表明，通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场相似。通电螺线管的两端相当于条形磁体的两极。红色箭头标记了线圈中的电流方向发生了改变，而周围小磁针的指向相反。可以判断，通电螺线管的N，S极发生了对调，这表明，通电螺线管两端的极性跟螺线管中电流的方向有关。 35 N S N S N S N S 　　通过实验，判断螺线管的N、S极，并标在图中。 实验结论： 　　通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场一样。 　　通电螺线管两端的极性与其中的电流方向有关。 A B C D 探究新知 　　你能用一个巧妙的方法把通电螺线管两端的极性与其中的电流方向的关系表述出来吗？ 猴子用右手把一个大螺线管夹在腋下，说：如果电流沿着我右臂所指的方向流动，N 极就在我的前方。 蚂蚁沿着电流方向绕螺线管爬行，说：N 极就在我的左边。 探究新知 通电直导线中的安培定则（安培定则二）：用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中电流的方向，则拇指所指的那端就是螺线管的N极。 探究新知 把螺线管和电池连接起来，固定在泡沫板上，沿东西方向将泡沫板放入水中。会发生什么现象？ 做一做 调换螺线管东西方向的位置，将泡沫板放入水中。又会发生什么现象？ 探究新知 我们来看一个有意思的实验，把螺线管和电池连接起来，固定在泡沫板上，沿东西方向将泡沫板放入水中。会发生什么现象？你能根据刚才的学习判断出来吗？我们来看看实际的结果。由于运动过程比较缓慢，我们6倍速来播放。 可以看到，螺线管的两端转到了南北方向，是不是巧合呢？ 39 通电螺线管的磁场 N S N S 补充：典型磁场的磁感线——电流的磁场 探究新知 环形电流的磁场 I B 立体图 剖面图 补充：典型磁场的磁感线——电流的磁场 探究新知         正视图 （纵剖） 立体图 通电直导线的磁场 俯视图 补充：典型磁场的磁感线——电流的磁场 探究新知 1．安培的分子电流假说： 在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种环形电流——分子电流。分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。 磁现象的电本质 探究新知 N S N S 分子电流假说 安培： 磁化后 探究新知 2.磁现象的电本质： 磁体的磁场 电流的磁场 运动电荷的磁场 探究新知 1.判断下面螺线管中的N极和S极： S N N S 解析： 2.判断螺线管中的电流方向： N S 解析： 47 3．根据小磁针静止时指针的指向，判断出电源的正负极。 + - 课堂练习 课堂小结 谢谢聆听 谢谢聆听 $$