第二节 探究：通电螺线管外部磁场的方向（培优教学课件）物理沪科版2024九年级全一册

该初中物理课件聚焦电生磁主题，涵盖奥斯特实验、通电螺线管磁场探究及电磁铁内容。从奥斯特实验中导线通电使小磁针偏转引入，通过对比直导线与螺线管磁场强弱过渡到螺线管磁场探究，再到加入铁芯构成电磁铁，形成递进式学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，通过奥斯特实验设问、螺线管实验的器材选择与现象分析，培养学生科学思维与探究能力。结合电磁起重机等生活应用实例，渗透物理观念与社会责任，例题解析与综合训练帮助学生巩固，教师可借助系统实验设计与总结提升教学效率。

义务教育教科书 上海科学技术出版社 思考： 磁浮列车行驶时，为何能悬浮于轨道之上?为什么能达到那么大的速度? 第十八章 磁及其相互作用 第二节 探究：通电螺线管外部磁场的方向 导入新课 1820年丹麦物理学家奥斯特用实验证实通电导体的周围存在着磁场。第一次揭示了电和磁之间的联系，这一重大发现轰动了科学界，使电磁学进入一个新的发展时期。 电与磁之间有着怎样的联系？今天一起学习—电流的磁场。 学习目标 能完成“探究通电螺线管外部磁场的方向”的实验，能按要求完成实验报告；能认识电流周围存在磁场，知道通电螺线管外部磁场的方向，能认识电磁铁在生产生活中的应用。 1. 奥斯特实验 2. 探究通电螺线管外部磁场的方向 3. 电磁铁 4. 综合提升训练 目录导航 一、奥斯特实验 第二节 探究：通电螺线管外部磁场的方向 一、奥斯特实验 1. 奥斯特实验 （1）探究电与磁是否存在联系 ①如图所示，在小磁针上方平行地架一根导线，当导线通电和断电时，你观察到什么现象？能说明什么问题？ 改变电流方向，重复实验，又观察到什么现象？能说明什么问题？ 一、奥斯特实验 ②实验现象与分析 实验中我们发现，接通电路，导线中有电流通过，小磁针发生偏转；断开电路，导线中无电流通过，小磁针恢复到原来的指向，不再发生偏转。这个现象表明，通电导体（也可说通电导线）周围存在着磁场。改变导线中电流的方向，小磁针偏转方向改变，说明通电导体周围磁场的方向与电流方向有关。 （2）探究归纳： ①通电导体周围存在着磁场； ②通电导体周围磁场的方向与电流方向有关。 一、奥斯特实验 2. 物理学家——汉斯·克海斯提安·奥斯特 汉斯·克海斯提安·奥斯特（1777年8月—1851年3月），丹麦物理学家、化学家和文学家。 人物介绍 奥斯特塑像矗立 于奥斯特公园 主要成就 1820年，奥斯特在课堂上做实验时 发现了电和磁之间的联系。 在化学领域，他发现了铝元素。 一、奥斯特实验 【例题1】如图是做奥斯特实验时的装置图，下列说法正确的是（　　） A．实验时，导线平行架到小磁针上方，更易看到小磁针转动的现象 B．通电导线周围的磁场方向与电流方向无关 C．实验装置准备好后，迅速闭合开关，小磁针转动；若把小磁针放置到导线上方，它将不动 D．实验装置准备好后，迅速闭合开关，小磁针转动：若将小磁针移去，通电导线周围将不存在磁场 A 一、奥斯特实验 【解析】A．因通电直导线周围的磁场方向与导线垂直，所以若导线与小磁针垂直放置，小磁针有可能不转动，平行放置时，小磁针N极的指向为该点的磁场方向，这时实验现象最明显，故A正确； B．根据奥斯特实验，人们发现改变导线中电流方向，小磁针偏转方向改变，说明通电导线周围的磁场方向与电流方向有关，故B错误； C．实验装置准备好后，迅速闭合开关，小磁针转动；若把小磁针放置到导线上方，因磁场方向改变，所以小磁针偏转方向改变，它将转动，故C错误； D．通电导线周围有磁场是因为通电导线中存在电流，通电导线中的电流是通电导线周围磁场形成的原因，与小磁针无关，小磁针只是为了证明有磁场产生，故D错误。 故选A。 二、实验：探究通电螺线管外部磁场的方向 第二节 探究：通电螺线管外部磁场的方向 二、实验：探究通电螺线管外部磁场的方向 既然电能生磁，为什么手电筒在通电时连一根大头针都吸不动？怎样才能使电流的磁场变强呢？ 如果将导线绕在圆筒上，可做成一个螺线管（也叫线圈）。通电后各圈导线产生的磁场叠加在一起，磁场就会增强得多。 1. 螺线管 螺线管示意图 将导线绕在圆筒上 实验用螺线管 二、实验：探究通电螺线管外部磁场的方向 【实验目的】 （1）探究通电螺线管外部磁场分布的特点。 （2）探究通电螺线管外部磁场的方向。 【实验器材】 螺线管、电源、开关、导线、滑动变阻器、有机玻璃板、铁屑和小磁针。 【实验设计】 为直观观察通电螺线管周围磁场的特点，可在玻璃板上撒铁屑的办法来推断通电螺线管周围的磁场分布的特点，还可利用小磁针在磁场中的指向来推断通电螺线管周围的磁场方向。请设计实验电路，并画出电路图。 2. 实验探究：通电螺线管的磁场特点 二、实验：探究通电螺线管外部磁场的方向 【实验步骤】 （1）在一块玻璃板上安装导线绕成的螺线管，板面上均匀地撒满铁屑。 （2）按照你设计的电路图，将螺线管等器材连接起来，然后闭合开关，给螺线管通电，并轻轻敲击玻璃板面，观察玻璃板面上铁屑的分布情况，用拍照等方式记录实验信息。 通电螺线管周围的铁屑分布 二、实验：探究通电螺线管外部磁场的方向 3. 换一个有更多匝数的螺线管，将小磁针放置在螺线管附近，未通电时观察小磁针N极指向。闭合开关，观察并记录小磁针N极指向的变化。 改变电流方向，再观察并记录小磁针N极指向的变化。 二、实验：探究通电螺线管外部磁场的方向 【实验现象与分析】 （1）在实验步骤（2）中，可以看到小铁屑有规则地排列起来。从铁屑的分布情况来看，通电螺线管周围的磁场与条形磁体相似。 （2）在实验步骤（3）中，闭合开关，发现小磁针N极的指向发生变化。改变电流方向，小磁针N极的指向发生变化。 说明通电螺线管两端的极性跟螺线管中电流的方向有关。 通电螺线管周围的铁屑分布 二、实验：探究通电螺线管外部磁场的方向 大量实验表明： 通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似；通电螺线管的磁极与电流的方向有关。 通电螺线管周围的铁屑分布 条形磁体周围的铁屑分布 二、实验：探究通电螺线管外部磁场的方向 【反思交流】通电螺线管内部的磁场方向是怎样的？ 设计实验验证你的猜想。 （1）设计实验： 在通电螺线管的内部放入小磁针，未通电时观察小磁针N极指向。闭合开关，观察并记录小磁针N极指向的变化。改变电流方向，再观察并记录小磁针N极指向的变化。 （2）实验结论： 通电螺线管内部的磁场方向是从S极指向N极。 二、实验：探究通电螺线管外部磁场的方向 3. 探究通电螺线管两端的极性与环绕电流方向间的关系 （1）设计并进行实验 取绕向不同的螺线管，向螺线管内通入不同方向的电流，用小磁针验证它的N、S极，实验现象如图所示。 二、实验：探究通电螺线管外部磁场的方向 （2）实验现象分析 ①甲、乙（或丙、丁）两个螺线管的绕法不同，螺线管中电流的方向相同，通电螺线管两端的极性相同； ②甲、丙（或乙、丁）两个螺线管的绕法相同，螺线管中电流的方向不同，通电螺线管两端的极性不同。 二、实验：探究通电螺线管外部磁场的方向 （3）探究归纳 通电螺线管两端的极性与环绕螺线管的电流方向有关。 通电螺线管的绕法可能不同，电流流入的端点可能不同，但只要环绕螺线管的电流方向相同，通电螺线管两端的极性就相同。 二、实验：探究通电螺线管外部磁场的方向 想一想 怎样判断通电螺线管磁极的极性与电流方向之间的关系呢? 电流 电流 电流 电流 二、实验：探究通电螺线管外部磁场的方向 4. 右手螺旋定则（安培定则） 对于通电螺线管的极性跟电流方向之间的关系，我们可以用右手螺旋定则来表述。 （1）右手螺旋定则 用右手握住螺线管，让四指弯曲的方向跟螺线管中的电流方向一致，则大拇指所指的那端就是通电螺线管的N极。 通电螺线管的磁感线 右手螺旋定则 二、实验：探究通电螺线管外部磁场的方向 （2）右手螺旋定则的应用 ①根据通电螺线管中电流的方向，判断螺线管的极性。 ②由通电螺线管两端的极性，判断螺线管中电流的方向。 ③根据通电螺线管的南、北极以及电源的正、负极，画出螺线管的绕线。 二、实验：探究通电螺线管外部磁场的方向 （3）应用右手螺旋定则时的注意事项 ① 决定通电螺线管两端极性的根本因素是螺线管中电流的方向，电流的方向一致则通电螺线管两端的极性就相同。 ② 通电螺线管的N极和S极一定在两端。 ③使用右手螺旋定则时，必须让右手弯曲四指所指的方向与螺线管中电流的方向一致。 二、实验：探究通电螺线管外部磁场的方向 【例题2】根据图中磁感线分布情况，标出条形磁体左端的磁极和电磁铁电源的“+”、“-”极。 磁体外部的磁感线都是从N极出来的，所以条形磁体的左端为N极，电磁铁的右端是N极，其左端为S极；根据安培定则可知，电流从电磁铁的左端流入、右端流出，所以电源的左端是正极，右端是负极。如图所示. （3）接下来小明断开开关，对调电源的正负极，闭合开关后，观察小磁针的指向。此时小明是想要探究通电螺线管的极性与___________的关系。 二、实验：探究通电螺线管外部磁场的方向 【例题3】如图所示，在“探究通电螺线管外部的磁场分布”实验中： （1）在嵌入螺线管的玻璃板上均匀撒满细铁屑，闭合开关后，______玻璃板（填写操作方法），观察到细铁屑的排列如图甲所示，同时观察到小磁针发生偏转，则说明通电螺线管周围存在_____。此时，如果移走小磁针，该结论 _____（选填“成立”或“不成立”）； （2）如图乙把小磁针放到螺线管四周不同位置，螺线管通电后记录小磁针 ______极的方向，这个方向就是该点的磁场方向。由此判断，通电螺线管外部的磁场分布与_____磁体的磁场分布相似； 条形 电流方向 N/北 轻敲 磁场 成立 二、实验：探究通电螺线管外部磁场的方向 （1）在嵌入螺线管的有机玻璃板上均匀撒些细铁屑，通电后需要轻敲有机玻璃板，这样做的目的是克服摩擦力的影响，使细铁屑可以自由移动。闭合开关，观察到螺线管周围的小磁针由于受到磁场的作用而发生偏转，说明了通电螺线管周围存在磁场。闭合开关后，发现无论小磁针放在螺线管周围的那个位置，均发生偏转，说明通电螺线管周围存在磁场，电流周围存在的磁场是真实的，不会由于小磁针的消失而消失。 （2）物理学中规定，自由小磁针静止时N极所指的方向为该点的磁场方向，故把小磁针放到螺线管四周不同位置，螺线管通电后，小磁针N极所指的方向就是该点的磁场方向。在通电螺线管外部多放置一些细铁屑，可以形象的显示出通电螺线管周围的细铁屑的排列与条形磁铁周围的细铁屑排列相似，由此可以判断，通电螺线管的外部磁场与条形磁铁的磁场相似。 （3）在其它因素不变的情况下，对调电源的正负极，改变通过螺线管的电流方向，观察小磁针的指向有无改变，可探究通电螺线管的极性与电流方向的关系。 三、电磁铁 第二节 探究：通电螺线管外部磁场的方向 三、电磁铁 1. 电磁铁概念 在通电螺线管内插入一块铁芯，就构成了一个电磁铁。 2. 特点：有电流通过时有磁性，没有电流时就失去磁性。 螺线管 铁芯 U形电磁铁 电磁铁 三、电磁铁 3. 工作原理 电磁铁是利用电流的磁效应来工作的。 在螺线管的内部插入铁芯通电后，铁芯在螺线管的磁场中被磁化，两磁场叠加，使电磁铁的磁性大大增强。 螺线管的磁场+铁芯的磁场 螺线管的磁场 三、电磁铁 4. 电磁铁磁极极性的判断 电磁铁的磁极极性与通电螺线管的磁极极性是一致的，可运用右手螺旋定则来判定。 三、电磁铁 5. 电磁铁的优点 （1）可以通过电流的通断来控制其磁性的有无。 （2）可以通过改变电流的方向来改变其磁极的极性。 （3）可以通过改变电流的大小或线圈匝数的多少来控制其磁性的强弱。 三、电磁铁 6. 电磁铁的应用 生产生活 电磁继电器、电磁起重机、电磁选矿机、磁浮列车、电动机、发电机中都用到了电磁铁。 日常生活 电铃、电冰箱、 吸尘器中也都有电磁铁。全自动洗衣机的进水、排水阀门，卫生间里的感应式冲水器阀门，也都由电磁铁控制。 下面我们介绍几个电磁铁的典型应用。 三、电磁铁 （1）电磁起重机 电磁起重机的主要部件是电磁吸盘，内部由电磁铁构成。接通电源，电磁铁便把钢铁物品牢牢吸住，吊运到指定的地方。 切断电源，磁性消失，钢铁物品就被放下来了。电磁起重机使用十分方便，通常应用在废钢铁回收部门和炼钢车间等地方。 电磁起重机 三、电磁铁 （2）磁浮列车 磁浮列车，其磁体一般也会用电磁铁。当列车运行时，列车和 轨道上通电的电磁铁产生的磁力使列车悬浮于轨道上方，它就不再受车轮与轨道间的摩擦力了。 2003年，上海浦东机场磁悬浮铁路成为我国第一条正式投入运营的磁悬浮铁路，最高速度可达500km/h以上。 三、电磁铁 电磁继电器一般由电磁铁、衔铁、弹簧片、触点等组成，其工作电路包括低压控制电路和高压工作电路两个部分。 （3）电磁继电器 ①电磁继电器的结构 电磁继电器结构示意图 三、电磁铁 ②电磁继电器的工作原理 当低压控制电路在电磁铁A两端加上一定的电压时，电磁铁A工作，衔铁B被吸下，从而将带动衔铁的动触点D与静触点E（常开触点）吸合，高压工作电路接通。 当电磁铁A断电后，其磁力消失，衔铁B则在弹簧C的作用下返回原位，动触点D离开静触点E，高压工作电路断开。 这样，通过电磁继电器低压控制电路的接通、断开，就达到高压工作电路的导通、切断的目的。 电磁继电器结构示意图 三、电磁铁 ③电磁继电器的应用 利用电磁继电器，用低电压、弱电流的控制电路来控制高电压、强电流的工作电路，能实现遥控和生产自动化。电磁继电器被广泛地应用于自动控制和通信领域，在电冰箱、汽车、电梯、机床里的控制电路中都有电磁继电器的身影。 自动控制； 通信领域； 电冰箱； 汽车； 电梯； 机床等。 三、电磁铁 【例题4】感应照明灯可以在天暗时自动发光，天亮时自动熄灭；控制电路如图所示，电源电压恒定，R1为定值电阻，R2为光敏电阻，其阻值随光照强度而变化。 （1）如图，圆形虚线框内为本电路的核心部件，它是通过低电压、弱电流来控制高电压、强电流的电路通断的装置，其名称为__________，它的原理是______________； （2）在本图中，当控制电路电流增大到 一定程度时，受控电路将_______（选填 “接通”或“断开”）； （3）光照强度增大时，光敏电阻R2的阻值 ______，电压表示数______（选填“增大” “减小”或“不变”）. 电流的磁效应 电磁继电器 断开 减小 减小 【解析】 （1）电磁继电器功能是利用控制电路的 低电压、弱电流来控制工作电路的高电压、强电流， 其主要部件是电磁铁，电磁铁是利用电流的磁效应原理工作的。 （2）控制电路电流增大到一定程度时，电磁铁磁性增强，将衔铁吸下，受控电路断开，灯L熄灭； （3）感应照明灯可以在天暗时自动发光，天亮时自动熄灭，说明光照强度增大时，光敏电阻R2的阻值减小，控制电路电流增大，电磁铁磁性增强，将衔铁吸下，受控电路断开，灯L熄灭；控制电路电流增大，定值电阻R1两端的电压增大，电源电压不变，光敏电阻R2两端的电压变小，即电压表的示数减小。 三、电磁铁 四、课堂总结 第二节 探究：通电螺线管外部磁场的方向 课堂总结（1） 通电螺线 管外部磁 场的方向 奥斯特实验 通电螺线 管的磁场 右手螺旋 定则 通电导体周围存在着磁场，磁场的方向与电流方向有关。 外部的磁场与条形磁体的磁场相似；极性与电流的方向有关。 用右手握螺线管，让四指弯向的方向跟螺线管中的电流方向一致，则大拇指所指的那端就是通电螺线管的N极。 课堂总结（2） 在通电螺线管内插入一块铁芯，就构成了一个电磁铁； 利用电流的磁效应来工作的. 电磁铁线圈的匝数越多、电流越大，磁性就越强. ①可通过电流的通断来控制其磁性的有无. ②可通过改变电流方向来改变其磁极的极性. ③可通过改变电流大小或线圈匝数控制磁性强弱. ①电磁起重机、磁浮列车、电磁继电器、电动机、发电机等。 ②电磁继电器：是利用低电压、弱电流电路的通断，来间接地控制高电压、强电流电路通断的装置. ③构成：电磁铁、衔铁、弹簧片、触点. ④应用：自动控制和通信领域. 电磁铁 定义 优点 应用 磁性 五、综合提升训练 第二节 探究：通电螺线管外部磁场的方向 综合提升训练 1．如图是奥斯特实验装置，当导线中通过向右的电流时，小磁针偏转，说明小磁针受到力的作用，下列关于该实验说法正确的是 （ ） A．把小磁针移至图中导线的上方，小磁针的偏转方向不改变 B．小磁针位置不变，改变导线中电流的方向，小磁针偏转方向改变 C．把小磁针拿走，通电导线周围的磁场将消失 D．无论通电导线怎么放置，只要导线中有电流，小磁针就发生偏转 B 综合提升训练 【解析】A．把小磁针移至图中导线的上方，由于通电导线上方和下方的磁场方向相反，小磁针受到的磁场力与原来方向相反，即小磁针偏转的方向改变，A错误； B．小磁针位置不变，改变导线中电流的方向，则小磁针的偏转方向也会改变，B正确； C．通电导线产生的磁场与其附近是否有小磁针无关，把小磁针拿走，通电导线周围的磁场仍然存在，C错误； D．如果通过导线产生的磁场方向与地磁场在小磁针位置的方向相同时，小磁针不会发生偏转，D错误。 故选B. 综合提升训练 【解析】螺线管外部磁场方向由N极指向S极，由图可知螺线管左侧为S极，右侧是N极，由右手螺旋定则可知，螺线管正面电流方向向下，背面电流方向向上，可知电源正极在左侧，如图所示. 2．如图所示，根据磁体及周围磁场分布情况，在图中标出通电螺线管的N极及电源的正极。 综合提升训练 【解析】根据题图可知，最终决定通电螺线管极性的是螺线管中电流的方向，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 3．如图所示，通电螺线管旁的小磁针分别静止在图示位置。请科学推断，最终决定通电螺线管极性的是（　　） A．电源正负极的接法 B．螺线管导线的环绕方向 C．小磁针静止时N极的指向 D．螺线管中电流的方向 D 综合提升训练 4. 如图所示是探究通电螺线管外部磁场方向的实验装置。 （1）实验中小磁针的作用是__________ ； （2）开关闭合后，小磁针静止时的指向如图所示螺线管a端和小磁针的N极相吸，螺线管b端和小磁针的S极相吸。这说明通电螺线管周围存在着磁场，a端为____极，b端为____极； 增大电源电压 （3）断开开关，将电源的正负极对调接入电路中，再次闭合开关后，发现小磁针转动180°，由此可知；通电螺线管外部磁场方向与螺线管中的电流_______有关； （4）为了使该通电螺线管的磁场增强，可采取的有效措施是_______ 。（写出一条即可） 通过小磁针的北极指向可以判断磁场的方向 S N 方向 【解析】（1）小磁针静止时北极所指的方向即为该点的磁场方向，实验中，通过小磁针的北极指向可以判断磁场的方向。 （2）螺线管的a端和小磁针的N极相互吸引；螺线管的b端和小磁针的S极相互吸引；这说明通电螺线管周围存在着磁场，根据名磁极相互吸引，a端为S极，b端为N极。 （3）将电源的正负极对调接入电路中，改变通电螺线管中的电流方向，发现小磁针指向转动180°，可以得到通电螺线管外部的磁场方向与螺线管中电流方向有关。 （4）通电螺线管的匝数越多，通过螺线管的电流越大，通电螺线管的磁场越强，为了使通电螺线管的磁场增强，可以增大电源电压。 综合提升训练 【解析】根据题意可知，当室内温度低于25℃时温控开关闭合，加热电阻工作，动触点与下面的静触点接触；当室温高于25℃时，温控开关断开，加热电阻不工作，动触点与上面的静触点接触；加热电阻与绿灯工作时互不影响，如图所示. 综合提升训练 5．某同学设计的冬季家庭温度自动控制器的工作原理如图所示。当室内温度低于25℃时温控开关闭合，绿灯不亮，加热电阻工作；温控开关断开，绿灯亮，表示温度已经达到25℃。请根据以上要求，用笔画线代替导线。 甲 乙 综合提升训练 6. 电与磁之间存在着相互联系，彰显物理现象的对称、统一之美。 小宇又将直导线绕成螺线管形状，在螺线管的两端各放一个小磁针，并在硬纸板上均匀地撒满铁屑。通电后观察小磁针的指向及铁屑的排列情况，如图甲所示。实验结果表明：通电螺线管外部的磁场与__________的磁场一样；在实验的过程中，小宇发现，螺线管内部的铁屑，在通电后也变得有规则的排列，这说明，通电后，螺线管内部也有磁场，他想，通电螺线的内部磁场方向是怎样的呢？于是他在通电螺线管的内部放入一个小磁针，发现小磁针静止时，北极的指向如图乙所示，则通电螺线管内部磁场方向是_____________（选填“北极指向南极”或“南极指向北极”）。 条形磁铁 南极指向北极 【解析】铁屑的分布情况显示磁感线的形状，实验结果表明，通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场一样，两端磁性最强，中间磁性最弱。 小磁针N极所指的方向即为磁场的方向，图乙中小磁针N极所指的是通电螺线管的北极，说明通电螺线管内部磁场方向是南极指向北极。 综合提升训练 甲 乙 $