第二节 探究：通电螺线管外部磁场的方向（导学案）物理沪科版2024九年级全一册

第二节 通电螺线管外部磁场的方向 【学习目标】 知道电流磁效应：通过奥斯特实验理解通电导体周围有磁场，且磁场方向与电流方向有关；掌握通电螺线管外部磁场特点：磁场分布与条形磁体相似，两端为磁极，能用右手螺旋定则（安培定则）判断磁极与电流方向关系；认识电磁铁；能完成基础实验与作图：通过铁屑实验观察螺线管磁场分布，用右手螺旋定则标注磁极、电流方向或磁感线方向。 【学习重点】 通过奥斯特实验，理解通电导体周围存在磁场。 结合实验探究，掌握通电螺线管外部磁场的分布特点及方向判断方法。 【学习难点】 理解通电螺线管外部磁场与条形磁体磁场的相似性及其原因。 运用右手螺旋定则准确判断通电螺线管的磁极方向。 【自主预习】 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 3.通电螺线管内部的磁场方向是从S极指向N极 4.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。 5.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 。 【课堂探究】 一、认识电流的磁效应（奥斯特实验） 1. 实验探究 实验器材：干电池、直导线、小磁针、开关、导线； 实验步骤： ① 将直导线平行架在静止的小磁针上方，接通开关，观察小磁针偏转情况； ② 断开开关，观察小磁针是否复位； ③ 调换电源正负极（改变电流方向），重复步骤①，观察小磁针偏转方向是否改变。 实验现象与结论： 实验操作 实验现象 结论 接通开关 小磁针发生偏转（偏转 / 不偏转） 通电导体周围存在磁场 断开开关 小磁针复位（复位 / 保持偏转） 磁场随电流的消失而消失（消失 / 存在） 改变电流方向 小磁针偏转方向改变（改变 / 不变） 磁场方向与电流方向有关 2. 科学史拓展 奥斯特实验是 1820 年丹麦物理学家奥斯特偶然发现的，它首次揭示了电与磁（电与磁）的联系，开创了电磁学的研究先河。 【例1】世界上第一个发现电流周围存在磁场的物理学家是（　　） A．沈括 B．安培 C．奥斯特 D．焦耳 【答案】C 【详解】A．沈括是我国宋代科学家，他发现了磁偏角，但不是第一个发现电流周围存在磁场的，故A不符合题意； B．安培在电磁学方面有诸多贡献，比如提出安培定律等，但不是第一个发现电流周围存在磁场的，故B不符合题意； C．奥斯特是世界上第一个发现电流周围存在磁场的物理学家，即电流的磁效应，故C符合题意； D．焦耳主要贡献是焦耳定律，研究的是电流的热效应，故D不符合题意。 故选C。 【例2】如图所示，小磁针静止时指向南北，当导线A端与电池“+”极连通瞬间，小磁针发生偏转，此现象说明（　　） A．小磁针被磁化 B．小磁针磁性消失 C．地磁场方向改变 D．电流周围存在磁场 【答案】D 【详解】当导线A端与电池“+”极连通瞬间，小磁针发生偏转，说明小磁针受到磁场的作用，说明通电导线周围存在磁场。故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 【例3】当小磁针自由静止时，它的极总是指向 （选填“南”或“北”）方，这是因为小磁针受到 的作用。如图甲所示，当给导线通电时，其下方的小磁针的N极向纸内偏转；如图乙所示，如果大量电子沿着水平方向由左向右飞过小磁针正上方，则小磁针的极将向纸 （选填“内”或“外”）偏转。 【答案】 北 地磁场 外 【详解】[1][2]地球本身是一个巨大的磁体，周围存在着地磁场。地磁场的南极在地理北极附近，地磁场的北极在地理南极附近。 根据磁极间的相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，当小磁针自由静止时，它的N极总是指向北方，这是因为小磁针受到地磁场的作用。 [3]N极向纸内偏转，说明通电导线周围存在磁场，如图乙所示，如果大量电子沿着水平方向由左向右飞过小磁针正上方，电流方向为从右向左，与图甲的电流流动方向相反，则小磁针旋转方向与图甲相反，N极向纸外。 二、探究通电螺线管的外部磁场 1. 实验探究：通电螺线管的磁场分布 •实验器材：通电螺线管、电源、开关、滑动变阻器、有机玻璃板、铁屑、小磁针； •实验步骤： ① 在有机玻璃板上均匀撒满铁屑，将螺线管固定在板下，连接电路； ② 闭合开关，轻敲玻璃板，观察铁屑的分布规律； ③ 在螺线管周围不同位置放置小磁针，记录小磁针 N 极的指向。 •实验现象与结论： ① 铁屑排列成类似条形磁体（类似条形磁体 / 蹄形磁体）的规律，说明通电螺线管外部磁场与条形磁体的磁场相似； ② 小磁针 N 极的指向反映磁场方向，螺线管两端磁性最强，为磁极，中间磁性最弱。 【例1】下列是探究通电螺线管外部的磁场方向的实验。 (1)通电螺线管周围的小磁针会发生偏转，说明小磁针受到 （选填“磁力”或“重力”）的作用； (2)如图所示，在玻璃板上均匀撒满铁屑，并在螺线管两端各放一个小磁针； ①记录小磁针 极的方向，这个方向就是该点的磁场方向； ②轻敲玻璃板，铁屑的排列如图所示。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，图中通电螺线管左端相当于条形磁体的 极； (3)将连接螺线管的电路开关断开，把电路电源正负极对调。闭合开关后，观察小磁针静止时的指向是否会发生改变，这是为了探究通电螺线管外部的磁场方向是否与 有关。 【答案】(1)磁力 (2) N 条形 S (3)电流方向 【详解】（1）磁场的基本性质是对放入其中的磁体产生磁力作用，通电螺线管周围存在磁场，小磁针发生偏转是受到了磁力作用。 （2）[1]物理学中规定，在磁场中的某一点，小磁针静止时N极所指的方向就是该点的磁场方向。 [2][3]通电螺线管外部的磁场分布与条形磁体相似，都是两端磁性最强，中间磁性最弱。根据小磁针的指向，利用同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引的原理，可以判断出通电螺线管左端为S极。 （3）将电源正负极对调，螺线管中的电流方向改变，观察小磁针指向是否改变，是为了探究通电螺线管外部的磁场方向是否与电流方向有关。 【例2】为了探究磁场，小微做了如下实验。 (1)探究磁体周围的磁场： ①在玻璃板上均匀撒上一层铁屑，再将玻璃板放在条形磁体上方，然后轻敲玻璃板，观察铁屑的分布情况。铁屑在磁场中被 成一个个小磁针，从而在磁场中有序地排列起来，如图甲所示。 ②再在玻璃板上放一些小磁针，小磁针静止时的情况如图乙所示，黑色一端表示磁体的N极，某点小磁针 极所指的方向就是该点的 方向。 (2)探究通电螺线管周围的磁场： ①把小磁针放在螺线管四周不同的位置，通电后发现小磁针的指向如图丙所示，说明通电螺线管周围的磁场跟 磁体的磁场相似；磁感线是为了形象描述磁场引入的，与“光线”一样，这采用的物理方法是 。 ②对调电源的正、负极重复上述实验，小磁针的指向与之前相反，说明通电螺线管的极性跟 有关；地磁场对人们的生产、生活都有着重要的意义，请列举出一个利用地磁场来定向的例子： 。 【答案】(1) 磁化 N（北） 磁场 (2) 条形 模型法 电流方向 指南针 【详解】（1）[1]为了减小摩擦力对铁屑的影响，应轻敲玻璃板。铁屑在磁场中会被磁体磁化，成为一个个小磁针，具有了磁性，从而在磁场中有序地排列起来。 [2][3]物理学规定，磁场中某点小磁针N极方向即为该点的磁场方向。 （2）[1]由图丙从铁屑的排列情况可以看出，通电螺线管的磁场分布与条形磁体相似，都是具有两个磁性较强的磁极。 [2]磁感线是为了形象描述磁场引入的一种假想曲线，实际上不存在，是一种理想化的模型。与“光线”一样，这采用的物理方法是模型法。 [3]对调电源的正负极重复上述实验，电流方向相反，小磁针的指向与之前相反，说明通电螺线管的极性跟电流方向有关。 [4]地磁场对人们的生产、生活都有着重要的意义，例如：中国古代的四大发明之一“司南”（指南针）；候鸟迁徙总是沿着固定的路线，且不会迷失方向等。 2.右手螺旋定则（安培定则） 定则内容：用右手握住螺线管，让四指弯曲的方向与螺线管中的电流方向（电流方向）一致，则大拇指所指的那端就是螺线管的N 极（N 极）。 应用练习： ① 已知电流方向，判断磁极：在下图螺线管中，电流从左端流入，右端流出，根据定则，螺线管右端（右端）为 N 极； ② 已知磁极，判断电流方向：若螺线管左端为 S 极，右端为 N 极，则电流从螺线管右端（右端）流入，左端（左端）流出。 【例1】如图所示，两个通电螺线管在靠近时相互排斥，请在图中标出通电螺线管的两极，及电源的正、负极。 【答案】 【详解】右侧螺线管的右端为S极，左端为N极，根据安培定则可以判断线圈中的电流是从电源的右端流出；由题意可知，两个通电螺线管在靠近时相互排斥，则左侧的螺线管右端是N极，左端是S极。如图所示： 【例2】请根据图中的信息，标出通电螺线管的N、S极和电源的正、负极（用“+”“-”号表示）。 【答案】 【详解】由图可知，条形磁体的右端为N极，磁体外部的磁感线的方向是从磁体的N极出发，经外部空间，回到S极，所以通电螺线管的左端为S极，右端为N极；根据安培定则可知，电流从螺线管的左端流入、右端流出，所以通电螺线管的左端为正极、右端为负极，如图所示： 三、认识电磁铁及其应用 1. 电磁铁的结构与特性 结构：在通电螺线管内插入铁芯（铁芯），就构成了电磁铁（铁芯能被磁化，增强磁场）； 特性探究（控制变量法）： 探究因素 实验操作 实验现象 结论 磁性有无 接通开关 / 断开开关 接通时吸引大头针，断开时不吸引 磁性有无由通断电控制 磁性强弱（电流大小） 线圈匝数不变，调节滑动变阻器增大电流 吸引大头针数量增多（增多 / 减少） 匝数一定时，电流越大，磁性越强 磁性强弱（线圈匝数） 电流不变，换用匝数更多的螺线管 吸引大头针数量增多（增多 / 减少） 电流一定时，匝数越多，磁性越强 磁极方向 改变电流方向 小磁针 N 极指向改变 磁极由电流方向控制 2. 电磁铁的应用 生活实例：电磁起重机、电磁继电器、电铃、磁浮列车、全自动洗衣机的阀门等； 应用分析：电磁起重机接通电源时产生磁性吸起钢材，断电后磁性消失放下钢材，利用了电磁铁 “通断电控制磁性有无（通断电控制磁性有无）” 的特性。 【例1】关于电磁铁，下列说法中不正确的是（　　） A．电磁铁中的铁芯可以用铜棒代替 B．电磁铁是根据电流的磁效应工作的 C．电磁铁通电时有磁性，断电时没有磁性 D．电磁铁是一种非永久磁体 【答案】A 【详解】A．电磁铁的铁芯需用软磁性材料制成，铜不是磁性材料，故不可以用铜棒代替，故A错误，符合题意； B．电磁铁是利用电流的磁效应制成的，故B正确，不符合题意； C．电磁铁通电时，电流的周围存在磁场，所以电磁铁有磁性，断电时没有磁性，故C正确，不符合题意； D．电磁铁不是永久磁铁，它的磁性的有无跟电流的通断有关，故D正确，不符合题意。 故选A。 【例2】下图是电磁继电器的工作原理图。 (1)当低压控制电路闭合时，电磁铁A （选填“具有”或“失去”）磁性，吸引衔铁B，从而使动触点D与静触点E吸合，高压工作电路 （选填“闭合”或“断开”）。 (2)当低压控制电路断开时，电磁铁A （选填“具有”或“失去”）磁性，衔铁B在左侧弹簧C的作用下返回原位，动触点D与静触点E分离，高压工作电路 （选填“闭合”或“断开”）。 (3)衔铁B与动触点D之间的硬棒应该用 （选填“导体”或“绝缘体”）制成，它与衔铁、动触点一起组成一个杠杆，弹簧C始终处于 （选填“拉伸”或“压缩”）状态。 【答案】(1) 具有 闭合 (2) 失去 断开 (3) 绝缘体 拉伸 【详解】（1）[1][2]当开关闭合时，左边低压控制电路被接通，控制电路有电流通过，电磁铁A中有电流通过，则电磁铁A具有磁性，就可以吸引衔铁B并带动触点D下降，使右边高压工作电路闭合。 （2）[1][2]当开关断开时，控制电路没有电流通过，电磁铁A中没有电流通过，电磁铁A就失去磁性，则衔铁B不被吸引，在C弹簧作用下，动触点D被拉起，则高压工作电路断开。 （3）[1]衔铁B与动触点D之间的硬棒应该用绝缘体，若衔铁B与动触点D之间是导体，对操控低压控制电路的人有危险。 [2]由图可知，弹簧始终拉着衔铁B，所以弹簧始终处于拉伸状态。 【归纳整理】 第二节通 电螺线管外部磁场的方向 【课堂练习】 一、单选题 1．如图所示，在探究电磁铁磁性强弱的实验中，使用两个相同的大铁钉绕制成电磁铁A、B进行实验。下列说法正确的是（　　） A．通过观察电磁铁吸引大头针的个数判断它的磁性强弱，这是运用了等效替代法 B．滑片P向左滑动，电磁铁的磁性减弱 C．电磁铁A、B的上端均为N极 D．该实验不能探究电磁铁磁性的强弱与电流强弱的关系 【答案】C 【详解】A．实验中可以通过观察电磁铁能吸引大头针的个数判断它的磁性强弱，这是运用了转换法，故A错误； B．滑片P向左滑动，滑动变阻器接入电路中的电阻变小，电路中的电流变大，电磁铁的磁性增强，故B错误； C．右手握住螺线管，四指指向电流环绕方向，大拇指指向N极。根据A、B绕线方向及电流流向，大拇指均指向螺线管上端，因此A、B上端均为N极，故C正确； D．移动滑动变阻器的滑片，针对一个电磁铁可以改变电流的大小，该实验可以探究电磁铁磁性的强弱与电流的关系，故D错误。 故选C。 2．如图所示，开关闭合后，下列判断正确的是（　　） A．可自由转动的小磁针不发生偏转 B．通电螺线管右端为N极 C．通电螺线管中可以将铜棒磁化 D．通电螺线管外部的磁场与蹄形磁体的磁场相似 【答案】B 【详解】AB．从图可知，电流从螺线管的左端流入，右端流出，根据安培定则可知，螺线管右端是N极，左端是S极；由于同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引可得，小磁针S极向左转动，故A错误，B正确； C．磁化是指原来没有磁性的物体，获得磁性的过程，铜不是磁性材料，不能被磁化，故C错误； D．螺线管通电后，通电螺线管周围产生磁场，通电螺线管外部的磁场与条形磁铁周围的磁场一样，而不是和蹄形磁体的磁场相似，故D错误。 故选B。 二、填空题 3．如图所示是某温度自动报警器的原理图。制作此温度计时，在玻璃管的两端分别封入一段金属丝，其中测温物质应该选择 （选填“煤油”或“水银”）。将金属丝的两端接入电路中，当温度达到 ℃时，电铃就会响起来，发出报警信号，此时，电磁铁右端是 极，当滑片P向左移动时，电磁铁磁性变 。 【答案】 水银 74 N 强 【详解】[1]为了能够实现自动控制，当温度计的示数达到某个设定值时，控制电路需要接通，所以温度计玻璃管中加入的测温物质需要容易导电，即加入的测温物质是导体，因为煤油是绝缘体，水银是导体，所以测温物质应该选择水银。 [2]如图所示，温度计的分度值为2℃，玻璃管上端金属丝的下端在70℃后第2小格处，对应的温度为，当温度计中的测温物质到达74℃时，控制电路接通，电路中有电流，电磁铁有磁性，会吸引衔铁，从而接通工作电路，使电铃发出报警信号。 [3]控制电路接通时，电流从电源正极出发，经过电磁铁时，正对我们的这部分线圈中电流方向向下，根据安培定则可得，电磁铁右端为N极。 [4]当滑片P向左移动时，滑动变阻器接入电路的电阻变小，电路中总电阻变小，根据可知，在电源电压不变时，电路中电流变大，通过电磁铁的电流变大，在匝数相同时，电磁铁的磁性变强。 4．电流的磁效应：当导线中有电流通过时，小磁针会发生偏转，说明通电导线周围存在 ，这种现象叫做电流的 。丹麦物理学家 通过如图的实验首先发现了这种效应。 【答案】 磁场 磁效应 奥斯特 【详解】[1][2][3]当导线中有电流通过时，会在导线周围产生磁场，小磁针受到磁场作用而发生偏转，这种现象称为电流的磁效应。丹麦物理学家奥斯特通过实验证明了这一效应，因此也称其为“奥斯特效应”。 三、作图题 5．如图，根据小磁针静止时N极的指向，标出A处的磁感线方向和电源正、负极。 【答案】 【详解】同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，小磁针左端N极，右端S极，即可得通电螺线管左端为N极，右端为S极，磁感线在外部由N极指向S极，可标出A点磁感线方向由左向右；根据右手定则，右手握住螺线管，大拇指指向磁感线方向，四指指向即为电流方向，得出电源左侧为负极，右侧为正极，如图所示： 6．在图中，标出电源的正负极和小磁针的N极，以及磁感线方向。 【答案】如图所示 【详解】螺线管左侧为N极，则螺线管右侧为S极，由磁极间的相互作用规律可知，小磁针左侧为N极，由安培定则可知，电源左侧为负极，右侧为正极，如图所示 7．完成下列作图。通电螺线管中的电流方向如图所示，请标出其左端所对应的磁极。 【答案】 【详解】由图可知，电流从螺线管的右侧流入，左侧流出，由安培定则可知，通电螺线管的左端是N极，如图所示： 四、实验题 8．在“探究通电螺线管外部磁场分布”的实验中： (1)当图甲中的开关S闭合后，小磁针会发生偏转， 说明通电螺线管周围存在 ，由右手螺旋定则可知螺线管的右端为 （选填“N”或“S”）极； (2)对调电源的正负极重复上述实验，小磁针N极指向与之前相反，这说明通电螺线管外部磁场的方向与 有关。实验时同学们发现小磁针偏转不明显，为了增大通电螺线管的磁性，可行的操作是 （任写一条）； (3)用铁屑来做实验，得到了如图乙所示的情形， 由此可看出通电螺线管外部的磁场与 磁体的磁场相似，为描述磁场而引入的磁感线 （选填“是”或“不是”） 真实存在的。 【答案】(1) 磁场 N (2) 电流方向 增大电流 （或插入铁棒或增加螺线管的线圈匝数） (3) 条形 不是 【详解】（1）[1]闭合开关后，有电流通过螺线管，小磁针发生偏转，说明小磁针受到力的作用，则说明通电螺线管周围存在磁场。 [2]闭合开关后，电流从螺线管的左后方流入，右前方流出，由右手螺旋定则可知，螺线管的右端为大拇指所指的方向，即N极。 （2）[1]对调电源的正负极，则螺线管中电流的方向改变，重复上述实验，小磁针N极指向与之前相反，这说明通电螺线管外部磁场的方向与电流的方向有关。 [2]通电螺线管的磁性强弱与通过的电流大小、线圈的匝数、铁芯的有无等有关，可增大通过的电流、增加螺线管的线圈匝数或插入铁棒来增大磁性。 （3）[1]由图乙知，通电螺线管外部铁屑的分布与条形磁体周围的铁屑分布相似，所以通电螺线管外部的磁场与条形磁体的相似。 [2]磁感线是为了方便、形象描述磁场而引入的带箭头的曲线，不是真实存在的。 9．如图是 曾经做过的实验，观察比较甲、乙两图，可得实验结论是 ，观察比较甲、丙两图，可得实验结论是 。 【答案】 奥斯特 电流的周围存在磁场 电流的磁场方向与电流方向有关 【详解】[1]如图实验说明了电能生磁，奥斯特通过实验发现了这一现象。 [2]比较甲、乙两图可发现当导线中有电流通过时，小磁针才发生转动，而小磁针的转动是受到磁场作用的结果，可得结论：电流的周围存在磁场。 [3]比较甲、丙两图可发现当导体中电流方向改变后，小磁针的转动方向改变，而小磁针转动方向的改变是因磁场方向改变而改变的，可得结论：电流的磁场方向与电流方向有关。 10．在“探究通电螺线管外部磁场分布”的实验中： (1)当闭合图甲的开关后，小磁针会发生偏转，同学们发现小磁针偏转不明显，为了增大通电螺线管的磁性，可行的操作是 （任写一条）； (2)由安培定则可知，图甲中开关闭合后，螺线管的右端为 （选填“S”或“N”）极； (3)用铁屑来做实验，得到了如图乙所示的情形，由此可看出通电螺线管外部的磁场与 磁体的磁场相似，为描述磁场而引入的磁感线 （选填“是”或“不是”）真实存在的。 【答案】(1)增大电源电压 (2)N (3) 条形 不是 【详解】（1）通电螺线管的磁性与通过的电流大小、线圈的匝数、铁芯的有无等有关，实验时同学们发现小磁针偏转不明显，为了增大通电螺线管的磁性，可行的操作是增大电源电压，增加电路中的电流。 （2）图甲中，闭合开关，螺线管的电流由左端流入，据安培定则可知，螺线管的右端为N极。 （3）[1]由图乙知，通电螺线管外部铁屑的分布与条形磁体周围的铁屑分布相似，所以通电螺线管外部的磁场与条形磁体的相似。 [2]磁感线是为了方便、形象描述磁场而引入的带箭头的曲线，不是真实存在的。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二节 通电螺线管外部磁场的方向 【学习目标】 知道电流磁效应：通过奥斯特实验理解通电导体周围有磁场，且磁场方向与电流方向有关；掌握通电螺线管外部磁场特点：磁场分布与条形磁体相似，两端为磁极，能用右手螺旋定则（安培定则）判断磁极与电流方向关系；认识电磁铁；能完成基础实验与作图：通过铁屑实验观察螺线管磁场分布，用右手螺旋定则标注磁极、电流方向或磁感线方向。 【学习重点】 通过奥斯特实验，理解通电导体周围存在磁场。 结合实验探究，掌握通电螺线管外部磁场的分布特点及方向判断方法。 【学习难点】 理解通电螺线管外部磁场与条形磁体磁场的相似性及其原因。 运用右手螺旋定则准确判断通电螺线管的磁极方向。 【自主预习】 1.通电导体周围存在着 ； 2.通电导体周围磁场的方向与电流方向有关 3.通电螺线管内部的磁场方向是 4.右手螺旋定则 用 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。 5.电磁铁是利用 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 。 【课堂探究】 一、认识电流的磁效应（奥斯特实验） 1. 实验探究 实验器材：干电池、直导线、小磁针、开关、导线； 实验步骤： ① 将直导线平行架在静止的小磁针上方，接通开关，观察小磁针偏转情况； ② 断开开关，观察小磁针是否复位； ③ 调换电源正负极（改变电流方向），重复步骤①，观察小磁针偏转方向是否改变。 实验现象与结论： 实验操作 实验现象 结论 接通开关 小磁针发生（偏转 / 不偏转） 通电导体周围存在 断开开关 小磁针（复位 / 保持偏转） 磁场随电流的消失而（消失 / 存在） 改变电流方向 小磁针偏转方向（改变 / 不变） 磁场方向与有关 2. 科学史拓展 奥斯特实验是 1820 年丹麦物理学家奥斯特偶然发现的，它首次揭示了电与磁（电与磁）的联系，开创了电磁学的研究先河。 【例1】世界上第一个发现电流周围存在磁场的物理学家是（　　） A．沈括 B．安培 C．奥斯特 D．焦耳 【例2】如图所示，小磁针静止时指向南北，当导线A端与电池“+”极连通瞬间，小磁针发生偏转，此现象说明（　　） A．小磁针被磁化 B．小磁针磁性消失 C．地磁场方向改变 D．电流周围存在磁场 【例3】当小磁针自由静止时，它的极总是指向 （选填“南”或“北”）方，这是因为小磁针受到 的作用。如图甲所示，当给导线通电时，其下方的小磁针的N极向纸内偏转；如图乙所示，如果大量电子沿着水平方向由左向右飞过小磁针正上方，则小磁针的极将向纸 （选填“内”或“外”）偏转。 二、探究通电螺线管的外部磁场 1. 实验探究：通电螺线管的磁场分布 •实验器材：通电螺线管、电源、开关、滑动变阻器、有机玻璃板、铁屑、小磁针； •实验步骤： ① 在有机玻璃板上均匀撒满铁屑，将螺线管固定在板下，连接电路； ② 闭合开关，轻敲玻璃板，观察铁屑的分布规律； ③ 在螺线管周围不同位置放置小磁针，记录小磁针 N 极的指向。 •实验现象与结论： ① 铁屑排列成（类似条形磁体 / 蹄形磁体）的规律，说明通电螺线管外部磁场与的磁场相似； ② 小磁针 N 极的指向反映磁场方向，螺线管两端磁性最强，为，中间磁性最弱。 【例1】下列是探究通电螺线管外部的磁场方向的实验。 (1)通电螺线管周围的小磁针会发生偏转，说明小磁针受到 （选填“磁力”或“重力”）的作用； (2)如图所示，在玻璃板上均匀撒满铁屑，并在螺线管两端各放一个小磁针； ①记录小磁针 极的方向，这个方向就是该点的磁场方向； ②轻敲玻璃板，铁屑的排列如图所示。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，图中通电螺线管左端相当于条形磁体的 极； (3)将连接螺线管的电路开关断开，把电路电源正负极对调。闭合开关后，观察小磁针静止时的指向是否会发生改变，这是为了探究通电螺线管外部的磁场方向是否与 有关。 【例2】为了探究磁场，小微做了如下实验。 (1)探究磁体周围的磁场： ①在玻璃板上均匀撒上一层铁屑，再将玻璃板放在条形磁体上方，然后轻敲玻璃板，观察铁屑的分布情况。铁屑在磁场中被 成一个个小磁针，从而在磁场中有序地排列起来，如图甲所示。 ②再在玻璃板上放一些小磁针，小磁针静止时的情况如图乙所示，黑色一端表示磁体的N极，某点小磁针 极所指的方向就是该点的 方向。 (2)探究通电螺线管周围的磁场： ①把小磁针放在螺线管四周不同的位置，通电后发现小磁针的指向如图丙所示，说明通电螺线管周围的磁场跟 磁体的磁场相似；磁感线是为了形象描述磁场引入的，与“光线”一样，这采用的物理方法是 。 ②对调电源的正、负极重复上述实验，小磁针的指向与之前相反，说明通电螺线管的极性跟 有关；地磁场对人们的生产、生活都有着重要的意义，请列举出一个利用地磁场来定向的例子： 。 2.右手螺旋定则（安培定则） 定则内容：用右手握住螺线管，让四指弯曲的方向与螺线管中的电流方向（电流方向）一致，则大拇指所指的那端就是螺线管的N 极（N 极）。 应用练习： ① 已知电流方向，判断磁极：在下图螺线管中，电流从左端流入，右端流出，根据定则，螺线管右端（右端）为 N 极； ② 已知磁极，判断电流方向：若螺线管左端为 S 极，右端为 N 极，则电流从螺线管右端（右端）流入，左端（左端）流出。 【例1】如图所示，两个通电螺线管在靠近时相互排斥，请在图中标出通电螺线管的两极，及电源的正、负极。 【例2】请根据图中的信息，标出通电螺线管的N、S极和电源的正、负极（用“+”“-”号表示）。 三、认识电磁铁及其应用 1. 电磁铁的结构与特性 结构：在通电螺线管内插入铁芯（铁芯），就构成了电磁铁（铁芯能被磁化，增强磁场）； 特性探究（控制变量法）： 探究因素 实验操作 实验现象 结论 磁性有无 接通开关 / 断开开关 接通时吸引大头针，断开时不吸引 磁性有无由控制 磁性强弱（电流大小） 线圈匝数不变，调节滑动变阻器增大电流 吸引大头针数量（增多 / 减少） 匝数一定时，电流越大，磁性越 磁性强弱（线圈匝数） 电流不变，换用匝数更多的螺线管 吸引大头针数量（增多 / 减少） 电流一定时，匝数越多，磁性越 磁极方向 改变电流方向 小磁针 N 极指向改变 磁极由控制 2. 电磁铁的应用 生活实例：电磁起重机、电磁继电器、电铃、磁浮列车、全自动洗衣机的阀门等； 应用分析：电磁起重机接通电源时产生磁性吸起钢材，断电后磁性消失放下钢材，利用了电磁铁 “通断电控制磁性有无（通断电控制磁性有无）” 的特性。 【例1】关于电磁铁，下列说法中不正确的是（　　） A．电磁铁中的铁芯可以用铜棒代替 B．电磁铁是根据电流的磁效应工作的 C．电磁铁通电时有磁性，断电时没有磁性 D．电磁铁是一种非永久磁体 【例2】下图是电磁继电器的工作原理图。 (1)当低压控制电路闭合时，电磁铁A （选填“具有”或“失去”）磁性，吸引衔铁B，从而使动触点D与静触点E吸合，高压工作电路 （选填“闭合”或“断开”）。 (2)当低压控制电路断开时，电磁铁A （选填“具有”或“失去”）磁性，衔铁B在左侧弹簧C的作用下返回原位，动触点D与静触点E分离，高压工作电路 （选填“闭合”或“断开”）。 (3)衔铁B与动触点D之间的硬棒应该用 （选填“导体”或“绝缘体”）制成，它与衔铁、动触点一起组成一个杠杆，弹簧C始终处于 （选填“拉伸”或“压缩”）状态。 【归纳整理】 第二节通 电螺线管外部磁场的方向 【课堂练习】 一、单选题 1．如图所示，在探究电磁铁磁性强弱的实验中，使用两个相同的大铁钉绕制成电磁铁A、B进行实验。下列说法正确的是（　　） A．通过观察电磁铁吸引大头针的个数判断它的磁性强弱，这是运用了等效替代法 B．滑片P向左滑动，电磁铁的磁性减弱 C．电磁铁A、B的上端均为N极 D．该实验不能探究电磁铁磁性的强弱与电流强弱的关系 2．如图所示，开关闭合后，下列判断正确的是（　　） A．可自由转动的小磁针不发生偏转 B．通电螺线管右端为N极 C．通电螺线管中可以将铜棒磁化 D．通电螺线管外部的磁场与蹄形磁体的磁场相似 二、填空题 3．如图所示是某温度自动报警器的原理图。制作此温度计时，在玻璃管的两端分别封入一段金属丝，其中测温物质应该选择 （选填“煤油”或“水银”）。将金属丝的两端接入电路中，当温度达到 ℃时，电铃就会响起来，发出报警信号，此时，电磁铁右端是 极，当滑片P向左移动时，电磁铁磁性变 。 4．电流的磁效应：当导线中有电流通过时，小磁针会发生偏转，说明通电导线周围存在 ，这种现象叫做电流的 。丹麦物理学家 通过如图的实验首先发现了这种效应。 三、作图题 5．如图，根据小磁针静止时N极的指向，标出A处的磁感线方向和电源正、负极。 6．在图中，标出电源的正负极和小磁针的N极，以及磁感线方向。 7．完成下列作图。通电螺线管中的电流方向如图所示，请标出其左端所对应的磁极。 四、实验题 8．在“探究通电螺线管外部磁场分布”的实验中： (1)当图甲中的开关S闭合后，小磁针会发生偏转， 说明通电螺线管周围存在 ，由右手螺旋定则可知螺线管的右端为 （选填“N”或“S”）极； (2)对调电源的正负极重复上述实验，小磁针N极指向与之前相反，这说明通电螺线管外部磁场的方向与 有关。实验时同学们发现小磁针偏转不明显，为了增大通电螺线管的磁性，可行的操作是 （任写一条）； (3)用铁屑来做实验，得到了如图乙所示的情形， 由此可看出通电螺线管外部的磁场与 磁体的磁场相似，为描述磁场而引入的磁感线 （选填“是”或“不是”） 真实存在的。 9．如图是 曾经做过的实验，观察比较甲、乙两图，可得实验结论是 ，观察比较甲、丙两图，可得实验结论是 。 10．在“探究通电螺线管外部磁场分布”的实验中： (1)当闭合图甲的开关后，小磁针会发生偏转，同学们发现小磁针偏转不明显，为了增大通电螺线管的磁性，可行的操作是 （任写一条）； (2)由安培定则可知，图甲中开关闭合后，螺线管的右端为 （选填“S”或“N”）极； (3)用铁屑来做实验，得到了如图乙所示的情形，由此可看出通电螺线管外部的磁场与 磁体的磁场相似，为描述磁场而引入的磁感线 （选填“是”或“不是”）真实存在的。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ / 学科网（北京）股份有限公司 $