14.2 电流的磁场 课件-2025-2026学年沪科版（五四学制）物理九年级下册

该初中物理课件围绕“电流的磁场”展开，涵盖奥斯特实验、通电螺线管磁场、右手螺旋定则及电磁铁应用等核心知识点。课堂以上海磁浮列车悬浮现象导入，从电与磁的历史认知切入，通过奥斯特实验引出电流磁效应，再探究通电直导线和螺线管磁场，形成从现象到规律再到应用的学习支架。 其亮点在于融合科学探究与科学态度培养，通过“自主活动”让学生动手观察小磁针偏转，“学生实验”设计探究螺线管磁场方向，培养科学探究能力。“科学与人文”讲述奥斯特发现历程，渗透科学态度与责任。结合磁浮列车、电磁起重机等应用，强化物理观念，帮助学生建立知识与生活联系，也为教师提供丰富教学资源，提升课堂效率。

第2节　电流的磁场 义务教育教科书（五·四学制） 物理 九年级 下册 2002年12月31日，世界上第一列投入商业运营的磁浮列车（图14-2-1）在上海通车，其设计最高速度为430 km/h。磁浮列车行驶时车身悬浮在轨道上，大大减小了列车前进过程中的阻力，从而能够高速行驶。磁浮列车为什么能悬浮起来呢？ 电流周围有磁场吗？ 在历史上，人们在相当长的一段时间里都认为电和磁是互不相关的。1820年，丹麦物理学家奥斯特（H. C. Oersted，1777—1851）发现：电路通电时，导线下方的小磁针会转动。 奥斯特在深入研究该现象后指出，电流周围也存在着磁场，这一现象叫做电流的磁效应。正是电流周围的磁场，影响了下方小磁针的指向。 如图14-2-2所示，将导线平行架设在小磁针的上方，闭合开关，观察小磁针的偏转情况。将电源的正、负极对调，闭合开关，观察小磁针的偏转情况。 自主活动 图14-2-2　通电导线使小磁针偏转 在上述实验中观察到，闭合开关后小磁针发生偏转；若改变通电直导线中电流的方向，小磁针的偏转方向发生了改变。这说明通电导线产生的磁场方向与导线中电流的方向有关。 科学与人文 奥斯特相信电、磁、光、热等自然现象之间一定存在着某种内在联系。美国科学家富兰克林（B. Franklin，1706—1790）发现莱顿瓶放电能使钢针磁化，使得奥斯特更坚信电与磁的转化是可能的。奥斯特一边实验一边思考，他从电流通过导线时所产生的热现象想到磁的作用会不会像热那样是向四周扩展的呢？在1820年4月某天的一个晚上，奥斯特在做关于电和磁现象的讲演时即兴地把导线平行放置在小磁针的上方。 当他接通电源的一瞬间，看到磁针发生了偏转，这正是他苦苦探寻多年的神奇景象。此后的几个月，他先后做了60多个实验来确认电流能否产生磁场。1820年7月21日，奥斯特发表论文，正式公布了电流的磁效应。虽然奥斯特发现这一现象有点偶然性，但在科学研究中，机遇总是青睐有准备的头脑。 电流的磁效应揭示了电和磁之间存在着联系，打开了电磁学研究领域的大门。 电流磁效应的发现进一步激发了科学家们的探索热情，他们让电流通过不同形状的导线，研究电流周围产生的磁场。如图14-2-3所示，将导线绕制成螺旋形的线圈，做成螺线管，通电螺线管周围的磁场会强得多。 图14-2-3　螺线管 通电螺线管外部的磁场有什么特点？ 与研究磁体周围磁场的方法相同，我们也利用小磁针和铁屑来探究通电螺线管外部的磁场。在玻璃板上均匀地撒一些铁屑，给螺线管通电后，轻轻敲击玻璃板，观察铁屑的排列情况，如图14-2-4所示，可以看出通电螺线管外部的磁场分布与条形磁体周围的磁场分布相似。通电螺线管的哪一端相当于条形磁体的N极？ 图14-2-4　通电螺线管、条形磁体周围的铁屑排列 （b） （a） 探究通电螺线管外部磁场的方向 学生实验 提出问题 通电螺线管外部不同位置磁场的方向是怎样的？通电螺线管的磁场方向与电流的环绕方向有什么关系？ 搜集证据 ·器材 螺线管（带玻璃板或白纸板）、电源、开关、导线若干、 。 ·方案 用导线将螺线管与电源、开关串联，在螺线管外部放置　 　。闭合开关，观察并记录不同位置处　　　　　　　　　　　 。 为了研究通电螺线管的磁场方向与电流的环绕方向的关系，还需要进行的实验操作是：　　　　　　　　　　　　　　　 。 ·记录 将观察到的不同位置处　　　　　　　　　　　　　　　记录下来，并标注实验时相应的电流环绕方向。 作出解释 ·分析 比较螺线管通电时外部不同位置处 　　　　　　 　　　，并分析此时通电螺线管的哪一端相当于条形磁体的N极。 比较通电螺线管电流环绕方向不同时，螺线管外部同一位置处　　　 　。 ·结论 由上述实验可得，　　　　　　　　　 　　　　 。 交流反思 将本小组的实验记录和结论与其他小组交流，比较各小组的通电螺线管外部磁场的方向。能否用一种简单的方法，描述通电螺线管N极与电流环绕方向的关系？ 大量实验表明：通电螺线管外部的磁场分布情况与条形磁体的磁场相似；改变通电螺线管中电流的方向，通电螺线管外部的磁场方向也相应发生改变。就像用磁感线描述条形磁体的磁场一样，我们可以用磁感线描述通电螺线管外部的磁场，如图14-2-5所示。 图14-2-5　条形磁体、通电螺线管周围的磁感线 （a） （b） 法国物理学家安培又进一步做了大量实验，研究了通电螺线管磁场方向与电流方向之间的关系，并总结出了右手螺旋定则（right-handed screw rule），如图14-2-6所示。 用右手握住通电螺线管，弯曲的四指指向电流方向，那么大拇指所指的那端就是通电螺线管的N极。 图14-2-6　右手螺旋定则 电流的磁场有哪些常见的应用？ 内部带有铁芯的螺线管在通电时磁性会更强，我们把内部带有铁芯的螺线管叫做电磁铁，图14-2-7所示的装置就是最简单的电磁铁。实验表明，电磁铁的磁性强弱与线圈的匝数、线圈中的电流大小等有关。 图14-2-7　电磁铁 由于电磁铁磁性的有无、强弱和磁场的方向都可以由电流来方便地控制，电磁铁在生产生活中有着广泛的应用。 图14-2-8　大型电磁起重机 电磁铁最直接的应用之一是电磁起重机。电磁铁安装在吊车上，通电后一次可以吸起几吨钢材，如图14-2-8所示，移动到指定位置后切断电流，即可放下钢材。 磁浮列车是科技创新和社会发展的产物，具有高速、舒适、噪声小和能耗低等优点，能够有效缓解城市交通拥堵和环境污染问题。2021年7月20日，具有我国完全自主知识产权的、速度可达600 km/h的高速磁浮交通系统在青岛成功下线，这是目前世界上最快的轨道交通工具。 STSE 磁浮列车是依靠磁场悬浮起来的。图14-2-1中的上海磁浮列车的磁场由电流产生，这种电磁悬浮系统耗能较大，且要靠复杂的控制技术来实现。采用永磁体产生磁场可避免以上问题，因此寻找磁性稳定，密度足够高，能满足列车悬浮需求的永磁体，是研制新型磁浮列车的关键。 2022年8月9日，利用永磁体“悬挂”的永磁磁浮空轨列车“兴国号”（图14-2-9）成功运行，标志着全球首条永磁磁浮轨道交通工程试验线顺利建成。 图14-2-9 “兴国号”永磁磁浮空轨列车 利用电磁铁控制电路通断的开关称为电磁继电器。如图14-2-10所示，虚线框内的电磁铁、衔铁、弹簧、触点等部件组成电磁继电器。当闭合控制电路中的开关S时，有较小的电流通过电磁铁的线圈，电磁铁就获得了磁性从而吸引衔铁，使触点接通工作电路。 图14-2-10 电磁继电器的原理图 通过电磁继电器控制工作电路，可以达到安全、智能的目的。变电站、电梯、数控机床里的控制电路，一般都使用电磁继电器。 1.下列措施中，能增强通电螺线管磁性的是（ ） A. 减小线圈匝数 B. 降低电源电压 C. 在螺线管内插入铜芯 D. 增大电流强度 课堂练习 答案：C 解析：通电螺线管磁性强弱与 电流大小、线圈匝数 和 有无铁芯 有关。增大电流（D正确）或增加匝数可增强磁性（A错误）；插入铁芯（非铜芯）能显著增强磁场（C错误）；降低电压会减小电流，削弱磁性（B错误）。 D 2.关于电流的磁场，下列说法正确的是（ ） A. 通电直导线周围的磁感线是闭合曲线 B. 电磁起重机利用电流磁效应工作 C. 地磁场与通电螺线管磁场产生原理相同 D. 电动机工作时电能转化为磁能 课堂练习 答案：B 解析：电磁起重机核心部件是电磁铁，利用电流磁效应工作（B正确）。通电直导线磁感线是 同心圆（非闭合曲线，A错误）；地磁场由地核电流产生，与螺线管原理不同（C错误）；电动机将电能转化为机械能（D错误）。 B 3.通电螺线管外部磁场分布的特点是（ ） A. 与蹄形磁体相似 B. 与条形磁体相似 C. 中心磁场最强 D. 磁感线不闭合 课堂练习 答案：B 解析：实验显示通电螺线管外部磁场 与条形磁体相似，两端磁性最强。选项B正确，A错误，C应为两端最强，D中磁感线闭合。 B 课后思考 1. 在图14-2-11中标出磁感线的方向。 2. 根据图14-2-12中小磁针N极的指向，标出图中电源的正、负极。 图14-2-12 图14-2-11 3. 为了较方便地判断一段导线中是否有电流通过，在下列各物体中，我们可以选择　　　　和细棉线进行实验。 A. 带电的小泡沫球 B. 铝棒 C. 被磁化的缝衣针 图14-2-13 4. 图14-2-13是一种水位自动报警器的原理图。由于一般水都能导电，当水位低于金属片A时， 　　　　灯亮；水位到达金属片A时，　　　　灯亮。 主题学习：地磁场 2 如图14-2-14所示，在一个螺线管的两端分别标示A、B，将螺线管与开关、电源串联在一起，用线穿过螺线管将其水平悬挂起来，让螺线管能自由转动。 图14-2-14 （1）如何判断螺线管通电时A端相当于条形磁体的N极还是S极？ （2）如何使用该装置判断所处位置的地磁场方向？ （3）与上一节主题学习中判断地磁场方向的方法相比，利用通电螺线管判断地磁场方向有什么优点与不足？ 谢谢观看 Thank you $