20.2 电生磁（培优教学课件）物理新教材人教版九年级全一册

人教版 九年级全一册 20.2 电生磁 第二十章 电与磁 导入新课 电现象 磁现象 带电体能吸引轻小物体 磁体能吸引磁性物体 电荷有两种电荷 磁体有两个磁极 同种电荷相排斥， 异种电荷相吸引 同名磁极相排斥， 异名磁极相吸引 电荷不接触就能相互作用 磁体不接触就能相互作用 电现象和磁现象的相似之处 想一想：电现象和磁现象有很多相似之处，它们间有没有一定的联系？科学家们基于这种想法，一次又一次地寻找电与磁的联系。 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？ 学习目标 物理观念 通过实验，了解电流周围存在磁场。探究并了解通电螺线管外部磁场的方向。能利用安培定则判断通电螺线管中电流的方向或两端的极性。 科学思维 经历分析通电螺线管外部磁场方向的过程，发展归纳推理能力。 科学探究 通过探究通电螺线管外部磁场方向的实验，培养根据证据进行解释的科学探究能力。 科学态度 与责任 通过电生磁的学习，感悟自然现象之间的普遍联系，激发学习热情。 重点难点 重点 通电螺线管的磁场。 难点 运用安培定则判断通电螺线管两端的极性或通电螺线管中电流的方向。 学习内容 1. 电流的磁效应 2. 通电螺线管的磁场 3. 安培定则 4. 课堂总结 5. 练习与应用 6. 提升训练 一、电流的磁效应 第2节 电生磁 一、电流的磁效应 （1）探究电与磁是否存在联系 1. 奥斯特实验 【实验】如图所示，将一枚小磁针置于桌面上，在小磁针上方放一条直导线，使导线与电池触接（图甲），然后断开（图乙） ，看看电路连通时和断开后小磁针有什么变化。 对调电池的正、负极（图丙），再做一次实验，继续观察小磁针的变化。 小磁针受到了磁场力的作用，这个磁场与电流有什么关系？ 一、电流的磁效应 【实验现象】 如果导线在小磁针上方并且两者平行，当导线通电时，小磁针发生偏转；切断电流时，小磁针又回到原位。 【实验分析】 小磁针发生偏转，说明小磁针受到磁场力的作用，表明通电导线和磁体一样，周围存在磁场。小磁针又回到原位，说明导线周围的磁场消失，表明导线周围的磁场是由电流产生的。 电流方向改变时，小磁针的偏转方向发生改变，说明磁场方向发生了改变。进一步说明电流的磁场方向跟电流的方向有关。 一、电流的磁效应 【实验结论】 ①电流周围存在着磁场； ②电流的磁场方向跟电流的方向有关。 一、电流的磁效应 通电导线周围存在与电流方向有关的磁场，这种现象叫作电流的磁效应。 奥斯特实验揭示了电和磁之间存在着联系，即“电生磁”。 2. 电流的磁效应 一、电流的磁效应 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、电流的磁效应 视频欣赏——《奥斯特实验》 一、电流的磁效应 【例题1】关于如图所示的实验，下列说法中正确的是（　　） A．通电后小磁针转动，说明通电导线周围存在磁场 B．移走小磁针，电流的磁场消失 C．改变电流方向，小磁针偏转方向不变 D．将导线断开，小磁针N极将指向地磁场的北极 A 【解析】A．图甲是奥斯特实验，通电后小磁针转动，说明通电导线周围存在磁场，故A正确； B．小磁针偏转，即说明了通电导线周围有磁场，移走小磁针，其磁场仍然存在，故B错误； C．通电导体的周围存在磁场，磁场的方向与电流的方向有关，改变电流方向，小磁针偏转方向改变，故C错误； D．由于地球是个巨大的磁体，其周围也存在着磁场，所以将图中导线断开，小磁针N极将指向地磁场的南极，即地理的北方，故D错误。 故选A。 二、通电螺线管的磁场 第2节 电生磁 二、通电螺线管的磁场 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？ 这是因为它的磁场太弱了。如果将导线绕在圆筒上，做成螺线管（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。 将导线绕在圆筒上 螺线管示意图 1. 螺线管 二、通电螺线管的磁场 【实验思路】我们已经通过磁感线的分布了解了条形磁体、蹄形磁体周围的磁场，也可以用同样的方法来研究通电螺线管外部的磁场是怎样分布的。 首先观察通电螺线管外部的磁场与哪种磁体相似，然后找出通电螺线管的极性与环绕电流方向之间的关系。 2. 探究通电螺线管外部磁场的方向 二、通电螺线管的磁场 要研究通电螺线管外部磁场的方向，需要哪些器材？ 需要的器材有：螺线管、电源、小磁针、铁屑等。 实验电路如下所示： 二、通电螺线管的磁场 【实验过程】 ①按照图布置器材。为使磁场增强，可以在螺线管中插入一根铁棒。把小磁针放到螺线管四周不同的位置，观察并记录各个点小磁针N极的指向，这个方向就是该点的磁场方向。 （1）研究通电螺线管外部的磁场与哪种磁体相似 二、通电螺线管的磁场 【实验现象与分析】 从小磁针N极指向来看，通电螺线管外部的磁感线是从通电螺线管一端出来回到另一端，如图所示。 通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似。 二、通电螺线管的磁场 ②如图所示，用铜导线穿过硬纸板，绕成螺线管（或用螺线管演示器），在纸板上均匀地撒满铁屑，给螺线管通电后，轻敲纸板，观察铁屑的排列情况。 【实验现象与分析】 如图所示，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，通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似。 二、通电螺线管的磁场 仔细观察螺线管的结构，把螺线管用导线跟电源连接，弄清螺线管导线中电流的环绕方向。 用小磁针判断通电螺线管的N极和S极。改变螺线管导线中电流的环绕方向，再次判断螺线管的N极和S极。 不同的小组可以用不同绕线方式的螺线管进行实验。根据你的实验，判断电流方向和图中的哪个相吻合。在图上分别标出通电螺线管的N极和S极。 通电螺线管有两种可能的电流方向 （2）研究通电螺线管的极性与环绕电流方向之间的关系 二、通电螺线管的磁场 【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、通电螺线管的磁场 【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、通电螺线管的磁场 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。 通电螺线管的极性与电流方向有关，与绕线方向无关。 【探究结论】 二、通电螺线管的磁场 总结：通电螺线管外部的磁场 （1）通电螺线管外部的磁场与条形磁体外部的磁场相似，通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个磁极。 （2）通电螺线管两端的极性跟螺线管中电流的方向有关。 二、通电螺线管的磁场 视频演示——《通电螺线管的磁场》 二、通电螺线管的磁场 【例题2】在探究“通电螺线管外部磁场”实验中，通电后观察小磁针静止时N极的指向，轻敲纸板，铁屑的排列现象如图所示。下列说法错误的是（ ） A．通电后小磁针发生偏转，说明通电螺线管周围有磁场 B．通电螺线管周围的磁感线是真实存在的 C．通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场一样 D．改变螺线管中电流的方向，能改变通电螺线管两端的极性 B 二、通电螺线管的磁场 【解析】A．通电后小磁针发生偏转，说明受到了新的磁场的影响，说明通电螺线管周围有磁场，故A正确，不符合题意； B．磁感线是为了描述磁场建立的物理模型，并不是真实存在的，故B错误，符合题意； C．由图中铁屑的分布可知，通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场一样，都是两端磁性最强，中间磁性最弱，故C正确，不符合题意； D．通电螺线管的极性与电流方向有关。改变螺线管中电流的方向，能改变通电螺线管两端的极性，故D正确，不符合题意。 故选B。 三、安培定则 第2节 电生磁 三、安培定则 想一想：（1）你能想出一些办法描述通电螺线管的极性与电流方向间的关系吗？ 看看蚂蚁的描述，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？ 如果蚂蚁我沿着电流方向绕螺线管爬行，N极就在我的左边。 N 1. 安培定则——判断通电螺线管两端极性的方法 三、安培定则 （2）看看猴子的描述，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？ 如果电流沿着我猴子右臂所指的方向，N极就在我的前方。 三、安培定则 根据蚂蚁与猴子的描述，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？ 同学们 …… N N 如果蚂蚁我沿着电流方向绕螺线管爬行，N极就在我的左边。 如果电流沿着我猴子右臂所指的方向，N极就在我的前方。 三、安培定则 对于通电螺线管的极性跟电流方向之间的关系，我们可以用安培定则来表述。 安培定则： 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。 三、安培定则 （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。 2. 安培定则的应用 三、安培定则 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 N极和S极一定在通电螺线管的两端。 ③判断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。 （4）温馨提示： 三、安培定则 【例题3】闭合开关，小磁针静止时状态如图所示，请在括号内标出通电螺线管的极性和电源左侧的极性。 【解析】由图可知，小磁针的右端为N极，根据磁极间的相互作用规律可知，通电螺线管的右端为N极、左端为S极，根据安培定则可知电流从通电螺线管的左端流入，则电源左侧为正极。 四、课堂总结 第2节 电生磁 四、课堂总结 电生磁 奥斯特实验 通电螺线 管的磁场 安培定则 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；两端的极性与电流的方向有关。 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。 四、课堂总结 五、练习与应用 第2节 电生磁 五、练习与应用 【解析】将导线沿东西方向放置。 沿东西方向放置的通电导线，当其周围的磁场与地磁场对小磁针产生的作用方向相同时，小磁针不发生偏转。 1. 在图所示的实验中，导线通电时，导线下方的小磁针会发生偏转，但当导线在某种方位下进行实验时却看不到这种现象，这是怎样的方位？为什么看不到这种现象？ 五、练习与应用 2. 在图所示的实验装置中，小磁针位于通电螺线管的正上方。若开关闭合，请在图中画出一条通过小磁针的磁感线，并标明小磁针的N极。 【解析】如图所示。 五、练习与应用 3. 请你根据图所示的通电螺线管中的电流方向，判定螺线管的N、S极。 【解析】（1）左图中，标出螺线管上电流的方向，根据安培定则，用右手握住螺线管，让弯曲的四指指向电流的方向，则大拇指指向螺线管的右端为N极，左端为S极，如图所示。 （2）同理，右图中通电螺线管的极性是上端为N极、下端为S极。如图所示。 五、练习与应用 4. 如图所示，按小磁针的指向判定螺线管的极性和电流的方向。 【解析】根据异名磁极相吸，与小磁针N极靠近的是螺线管的S极，与小磁针S极靠近的是螺线管的N极。由此先判断螺线管的极性，再由判断电流的方向，最后判断电源的正负极。 五、练习与应用 5. 如图所示，开关闭合后，位于螺线管右侧的小磁针的指向将怎样变化? 【解析】 小磁针逆时针旋转90°。 根据电源的正负极，可以确定开关闭合后电流从螺线管的左端流入，右端流出，利用安培定则可知螺线管的右端为N极，左端为S极；由于异名磁极相互吸引，同名磁极相互排斥，所以小磁针的N极被排斥，S极被螺线管吸引，则小磁针会逆时针转动90°，最后小磁针的N极水平指向右。 五、练习与应用 6. 如图所示，把螺线管水平悬挂起来，给导线通电，螺线管就像指南针一样，静止时指向南北方向。请你判断通电螺线管的哪一端指向北方。 【解析】通电螺线管的B端指向北方。 由安培定则可知，螺线管B端为N极，A端为S极；受到地磁场的作用，地磁的N极在地理南极附近，地磁的S极在地理北极附近，因为同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，故静止时螺线管B端将指向地理的北极，A端指向地理的南极。 六、提升训练 第2节 电生磁 六、提升训练 1. 图是“探究通电直导线周围是否存在磁场”的实验示意图，当有电流通过直导线时，小磁针会发生偏转。下列说法正确的是（　　） A．法拉第通过本实验揭开了电与磁的关系 B．小磁针的指向决定了该点的磁场方向 C．这个实验说明通电导线周围存在磁场 D．当电流方向改变时，小磁针的偏转方向不变 C 【解析】A．首次通过本实验揭开电与磁关系的科学家是奥斯特，故A错误； B．磁场中某点小磁针静止时N极的指向是该点的磁场方向，是磁场的方向决定小磁针N极的指向，而非小磁针指向决定磁场方向，故B错误； C．不通电时小磁针仅在地磁场作用下指向南北，导线通电后小磁针发生偏转，说明通电导线周围存在磁场，故C正确； D．改变电流方向会导致磁场方向改变，小磁针的偏转方向由磁场方向决定，因此偏转方向会改变，故D错误。 故选C。 六、提升训练 2. 通电螺线管旁的小磁针分别静止在下列图片所示位置。以下关于通电螺线管的说法，正确的是（　 　） A．改变电源正、负极的接法，不会影响通电螺线管的磁场方向 B．螺线管导线的环绕方向决定了通电螺线管的磁性强弱 C．小磁针静止时N极的指向与通电螺线管的极性判定无关 D．决定通电螺线管极性的关键因素是螺线管中电流的方向 D 六、提升训练 【解析】AD．通电螺线管的磁场方向与电流方向和导线的环绕方向有关，故A错误，D正确； B．通电螺线管的磁性强弱与电流大小，线圈的匝数有关。与导线的环绕方向无关，故B错误； C．小磁针静止时，N极的指向是此地的磁场方向，可判定通电螺线管的极性，故C错误； 故选D。 六、提升训练 3. 小玲用铁屑、小磁针、条形磁体、蹄形磁铁、通电螺线管进行探究，实验现象如图所示，下列说法正确的是（　　） A．通电螺线管外部的磁场与条形磁体的相似 B．通电螺线管外部的磁场与蹄形磁体的相似 C．每个磁体周围的铁屑都是磁感线 D．丙图中通电螺线管的右端为S极 A 六、提升训练 【解析】A．从图乙（条形磁体）和图丙（通电螺线管）可以看出，通电螺线管外部的磁场分布和条形磁体外部磁场分布类似，都有两个磁极，磁感线形状相似，故A正确； B．对比图甲（蹄形磁体）和图丙（通电螺线管），蹄形磁体磁场分布和通电螺线管外部磁场分布不同，蹄形磁体磁场集中在两极之间区域，通电螺线管磁场类似条形磁体，并非与蹄形磁体相似，故B错误； C．磁感线是为了形象描述磁场而引入的假想曲线，铁屑是用来显示磁场分布的，铁屑不是磁感线，故C错误； D．根据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引可知，图丙中通电螺线管的右端为N极，不是S极，故D错误。 故选A。 六、提升训练 4. 如图所示，根据小磁针静止时N极的指向，标出A处的磁感线方向，并在括号内标出电源极性。 【解析】 小磁针的左端是N极，右端是S极，根据异名磁极相互吸引，得到通电螺线管的左端是N极，右端是S极，磁感线从N极出发指向S极，则通电螺线管A处的磁感线的方向向右；根据安培定则，可以判断电流从通电螺线管的右端进入，从左端流出，故可得电源的右端是正极。 六、提升训练 5. 在探究“通电螺线管外部磁场的方向”的实验中，通电螺线管在某状态下的实验现象如图甲所示（小磁针黑色一端为N极），改变螺线管的电流方向，实验现象如图乙所示，图丙为条形磁体周围小磁针的情况。 （1）比较甲乙两图可知，通电螺线管的外部磁场方向与通过它的_________方向有关。 电流 （2）比较甲乙丙三图可知，通电螺线管外部的磁场分布与_________磁体周围的磁场相似。 条形 六、提升训练 【解析】（1）甲、乙两图，螺线管绕线不变，只改变电流方向，小磁针指向发生改变，说明通电螺线管外部磁场方向与电流方向有关。 （2）丙图是条形磁体，对比甲、乙通电螺线管和丙条形磁体周围小磁针的分布，可以看出通电螺线管外部磁场分布和条形磁体的磁场相似，两端磁性最强，相当于条形磁体的两个磁极。 六、提升训练 6. 小明用如图甲所示的器材及铁屑和小磁针探究“通电螺线管外部磁场的方向”。 （1）小明在玻璃板上均匀地撒满铁屑，将螺线管连入电路，闭合开关，轻敲玻璃板面，观察到铁屑分布情况如图甲所示，铁屑的分布情况与____________周围铁屑的分布情况相似。 条形磁体 断开开关，对调电源的正负极，闭合开关后，观察小磁针静止时N极的指向是否改变 （2）把小磁针放在通电螺线管四周不同的位置，小磁针静止时N极所指方向如图乙所示。若想探究通电螺线管外部磁场的方向与电流的方向是否有关，接下来的操作是____________ 。 六、提升训练 【解析】（1）通电螺线管通电后会形成磁场，从实验中铁屑的排布可以观察到，螺线管两端的铁屑分布密集、中间区域铁屑分布稀疏，这种分布规律和条形磁体周围的铁屑分布情况完全相似，条形磁体的两端是磁极，磁性最强，中间磁性最弱。 （2）要探究通电螺线管外部磁场的方向与电流方向是否有关，需要控制其他实验条件不变，只改变电路中的电流方向，观察小磁针的指向变化。具体操作可以是：断开开关，将电源的正负极对调（改变电路中电流的方向），闭合开关后，观察螺线管周围同一位置的小磁针静止时N极的指向是否发生变化。 Lavf59.27.100 $