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第2節　電生磁
第二十章 電與磁
知識點
電流的磁效應
知1－講
1
1. 電流的磁效應的發現—奧斯特實驗
(1)內容：通電導線周圍存在與電流方向有關的磁場。
(2)發現者：丹麥物理學家奧斯特。
(3)實驗的意義 揭示了電和磁之間的聯系。使人們進入了電與磁這個長期閉鎖的研究領域，為實現物理學的第一次大綜合開辟了廣闊的道路。
知1－講
2. 奧斯特實驗的基本要求
為了讓實驗現象明顯，能完成實驗探究，實際操作中，要注意兩點：①實驗前先讓水平面內能自由轉動的小磁針靜止；②導線與小磁針平行，且導線與小磁針間距離較小。
通電導線周圍的磁場強弱與距離有關，若導線與小磁針距離太遠，現象就會不明顯。
知1－講
深度理解
地球周圍存在地磁場，由于受到地磁場的作用，小磁針最終有固定的指向，若小磁針沒有靜止前就進行實驗，將影響實驗現象的觀察。
知1－練
例 1
[母題 教材P152圖20.2-1] 如圖1 所示是奧斯特實驗的示意圖，分別做圖甲和乙實驗，說明______________
_______；分別做圖甲和丙實驗，說明_____________
________
________
________
__。
通電導體周圍存
在磁場
通電導體產生
的磁場的方向與電流方向有關
知1－練
解題秘方：分別對比圖甲與圖乙和圖甲與圖丙現象的不同，來歸納結論。
解析：甲實驗中，導線中有電流，小磁針偏轉；乙實驗中，導線中無電流，小磁針不偏轉。可見，是通電導體周圍的磁場使小磁針受力而偏轉的，這里用到的物理方法是轉換法。甲、丙兩實驗中，導線中電流方向不同，小磁針偏轉方向不同，說明通電導體中電流方向不同，導體周圍的磁場方向就不同。

知1－練
1. [中考·湖北] 歐姆當年研究電流跟電阻和電壓關系時，電流大小還不能準確測量。他巧妙設計了如圖所示的裝置來測量電流，用一根細絲懸掛磁針，平行放置在導線上方，當電路中有電流時，導線周圍產生
_____，因為力能改變物體的_________ ，
所以磁針發生偏轉，偏轉角度就能反映
電流大小。
磁場
運動狀態
知2－講
知識點
通電螺線管的磁場
2
1. 螺線管的構成：把導線繞在圓筒上，日常生活中，通常把螺線管稱為線圈。
2. 探究通電螺線管外部的磁場分布特點
(1)通電螺線管外部的磁場分布
知2－講
實驗設計 實驗現象 實驗分析 實驗結論
把小磁針放在螺線管四周不同的位置， 在圖上記錄小磁針N 極的指向，這個方向就是該點的磁場方向 從小磁針N 極的指向看，通電螺線管外部磁感線應該是從通電螺線管的一端出來回到另一端 通電螺線外部的磁場與條形磁體的磁場相似，通電螺線管的兩端相當于條形磁體的兩個磁極
知2－講
實驗設計 實驗現象 實驗分析 實驗結論
在螺線管的兩端各放一個小磁針，并在硬紙板上均勻地撒滿鐵屑。通電后觀察小磁針的指向，輕敲紙板，觀察鐵屑的排列情況 從鐵屑的分布情況可以看出，通電螺線管外部的磁感線形狀和條形磁體相似 通電螺線外部的磁場與條形磁體的磁場相似，通電螺線管的兩端相當于條形磁體的兩個磁極
知2－講
特別提醒
條形磁體的磁場與通電螺線管的磁場對比如下：
比較項目 通電螺線管 條形磁體
磁性有無 可通過電路的通斷控制 不方便控制
磁性強弱 由電流大小和線圈匝數決定 短時間內基本不變
磁極 由電流方向和繞線方向決定 短時間不易改變
知2－講
(2)通電螺線管外部的極性與環繞螺線管電流方向的關系
實驗設計 分別按照甲、乙、丙、丁所示的螺線管的結構和電流的方向來連接電路，用小磁針來驗證通電螺線管的極性
實驗現象 甲螺線管左端為N 極，右端為S極，而乙螺線管與之相反；丙螺線管左端為N 極，右端為S極，而丁螺線管與之相反
實驗分析 對比甲、乙(或丙、丁)可知，通電螺線管的極性與電流方向有關
實驗結論 通電螺線管的磁場方向與螺線管中通過的電流方向有關，電流方向改變， 磁場方向也改變
知2－講
深度理解
知2－練
例 2
[中考·河南]在探究通電螺線管外部磁場方向的實驗中。
解題秘方：本實驗通過轉換法來認識磁場。通過控制變量法探究通電螺線管的極性與電流的方向是否有關。


知2－練
(1)在裝有螺線管的硬紙板上均勻撒滿鐵屑，通電后鐵屑分布無明顯變化，這時需_________紙板，觀察到鐵屑排列成如圖2 所示的形狀。可見，通電
螺線外部磁場與_________磁體的磁
場相似。
輕敲
條形
解析：通電螺線管周圍的鐵屑會被磁化，但由于鐵屑與紙板間的摩擦力太大，不能自由轉動，因此實驗中可以輕敲紙板，減小鐵屑與紙板間的摩擦，使鐵屑在磁場力的作用下有規則地排列。由圖中鐵屑排列形狀可知，通電螺線管外部磁場與條形磁體相似。
知2－練
知2－練
(2)用小磁針探究磁場方向時，發現小磁針沒有標N、S極，請寫出一種判斷小磁針N、S 極的做法：______________
______________________________________________________________________________________________________________________。
將小磁針放在光
滑的水平桌面上，靜止時指向南的一端為S 極，另一端為N 極(或用條形磁體的N 極靠近小磁針的一端，相吸的為S 極，相斥的為N極)
解析：將小磁針放置在光滑的水平桌面上，待其靜止時，指向南的一端為S 極，指向北的一端為N 極。
知2－練
(3)對調螺線管所接電源正、負極，周圍小磁針的指向也隨之對調，說明通電螺線管的極性與螺線管中電流的_______有關。
解析：對調螺線管所接電源正、負極，周圍小磁針的指向也隨之對調，說明通電螺線管的極性與螺線管中的電流方向有關。
方向
知2－練
2.[中考·成都] 如圖所示的是小聰和小明同學探究“ 通電螺線管的磁場方向” 實驗示意圖。實驗時， 在小圓圈位置放置小磁針， 閉合開關， 畫出不同位置小磁針靜止時N 極的指向；對調電源正負極， 重復上述操作。
知2－練
下列說法不正確的是( )
A. 小磁針的作用是指示通電螺線管周圍的磁場方向
B. 閉 合開關，放置在a、b 處的小磁針靜止時N 極指向相同
C. 對調電源正負極，閉合開關， 通電螺線管的磁場方向改變
D. 通過實驗可總結出通電螺線管的極性和電流方向的關系
B
知3－講
知識點
安培定則
3
1. 內容：用右手握住螺線管，讓四指指向螺線管中電流的方向，則拇指所指的那端就是螺線管的N 極(圖3)。
2. 作用：判定通電螺線管的極性與線圈繞向和電流方向之間的關系。
知3－講
3. 安培定則三個方面的應用
(1)依據繞線確定螺線管中的電流方向，判斷它的磁極；
(2)給出通電螺線管的磁極，判斷線圈中的電流方向；
(3)由螺線管兩端導線的電流方向及磁極，對螺線管繞線。
可歸納為：已知通電螺線管的繞線、電流方向和磁極這三者中的兩個，即可應用安培定則判斷出來第三個。即“知二得一”。
知3－講
知識拓展
應用安培定則可作如下改進：
(1) 伸開右手掌，掌心對著螺線管；
(2) 讓四指指向線圈中電流的方向；
(3) 則拇指所指的一端為通電螺線管的N 極。
知3－練
[母題 教材P155T2]請在圖4 中小磁針左側的括號中標出N 極或S 極，并標出磁感線的方向。
例 3
知3－練
解題秘方：先正確標出電流方向，再確定磁極。
解析：標出電路中電流方向，用右手握住螺線管，讓四指指向電路中電流方向，發現拇指指向螺線管右端，故通電螺線管的左端為S 極，右端為N 極。根據磁極間的相互作用規律，可標出小磁針的N 極或S 極；根據磁體外部磁感線從N極出發回到S 極的規律可標出磁感線的方向。
知3－練
解：如圖5 所示。
知3－練
方法點撥：運用安培定則判斷通電螺線管極性的“三步法”：
先標—標出螺線管中的電流方向；
后指—用右手握住螺線管，讓四指指向螺線管中的電流方向；
再確定—根據拇指的指向確定通電螺線管的N、S 極。

知3－練
3. [中考·天津] 如圖所示， 通電螺線管的a 端相當于條形磁體的______極；若螺線管中的電流增大， 它的磁性會______ 。
N(北)
增強
知3－練
[母題 教材P156T4]如圖6 所示，根據小磁針的指向在括號內標出電源的正負極。
例 4
知3－練
解題秘方：本題實質是判斷電流方向，突破口是由磁極間相互作用規律正確判斷通電螺線管的磁極。
解析：由磁極間的相互作用規律可知，通電螺線管上端為S 極，用右手握住螺線管，讓拇指向下，再根據四指方向標出螺線管中的電流方向，從而確定電源的正負極。
知3－練
解：如圖7 所示。
知3－練
方法點撥：運用安培定則判斷電源正負極的“三步法”：
先指—用右手握住螺線管，讓拇指指向螺線管的N 極；
后標—根據四指指向標出螺線管中電流方向；
再確定—根據電流方向確定電源正負極。

知3－練
4. 磁流體是一種新型功能材料， 其周圍如果存在
磁場，就會“模擬”出磁感線的形狀。如圖所示， 水杯中放有磁流體，左側為通電螺線管A，右側為永磁體B，閉合開關S 后的情境如圖所示(圖中畫出了一條磁感線)。已知A 左端為N極，請在括號
內標出電源左端的極性(“+”或
“-”)、B 右端的磁極(“N”或
“S”)，并標出圖中磁感線的方向。
知3－練
解：如圖所示。
知3－練
請畫出圖8 中螺線管的繞法。
例 5
知3－練
解題秘方：繞好后可由安培定則判斷其磁極是否符合要求。
解析：由磁極間的相互作用規律可知，通電螺線管右端為S 極，用右手握住螺線管，讓拇指指向左，再根據四指指向和電源正負極畫出螺線管上導線的繞法。
知3－練
解：如圖9 所示。
知3－練
5. 圖中左側是條形磁體， 右側是通電螺線管， 中間實線是磁感線， 請根據靜止的小磁針指向， 給磁感線畫上方向， 并在通電螺線管上畫出繞線。
解：如圖所示。
在原子內部，核外電子繞原子核運動會形成一種環形
電流，該環形電流產生的磁場使物質微粒(原子)的兩側相當于兩個磁極。若圖10 中箭頭表示
的是電子繞原子核運動的方向，則環形
電流的右側應為_____(填“N”或“S”)極。
易錯點
不能正確判斷電流方向從而導致不能正確運用安培定則
例 6
N
解析：物理學上規定，正電荷定向移動的方向為電流的方向，所以圖中電流的方向與電子繞原子核定向移動的方向相反。利用安培定則，伸開右手讓四指彎曲的方向與電流的方向一致，拇指所指的那端為N 極，則環形電流的右側為N 極。
診誤區：
電子帶負電，電子定向移動方向的反方向為電流的方向。運用安培定則判斷磁極時，四指要指向電子定向移動方向的反方向。
電生磁
電生磁
奧斯特實驗
安培定則
通電直導線
通電螺線管
構成
特點

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