2019-2020学年高中物理 第一章 电与磁 5 第五节 奥斯特实验的启示学案 粤教版选修1-1

第五节奥斯特实验的启示1.知道电流周围存在着磁场2.知道通电直导线磁场的分布及特点3.知道什么是安培力，知道匀强磁场中影响通电导线所受安培力大小和方向的因素，并会判断安培力的方向一、奥斯特的发现1电流的磁效应1820年，奥斯特发现：把一根导线平行地放在磁针的上方，给导线通电时，磁针发生偏转，说明电流也能产生磁场，这个现象称为电流的磁效应2直线电流的磁场(1)安培定则(右手螺旋定则)：右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向，如图151所示图151 图152(2)直线电流的磁场可有几种不同的画法，如图152所示(图中的“”号表示磁场方向垂直纸面向里，“”表示磁场方向垂直纸面向外)直线电流的磁场强弱与距离导线的远近有关，离导线越近，磁场越强，离导线越远，磁场越弱1为什么说通电直导线周围存在磁场？提示：在导线周围放置一些小磁针，当导线中无电流时，磁针均为南北方向；当导线中通过电流时，磁针就会发生偏转；当电流反向时，磁针也会反向偏转，说明电流周围存在磁场二、安培与安培力1安培力：磁场对通电导体的作用力2影响安培力的因素(1)实验探究采用的方法：控制变量法(2)当通电导线与磁感线垂直时，实验结论是：当其他因素不变，磁感应强度增大时，安培力增大；当其他因素不变，电流增大时，安培力增大；当其他因素不变，导体长度增大时，安培力增大；安培力的方向由磁场的方向和电流的方向共同决定图1533安培力方向判断如图153所示，伸开左手，使拇指与四指在同一个平面内，并跟四指垂直，让磁感线垂直穿入手心，使四指指向电流的方向，这时拇指所指的就是通电导体所受安培力的方向2由安培力方向判断方法可知，安培力垂直于导线、垂直于磁场方向，那么电流也一定与磁场垂直吗？提示：由左手定则可知，通电导线在磁场中所受安培力一定垂直于导线，垂直于磁场，但由于导线可以沿任何方向放入磁场，所以电流不一定与磁场垂直一、直线电流的磁场特点1无磁极，非匀强，以导线横截面为圆心的一些同心圆，且离导线越远处磁场越弱画法如图154所示图1542在判定电流磁场时，特别是画竖直方向电流磁场的纵截面图时，用“”表示磁场方向垂直纸面向里进，用“”表示磁场方向垂直纸面向外出(如图155)图155即时应用 (即时突破，小试牛刀)1如图156所示，通电直导线上方有一小磁针，通电电流如图所示，试判定小磁针n极转动的方向图156解析：由右手定则可判定小磁针所在处磁场方向垂直纸面向外，所以小磁针n极应向外转动答案：向外转动二、安培力方向的判断1不管电流方向与磁场方向是否垂直，安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面，但应注意当电流方向与磁场方向在同一直线上时，电流不再受到安培力的作用2注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系，安培力的方向总是与磁场的方向垂直，而电场力的方向与电场的方向平行即时应用 (即时突破，小试牛刀)2(单选)如图157所示是磁场对直流电的作用示意图，其中不正确的是()图157解析：选c.由左手定则可以判断，a、b、d都对，只有c错通电直导线的磁场分布如图158是通电直导线周围的指南针平衡时所指的方向，试用磁感线把它的立体图，俯视看的横截面图和纵截面图的磁场画出来，你认为直导线周围的磁感线是怎样分布的？图158解析用磁感线表示的磁场如图159所示图159从图中可以看出，通电直导线的磁感线分布是以导线横截面为圆心的一组同心圆答案见解析关于通电直导线的磁场可用安培定则判断，伸开右手，握住导线，让大拇指指向电流的方向，则四指弯曲的方向即为磁感线的环绕方向 安培力方向的判断地球是个大磁体，在赤道上，地磁场可以看成是沿南北方向的匀强磁场，假若在赤道上有一根东西方向的直导线，通有由东往西的电流，则地磁场对这根导线的安培力方向如何？解析通电导线所在位置的俯视图如图1510所示，用左手定则来判定，用四指指向电流方向，让磁感线垂直穿过手心，则可判定安培力方向垂直指向地面图1510答案安培力方向垂直指向地面由此题可以看出，通电导线所受安培力既垂直于磁场又垂直于电流，也就是垂直于磁场与电流所确定的平面 安培力作用下的平衡问题在倾角为的光滑斜面上，置一通有电流i，长为l，质量为m的导体棒，如图1511所示，试问：欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力，外加匀强磁场的磁感应强度b的大小和方向图1511思路点拨 此题属于电磁学和静电力学综合题，研究对象为通电导体棒，所受力为重力mg、弹力fn、安培力f，属于三个共点力的平衡问题要使棒对斜面无压力，则棒不受斜面的支持力，此时应有安培力与重力相平衡，导体棒只受两个力的作用解析棒静止在斜面上，又对斜面无压力，则棒只受两个力作用，即竖直向下的重力mg和磁场力f作用，由平衡条件知fmg，且磁场力f竖直向上，所以bilmg，故b，由左手定则知b的方向水平向左答案水平向左在倾角为的光滑斜面上，放置一根质量为m的长直导体棒，一匀强磁场垂直斜面向下，如图1512所示，当棒内通有垂直纸面