2019-2020学年高中物理 第二章 磁场 2 第二节 电流的磁场学案 新人教版选修1-1

第二节电流的磁场1.了解奥斯特、安培等科学家对人们认识电磁现象起到的作用2.会用磁感线描述直线电流、环形电流、通电螺线管的磁场分布(重点)3.会用安培定则判断直线电流、环形电流、通电螺线管的磁场方向(重点难点), 学生用书p26)一、电流的磁效应11820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，磁针发生了偏转，说明电流也能产生磁场，这个现象称为电流的磁效应2电流具有磁效应，证明了电和磁之间的联系，也预示了电力应用的可能性1.在做“奥斯特实验”时，通电导线应如何放置才能使实验现象最明显？提示：小磁针本身在地磁场作用下就是指南北方向的，所以把导线沿南北方向放置在处于静止状态的磁针的正上方时，会在导线下方产生东西方向的磁场，这时磁针的偏转最明显二、电流磁场的方向电流的磁场方向可以用安培定则来判断1直线电流的磁场方向的判断：右手握住导线，让伸直的拇指的方向与电流的方向一致，那么弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向2环形电流的磁场方向的判断：右手握住环形导线，让弯曲的四指与环形电流的方向一致，拇指的指向就是环形导线中心附近的磁场方向3通电螺线管的磁场方向的判断：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向2为什么我们能够用细铁屑排列的形状来显示直线电流磁场磁感线的形状？提示：直导线通电后，直线电流在周围产生磁场，细铁屑在磁场中被磁化成一个个非常小的“小磁针”在直线电流的磁场中，这些“小磁针”静止时按照磁场方向有规则的排列起来，这时细铁屑排列的形状就显示出直线电流磁场磁感线的形状奥斯特发现电流的磁效应学生用书p27奥斯特实验成功的关键：(1)导线南北放置；(2)通电导线在小磁针的上方或下方和小磁针平行放置如果将水平导线由小磁针的正上方移到正下方，或改变电流的方向小磁针都发生了偏转，但偏转的方向相反，小磁针稳定后的n极所指方向相反(1)奥斯特的实验说明导线周围的磁场分布与电流的方向有关，与位置有关(2)奥斯特做实验时，小磁针受到地球磁场和电流磁场双重力的作用1820年，安培在科学院的例会上做了一个小实验，引起到会科学家的兴趣如图所示，把螺线管沿东西方向水平悬挂起来，然后给导线通电请你想一想会发生的现象是()a通电螺线管仍保持原位置静止b通电螺线管转动，直至a指向南，b指向北c通电螺线管转动，直至a指向北，b指向南d通电螺线管能在任意位置静止解析通电螺线管相当于一个条形磁体，磁体有指向性，由安培定则知，b端是螺线管的n极，故通电螺线管转动后，b端指向北答案b1(多选)自然界的电、热和磁等现象都是相互联系的，很多物理学家为寻找它们之间的联系做出了贡献下列说法正确的是()a奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电现象和磁现象之间的联系b欧姆发现了欧姆定律，说明了热现象和电现象之间存在联系c库仑发现了电流的磁效应，揭示了电现象和磁现象之间的联系d焦耳发现了电流的热效应，定量得出了电能和热能之间的转换关系解析：选ad.电流的磁效应是奥斯特发现的，库仑得出了电荷之间电场力的定量关系，选项a正确，c错误；欧姆发现了欧姆定律，得出了电流和电压的定量关系，焦耳发现了电流的热效应并通过实验得出了电能和热能的转换关系，故选项b错，d对几种常见通电导体周围的磁场学生用书p27三种电流周围磁感线分布情况安培定则立体图横截面图纵截面图直线电流以导线上任意点为圆心的多组同心圆，越向外磁感线越稀疏，磁场越弱环形电流内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏通电螺线管内部为匀强磁场且比外部强，方向由s极指向n极，外部类似条形磁铁，由n极指向s极，内部和外部磁感线形成一些环绕电流的闭合曲线(1)根据安培定则可知，只要知道了电流方向或电流产生的磁场方向中的一个方向，就可以判断出另一个方向(2)对比通电螺线管外部的磁感线和环形电流的磁感线，两者具有非常强的相似性，环形电流可以认为是通电螺线管压缩成单匝之后的产物，而通电螺线管可以认为是多个环形电流串联后的产物下列各图中，已标出电流i和该电流产生的磁感线的方向，其中符合安培定则的是()思路点拨 电流方向磁感线方向解析关于电流和磁感线的方向关系，只有c图符合安培定则，故c正确答案c2如图所示，e、f分别表示蓄电池两极，p、q分别表示螺线管两端当闭合开关时，发现小磁针n极偏向螺线管q端下列判断正确的是()ae为蓄电池正极b螺线管p端为s极c流过电阻r的电流方向向上d管内磁场方向由p指向q解析：选c.闭合开关时，小磁针n极偏向q端，说明通电螺线管的磁感线进入q端，即p端为n极，管内磁场方向由q指向p.根据安培定则，流过r的电流方向向上，f为蓄电池的正极，故选项c正确等效电流的磁场问题学生用书p28如图所示，带负电的金属环绕轴oo以角速度匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是()an极竖直向上bn极竖直向下cn极沿轴线向左 dn极沿轴线向右审题指导 解答本题的关键是先判断电流的方向然后用安培定则判断小磁针处磁场方向进而判定小磁针的平衡位置解析由于金属环带负电，旋转时形成的电流方向与转动方向相反，根据安培定则可知在中心轴线上所产生的磁场方向沿轴线向右，故可知小磁针最后平衡(即静止)时n极沿轴线向右答案d(1)误认为负离子运动方向就是电流方向，实际上电流方向与负离子运动方向相反； (2)环形电流内部和外部的磁场方向相反，误将内部和外部颠倒导致判断错误 随堂检测 学生用书p281奥斯特实验证明了()a磁极之间的相互作用规律b地球是一个巨大的磁体c电流周围存在着磁场d电流周围存在着磁感线解析：选c.奥斯特的实验证明了电流的周围存在磁场2如图所示是通电导线周围磁感线的分布情况示意图，各图的中央表示垂直于纸面的通电直导线及其中电流的方向，其他的均为磁感线，其方向由箭头指向表示，这四个图中，正确的是()解析：选c.由安培定则得b、d的磁场方向均画反了；直导线产生的磁场，离导线越远，强度越弱故选c.3如图所示，一通电直导线竖直放置，其右侧a、b两点的磁感应强度分别为ba、bb，则()ababb，方向均垂直于纸面向里bbabb，方向均垂直于纸面向里cbabb，方向均垂直于纸面向外dbabb，方向均垂直于纸面向外解析：选a.由安培定则(右手螺旋定则)可以判断出，在导线的右侧磁场的方向垂直于纸面向里，且离导线越远，磁感应强度越小，故a正确4如图所示，圆环上带有大量的负电荷，当圆环以轴心沿如图方向转动时，则a、b、c、d四个小磁针的运动情况是()aa、b、d不动，c的n极朝纸外ba、b、d的n极朝纸内，c的n极朝纸外cd不动，c的n极朝纸外，a、b的n极朝纸内da、b、d的n极朝纸外，c的n级朝纸内解析：选b.电荷的定向移动形成电流，负电荷顺时针转动可等效为电流方向为逆时针，由安培定则，环形电流内部磁场方向垂直纸面向外，则外部垂直纸面向里，所以c的n极朝纸外，a、b、d的n极朝纸内，b选项正确5如图所示，甲、乙是直线电流的磁场，丙、丁是环形电流的磁场，戊、己是螺线管电流的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向解析：根据安培定则，可以确定甲中电流方向垂直纸面向里，乙中电流的方向从下向上，丙中电流方向是逆时针，丁中磁感线的方向向下，戊中磁感线方向向左，己中磁感线的方向向右答案：见解析课时作业 学生用书p85(单独成册)一、单项选择题1当直导线通以垂直纸面向外的恒定电流时，小磁针静止时指向正确的是()解析：选a.直线电流周围的磁场方向可由安培定则判定，直导线通以垂直于纸面向外的恒定电流时，通电导线周围磁感线为逆时针方向的同心圆，小磁针静止时n极指向应为圆的切线方向，所以只有选项a正确2通电螺线管附近放置四个小磁针，如图所示，当小磁针静止时，图中小磁针的指向正确的是(涂黑的一端为n极)()aabbcc dd解析：选b.根据安培定则，判断a、b、c、d四个小磁针处的磁场分别为水平向左、水平向右、水平向右、水平向左，这也是小磁针n极静止时的指向，故只有b选项正确3在空间坐标系中，如图所示，若在x轴正方向通有电流，则y轴p点的磁场方向为()ay轴正方向 by轴负方向cz轴正方向 dz轴负方向解析：选c.由安培定则可知，沿x方向看，在zoy平面内磁感线应是以o为圆心逆时针方向的同心圆，所以p点的磁场方向应该沿z轴正方向，故c正确4.如图所示，当开关s闭合时电磁铁和物体ab相互吸引，则正确的说法是()aab一定是磁铁，且a端一定是n极bab一定是磁铁，且a端一定是s极cab可能是磁铁，且a端是s极dab仅是一块铁，而不是磁铁解析：选c.s闭合时，螺线管就产生了磁场，且右边是n极，若ab是磁铁，则左边是s极；ab也可能是一块铁5如图所示，两根非常靠近且互相垂直的长直导线，当通以如图所示方向的电流时，电流所产生的磁场在导线所在平面内的哪个区域内方向是一致且向里的()a区域 b区域c区域 d区域解析：选c.通电长直导线周围的磁感线是一系列不等距的同心圆，其方向由安培定则确定：i1产生的磁场方向在其上方指向纸外，下方指向纸内i2产生的磁场方向在其左方指向纸内，右方指向纸外，如图所示这样可以确定、区域两电流产生的磁场方向是一致的，区域两电流产生的磁场方向向外，区域两电流产生的磁场方向向里6.如图所示为磁场、磁场作用力演示仪中的赫姆霍兹线圈，在线圈中心处挂上一个小磁针，且与线圈在同一平面内，则当赫姆霍兹线圈中通以如图所示方向的电流时()a小磁针n极向里转b小磁针n极向外转c小磁针在纸面内向左摆动d小磁针在纸面内向右摆动解析：选a.由安培定则可知，螺线管内部的磁感线向里，小磁针n极受力方向即为该处的磁场方向7.如图所示，开关s闭合时，位于螺线管右侧的小磁针的n极将()a顺时针转过90b逆时针转过90c转过180d保持静止状态解析：选d.这是双线绕法，产生的磁场相互抵消，所以小磁针所处区域无电流所激发的磁场，因此保持静止状态8.指南针静止时，其n极指向如图中虚线所示若在其上方放置水平方向的导线，并通以直流电，则指南针转向图中实线位置据此可知()a导线南北放置，通有向北的电流b导线南北放置，通有向南的电流c导线东西放置，通有向西的电流d导线东西放置，通有向东的电流解析：选b.由安培定则，通有向北的电流，在指南针处磁感线向西，n极会向西偏，选项a错误由安培定则，通有向南的电流，在指南针处磁感线向东，n极会向东偏，选项b正确由安培定则，通有向西的电流，在指南针处磁感线向南，n极受力向南；通有向东的电流，在指南针处磁感线向北，n极受力向北，均不偏，选项c、d错误二、多项选择题9选一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针上方，并与磁针指向平行，能使磁针的s极转向纸内，如图所示，那么这束带电粒子可能是()a向右飞行的正离子束b向左飞行的正离子束c向右飞行的负离子束d向左飞行的负离子束解析：选bc.若s极向里偏，则等效为上方有自右向左的电流，所以有向左飞行的正离子束或向右飞行的负离子束10如图所示，在通有恒定电流的螺线管内有一点p，则()a过p点的磁感线方向一定是从螺线管的n极指向s极b过p点的磁感线方向一定与放在p点的小磁针s极受力的方向相同c过p点的磁感线方向一定与静止在p点的小磁针n极指的方向相同d在p点放一通电小线圈，磁感线一定垂直于小线圈平面解析：选cd.由安培定则可知，螺线管内部磁感线方向向右，右侧为n极，左侧为s极，内部磁感线从s极指向n极，a错；磁感线的方向应与放在p点小磁针n极的受力方向相同，b错；也是静止在p点小磁针n极所指的方向，c对；d选项中可将通电小线圈等效成小磁针，n极应向右指，由安培定则可知小线圈平面垂直于磁感线三、非选择题11在下列各图中，分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针静止时n极的指向或磁感线方向请画出对