8.1.2.1直线电流的磁场和通电螺线管的磁场（解析版）

第2节电生磁第1课时直线电流的磁场和通电螺线管的磁场基础聚焦1.通过如图所示的实验，第一个发现了电与磁之间联系的科学家是（▲）A.奥斯特B.帕斯卡C.牛顿D.伽利略【答案】A【解析】历史上最早发现电与磁间联系的物理学家是奥斯特。【分析】本题考查了物理学史，是一道基础题，平时应加强对物理学史的学习与了解。【详解】1820年，丹麦物理学家奥斯特做实验时偶然发现，当导线中通过电流时，它旁边的磁针发生了偏转，由此说明了通电导体周围存在磁场，在世界上第一个发现了电与磁的联系。故选：A。2.汤姆生在研究阴极射线时发现了电子。如图所示，一条向上射出的阴极射线可以看作是许多电子定向运动形成的电子流。则通过这束电子流的运动方向可推断出电流及周围的磁场方向是（▲）ABCD【答案】A【解析】正电荷定向移动的方向为电流的方向，负电荷定向移动的方向与电流的方向相反；知道电流的方向，根据用右手螺旋定则判断磁场的方向。【分析】本题考查了电流方向的判定和右手螺旋定则，属于基础知识。【详解】由图可知，电子定向移动的方向是向上的，电子带负电，故电流的方向是向下的，根据右手螺旋定则可知，磁场的方向是顺时针方向的，故A正确。故选：A。3.一通电螺线管中的电流方向和其周围磁感线的分布如图所示，其中正确的是（▲）ABCD【答案】B【解析】【分析】【详解】A.据安培定则判断，该螺线管的右端是N极，左端是S极，故磁感线的方向错误，故A错误；B.据安培定则判断，该螺线管的左端是N极，右端是S极，且磁感线的方向正确，故B正确；C.据安培定则判断，该螺线管的右端是N极，左端是S极，故磁感线的方向错误，故C错误；D.据安培定则判断，该螺线管的左端是N极，右端是S极，故磁感线的方向错误，故D错误；故选B。4.如图所示，有条形磁铁和电磁铁，虚线表示磁感线，磁极甲、乙、丙、丁的极性依次是（▲）A.S、N、S、SB.N、N、S、NC.S、S、N、ND.N、S、N、N【答案】A【解析】根据安培定则可以确定电磁铁的NS极，然后利用磁感线的特点即可确定永磁体甲乙的NS极。【分析】利用安培定则来确定电磁铁的N、S极是解决此题的突破口。【详解】图中电流方向从左端流入、右端流出，根据图示的线圈绕向和结合安培定则，从而可以确定电磁铁的左端为N极、右端为S极，即乙为N、丙为S；在磁体的周围，磁感线从磁体的N极发出，回到S极，所以永磁体甲的右端为S极；根据磁感线的形状可知，两者相斥，是同名磁极，所以永磁体丁的左端为S极。如图所示：综上分析，只有A正确，BCD错误。故选A。5.如图所示，通电螺线管周围的小磁针静止时，小磁针N极指向不正确的是（▲）A.aB.bC.cD.d【答案】D【解析】由安培定则可判出电磁铁极性的方向，由电磁铁的磁场分布可知小磁针的指向。【分析】安培定则为判电磁铁方向的重点内容，应牢记并熟练应用。【详解】由安培定则知电磁铁右侧为N极，因磁感线由N指向S,而小磁针静止时N极指向与磁感线方向一致，即d处应向外，b处向左，c处向左，a处向右，故a、b、c方向正确，d错。故选D。6.如图所示，下列说法中错误的是（▲）A.图示实验说明了通电导线周围存在磁场B.将图中导线断开，小磁针N极将指向地磁的北极C.将电池正负极对调后，重新闭合电路，小磁针偏转方向改变D.若将小磁针放到通电导线的正上方，小磁针偏转方向改变【答案】B【解析】奥斯特实验说明通电导线周围存在着磁场，且磁场的方向与电流的方向有关，故据此分析即可判断。【分析】本题考查对奥斯特实验的理解及地磁场的知识，属于基础题。【详解】A、该实验中，若给导线通电，下面的小磁针会转动，即说明通电导线周围存在着磁场，故A正确；B、将图中导线断开，小磁针由于地磁的缘故，即N极将指向地理的北极，而不是地磁的北极，故B错误；C、由于磁场的方向与电流的方向有关，所以将电池正负极对调后，重新闭合电路，小磁针偏转方向改变，故C正确。D、若将小磁针放到通电导线的正上方，小磁针偏转方向会改变。故D正确。故选：B。7.爱因斯坦曾说，在一个现代的科学家看来，磁场和他坐的椅子一样实在。如图所示的磁场与实际不相符的是（▲）ABCDA.同名磁极间的磁场B.直线电流的磁场C.通电螺线管的磁场D.蹄形磁体的磁场【答案】C【解析】在磁体外部，磁感线从N极出发，回到S极；通电直导线的磁场可以由安培定则进行判断：用右手握住直导线，大拇指指向电流方向，四指弯曲的方向即为磁场的方向；用右手握住螺线管，让四指弯向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的那端就是螺线管的北极。【分析】本题考查磁体周围和电流磁场的认识和理解，要能熟练应用安培定则。注意直导线时，安培定则的大拇指指向为电流的方向，而通电螺线管大拇指指向为螺线管的内部磁场方向。【详解】A、由图知，两磁极都为N极，在磁体的外部，磁感线都从N极出发，故A正确；B、由图知，直导线中的电流方向向左，由安培定则可判断其周围磁感线为以导线为圆心，逆时针方向的同心圆，故B正确；C、根据图中的电流方向，结合安培定则判断可知，通电螺线管的下端为N极，上端为S极，其外部磁感线不符合“从N极出发，回到S极”，故C错误；D、图中蹄形磁铁的上端N极，下端S极，画出的磁感线符合“从N极出发，回到S极”，故D正确。故选：C。8.如图所示，在甲、乙两个完全相同的U形管上缠绕相同匝数的线圈，用相同的电池供电，开关闭合后，▲螺线管没有磁性。甲乙【答案】乙【解析】【分析】本题主要考察安培定则。【详解】在甲图中，先把电流的流向标出来，发现U形螺线管左边的电流方向是向右，右边电流方向是向左，根据安培定则，左边为N极右边为S极。在乙图，同样先把电流走向标出，发现U形螺线管左右两边电流方向都像右，两边均为N极，U形螺线管两边磁性相互抵消，故乙没有磁性。9.在探究通电螺线管周围的磁场分布情况实验中，某兴趣小组观察到了如图甲所示的现象，方方提出通电螺线管内部有磁场。那么通电螺线管内部是否存在磁场？如果存在磁场，那么磁场方向又是怎样的呢？方方现用几枚小磁针进行探究，经过多次实验，结果如图乙所示，由该现象可以得出结论：▲。甲乙【答案】通电螺线管内部有磁场，且通电螺线管内部的磁场方向是从S极指向N极【解析】【分析】【详解】略思维拓展10.汽车启动器是一种螺线管，驾驶者转动钥匙发动汽车时，相当于给螺线管通电。为研究通电螺线管的性质，圆圆同学绘制了一张图（小磁针涂黑端为N极），你认为需要修改的是（▲）A.磁感线方向B.螺线管的磁极C.电源正负极D.小磁针指向【答案】D【解析】根据线圈的绕法和电流的方向，可以确定螺线管的NS极；在磁体的周围，磁感线从磁体的N极流出，回到S极，根据磁体间的相互作用分析小磁针的极性。【分析】此题考查磁极间的相互作用规律和通电螺线管的磁场，本题是物理知识在生活中应用的实例，可提高学生学习物理的兴趣。【详解】由图可知，线圈的绕法和电流的方向，利用安培定则，右手握住螺线管，四指指向电流的方向，大拇指指向左端，则螺线管左端为N极，右端为S极，磁感线从磁体的N极流出，回到S极，故电源正负极、螺线管的磁性、磁感线方向都正确；根据磁体间的相互作用可知，靠近螺线管左端的小磁针左端应为S极，故D错误。故选：D。11.两螺线管之间有一小磁针，如图所示，请将两个螺线管上的绕线与电源连接起来。使开关S闭合时小磁针静止不动。【答案】如图所示【解析】先根据小磁针判断出两个通电螺线管的磁极，再根据安培定则确定电流方向，利用电流方向连接电路。【分析】此题主要考查学生对于磁极间的作用规律和安培定则的理解和掌握。属于中考常见题型。【详解】根据小磁针静止时，N极在右，S极在左，利用同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引可知，左侧的螺线管的右端为N极，左端为S极；右侧的螺线管的左端为S极，右端为N极，利用安培定则可知，左侧螺线管上电流从左到右，右侧螺线管的电流从左到右，故电路连接如图所示：12.磁场看不见、摸不着，我们通过下列方法来探究“通电螺线管的磁场”。（1）为了研究通电螺线管周围的磁场分布情况，我们通常选用▲来显示其周围的磁场分布情况。实验时先在有机玻璃板上均匀地撒上铁屑，然后给螺线管通电，为了更好地通过铁屑客观描述出磁场分布情况，接下来的操作是▲，使铁屑在磁力作用下动起来。（2）如图所示是通电螺线管的外部磁场分布情况，根据实验现象可知：通电螺线管周围的磁场分布与▲的磁场类似。（3）下列研究方法与本实验相同的是▲（填字母）。A.通过测100张纸的厚度来测1张纸的厚度B.通过研究墨水的扩散现象认识分子的运动情况C.研究电流与电压、电阻的关系时，控制电阻（电压）不变，研究电流与电压（电阻）的关系D.学习电压时，通过对比水压来认识电压【答案】（1）铁屑轻轻敲击有机玻璃板（2）条形磁铁（3）B【解析】（1）通电螺线管周围的磁场分布情况可用许多的铁屑来反映出来，实验中要观察铁屑的分布情况；（2）通电螺线管周围的铁屑的分布与条形磁体的磁场类似；（3）本实验采用的是转换法，分析选项中与之对应的。【分析】本题考查了通电螺线管的磁场分布，要了解其探究的方法与过程，属基础题，难度不大。【详解】（1）铁屑在磁场中被磁化后，就变成了一个个“小磁针”，因此实验中通常选用铁屑来代替小磁针显示螺线管周围磁场的分布情况；实验中，为了更好地通过铁屑客观描述出磁场分布情况，应轻敲玻璃板，减小铁屑与玻璃板之间的摩擦，使铁屑在磁力作用下动起来。（2）根据图示的实验现象可知通电螺线管的磁场分布与条形磁体的磁场类似。（3）本实验采用的是转换法来探究“通电螺线管的磁场”；A、通过测100张纸的厚度来测1张纸的厚度，是累积法，不合题意；B、人们通过研究墨水的扩散现象认识分子的运动情况，是转换法，符合题意；C、研究电流与电压、电阻关系时，控制电阻（电压）不变，研究电流与电压（电阻）关系，采用的是控制变量法，不合题意；D、学习电压时，我们可以通过对比水压来认识它，采用的是类比法，不合题意。故答案为：（1）铁屑轻轻敲击有机玻璃板（2）条形磁铁（3）B创新应用13.如图甲为奥斯特实验示意图，当给导线ab通以由南向北方向的电流后，导线下方的小磁针的N极会指向西边。由此可证明通电导体周围会产生磁场。甲：奥特斯实验乙:单匝线圈丙：通电螺线管（1）小张同学将导线ab弯成了一个单匝的圆形线圈，如图乙所示，给线圈通以b→a的电流，小磁针的N极指向纸外，将小磁针位置移至A点或B点，小磁针的N极均指向纸里，说明单匝线圈通电后磁场方向可能与▲有关。然后仍将小磁针放到单匝线圈内部，给线圈通以a→b的电流，发现小磁针N极指向纸里，这又说明单匝线圈通电后磁场方向可能与▲有关。（2）如图丙所示，将小磁针放入线圈内部，不通电与通以b→a的电流，小磁针的指向都如图所示，▲（选填“能”或“不能”）说明多匝线圈内部没有磁场。为了进一步研究线圈内部是否有磁场存在，小张同学最简单的操作是▲。（3）在上述（2）的探究基础上，小张同学希望进一步探究通电螺线管内部和外部磁场分布情况以及磁场方向，请你帮助他设计实验方案。▲。【答案】（1）位置电流方向（2）不能将小磁针南北极对调（3）将小磁针分别放在螺线管的各个地方，根据小磁针静止时N极的方向代表该点磁场方向即可。【解析】【分析】【详解】（1）将小磁针位置移至A点或B点，小磁针的N极均指向纸里，说明单匝线圈通电后磁场方向可能与位置有关，小明对调电源的正负极后，通电螺线管中的电流方向发生了改变，小磁针的N极指向与原来相反，说明磁场的方向相反，由此可以确定，通电螺线管磁场的方向与电流方向有关。（2）不通电与通以b→a的电流，小磁针的指向都如图所示，不能说明多匝线圈内部没有磁场，为了进一步研究线圈内部是否有磁场存在，小张同学最简单的操作应是将小磁针南北极对调。（3）将小磁针分别放在螺线管的各个地方，根据小磁针静止时N极的方向代表该点磁场方向即可。故答案为：（1）位置电流方向（2）不能将小磁针南北极对调（3）将小磁针分别放在螺线管的各个地方，根据小磁针静止时N极的方向代表该点磁场方向即可。14.学习了电磁知识后，小朱了解到相互靠近的通电导线之间会产生相互作用力。那么这个力的大小和方向与哪些因素有关呢？他将两根导线（可伸长）平行放置后固定（如图甲中Ⅰ所示），然后依次通上如图Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ所示的电流，通过反复实验证实了他的猜想。根据如图所示的实验现象回答下列问题：甲乙（1）分析图甲中的▲，可知通电导线之间的作用力方向与电流方向有关。（2）小朱得出通电导线之间的相互作用力的大小与电流大小有关的结论，依据是▲。（3）如图乙所示，将一柔软的导线弯成星形，并将其置于光滑水平桌面上，然后将开关S闭合，则