第2节 电生磁-人教版九年级《物理》全一册导学案

PAGE1第2节电生磁（导学案）【学习目标】1.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。2.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。3.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。4.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。【学习重点】通电螺线管的磁场。【学习难点】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。【自主预习】阅读教材，完成以下问题：1.奥斯特实验：通电导线的周围存在磁场，称为电流的磁效应，该现象在1820年被丹麦的物理学家奥斯特发现。奥斯特实验说明：通电导线周围存在磁场，磁场方向与电流方向有关。

2.通电螺线管的磁场：通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场一样，其两端的极性跟螺线管中电流的方向有关。3.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。【课堂探究】探究一、电流的磁效应1.奥斯特实验（1）探究电与磁是否存在联系【演示实验】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，然后断开，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，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？【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。【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。2.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”。【例题1】如图所示，将一根通电直导线放在静止的小磁针正上方，且与小磁针平行。闭合开关后，下列说法正确的是（B）A．如果将导线沿东西方向放置，小磁针最容易发生偏转B．实验中使用小磁针的作用是检测电流的周围是否有磁场C．将小磁针移至直导线上方，通电后小磁针不会发生偏转D．实验中改变电源的正、负极，小磁针的偏转方向不会发生改变【解析】A．如果将导线沿东西方向放置，小磁针处的磁场沿南北方向，而小磁针静止时指南北方向，这样操作小磁针不易发生偏转，故A错误；B．磁场看不见，不方便观察其是否存在，实验中使用小磁针的作用是检测电流的周围是否有磁场，采用了转换法，故B正确；C．将小磁针移至直导线上方，通电后小磁针仍会发生偏转，且偏转的方向与原来不同，故C错误；D．实验中改变电源的正、负极，电流方向改变，小磁针的偏转方向会发生改变，故D错误。故选B。探究二、通电螺线管的磁场【想一想】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？1.螺线管手电筒在通电时连一根大头针都吸不动，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。螺线管演示器螺线管2.探究通电螺线管外部磁场的方向【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。想一想：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：螺线管、电源、小磁针等。【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。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。实验结论：通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似。（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。（3）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、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、S极。通电螺线管有两种可能的电流方向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。实验现象与分析：改变螺线管导线中电流的环绕方向，发现小磁针的N极指向也随之改变，通电螺线管的N、S极正好对调，这说明通电螺线管两端的极性跟螺线管中电流的方向有关。探究归纳：（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。3.探究通电螺线管的极性跟环绕电流方向的关系（1）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。（2）实验现象分析①甲图与乙图（或丙图与丁图）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（选填“相同”或“不相同”）；②甲图与丙图（或乙图与丁图）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（选填“相同”或“不相同”）。（3）探究结论：通电螺线管的极性与电流方向有关，与绕线方向无关。（均选填“有关”或“无关”）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。【例题2】探究通电螺线管周围的磁场，做了如下实验。（1）把小磁针放在螺线管四周不同的位置，通电后发现小磁针的指向如图所示，说明通电螺线管周围的磁场跟______磁体的磁场相似，图中_____（选填“左”成“右”）端是螺线管的N极；（2）对调电源的正负极重复上述实验，小磁针的指向与之前相反。说明通电螺线管的极性跟_____有关，断开开关后，小磁针静止时______极指向南方。【答案】条形；右；电流方向；S。【解析】（1）由小磁针的分布情况可知，通电螺线管周围的磁场与条形磁体的磁场相似，磁极在通电螺线管的两端。根据安培定则可判断出，图中右端是通电螺线管的N极。（2）对调电源的正负极，则螺线管中电流的方向发生变化，此时小磁针的指向与之前相反，则通电螺线管磁场发生了变化，由此可说明通电螺线管的极性跟电流方向有关。断开开关后，小磁针不再受螺线管磁力的作用，根据磁体南北极的定义可知，小磁针的S极指向南方，N极指向北方。探究三、安培定则【想一想】通过前面的学习，知道通电螺线管两端的极性与环绕螺线管的电流方向有关。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？1.安培定则——判断通电螺线管两端极性的方法（1）蚂蚁的方法：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。（2）猴子的方法：如果电流沿着我猴子右臂所指的方向，N极就在我的前方。蚂蚁的方法猴子的方法我们的方法我们应该怎样判断呢？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（也叫右手螺旋定则）来判断。（3）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。2.安培定则的应用（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N、S极以及电源的正、负极，画出螺线管的绕线。（4）提示：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。②N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。【例题3】如图所示，请标出通电螺线管的N、S极并用箭头画出图中磁感线的方向。【答案】见右图。【详解】根据电源的正负极可以确定电流从螺线管的右端流入，左端流出，结合安培定则即可确定螺线管的左端为S极，右端为N极，在磁体的周围，磁感线从磁体的N极出发回到S极，如图所示。【精讲点拨】1.奥斯特在世界上第一个发现了电与磁之间的联系，开创了电磁学的发展。2.通电螺线管外部磁场方向是由N极出来指向S极，内部磁场方向则由S极指向N极。3.通电螺线管周围的磁场与条形磁体十分相似，但它们也有不同的地方。相同点：（1）都有吸附铁类物质的性质；（2）条形磁体的磁极位置与通电螺线管相同；（3）都有同名磁极相排斥，异名磁极相吸引的特点；（4）把二者悬挂起来都有指示南北的性质。不同点：（1）条形磁体属于永磁体，而通电螺线管通电时有磁性断电时无磁性；（2）条形磁体的南北极是固定的，而通电螺线管的南北极与电流方向有关；（3）条形磁体磁场的强弱一般情况下是不变的，而通电螺线管的磁场强弱与电流的大小有关。4.对于画在纸面上的螺线管，手握不方便，可作如下改进：（1）伸开右手掌，掌心对着螺线管；（2）让四指指向线圈中电流的方向；（3）则拇指所指的一端为通电螺线管的N极。【归纳整理】第2节电生磁【课堂练习】1．如图所示，将一根直导线架在静止小磁针的上方，并使直导线与小磁针平行，接通电路，发现小磁针偏转。关于该实验说法正确的是（）

A．该实验说明电流周围存在磁场B．最早发现该实验现象的科学家是法拉第C．利用该实验原理可以制成发电机D．改变电流方向，小磁针偏转方向不变【答案】A【详解】将一根直导线架在静止小磁针的上方，并使直导线与小磁针平行，接通电路，发现小磁针偏转，这是奥斯特最早发现的实验，该实验说明电流周围存在磁场，而且这种磁场的方向跟电流方向有关，第一个发现了电与磁的联系，利用该实验原理可以制成电磁铁、电磁继电器，故A正确，BCD错误。故选A。2．如图所示，通电螺线管旁的小磁针分别静止在图示位置。请科学推断，最终决定通电螺线管极性的是（）A．电源正负极的接法 B．螺线管导线的环绕方向C．小磁针静止时N极的指向 D．螺线管中电流的方向【答案】D【详解】根据题图可知，最终决定通电螺线管极性的是螺线管中电流的方向，故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。3．如图所示，下列判断正确的是（）A．通电螺线管的右端为N极B．电源右端为正极C．小磁针右端为S极D．通过小磁针的磁感线方向水平向右【答案】D【详解】A．磁体外部的磁感线从磁体N极出发，回到S极。图中螺线管右端磁感线“进入”，说明右端是S极，左端是N极，故A错误；B．螺线管左端是N极，根据安培定则，电流应从螺线管左端流入、右端流出，所以电源右端是负极，左端是正极，故B错误；CD．螺线管左端是N极，右端是S极，磁感线从左端指向右端，所以通过小磁针的磁感线方向水平向右。小磁针的北极与放入改点的磁场方向一致，则小磁针右端为N极，故C错误，D正确。故选D。4．如图所示，请在两虚线框内分别标出电源和螺线管的极性。【答案】见右图。【详解】根据磁极间的相互作用可知，螺线管左端是S极，右端是N极，由安培定则可知，螺线管上电流的方向向下，则电源左端是正极，作图如图所示。5.如图，某同学正确运用右手螺旋定则（安培定则）判断通电螺线管的磁极，请在图中标出流入螺线管的电流方向和通电螺线管的极。【答案】见右图。【详解】右手螺旋定则（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，则大拇指所指的那端就是螺线管的N极。根据右手螺旋定则，图中大拇指指向右侧，所以右侧为N极；因为四指弯曲的方向表示电流方向，从图中可以看出，电流从螺线管的左侧流入，如图所示。6.在“探究通电螺线管外部的磁场分布”实验中：（1）小明在嵌入螺线管的玻璃板上均匀撒满细铁屑，闭合开关后玻璃板（填写操作方法），观察到细铁屑的排列如图甲所示，同时观察到小磁针发生偏转，则说明通电螺线管周围存在。此时，如果移走小磁针，该结论（选填“成立”或“不成立”）；（2）如图乙把小磁针放到螺线管四周不同位置，螺线管通电后记录小磁针极的方向，这个方向就是该点的磁场方向