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20.2 电生磁
第二十章 电与磁
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物理观念 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。
科学思维 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。
科学探究 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。
科学态度 与责任 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。
学习目标
重点难点
教学重点
通电螺线管的磁场。
教学难点
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。
电现象 磁现象
带电体能吸引轻小物体 磁体能吸引磁性物体
电荷有两种电荷 磁体有两个磁极
同种电荷相排斥， 异种电荷相吸引 同名磁极相排斥，
异名磁极相吸引
电荷不接触就能相互作用 磁体不接触就能相互作用
电现象和磁现象的相似之处
想一想：电现象和磁现象有很多相似之处，它们间有没有一定的联系？科学家们基于这种想法，一次又一次地寻找电与磁的联系。
导入新课
1820年丹麦物理学家奥斯特用实验证实通电导体的周围存在着磁场。第一次揭示了电和磁之间的联系，这一重大发现轰动了科学界，使电磁学进入一个新的发展时期。
电与磁之间有着怎样的联系？
导入新课
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
【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？
一、电流的磁效应
【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。
一、电流的磁效应
【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。
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”。
2. 电流的磁效应
一、电流的磁效应
物理学家——汉斯·克海斯提安·奥斯特
汉斯·克海斯提安·奥斯特（1777年8月—1851年3月），丹麦物理学家、化学家和文学家。
人物介绍
奥斯特塑像矗立于奥斯特公园
主要成就
1820年，奥斯特在课堂上做实验时
发现了电和磁之间的联系。
在化学领域，他发现了铝元素。
二、通电螺线管的磁场
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？
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。
1. 螺线管
将导线绕在圆筒上
螺线管示意图
二、通电螺线管的磁场
【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。
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。
2. 探究通电螺线管外部磁场的方向
二、通电螺线管的磁场
【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。
二、通电螺线管的磁场
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。
通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似。
二、通电螺线管的磁场
（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。
二、通电螺线管的磁场
（3）仔细观察螺线管的结构，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极和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极和S极。
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。
通电螺线管有两种可能的电流方向
二、通电螺线管的磁场
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。
二、通电螺线管的磁场
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。
二、通电螺线管的磁场
（2）实验现象分析
①甲、乙（或丙、丁）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；
②甲、丙（或乙、丁）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。
二、通电螺线管的磁场
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。
通电螺线管的极性与电流方向有关，与绕线方向无关。
（3）探究结论：
三、安培定则
想一想：（1）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？
看看蚂蚁的描述，你能用一个巧妙的方法把通电螺线管两端的极性与其中的电流方向的关系表述出来吗？
1. 安培定则——判断通电螺线管两端极性的方法
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。
N
三、安培定则
（2）看看猴子的描述，你能用一个巧妙的方法把通电螺线管两端的极性与其中的电流方向的关系表述出来吗？
如果电流沿着我猴子右臂所指的方向，N极就在我的前方。
三、安培定则
根据蚂蚁与猴子的描述，你能用一个巧妙的方法把通电螺线管两端的极性与其中的电流方向的关系表述出来吗？
同学们 ……
N
N
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。
如果电流沿着我猴子右臂所指的方向，N极就在我的前方。
三、安培定则
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来表述。
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。
三、安培定则
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）根据通电螺线管的南、北极以及电源的正、负极，画出螺线管的绕线。
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。
② N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。
三、安培定则
【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。
【解析】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。
四、课堂总结
电生磁
奥斯特实验
通电螺线
管的磁场
安培定则
通电导体周围存在着磁场，磁场的方向与电流方向有关。
外部的磁场与条形磁体的磁场相似；两端的极性与电流的方向有关。
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。
五、练习与应用
1. 在图所示的实验中，导线通电时，导线下方的小磁针会发生偏转，但当导线在某种方位下进行实验时却看不到这种现象，这是怎样的方位？为什么看不到这种现象？
【解析】将导线沿东西方向放置了。
沿东西方向放置的通电导线，当其周围的磁场与地磁场对小磁针产生的作用方向相同时，小磁针不发生偏转。
五、练习与应用
2. 在图所示的实验装置中，小磁针位于通电螺线管的正上方。若开关闭合，请在图中画出一条通过小磁针的磁感线，并标明小磁针的N极。
【解析】（如图所示。
五、练习与应用
3. 请你根据图所示的通电螺线管中的电流方向，判定螺线管的N、S极。
【解析】（1）左图中，标出螺线管上电流的方向，根据安培定则，用右手握住螺线管，让弯曲的四指指向电流的方向，则大拇指指向螺线管的右端为N极，如图所示.
（2）同理，右图中，向螺线管的上端为N极，如图所示。
五、练习与应用
4. 如图所示，按小磁针的指向判定螺线管的极性和电流的方向。
【解析】根据异名磁极相吸，与小磁针N极靠近的是螺线管的S极，与小磁针S极靠近的是螺线管的N极。由此先判断螺线管的极性，再由判断电流的方向，最后判断电源的正负极。
五、练习与应用
5. 如图所示，开关闭合后，位于螺线管右侧的小磁针的指向将怎样变化
【解析】根据电源的正负极，可以确定开关闭合后电流从螺线管的左端流入，右端流出，利用安培定则可知螺线管的右端为N极，左端为S极；由于异名磁极相互吸引，同名磁极相互排斥，所以小磁针的N极被排斥，S极被螺线管吸引，则小磁针会逆时针转动90°，最后小磁针的N极水平指向右。
五、练习与应用
6. 如图所示，把螺线管水平悬挂起来，给导线通电，螺线管就像指南针一样，静止时指向南北方向。请你判断通电螺线管的哪一端指向北方。
【解析】通电螺线管的B端指向北方。
由安培定则可知，螺线管B端为N极，A端为S极；受到地磁场的作用，地磁的N极在地理南极附近，地磁的S极在地理北极附近，因为同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，故静止时螺线管B端将指向地理的北极，A端指向地理的南极。
六、课堂练习
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。
【解析】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，螺线管电流的方向向下，则电源的左端是正极，作图如图所示：
下 课
Thanks!
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