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第二十章 电与磁
第2节 电生磁
复习引入
磁现象
磁场
地磁场
想想做做
如图所示，将一枚转动灵活的小磁针置于桌面上，在小磁针旁放一条直导线，使导线与电池触接，看看电路连通瞬间小磁针有什么变化。
电流的磁效应
在历史上相当长的一段时间里，人们认为电现象和磁现象是互不相关的。到了19世纪初，一些哲学家和科学家意识到，各种自然现象之间应该存在着相互联系。
电流的磁效应
基于这种思想，丹麦物理学家奥斯特（Hans Christian Oersted，1777-1851）长时间用实验寻找这种联系。在多次失败之后，1820年，奥斯特在课堂上做实验时终于发现：当导线中通过电流时，它下方的磁针发生了偏转。这个发现令奥斯特极为兴奋，他怀着极大的兴趣又继续做了许多实验，终于证实电流的周围存在着磁场，在世界上第一个发现了电与磁之间的联系（见右图）。
电流的磁效应
从下图的实验可以发现，如果导线在小磁针上方并且两者平行，当导线通电时，磁针发生偏转；切断电流时，磁针又回到原位。这说明通电导线和磁体一样，周围存在磁场，即电流的磁场。实验还表明，当电路中的电流反向时，磁针的偏转方向也相反。这说明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。
通电螺线管的磁场
既然电能生磁，为什么手电简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。如果把导线绕在圆简上，做成螺线管（也叫线圈，见右图），各圈导线产生的磁场叠加在一起，磁场就会强得多。
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，那么，通电螺线管的磁场是怎样分布的，也可以用同样的方法来研究。
演示
如图所示，在螺线管的两端各放一个小磁针，并在硬纸板上均匀地撒满铁屑。通电后观察小磁针的指向，轻敲纸板，观察铁屑的排列情况。
改变电流方向，再观察一次。
实验探究
实验探究1：探究通电螺线管外部的磁场分布
一、在我们熟悉的各种磁体的磁场中，通电螺线管外部的磁场可能与哪种磁体的相似？
按照右图布置器材。为使磁场加强，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，在图上记录磁针N极的方向，这个方向就是该点的磁场方向。
实验结论
实验探究1：探究通电螺线管外部的磁场分布
跟右图对比，通电螺线管外部的磁场跟哪种磁体的磁场相似？
结论：通电螺线管外部的磁场与 磁体的磁场相似。
实验探究
实验探究1：探究通电螺线管外部的磁场分布
二、通电螺线管的极性与环绕螺线管的电流方向之间有什么关系？
仔细观察螺线管的结构，找出螺线管导线跟电源连接的位置，弄清螺线管导线中电流的方向（见右图）。
实验探究
实验探究1：探究通电螺线管外部的磁场分布
把通电螺线管看做一个磁体，根据你的实验结果，在这四幅图上分别标出通电螺线管的N极和S极。
在你的图中，通电螺线管的极性与电流方向之间是否有什么关系？如果有的话，你能否想出一些办法把这个关系表述出来？
其他小组的结果和你的是否相同？如果不同，为什么？
想想议议
你能借用自己手指的关系来描述通电螺线管的电流方向与N极位置的关系吗？看看下图中蚂蚁和猴子是怎么说的，也许你会受到一些启示。
安培定则
实验结果表明，通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场一样。通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个极，它们的极性可以从实验中小磁针的指向来确定。改变电流方向，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。
安培定则
在发现一个物理规律后，如果能够采用一个巧妙的办法把它表述出来，则既方便记忆，又便于我们发现其中各量之间的联系。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（Ampere law）来表述：按照右图那样，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。
想想议议
如果条形磁体的磁性减弱了，你能用电流来使它增强吗？应该怎么办？
电生磁
奥斯特发现，任何通有电流的导线，都可以在其周围产生磁场的现象，称为电流的磁效应。其中磁场的方向和通电导线中的电流的方向有关。
通过进一步实验得出，直导线电流产生的磁场中，磁感线是以导线上各点为圆心排列的同心圆。
知识点一：电流的磁效应
电生磁
如图所示，越靠近通电导线，磁感线越密集，磁场就越强；其中磁感线方向就是右手握住导线，拇指指向电流方向，磁感线方向和其余四指所指的方向相同。此方法反过来也能判断电流的方向。电流方向与磁场方向垂直。
知识点一：电流的磁效应
电生磁
通电螺线管的磁场：通电螺线管周围存在磁场，通电螺线管对外相当于一个条形磁铁。通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场相似。通电螺线管外部的磁感线是从螺线管的北极发出并回到南极，其内部的磁感线则是从南极指向北极，由此构成封闭的曲线。
通电螺线管的磁极的极性与螺线管中的电流方向有关，其磁性的强弱与电流大小和导线缠绕的匝数有关，电流越大，磁性越强，匝数越多，磁性越强。
知识点二： 通电螺线管的磁场
电生磁
安培定则
安培定则，也叫右手螺旋定则，是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则。通电直导线中的安培定则（安培定则一）：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向；通电螺线管中的安培定则（安培定则二）：用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。如右图所示。
知识点二： 通电螺线管的磁场
课堂练习
例题1：研究“通电导体周围存在磁场”的实验如图所示，下列观点中正确的是（ ）。
D
知识点一：电流的磁效应
A. 断电时，静止的小磁针N极指向地理南极附近
B. 通电时，导线周围真实存在着磁感线
C. 法拉第通过此实验首先发现电与磁之间存在联系
D. 要使小磁针偏转方向相反，将电池正负极对调即可
课堂练习
例题1：【解析】A选项，断电时，静止的小磁针N极指向地理北极附近，故A错误；B选项，磁感线不是真实存在的，是理想模型，故B错误；C选项，奥斯特通过此实验首先发现电与磁之间存在联系，故C错误；D选项，要使小磁针偏转方向相反，将电池正负极对调，故D正确。
课堂练习
例题2：如图所示电路，开关S闭合后，下列说法中正确的是（ ）。
A. 螺线管的右端为N极
B. 小磁针N极向左转动
C. 小磁针在图所示的位置保持静止
D. 向左移动滑片P，螺线管磁性减弱
B
知识点二：通电螺线管的磁场
课堂练习
【解析】从图可知，电流从螺线管的右端流入，左端流出，根据安培定则可知，螺线管左端是N极，右端是S极，故选项A说法错误；由于同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，所以小磁针N极向左转动，故选项B说法正确，选项C错误；当滑动变阻器的滑片向左端移动时，滑动变阻器接入电阻减小，则由欧姆定律 。可得电路中电流增强，则通电螺线管的磁性将增强，所以选项D说法错误。
实战演练
例题1：丹麦物理学家奥斯特首先通过实验发现电流周围存在磁场。如图所示，我们实验时要在通电直导线下方放一个（ ）。
C
知识点一：电流的磁效应
A. 螺线管
B. U形磁铁
C. 小磁针
D. 电流表
实践探究
【解析】我们实验时要在通电直导线下方放一个小磁针，可以证明电流周围存在磁场。
实战演练
例题2：世界上第一个证实电可产生磁的物理事实是（ ）。
D
知识点一：电流的磁效应
A. 磁化现象
B. 地磁场的发现
C. 电磁感应现象
D. 奥斯特实验
实战演练
例题3：如图所示，通电螺线管周围有甲、乙、丙、丁四个小磁针，静止后小磁针指向正确的是（ ）。
A. 甲 B. 乙 C. 丙 D. 丁
C
知识点二：通电螺线管的磁场
实战演练
例题4：如图所示为条形磁铁和电磁铁，虚线表示磁感线，则甲、乙、丙、丁的极性依次是（ ）。
A. S、N、S、S
B. N、N、S、N
C. S、S、N、N
D. N、S、N、N
A
知识点二：通电螺线管的磁场
实验探究
【解析】根据图示的线圈绕向和电流从左端流入，右端流出，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。在磁体的周围，磁感线从磁体的N极流向S极，所以永磁体甲的右端为S极；根据磁感线的形状可知，两者相互排斥，是同名磁极，所以永磁体丁的左端为S极。
知识要点
1. 奥斯特实验说明：通电导线周围存在磁场，电流周围磁场方向与电流方向有关。
电流的磁效应：通电导线周围存在磁场的现象。
知识要点
2. 探究通电螺线管的磁场。
螺线管：把导线绕在圆筒上就制成了螺线管。通电螺线管外部磁场与条形磁体的磁场相似。
通电螺线管的极性与电流方向的关系——右手螺线管定则：用右手握住通电螺线管，四指方向是电流方向，拇指指向为通电螺线管北极。

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