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第二节 探究：通电螺线管外部磁场的方向1
第十八章 磁及其相互作用
沪科版2024
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。
核心素养
问题导入
如图20.2-1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
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。
问题导入
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？
引入新课
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。人们认为电现象和磁现象是互不相关的。
一、电流的磁效应
电现象和磁现象之间是否存在着某些联系呢？
科学家们基于这种想法，一次又一次地寻找电与磁的联系。
1820年丹麦物理学家奥斯特终于用实验证实通电导体的周围存在着磁场。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。
引入新课
奥斯特实验
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？
从奥斯特实验说起
【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。
从奥斯特实验说起
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”。
电流的磁效应
从奥斯特实验说起
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。
探究归纳：
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。
从奥斯特实验说起
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。
从奥斯特实验说起
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？ 这是因为它的磁场太弱了。如果把导线绕在圆筒上，做成螺线管（也叫线圈），各圈导线产生的磁场叠加在一起，磁场就会强得多。
人们在生产和生活中经常要使用通电螺线管，通电螺线管周围的磁场应该是怎样的？
1.通电螺线管
从奥斯特实验说起
2.实验：究通电螺线磁场的特点
（1）实验一
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和条形磁体相似。
从奥斯特实验说起
（2）实验二
将小磁针放到通电螺线管周围不同的位置，包括螺线管内部，在纸板上记下小磁针在各个位置时的N极指向。
实验现象：看到周围小磁针的N极指向不同，内部小磁针N极指向相同，如图所示。
现象分析：
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；内部磁感线的方向与外部磁感线的方向相反，如图所示。
2.实验：究通电螺线磁场的特点
从奥斯特实验说起
2.实验：究通电螺线磁场的特点
（3）实验三
在上面的实验中，改变螺线管中的电流方向，对照上次实验中的现象，观察小磁针的N极指向与原来是否相同。
实验现象：小磁针的N极指向与上次实验刚好相反。
现象分析：小磁针的N极指向改变，说明磁场方向改变了，即通电螺线管两端磁极的极性改变了。由此可知，通电螺线管的磁场方向与电流方向有关。
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。
从奥斯特实验说起
（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。
3. 探究通电螺线管两端的极性与环绕螺线管的电流方向间的关系
从奥斯特实验说起
（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。
3. 探究通电螺线管两端的极性与环绕螺线管的电流方向间的关系
从奥斯特实验说起
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。
3. 探究通电螺线管两端的极性与环绕螺线管的电流方向间的关系
（3）探究归纳：
通电螺线管两端的极性与环绕螺线管的电流方向有关。
从奥斯特实验说起
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
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a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。
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。
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。
安培定则
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.
安培定则
（4）温馨提示：
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。
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。
安培定则
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。
课堂总结
条形磁体 通电螺线管
不同点 磁场 磁极不变 N极和S极随电流方向改变
磁性 是永磁体且磁性不变 只有通电才有磁性，
且随电流强弱变化
相同点 磁场 磁场分布相同，有N极和S极 磁性 具有吸铁性、指向性、两极磁性最强 通电螺线管与条形磁体的磁场对比
课堂总结
下 课
Thanks!
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