16.2 电流的磁场优化设计学案

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电流的磁场优化设计学案
高密市初家学校 张洪庄
[新知预习]
一、奥斯特实验：
1、实验表明：通电导体周围存在着磁场
2、电流磁场的方向跟电流的方向有关。
二、通电螺线管：
1、通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场一样，即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方向有关，磁性的强弱与电流的大小有关。
三、右手螺旋定则（也叫安培定则）：
1、作用：可以判定通电螺线管的磁性与电流方向的关系。
2、内容：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。
[精巧点拨]
1、 有关螺线管的极性和小磁针方向的判断：要牢牢记住右手螺旋定则，即用右手握住螺线管，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，另一端就是螺线管的南极。因为螺线管相当于条形磁铁，所以在螺线管外部磁感线从螺线管的北极出发回到南极，因此螺线管周围的小磁针北极方向同磁感线的方向相同。也可以利用同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引来判断。
[例题1]（2008，沈阳）通电螺线管周围的磁感线分布及方向如左图所示，请标出它的N、S极及电源正负极，如果在螺线管上方放一小磁针，小磁针北极将指向何方。
[解析]此题考查磁感线性质和安培定则。根据磁感线的分布情况可知，螺线管的左端是S极，右端是N极，然后用右手螺旋定则来判断，用右手握住螺线管，大拇指指向螺线管的N极，让四指弯向螺线管中电流的方向，然后根据电流的流向来判断电源的正负极，再由磁感线分布来判断小磁针北极的指向，可知小磁针的左端为N极。
[点拔]用右手螺旋定则来判断时，一定是用右手，注意不能用反了。
[答案]如题右图
[随堂训练]
1．首先揭开电与磁关系的物理学家是丹麦的_______．
【答案】奥斯特
2．如图所示，把小磁针放在桌上，将导线平行架在小磁针的上方．当导线中通以电流时，小磁针会转到新的位置．这说明：通电导线周围存在着_______．
【答案】磁场
3．通电螺线管周围的磁场跟_______相似．判断通电螺线管磁极的方法是用_______握住螺线管，让四指弯曲，跟_______一致，那么大拇所指的那端就是通电螺线管的_______极．
【答案】条形磁铁的磁场 右手 线圈上的电流方向 N
4.标出图中通电螺线管的N、S极.
[解析]用右手螺旋定则判断，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，另一端为南极。
5．下列改变通电螺线管磁性强弱的方法中正确的是( )
A．通过改变通过螺线管电流的强弱 B．改变螺线管的绕缠方法
C．调换螺线管两端的极性 D．调节铁芯在通电螺线管中的深浅
[解析]通电螺线管磁性的强弱只跟是否有铁芯，；线圈的匝数，；电流的大小有关,与其它无关。
【答案】A
[优化作业]
我夯基，我达标
1、（08年长沙）世界上第一个证实电与磁之间联系的物理事实是（ ）
A、磁化现象 B、地磁场的发现工 C、奥斯特实验 D、电磁感应现象
【答案】C
2、通电螺旋管外部的磁场跟__________相似，通电螺旋管的两端相当于条形磁铁的______，它们的极性是由________确定的.
【答案】条形磁铁、两极、电流的方向
3．当磁带上的磁性物质碰到磁铁时，会被__________，致使磁带上的信息丢失。所以磁带、磁盘、磁卡等物品在保存时，必须_____________________________________。
[解析]磁化是一种普遍存在的现象。磁性物质碰到磁体时，在磁体的磁场作用下，重新排布。按照原来的排列方式所记录的信息就被破坏了。另外，磁性材料在高温条件下，有去磁的现象，所以磁带、磁盘、磁卡等物品也不适合在高温条件下保存，以防信息丢失。
【答案】磁化；离磁体远一些。
4、（2008四川成都）下列关于电磁铁和磁感线的说法中，正确的是（ ）
A、电磁铁的磁性有无和磁性强弱可以改变。
B、电磁铁能永久性地保持磁性。
C、磁感线是真实存在的
D、磁体外部的磁感线总是从S极出发，回到N极
[解析]电磁铁的磁性可以通过电流的通断来控制,磁性强弱可以通过电流大小,有无铁芯和线圈的匝数来改变,所以A正确,B不正确;磁场是真实存在的,而磁感线是为了形象描述磁场而假象的，它不是真实存在的，磁感线从N极出发，回到S极。
【答案】A
5．（2008南宁）小张同学在一个通电螺线管的周围添画上一些小磁针以表示该处的磁感线方向，其中小磁针涂黑的是N极，指出画错的小磁针为（ ）
A．a B．b C．c D．d
[解析]根据安培定则可知，通电螺线管的左侧是N极，右侧是S极。所以周围的磁感线的方向，是从N极出发，回到S极。小磁针北极的指向应与磁感线方向一致。由此判定各个小磁针的指向只有C画错了。
【答案】C
6、下图所示为四位同学判断通电螺线管极性时的做法，正确的是：（ ）
A B C D
【答案】A、D
7、（2008江苏）2007年，法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔因发现某材料的巨磁电阻效应（微弱的磁场变化可能导致电阻的大小的急剧变化）而共同获得诺贝尔物理学奖，根据这一发现，可以制成的产品是（ ）
A、能够“读”出微弱磁场变化并转化成清晰的电流变化的灵敏磁头。
B、微弱电流能产生强大磁场的电磁铁
C、家庭电路过载或短路时能自动熔断的熔丝。
D、储存、释放大量电能的大容量蓄电池。
[解析]根据题目中给出的信息:微弱的磁场变化可能导致电阻的大小的急剧变化,得出磁的变化引起电流的变化，得出答案A。
【答案】A
8、（2008广东）如图是研究“电磁铁磁性强弱”的实验电路图，开关的 可控制磁性的有无，要改变通过电磁铁中的电流的大小，可通过改变 实现，要判断电磁铁的磁性强弱，可通过观察电磁铁吸引大头针的 来确定。
【答案】通断、滑动变阻器、多少
9．按图中所给的条件，判断通电螺线管两端的极性，或螺线管中的电流方向，并在图上标出。
【答案】
10、某同学利用如图所示装置研究磁与电的关系，请仔细观察图中的装置、操作和现象，然后归纳得出初步结论。
比较(a)、(b)两图可知： ；
比较(b)、(c)两图可知： 。
【解析】本题考查的是奥斯特实验，并得出奥斯特实验的两个结论。
【答案】通电导体周围有磁场；该磁场方向与导体中电流方向有关
我综合，我发展
11.为探究电磁铁的磁性跟哪些因素有关，小丽同学作出以下猜想：
猜想A：电磁铁通电时有磁性，断电时没有磁性
猜想B：通过电磁铁的电流越大，它的磁性越强
猜想C：外形相同的螺线管，线圈的匝数越多，它的磁性越强
为了检验上述猜想是否正确，小丽所在实验小组通过交流与合作设计了以下实验方案用漆包线（表面涂有绝缘漆的导线）在大铁钉上绕制若干圈，制成简单的电磁铁．图所示的a、b、c、d为实验中观察到的四种情况。
根据小丽的猜想和实验，完成下面填空：
（1）通过观察电磁铁吸引大头针数目多少的不同，来判断它________________的不同；
（2）通过比较______________两种情况，可以验证猜想A是正确的；
（3）通过比较______________两种情况，可以验证猜想B是正确的；
（4）通过比较d中两电磁铁，发现猜想C不全面，应补充____________________的条件.
[解析]在研究电磁铁的试验中，注意要使用控制变量法。
[答案]（1）磁场强弱；（2）a、b；（3）b、c；（4）电流相等时。
12、图中的两个通电螺线管相互排斥,在图中补全与此事实相符的电路图.
[解析] 相互排斥指的是同名磁极相互排斥。所以只需确定其中一个螺线管的磁极，就可以知道另一个螺线管的磁极，再由安培定则判断电流方向，连接成电路即可。
[答案]如右图
[趣味乐园]
1、我国古代有关磁学的知识
　　我国古代关于磁学的知识相当丰富。古籍中记载了很多有关磁学的其他知识。远在二千多年俞，我国古代劳动人民就开始同磁打交道。我们祖先对磁的认识，最初是从冶铁业开始的。劳动人民在寻找铁矿的过程中，必然会遇到磁铁矿，就是磁石（主要成分是四氧化三铁）。我国古籍中关于磁石的最早记载，是在《管子·地教篇》中：“上有慈石者，下有铜金。”人们在同磁石不断接触中，逐渐了解到它的某些特性，并且利用这些特性来为人类服务。
2、磁针的跳动，使他激动得摔了一跤
　　奥斯特受康德哲学思想的影响，一直坚信电和磁之间一定有某种关系，电一定可以转化为磁。当务之急是怎样找到实现这种转化的条件
　　1820年4月，在一次讲演快结束的时候，奥斯特抱着试试看的心情又作了一次实验。他把一条非常细的铂导线放在一根用玻璃罩罩着的小磁针上方，接通电源的瞬间，发现磁针跳动了一下。这一跳，使有心的奥斯特喜出望外，竟激动得在讲台上摔了一跤。但是因为偏转角度很小，而且不很规则，这一跳并没有引起听众注意。以后，奥斯特花了三个月，作了许多次实验，发现磁针在电流周围都会偏转。在导线的上方和导线的下方，磁针偏转方向相反。1820年7月21日，奥斯特写成《论磁针的电流撞击实验》的论文，正式向学术界宣告发现了电流磁效应。
备课参考资料
人体也有磁场吗
1820年丹麦科学家奥斯特发现了电流周围存在着磁场，至今经历了180年，这一物理现象几乎成为人人皆知的常识．可是，你知道吗，你自己体内的生物电流也会产生磁场．
20世纪70年代以来，全世界大约有20多个研究单位在研究这种微弱的磁场，揭开人体磁场的秘密．人体的磁场研究要求与外界磁场完全隔离．一般情况下，空间充满了地磁场、电气设备产生的磁场、传输导线产生的磁场，甚至于一辆驶过的汽车也会激发磁场．在这充满各种磁场的空间里，要想找一块没有磁场的空间是不太容易的事情．为了清除外界
很弱磁场对人体磁场的干扰，世界上一些科学家想出了很好的办法，比如美国麻省理工学院国家磁学研究室的专家们，建造了一个多角形的大型磁屏蔽室，这个屏蔽室可以与外界的磁场完全隔绝开来．
科学家们的研究表明，人脑、心脏和其他器官的生物电流的周围确实存在着磁场．就连人体上头发根周围也存在磁场．它是头皮生物电的漏电电流产生的漏泄磁场，尽管人的磁场比较微弱，但是科学家仍然通过实验得到人体各部位的磁场的磁感线图．从而掌握人体磁场的分布规律．
人体磁场的研究在医学上有很大价值．例如人们用电子计算机描绘出人脑生物电流产生的磁场图，这种磁场图比现在应用的脑电图更精确、更细致，不受头骨遮挡的影响．用磁场图寻找病因的位置，要比用脑电图方便得多．
——摘自《三人行初中物理网》
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