课时分层作业(五)
[基础达标练]
(15分钟 50分)
一、选择题(本题共6小题，每小题7分)
1．某同学做奥斯特实验时，把小磁针放在水平的通电直导线的下方，当通电后发现小磁针不动，稍微用手拨动一下小磁针，小磁针转动180°后静止不动．由此可知，通电直导线产生的磁场方向是( )
A．自东向西 B．自南向北
C．自西向东 D．自北向南
D [通电前小磁针指南北，通电后小磁针不动，说明通电直导线产生的磁场还在南北方向，稍微用手拨动一下小磁针，小磁针转动180°后静止不动，说明通电直导线产生的磁场与地磁场方向相反，故D正确. ]
2．在做“奥斯特实验”时，下列操作中现象最明显的是( )
A．沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的延长线上
B．沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的正下方
C．导线沿南北方向放置在磁针的正上方
D．导线沿东西方向放置在磁针的正上方
C [导线南北放置时，其正下方的磁场恰好沿东西方向，磁针偏转比较明显．]
3．小刘同学用铁钉与漆包线绕成电磁铁，当接通电路后，放在其上方的小磁针N极立即转向左侧，如图1-5-13所示．则此时( )
图1-5-13
A．导线A端接电池正极
B．铁钉左端为电磁铁的N极
C．铁钉内磁场方向向右
D．漆包线内电流由A流向B
C [小磁针静止时N极指向为该处磁场方向，根据通电螺线管磁场分布知，铁钉右端为电磁铁N极，左端为S极，再根据安培定则知C项正确．]
4．(多选)如图1-5-14所示，金属棒MN放置在处于匀强磁场中的两条平行金属导轨上，与金属导轨组成闭合回路，当回路通有电流(电流方向如图中所示)时，关于金属棒受到安培力F的方向和大小，下列说法中正确的有( )
图1-5-14
A．F方向向右
B．F方向向左
C．增大电流强度，F增大
D．增大磁感应强度，F减小
AC [根据左手定则知F的方向向右．增大电流强度或增大磁感应强度，都能使F增大．]
5．(多选)如图1-5-15所示，通电直导线处在蹄形磁铁两极间，受到力F的作用发生偏转，以下说法正确的是( )
图1-5-15
A．这个力F是通过磁场产生的
B．这个力F没有反作用力
C．这个力F的反作用力作用在通电导线上
D．这个力F的反作用力作用在蹄形磁铁上
AD [磁体间、电流间、磁体与电流间的作用力都是通过磁场产生的，所以A是对的；力的作用是相互的，任何一个力都有施力物体和受力物体，导线在蹄形磁铁间受到的这个力也不例外，它的施力物体是蹄形磁铁，受力物体是通电导线，所以这个力的反作用力作用于蹄形磁铁上，B、C是错的，D是对的．]
6．在赤道上，地磁场可以看作是沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场，磁感应强度是5×10－5T.如果赤道上有一条沿东西方向的直导线，长40 m，载有20 A的电流，地磁场对这根导线的作用力大小是( )
A．4×10－8N B．2.5×10－5N
C．9×10－4N D．4×10－2N
D [磁场方向是南北方向，电流方向是东西方向，它们相互垂直，可以利用公式F＝BIL来计算此安培力的大小，其大小为F＝BIL＝5×10－5×20×40 N＝4×10－2N.]
二、非选择题(8分)
7．如图1-5-16所示，在水平向右的匀强磁场中，放入矩形线框abcd，线框可绕其中心轴线自由转动，若线框中通入图中所示电流．试判断此时线框的转动方向．(从上向下看)
图1-5-16
[解析] 据左手定则，让磁感线穿入手心，四指指向电流方向，则大拇指所指的方向即通电导线所受安培力方向．由此可判断此时：ab边受安培力方向垂直纸面向里，dc边受安培力方向垂直纸面向外，而ad边和bc边平行磁场方向，所以此时不受安培力作用，因此线框ab边向里转，cd边向外转，即从上向下看线框顺时针转动．
[答案] 从上向下看顺时针转动
[能力提升练]
(25分钟 50分)
一、选择题(本题共4小题，每小题7分)
1．1820年，奥斯特发现，把一根导线平行地放在磁针的上方(如图1-5-17 所示)，给导线通电时，磁针发生了偏转，就好像磁针受到磁铁的作用一样．这说明不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场，这个现象称为电流的磁效应．以下哪种情况比较正确地反映了奥斯特实验？实际做一下进行验证．( )
电流能使磁针偏转
图1-5-17
A．电流流向由南向北时，其下方的小磁针N极偏向东边
B．电流流向由东向西时，其下方的小磁针N极偏向北边
C．电流流向由南向北时，其下方的小磁针N极偏向西边
D．电流流向由西向东时，其下方的小磁针N极偏向北边
C [为使小磁针能产生明显的偏转，实验时应使电流流向沿南北方向，B、D选项错误．当电流流向由南向北时，由安培定则判断其下方的磁场方向由东向西，故小磁针N极指向西边，A选项错误，C选项正确．]
2．摩擦产生静电，会给人们生活带来许多麻烦，甚至对人的生命构成危害．一些高大的建筑物都装有避雷针就是为了防止雷电的危害．假设在赤道上某处有一竖直的避雷针，当带有正电的乌云经过避雷针的上方时，避雷针开始放电，则地磁场对避雷针的作用力方向为( )
A．正南 B．正东 C．正西 D．正北
B [当带有正电的乌云经过避雷针的上方时，在避雷针上端产生的感应电荷是负电荷，它会通过针尖逐渐放出，比较缓慢地中和云层所带的正电荷，即避雷针中电流向下．赤道上空的磁感线由南向北，据左手定则可判断地磁场对避雷针的作用力方向指向正东．]
3．为了判断一个未知正负极的蓄电池极性，某同学将该蓄电池通过电阻跟螺线管连接起来，发现小磁针的N极立即向螺线管偏转，如图1-5-18所示．用M、N和P、Q分别表示蓄电池和螺线管两极，下列判断正确的是( )
图1-5-18
A．电源M端为正极
B．电源N端为正极
C．螺线管P端为S极
D．螺线管内部磁感应强度方向由P指向Q
B [小磁针的N极向螺线管偏转说明小磁针所在位置磁场方向向左，即螺线管P端为N极，Q端为S极，选项C错误；在螺线管的内部磁场方向由S极指向N极，所以螺线管内部磁感应强度方向由Q指向P，选项D错误；根据安培定则可知，在电源外部电流从N流向M，电源N端为正极，选项A错误，B正确．]
4．如图1-5-19所示，两个同样的导线环同轴平行悬挂，相隔一小段距离，当同时给两导线环通以同向电流时，两导线环将( )
图1-5-19
A．相吸引 B．相排斥
C．保持静止 D．边吸引边转动
A [把环形电流等效成小磁针，由安培定则知左侧小磁针S极对着右侧小磁针N极，相互吸引，A正确．]
二、非选择题(本题共2小题，共22分)
5．(10分)某班的一物理实验小组为探究电与磁的关系进行了一次实验探究，他们选用的器材有干电池组、导线、小灯泡、电流表、开关等，他们将上述器材串联，并利用支架把电路中的一根导线竖直放置，在竖直导线四周的水平平台上放置了许多很小的小磁针．然后闭合开关，观察到小灯泡发光，小磁针发生了偏转．
请回答下列问题：
(1)在电路中连接小灯泡的主要目的是________________________________
(选填“知道电路是否接通”或“避免电路发生短路”)．
(2)通电竖直导线周围的小磁针环绕导线形成一个______________________
________________.
(3)改变导线的电流方向，则小磁针的偏转方向____________________．
小磁针环绕导线形成的图形仍是一个________．
(4)通电竖直导线的小磁针发生偏转，表明电流能够产生________．
(5)如果竖直导线中的电流方向由下向上时，它周围的小磁针北极的环绕方向是逆时针方向．那么，竖直导线中的电流方向由上向下时，导线周围的小磁针北极的环绕方向是________．
(6)该实验探究设计实际上是丹麦科学家________发现电流磁效应的实验过程．
[解析] (1)因导线、电流表电阻太小，应在电路中串联一个限流电阻，避免电路发生短路．本电路中小灯泡就是替代限流电阻的．
(2)通电导线周围的磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆，所以小磁针环绕导线形成一个圆圈．
(3)改变导线中的电流方向，则小磁针周围的圆形磁感线的方向随之改变，因此小磁针偏转方向改变，但仍然是一个圆圈．
(4)通电导线附近的小磁针发生偏转，说明电流能够产生磁场．
(5)通电直导线周围的磁场的磁感线的方向与电流方向有关，电流方向改变时其磁感线方向也改变．电流方向由上向下时，导线周围的小磁针北极的环绕方向变为顺时针方向．
(6)该实验探究设计实际上是奥斯特发现电流磁效应的实验过程．
[答案] (1)避免电路发生短路 (2)圆圈
(3)发生改变 圆圈 (4)磁场 (5)顺时针方向
(6)奥斯特
6．(12分)如图1-5-20所示，质量为m的导体棒ab静止在水平导轨上，导轨宽度为L.已知电源的电动势为E，内阻为r，导体棒的电阻为R，其余电阻不计．磁场方向垂直导体棒斜向上，与水平面间的夹角为θ，磁感应强度为B.求轨道对导体棒的支持力和摩擦力的大小.
图1-5-20
[解析] 棒的受力分析图如图所示．
由闭合电路欧姆定律有：I＝
由安培力公式有：F＝BIL
由共点力平衡条件有：
Fsin θ＝f
FN＋Fcos θ＝mg
联立以上各式可解得：f＝
FN＝mg－.
[答案] mg－
第五节 奥斯特实验的启示
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.了解奥斯特发现电流磁效应的历程．
2．会判断安培力的方向．(重点、难点)
3．知道影响安培力大小的因素．(难点)
[自 主 预 习·探 新 知]
[知识梳理]
一、奥斯特的发现
1820年丹麦科学家奥斯特通过实验发现了电流的磁效应，说明电流能够产生磁场．它使人们第一次认识到电和磁之间确实存在某种联系．
二、安培力的大小
1．安培力的定义：磁场对通电导体的作用力称为安培力．
2．实验表明，如图1-5-1所示，通电导体所受的安培力的大小与磁感应强度、电流大小以及磁场中垂直于磁场方向的导体长度有关．磁场越强，导体中电流强度越大，通电导体在磁场中垂直于磁场方向的长度越长，通电导体所受的安培力就越大．
图1-5-1
三、安培力的方向
安培力的方向：用左手定则来判断，伸开左手，使拇指与四指在同一平面内并跟四指垂直，让磁感线垂直穿入手心，使四指指向电流的方向，这时拇指所指的就是通电导体所受安培力的方向．
[基础自测]
1．思考判断
(1)奥斯特的发现“打开了黑暗领域的大门”．(√)
(2)电流的磁效应揭示了电和磁的联系．(√)
(3)安培力的大小只跟磁感应强度、电流大小和导体长度有关．(×)
(4)当电流与磁场平行时，电流不受安培力．(√)
(5)当通电直导线垂直于磁感应强度的方向时，安培力的方向和磁感应强度方向相同．(×)
(6)已知磁场方向和电流方向，判定安培力的方向用左手；若已知磁场方向和安培力的方向，判定电流的方向用右手．(×)
(7)只要电流的方向不与磁场平行，电流就会受到安培力．(√)
[提示] (3)安培力的大小与磁场中垂直于磁场方向的导体长度有关．
(5)安培力方向垂直于磁场方向．
(6)已知磁场方向和安培力方向，判定电流方向用左手．
2．关于磁场和磁感线，下列说法正确的是( )
A．磁铁是磁场的唯一来源
B．磁感线是从磁体的北极出发到南极终止
C．自由转动的小磁针放在通电螺线管内部，其N极指向通电螺线管磁场的北极
D．两磁感线空隙处不存在磁场
C [由电流的磁效应可知电流也能产生磁场，A错误；由磁感线的特性可知B、D错误；由通电螺线管磁场的分布可知C正确．]
3．下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是( )
A．通电导线受安培力大的地方磁感应强度一定大
B．磁感线的指向就是磁感应强度减小的方向
C．放在匀强磁场中各处的通电导线，受力大小和方向处处相同
D．磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关
D [磁场中某点的磁感应强度方向和大小由磁场本身决定，磁感应强度的大小可由磁感线的疏密来反映，安培力的大小不仅与B、I、l有关，还与导体的放法有关．]
4．如图1-5-2所示，其中A、B图已知电流和其所受磁场力的方向，试判断图中的磁场方向．C、D图已知磁场和它对电流作用力的方向，试判断图中的电流方向．(我们用“×”表示方向垂直纸面向里，用“·”表示方向垂直纸面向外)
图1-5-2
[解析] 根据左手定则，导线在磁场中受力的方向既要与磁感线垂直，还要与导线中的电流方向垂直，即垂直于磁感线与电流所决定的平面．
[答案] A图磁场方向垂直纸面向外；B图磁场方向在纸面内垂直F斜向下；C、D图电流方向均垂直于纸面向里．
[合 作 探 究·攻 重 难]
安培定则的应用
1．直线电流的磁场
安培定则：用右手握住通电直导线，使伸直拇指的方向与电流的方向一致，则四指弯曲的方向就是电流周围磁感线的环绕方向，如图1-5-3所示．
图1-5-3
2．环形电流的磁场
安培定则：让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形载流导线中心轴线上磁感线的方向，如图1-5-4所示．
图1-5-4
3．通电螺线管的磁场
安培定则：用右手握住螺线管，让弯曲的四指的方向跟电流的方向一致，则拇指所指的方向就是螺线管内部的磁感线的方向．也就是说，拇指指向通电螺线管的北极．如图1-5-5所示．
图1-5-5
(多选)如图1-5-6所示，一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的上方，此时小磁针的S极向纸内偏转，这一束带电粒子可能是( )
图1-5-6
A．向右飞行的正离子束
B．向左飞行的正离子束
C．向右飞行的电子束
D．向左飞行的电子束
思路点拨：①粒子可能带正电，也可能带负电．
②小磁针的S极向纸内偏转，说明该处磁场方向向外．
BC [小磁针的S极向纸内偏转，说明此处磁场向外，根据安培定则可知电流方向从b向a，选项B、C正确．]
运动的带电粒子的电性、粒子运动方向、磁场方向可以相互判断，只要知道其中任两个量，利用安培定则，可以判断第三个量.
[针对训练]
1．如图1-5-7所示，一枚小磁针放在半圆形导线环的环心O处，当导线中通以如图所示方向的电流时，小磁针将如何偏转( )
图1-5-7
A．沿顺时针方向转动
B．沿逆时针方向转动
C．N极转向纸内，S极转向纸外
D．N极转向纸外，S极转向纸内
C [由安培定则知，环形电流内部磁场方向垂直纸面向里，故N极转向纸里，C选项正确．]
安培力的大小
1．安培力的决定因素有两个：一个是放入磁场中的一段导体的IL的乘积，另一个是磁场本身，即磁场的磁感应强度B.
2．通过实验归纳得出，电流方向跟磁场垂直时，电流受到的安培力最大，为F＝BIL，平行放置时安培力为0.
3．一般情况下，电流受到的安培力介于零和最大值之间．所以F＝BIL只适用于电流与磁场方向垂直的情况．
把长0.10 m的直导线全部放入匀强磁场中，保持导线和磁场方向垂直．已知磁场的磁感应强度的大小为5.0×10－3T，当导线中通过的电流为3.0 A时，该直导线受到的安培力的大小是( )
A．3.0×10－3N B．2.5×10－3N
C．2.0×10－3N D．1.5×10－3N
思路点拨：导体与磁场垂直，直接利用公式F＝BIL计算．
D [导线受到的安培力的大小F＝BIL＝5.0×10－3×3.0×0.10 N＝1.5×10－3N.]
?1?I⊥B，此时安培力最大，F＝BIL.
?2?I∥B，此时安培力最小，F＝0.
[针对训练]
2．(多选)质量为M的金属闭合矩形线框abcd，用细软的绝缘丝线悬挂起来，矩形线框abcd的下半部分处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，线框中通有方向为abcda的电流，如图1-5-8所示．此时悬线上有拉力．为了使拉力等于零，可 ( )
图1-5-8
A．适当增大磁感应强度
B．使磁场反向
C．适当增大电流强度
D．使电流反向
AC [由左手定则知，导线bc受向上的安培力F，对线框受力分析知，悬线拉力T＝Mg－F，要使拉力T等于零，应增大导线bc受到的安培力F.因安培力的大小随磁感应强度的大小、电流的大小与导体长度的增大而增大，故A、C正确，若使磁场反向或使电流反向，则bc受的磁场力向下，拉力不可能为零，故B、D均错．]
安培力的方向
安培力的方向既跟磁感应强度的方向垂直，又跟电流方向垂直．三个方向之间的关系可以用左手定则来判定．
1．由左手定则可判定F⊥I，F⊥B，但B与I不一定垂直，即安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面．在判断时，首先确定磁场与电流所决定的平面，从而判断出安培力的方向．
2．若已知B、I方向，安培力的方向唯一确定；但若已知B(或I)与安培力的方向，I(或B)的方向不唯一．
3．注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系．安培力的方向总是与磁场的方向垂直，而电场力的方向与电场的方向平行．
如图1-5-9所示，两根等长的绝缘细线悬挂一水平金属细杆MN，处在与其垂直的水平匀强磁场中．金属细杆的长度为1 m，质量为8.9×10－3kg.当金属细杆中通以0.89 A的电流时，两绝缘细线上的拉力均恰好为零．忽略与金属细杆连接细导线的影响．求：
图1-5-9
(1)金属细杆所受安培力的方向；
(2)金属细杆中电流的方向；
(3)匀强磁场的磁感应强度大小．
[解析] (1)安培力方向竖直向上．
(2)电流方向从N流向M或向左．
(3)依据F＝BIL ①
F＝mg ②
得到B＝＝0.1 T.
[答案] (1)竖直向上 (2)从N到M (3)0.1 T
?1?安培力的方向既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，即安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面.?2?安培力的方向、磁场方向、电流方向这三个量，已知其中任意两个，能求第三个.
[针对训练]
3.如图1-5-10所示，一通电直导线与匀强磁场方向垂直，导线所受安培力的方向是( )
图1-5-10
A．向上
B．向下
C．垂直纸面向里
D．垂直纸面向外
C [由左手定则知，选项C正确．]
[当 堂 达 标·固 双 基]
1．如图1-5-11所示，关于奥斯特实验的意义，下列说法中正确的是( )
图1-5-11
A．发现电流的热效应，从而揭示电流做功的本质
B．指出磁场对电流的作用力，为后人进而发明电动机奠定基础
C．发现电磁感应现象，为后人进而发明发电机奠定基础
D．发现通电导体周围存在磁场，从而把磁现象和电现象联系起来
D [奥斯特实验发现通电导体周围存在磁场，从而把磁现象和电现象联系起来．]
2．关于通电直导线所受安培力F，磁感应强度B和电流I三者方向之间的关系．下列说法正确的是 ( )
A．F、B、I三者必定均保持垂直
B．F必定垂直于B、I，但B不一定垂直于I
C．B必定垂直于F、I，但F不一定垂直于I
D．I必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B
B [由安培力的特点知B正确．]
3．如图1-5-12所示，把一水平导体棒置于竖直向下的匀强磁场中，棒中分别通有电流I和2I，则棒所受安培力( )
图1-5-12
A．通有电流I时小
B．通有电流2I时小
C．一样大
D．不能确定
A [当棒中通有电流I时，棒所受的安培力F＝BIL；当棒中通有电流2I时，棒所受的安培力F′＝2BIL，选项A正确．]
课件39张PPT。第一章 电与磁第五节 奥斯特实验的启示奥斯特磁效应电磁磁场通电导体磁感应强度电流大小导体长度大左手定则左手电流安培力√√×√××√安培定则的应用 安培力的大小 安培力的方向 谢谢观看
