16.2 奥斯特的发现
一、选择题
1． 如图16－2－5所示，下列说法中错误的是( )
图16－2－5
A．这是模拟奥斯特实验的一个场景
B．图示实验说明了通电导线周围存在磁场
C．将电池正、负极对调后，重新闭合电路，小磁针的偏转方向改变
D．将图中导线断开，小磁针的N极将指向地磁的北极
2． 小明在一块有机玻璃板上安装了一个用导线绕成的螺线管，在板面上均匀撒满铁屑，通电后轻敲玻璃板，铁屑的排列如图16－2－6所示，下列说法正确的是( )
图16－2－6
A．图中P、Q两点相比，P点处的磁场较强
B．若只改变螺线管中的电流方向，P、Q两点处的磁场会减弱
C．若只改变螺线管中的电流方向，P、Q两点处的磁场方向会改变
D．若只增大螺线管中的电流，P、Q两点处的磁场方向会改变
3．(多选)一根长直铜导线在靠近一个原来静止的小磁针的过程中，下列说法正确的是( )
A．若小磁针不动，则不可能有电流通过导线
B．若小磁针发生转动，则一定有电流通过导线
C．若小磁针发生转动，则不一定有电流通过导线
D．若小磁针不动，则可能也会有电流通过导线
4. [2016·福建] 如图16－2－7所示的四幅图中，通电螺线管的N、S极标注正确的是( )
图16－2－7
5．如图16－2－8所示，根据小磁针的指向，对通电螺线管的南、北极和电源的正、负极判断正确的是( )
图16－2－8
A．a端是北极，c端是负极
B．a端是北极，c端是正极
C．a端是南极，c端是负极
D．a端是南极，c端是正极
6．通电螺线管和条形磁铁按如图16－2－9所示放置，虚线表示磁感线，则磁极A、B、C、D的极性依次是( )
图16－2－9
A．S、S、N、N B．S、N、S、S
C．N、S、N、N D．S、N、S、S
7．弹簧测力计下挂一条形磁铁置于螺线管的正上方，如图16－2－10所示。闭合开关K，弹簧测力计示数将( )
图16－2－10
A．变小
B．先变小后变大
C．变大
D．不变
8．图16－2－11中的两个线圈，套在光滑的玻璃管上，导线柔软，可以自由滑动，开关S闭合后，则( )
图16－2－11
A．两线圈左右分开
B．两线圈向中间靠拢
C．两线圈静止不动
D．两线圈先左右分开，然后向中间靠拢
二、填空题
9．如图16－2－12所示是奥斯特实验电路，实验结论：通电导线周围存在________。如果移走小磁针，该结论________(选填“仍成立”或“不成立”)，此实验中小磁针的作用是________________________________________________________________________。
图16－2－12
10．[2017·无锡] 如图16－2－13所示实验，用________判断通电螺线管周围各点的磁场方向，为了探究通电螺线管磁极的极性与电流方向是否有关，应该采取的操作是________________________________________________________________________。
图16－2－13
11．小郭同学自制了一个用开关来控制通电螺线管南、北极的巧妙装置，如图16－2－14所示，当开关S接________(选填“a”或“b”)点时，通电螺线管的A端是N极。
图16－2－14
12．如图16－2－15所示，根据通电螺线管的磁感线方向，可判断通电螺线管左端为__________极，电源的a端为__________极，小磁针静止时的b端为__________极。
图16－2－15
三、作图题
13．请在图16－2－16中标出电流的方向和通电螺线管的N极。
图16－2－16
14．请根据图16－2－17中通电螺线管的N极，标出小磁针的N极，并在括号内标出电源的“＋”“－”极。
图16－2－17
15．请在图16－2－18中标出：
(1)通电螺线管A端和永磁体B端的磁极。
(2)磁感线的方向。
图16－2－18
.2018·自贡如图16－2－19所示，小磁针放在两通电螺线管之间，静止时小磁针的N、S极处于如图所示的状态，请完成螺线管的绕线，并标出电源的正、负极。
图16－2－19
四、实验探究题
17．[2017·泰州] (1)如图16－2－20甲所示是奥斯特实验装置，接通电路后，观察到小磁针偏转，此现象说明了____________________；断开开关，小磁针在________的作用下又恢复到原来的位置，改变直导线中电流方向，小磁针的偏转方向发生了改变，说明了______________。
图16－2－20
(2)探究通电螺线管外部磁场分布的实验中，在嵌入螺线管的玻璃板上均匀撒些细铁屑，通电后________(填写操作方法)玻璃板，细铁屑的排列如图乙所示，由此可以判断，通电螺线管外部的磁场分布与________周围的磁场分布是相似的，将小磁针放在通电螺线管外部，小磁针静止时________(选填“N”或“S”)极的指向就是该点处磁场的方向。
18．通电螺线管的外部磁场与条形磁铁周围的磁场相似，其磁极可以用右手螺旋定则判定。
图16－2－21
(1)图16－2－21甲中螺线管的A端是________极。
(2)螺线管实际上是由多个单匝圆形线圈组成的，通电螺线管的磁场可以看成由每一个单匝圆形通电线圈的磁场组合而成，因此应用右手螺旋定则也可以判断单匝圆形通电线圈的磁极。现一单匝圆形通电线圈中的电流方向如图乙所示，则其B端是________极。
(3)地球周围存在的磁场，有学者认为，地磁场是由于地球带电自转形成圆形电流引起的，地球自转的方向自西向东，则形成圆形电流方向与地球自转方向__________(选填“相同”或“相反”)，物理学规定正电荷定向移动的方向为电流方向，那么地球带________(选填“正”或“负”)电。
1．D 2.C 3.BD 4.A
5．A [解析] 题图中小磁针N极向右，由磁极间的相互作用规律可知，此时螺线管的a端是N极，b端是S极，由右手螺旋定则可知电源d端为正极，c端为负极，故选A。
6．C
7．A [解析] 根据右手螺旋定则可知，通电螺线管的上端是N极。因为同名磁极相互排斥，所以当闭合开关K时，弹簧测力计的示数将变小。
8．A
9．磁场 仍成立 显示通电导线周围存在磁场
[解析] 当将通电导线放在小磁针上方时，小磁针会发生偏转，说明了通电导线周围存在磁场，该磁场与小磁针的有无无关，故移走小磁针后，该结论仍成立；此实验中小磁针的作用是显示通电导线周围存在磁场，其实质是转换法的运用。
10．小磁针 改变电源的正、负极
11．a
[解析] 由题可知，通电螺线管的A端是N极，则B端是S极，根据右手螺旋定则，用右手握住通电螺线管，大拇指指向A端，则四指指向与线圈中的电流方向一致，则电流应从通电螺线管的A端流入，从B端流出，由此可知，A端应接电源的正极，B端接电源的负极，所以开关S应接a点。
12．S 正 N
13．如图所示
[解析] 电流从螺线管的左端流入，右端流出，结合线圈的绕向，利用右手螺旋定则可以确定通电螺线管的右端为N极，左端为S极。
14．如图所示
15．如图所示
16．如图所示
[解析] 小磁针的N极靠近螺线管A的右端，根据磁极间的作用规律可知，螺线管A的右端为S极，左端为N极。同理可以确定螺线管B的左端为N极，右端为S极。根据螺线管A的左端为N极，右端为S极，结合其线圈绕向，利用安培定则可以确定螺线管中的电流方向是从螺线管的右端流入，左端流出，即电源的右端为“＋”极，左端为“－”极。根据电流方向是从螺线管B的右端流入，左端流出，结合螺线管B的左端为N极，右端为S极，利用安培定则可以确定螺线管B的线圈绕向。
17．(1)通电导体周围存在磁场 地磁场 磁场的方向与电流的方向有关
(2)敲击 条形磁铁 N
18．(1)N (2)N (3)相反 负
[解析] (1)根据右手螺旋定则，用右手握住螺线管，四指弯向电流的方向，拇指指向螺线管的A端，所以A端为N极。
(2)根据右手螺旋定则，用右手握住单匝线圈，四指弯向电流的方向，拇指指向单匝线圈的B端，所以B端为N极。
(3)由于地磁北极在地理南极附近，根据右手螺旋定则，拇指指向N极，四指的方向为电流的方向，所以电流自东向西，与地球自转的方向相反；物理学规定正电荷定向移动的方向为电流方向，所以地球带负电。
16．2 奥斯特的发现
知识点 1 电流的磁场
1．如图16－2－1所示，将一根直导线放在静止小磁针的正上方，并与小磁针平行。接通电路后，观察到小磁针偏转。
(1)实验探究的是通电直导线周围是否存在 ________。
(2)改变直导线中的电流方向，小磁针的偏转方向也发生改变，表明__________________________。
(3)实验中小磁针的作用是______________________________________。这里运用了一种重要的科学研究方法——____________。
图16－2－1
2．2017·舟山 如图16－2－2所示是奥斯特实验的示意图，下列有关分析正确的是( )
图16－2－2
A．通电导线周围磁场方向由小磁针的指向决定
B．发生偏转的小磁针对通电导线有力的作用
C．移去小磁针后的通电导线周围不存在磁场
D．通电导线周围的磁场方向与电流方向无关
知识点 2 通电螺线管的磁场
3．如图16－2－3所示实验表明：通电螺线管外部的磁场和______________的磁场相似，其外部磁感线从________极出来，回到________极；螺线管内部的磁感线方向从________极指向________极；只改变电流方向，通电螺线管的极性将________(选填“改变”或“不变”)。
图16－2－3
4．通电螺线管的极性跟管中电流方向间的关系，可以用______________来判定。
5．如图16－2－4所示的通电螺线管，其N、S极表示正确的是 ( )
图16－2－4
6．如图16－2－5所示，在探究通电螺线管外部磁场分布实验中，小磁针指向正确的是( )
图16－2－5
7．如图16－2－6所示，闭合开关，根据通电螺线管周围的磁感线分布，可以确定磁极甲、乙、丙、丁的极性依次是( )
图16－2－6
A. N、N、S、N B. S、N、S、S
C. S、S、N、N D. N、S、N、N
8．请利用图16－2－7中给出的信息，帮助小迪同学在图中标出小磁针的N极，电源的正、负极，并用箭头标出磁感线的方向。
图16－2－7
9．在图16－2－8中标出磁感线的方向和小磁针的N极。
图16－2－8
10．如图16－2－9所示，把螺线管沿东西方向水平悬挂起来，然后给导线通电，会发生的现象是( )
A．通电螺线管仍保持静止不动
B．通电螺线管能在任意位置静止
C．通电螺线管转动，直至B端指向南，A端指向北
D．通电螺线管转动，直至A端指向南，B端指向北
图16－2－9
11．如图16－2－10所示，条形磁体置于水平面上，当通电螺线管向左靠近条形磁体时，条形磁体仍保持静止，在此过程中条形磁体受到的摩擦力的方向和大小( )
图16－2－10
A．方向向左，逐渐增大
B．方向向左，逐渐减小
C．方向向右，逐渐增大
D．方向向右，逐渐减小
12．如图16－2－11所示，关于小磁针的转动方向，以下说法中正确的是( )
A．小磁针 N垂直于纸面向外转
B．小磁针 N垂直于纸面向里转
C．小磁针静止不动
D．无法确定
图16－2－11
13．通电直导线周围的磁感线分布如图16－2－12所示，磁感线是以直导线为中心的一系列的________，从图中可以看出，磁感线是________(选填“闭合”或“不闭合”)的曲线；图中小磁针涂黑的磁极是________极。
图16－2－12
14．如图16－2－13所示，当电源开关接通后，会发现小磁针的N极向________(选填“左”或“右”)偏转，这说明通电螺线管周围存在________；同时发现可移动的A、B两螺线管相互________(选填“靠近”或“远离”)。
图16－2－13
15．在如图16－2－14所示的实验装置中，玻璃球内的导线是分开的，小磁针处于静止状态。当用酒精灯把玻璃球加热到红炽状态时，发现小磁针的________极将向螺线管偏转；小磁针和螺线管间的相互作用是通过__________发生的。玻璃球内能的改变是通过________的方法实现的。
图16－2－14
16．闭合开关S后，通电螺线管A和永磁体B间的磁场分布如图16－2－15所示，请画出通电螺线管的绕线方法并标出永磁体B的N、S极。
图16－2－15
17．2018·德州 小磁针静止时的指向如图16－2－16所示，由此可以判定螺线管A端是________(选填“N”或“S”)极，接线柱a连接的是电源________(选填“正”或“负”)极。
图16－2－16
18．2018·盐城 在探究“通电螺线管外部磁场的方向”实验中，闭合开关，小磁针发生偏转，说明通电螺线管周围有________，通过小磁针静止时________极的指向确定该点磁场的方向，调换电源正、负极，小磁针偏转方向改变，说明磁场方向与____________有关。
图16－2－17
1．(1)磁场
(2)电流的磁场方向与电流方向有关
(3)验证磁场的存在并显示磁场的方向 转换法
2．B
3．条形磁体 N S S N 改变
4．右手螺旋定则
5．D 6.D
7．D [解析] 根据右手螺旋定则可以判定丙为N极，乙为S极。根据磁感线分布情况可以判定甲、乙为异名磁极，丙、丁为同名磁极，故甲为N极，丁为N极。
8．如图所示
9．如图所示
10．C [解析] 根据题图所示的螺线管线圈的绕向和螺线管中电流的方向，利用安培定则可以确定螺线管的A端为N极，B端为S极。在地磁场的作用下，螺线管将会发生转动，直至螺线管的S极(B端)指向南，螺线管的N极(A端)指向北。
11．A [解析] 由右手螺旋定则可知，通电螺线管的右端为N极，左端为S极，与条形磁体相互吸引，则条形磁体受磁场力方向向右，因磁体处于静止状态，故摩擦力与磁场力大小相等，方向相反，故条形磁体受向左的摩擦力；当通电螺线管向左靠近条形磁体时，条形磁体受到的磁场力变大，因仍处于平衡状态，故摩擦力变大。
12．B [解析] 图中的通电导线相当于垂直于纸面放的通电螺线管。用右手螺旋定则可判定纸面向里为N极，纸面向外为S极，螺线管内部磁感线方向由S极指向N极，即小磁针所在位置磁场方向为垂直于纸面向里，则小磁针N极在磁场力的作用下转到垂直于纸面向里的位置，使N极指向和该点磁场方向一致。
13．同心圆 闭合 S
[解析] 通电直导线周围的磁感线是以直导线为中心的一系列的同心圆，磁感线是闭合的曲线；图中小磁针涂黑的磁极与磁感线的方向相反，故为小磁针的S极。
14．左 磁场 靠近
[解析] 根据右手螺旋定则可知，B螺线管的右端为N极，左端为S极；A螺线管的右端为N极，左端为S极，所以两个螺线管靠近的一端为异名磁极，相互吸引，故可移动的A、B两螺线管相互靠近。由于通电螺线管相当于条形磁体，周围存在着磁场，A螺线管的左端为S极，根据磁极间的相互作用，小磁针的N极会向左偏转。
15．N 磁场 热传递
[解析] 小磁针的指向发生偏转，说明通电螺线管产生了磁性，由此可知电路中有了电流。玻璃在常温下是绝缘体，现在电路中有了电流，说明此时的玻璃变成了导体。利用右手螺旋定则，可以确定螺线管的右端为S极，根据磁极间的相互作用规律可知，小磁针的N极向左偏转靠近螺线管的右端。由磁场知识可知，磁体间的作用是通过磁场发生的。玻璃球是从酒精灯上吸收了热量导致其内能增加，温度升高的，是通过热传递的方式实现的。
16．如图所示
[解析] 在磁体的外部，磁感线总是从磁体的N极发出最后回到S极，所以永磁体B的左端为S极，螺线管A的右端是N极；根据右手螺旋定则，伸出右手使右手大拇指指向通电螺线管的N极，四指弯曲所指的方向为电流的方向，即电流从通电螺线管A的左端流入，绕线方法如图所示。
17．S 正 [解析] 根据磁极间相互作用的规律可知，A端为S极；由右手螺旋定则判断，电流从接线柱a流入，从b流出，故a连接的是电源的正极。
18．磁场 N 电流方向 [解析] 闭合开关，小磁针发生偏转，说明通电螺线管周围有磁场；通过小磁针静止时N极的指向，可确定该点的磁场方向；调换电源正、负极，即改变电流方向，小磁针偏转方向也改变，说明磁场方向与电流方向有关。
