二、电流的磁场
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.知道奥斯特、安培等科学家的实验研究对人们认识电磁现象的重要意义．
2．理解磁感线方向与电流方向关系的安培定则．(重点)
3．学会用磁感线描绘直线电流、环形电流和通电螺线管周围的磁场．(重点、难点)
4．掌握用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管周围的磁场．(难点、重点)
一、电流的磁效应
1．磁极间作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引．
2．电流的磁效应：1820年，奥斯特发现：把一根导线平行地放在磁针的上方，给导线通电时，磁针发生了偏转，说明电流也能产生磁场，这个现象称为电流的磁效应．
3．意义：用实验展示了电与磁的联系．
二、电流磁场的方向
1．直线电流磁场的磁感线
(1)分布：以导线为圆心的一些同心圆．
(2)安培定则：右手握住导线，让伸直的拇指的方向与电流的方向一致，那么，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向．
2．环形导线、螺线管的磁感线
(1)分布：外部从N极到S极，内部从S极到N极，每一条磁感线都是闭合的曲线．
(2)安培定则：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向．
3．通电螺线管的磁场
如图所示，通电螺线管外部的磁场与条形磁铁十分相似，左端相当于条形磁铁的N极．
通电螺线管的磁场
1．思考判断
(1)奥斯特发现了电流的磁效应． (√)
(2)电流的磁效应揭示了电与磁的联系． (√)
(3)奥斯特做电流的磁效应实验时，通电直导线应东西放置效果最好． (×)
(4)直线电流磁场的磁感线是以导线为圆心的一些同心圆． (√)
(5)通电螺线管内部的磁场方向是从N极到S极． (×)
(6)磁感线是闭合的曲线，没有起点和终点． (√)
2．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而到南极终止
C．静止的电荷只能产生电场，运动的电荷才能产生磁场
D．两条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，选项A错；由磁感线的特性可知选项B、D错；由磁场的产生原因可知选项C正确．]
3．如图所示，一个正电子沿着逆时针方向做匀速圆周运动，则此正电子的运动( )
A．不产生磁场
B．产生磁场，圆心处的磁场方向垂直纸面向里
C．产生磁场，圆心处的磁场方向垂直纸面向外
D．只在圆周内侧产生磁场
C [正电子沿逆时针方向做匀速圆周运动时，相当于沿逆时针的环形电流，由安培定则可知在圆心处产生的磁场方向垂直纸面向外，C选项正确．]
4．如图所示，小磁针放置在螺线管轴线的左侧．当螺线管通以恒定电流时，不计其他磁场的影响，小磁针静止时N极的指向是( )
A．向左 B．向右 C．向上 D．向下
A [由安培定则可知，闭合开关后，螺线管的左端相当于条形磁铁的N极，根据磁极间的作用规律可知，小磁针静止时N极的指向是向左，选项A正确．]
电流的磁效应
1.电流磁效应的发现
1820年，丹麦物理学家奥斯特发现，导线通电后，其下方与导线平行的小磁针会发生偏转，如图为奥斯特发现电流磁效应的实验装置．
2．电流的磁效应的物理意义
展示了电和磁的联系，说明了电与磁之间存在相互作用．对电与磁研究的深入发展具有划时代的意义．可以说，奥斯特的发现“打开了黑暗领域的大门”．
【例1】 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．电流沿南北方向放置在磁针的正上方
D．电流沿东西方向放置在磁针的正上方
C [在做“奥斯特实验”时，为减弱地球磁场的影响，导线应南北放置在小磁针的正上方或正下方，这样电流产生的磁场为东西方向，会使小磁针有明显的偏转．若导线东西放置，电流所产生的磁场为南北方向，小磁针有可能不发生偏转，故A、B、D错，C正确．]
[注意事项]
奥斯特实验要想做的效果明显，应把通电直导线沿南北方向放在小磁针的上方，当通电时小磁针会发生约90°的偏转，易观察．
1．某同学在做奥斯特实验时，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 [小磁针开始不动，说明通电导线产生磁场方向与小磁针指向在一条直线上，稍微拨动，转180°，则说明方向相反，故选D.]
常见的几种电流磁场方向
1.直线电流的磁场
如图所示：
(1)纵截面图中的“×”号表示磁场方向垂直纸面向里，“·”号表示磁场方向垂直纸面向外．
(2)直线电流的磁场无磁极，距导线越远，磁场越弱．
2．通电螺线管的磁场
如图所示：
3．环形电流的磁场
两侧是N极和S极，离圆环中心越远，磁场越弱，如图所示．
【例2】 如图所示，电路没接通时三个小磁针方向如图，接通电路后确定三个小磁针的转向及最后N极的指向．(其中小磁针3在螺线管内部)
思路点拨：根据安培定则判断通电螺线管周围磁场的分布，依据N极受力方向是该点磁场方向判断小磁针的转向及N极的指向．
[解析] 通电后，由安培定则确定三个小磁针所在位置处的磁场方向，然后根据小磁针静止时N极指向与磁感线方向一致，即可判定小磁针的转动方向．由安培定则可知螺线管内部磁场方向由左向右，故小磁针3顺时针转动，最后N极向右；小磁针1所在位置处磁场方向向左，故小磁针1逆时针转动，最后N极指左；小磁针2所在位置处磁场方向向右，小磁针2顺时针转动，最后N极指右．
[答案] 小磁针1逆时针转动，最后N极指左；小磁针2顺时针转动，最后N极指右；小磁针3顺时针转动，最后N极指右．
(1)根据安培定则可知，只要知道了电流方向或电流产生的磁场方向中的一个方向，就可以判断出另一个方向．
(2)通电螺线管外部的磁感线和条形磁铁外部的磁感线分布相似，也是从N极出来，进入S极．通电螺线管内部的磁感线跟螺线管的轴线平行，方向由S极指向N极，并和外部的磁感线连接，形成一些环绕电流的闭合曲线．
2．如图所示，环形导线的A、B处另用导线与直导线ab相连，
(1)图中标出了环形电流磁场的方向，则C和D接电源正极的是________；
(2)放在ab下方的小磁针的________极转向纸外．
[解析] 环形导线已知部分磁场方向，由安培定则可知环形导线中的电流方向为顺时针，因此C端接电源正极．由环形电流方向可知直导线ab中电流方向为b→a，由安培定则可知，ab下方小磁针处磁场方向垂直纸面向外，N极受力向外，因此N极转向纸外．
[答案] (1)C (2)N
1.如图所示，关于奥斯特实验的意义，下列说法中正确的是( )
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．通电螺线管内有一在磁场力作用下处于静止的小磁针，磁针指向如图所示，则( )
A．螺线管的P端为N极，a接电源的正极
B．螺线管的P端为N极，a接电源的负极
C．螺线管的P端为S极，a接电源的正极
D．螺线管的P端为S极，a接电源的负极
B [由小磁针静止时N极指向可判定螺线管内部磁场方向由Q指向P，由安培定则可判定P端为N极，电流由b流入螺线管，即b接电源正极，a接负极，故B项正确．]
3.如图所示为磁场、磁场作用力演示仪中的亥姆霍兹线圈，在线圈中心处挂上一个小磁针，且与线圈在同一平面内，则当亥姆霍兹线圈中通以如图所示方向的电流时，则( )
A．小磁针N极向里转
B．小磁针N极向外转
C．小磁针在纸面内向左摆动
D．小磁针在纸面内向右摆动
A [由安培定则可知，线圈内部的磁感线向里，小磁针N极的受力方向即为该处的磁场方向．]
4．在图中，分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针N极的指向或磁感线方向．请画出对应的磁感线(标上方向)或电流方向．
[解析] 用安培定则来判断，如图所示．
[答案] 见解析
课件43张PPT。第二章 磁场二、电流的磁场同名吸引奥斯特偏转磁场电流的磁效应导线电流磁感线NSSN闭合 电流的方向磁感线外部√√×
√×√点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(八) 电流的磁场
(时间：40分钟 分值：100分)
[基础达标练]
1．(6分)把一根长直导线平行地放在磁针的正上方附近，当导线中有电流通过时，磁针会发生偏转．首先观察到这个实验现象的物理学家是( )
A．奥斯特 B．爱因斯坦
C．牛顿 D．伽利略
A [首先观察到电流的周围存在磁场的实验现象的物理学家是奥斯特，故选A.]
2．(6分)如图所示，在水平直导线正下方，放一个可以自由转动的小磁针．现给直导线通以向右的恒定电流，不计其他磁场的影响，则下列说法正确的是( )
A．小磁针保持不动
B．小磁针的N极将向下转动
C．小磁针的N极将垂直于纸面向里转动
D．小磁针的N极将垂直于纸面向外转动
C [通过安培定则可判断出导线下方磁场方向垂直纸面向里，小磁针的N极将垂直于纸面向里转动．]
3．(6分)用安培定则来判定通电螺线管的电流方向跟它的磁感线方向之间的关系时，下列关于大拇指所指方向的说法正确的是( )
A．大拇指所指的方向就是磁感线的方向
B．大拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向
C．大拇指所指的方向就是螺线管外部磁感线的方向
D．以上说法都不对
B [用安培定则判断通电螺线管磁感线方向时，四指应指电流方向，大拇指所指的方向是螺线管中心轴线上的磁感线方向，亦即螺线管内部磁感线的方向．所以B项正确．]
4．(6分)关于电流的磁场，正确的说法是( )
A．直线电流的磁场，只分布在垂直于导线的某一个平面上
B．直线电流的磁场的磁感线是一些同心圆，离导线越远磁感线越密
C．通电螺线管的磁感线分布与条形磁铁相似，但管内无磁场
D．通电螺线管的环形电流和直线电流的磁场方向可用安培定则判断
D [不管是磁体的磁场还是电流的磁场，都是在整个立体的空间分布的，故A错误；直线电流产生的磁场，离导线越远，磁场越弱，因此磁感线越疏，故B错误；磁感线都是闭合曲线，不管是条形磁铁还是螺线管，内部由S极到N极，外部由N极到S极，故C错误．]
5．(6分)在空间坐标系中，如图所示，若在x轴正方向通有电流，则y轴P点的磁场方向为( )
A．y轴正方向 B．y轴负方向
C．z轴正方向 D．z轴负方向
C [由安培定则可知，沿－x方向看，在zOy平面内磁感线应是以O为圆心逆时针方向的同心圆，所以P点的磁场方向应该沿z轴正方向，故选项C正确．]
6．(6分)(多选)如图所示，处在竖直平面的环形导线圈的正中心有一个磁针a，在圆环外侧有一小磁针b，a、b与圆环都处于同一竖直面内，当导线中通以图示方向的恒定电流时(不考虑地磁场的影响和两小磁针间的作用)，则( )
A．小磁针a的N极向纸里转动
B．小磁针a的N极向纸外转动
C．小磁针b的N极向纸里转动
D．小磁针b的N极向纸外转动
AD [根据安培定则，环形电流在环中心处产生的磁场方向垂直于纸面向里，在外侧的磁场方向垂直于纸面向外，所以小磁针a的N极向纸里转动，小磁针b的N极向纸外转动．]
7．(6分)1820年，奥斯特发现，把一根导线平行地放在磁针的上方(如图所示)，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？( )
电流能使磁针偏转
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，选项B、D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，选项A错误，选项C正确．]
8．(8分)如图所示，(a)(b)是直线电流的磁场，(c)(d)是环形电流的磁场，(e)(f)是螺线管电流的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向．
[解析] 根据安培定则，可以确定(a)中电流方向垂直纸面向里，(b)中电流的方向从下向上，(c)中电流方向是逆时针，(d)中磁感线的方向向下，(e)中磁感线方向向左，(f)中磁感线的方向向右．
[答案] 见解析
[能力提升练]
9．(6分)如图所示，当开关S闭合时电磁铁和物体ab相互吸引，则正确的说法是( )
A．ab一定是磁铁，且a端一定是N极
B．ab一定是磁铁，且a端一定是S极
C．ab可能是磁铁，且a端是S极
D．ab仅是一块铁，而不是磁铁
C [S闭合时，螺线管就产生了磁场，且右边是N极，若ab是磁铁，则左边是S极；也可能ab是一块铁．]
10．(6分)(多选)如图所示，一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过磁针的上方时，磁针的S极向纸内偏转．这束带电粒子束可能是( )
A．向右飞行的正离子束
B．向左飞行的正离子束
C．向右飞行的负离子束
D．向左飞行的负离子束
BC [S极向里转，表明小磁针所在处的磁场方向垂直纸面向外，由安培定则知，磁针上方的电流方向水平向左．若是正离子束，其飞行方向是水平向左；若是负离子束，飞行方向是水平向右．]
11．(6分)如图所示，一个小磁针位于圆心，且与圆在同一竖直平面内，现使一个带负电小球在竖直平面内沿圆周逆时针高速旋转，则( )
A．小磁针的N极向纸面里转
B．小磁针的N极向纸面外转
C．小磁针在纸面内向左摆动
D．小磁针在纸面内向右摆动
A [带负电的小球在竖直平面内逆时针旋转，形成顺时针方向的环形电流，根据安培定则，可判断出该环形电流的中心磁场方向垂直纸面向里，所以小磁针的N极向纸面里转，选项A正确．]
12．(6分)如图为一种利用电磁原理制作的充气泵的结构示意图．其工作原理类似打点计时器．当电流从电磁铁的接线柱a流入，吸引小磁铁向下运动时，以下选项中正确的是( )
A．电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为N极
B．电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为S极
C．电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为S极
D．电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为N极
D [当电流从电磁铁a端流入时，由安培定则知，电磁铁上端为S极，此时能吸引小磁铁向下运动，说明小磁铁的下端为N极．]
13．(15分)如图所示，已知下列各图中的电流方向，请画出相应的磁感线方向．
[答案] 如图所示．
14．(11分)在两条相互垂直而不接触的导线中，通以大小相等、方向如图所示的电流，那么，在导线平面内两电流所产生的磁场在哪些区域内方向是一致的？
[解析] 在空间某区域有几个磁场同时存在时，则其合磁场是它们的矢量和，本题中Ⅰ、Ⅲ区域中两电流产生的磁场方向一致，Ⅱ、Ⅳ区域中两电流产生的磁场方向相反．
[答案] Ⅰ、Ⅲ区域
