高中物理人教版选修1-1课件：2.2 电流的磁场(共21张PPT)
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修1-1课件：2.2 电流的磁场(共21张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 934.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-05-08 15:42:13 | ||
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文档简介
(共21张PPT)
二、电流的磁场
1.了解奥斯特、安培等科学家的实验研究对人们认识电磁现象所起的重要作用。
2.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。
3.会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向。
4.培养识图能力和利用图形解决磁场相关问题的能力。
一
二
一、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。
在做“奥斯特实验”时,通电导线如何放置才能使现象最明显?
提示:小磁针本身在地磁场的作用下就是指南北方向的,所以把导线沿南北方向放置在处于静止状态的磁针的正上方,通电导线在其正下方产生东西方向的磁场,磁针发生明显的偏转。
一
二
二、电流磁场的方向
1.直线电流磁场的磁感线是围绕导线的一些同心圆。直线电流的磁场方向可以用安培定则来判断: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、螺线管通电时产生的磁场的磁感线的方向是: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。
3.环形电流的磁场方向的判断:用右手握住环形导线,让弯曲的四指与环形电流的方向一致,拇指的指向就是环形导线中心附近的磁场方向。
4.通电螺线管的磁场方向也可用安培定则来判断: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。
一
二
放在通电螺线管里面的小磁针保持静止时,N极的指向是怎样的?甲、乙两位同学的回答相反。甲说,小磁针的位置如图(1),因为管内的磁感线向右,所以小磁针的N极指向右方。乙说,小磁针的位置如图(2),他的理由是通电螺线管的N极在右侧,根据异名磁极相吸引可知,小磁针的S极指向右方。你的看法是怎样的?他们谁的答案错了?错在哪里?
一
二
提示:在磁场中保持静止的小磁针,它的N极一定指向磁感线的方向。甲回答的根据是对的,因此结论是正确的。“同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引”只适用于两个磁体互为外部磁极间的相互作用。
一
二
三
一、对奥斯特实验的理解
1.奥斯特的实验方法
(1)把水平导线沿南北方向放在小磁针的正上方,让电流分别由南向北和由北向南通过。
(2)将水平导线移到小磁针的正下方,让电流再次由南向北和由北向南通过。
2.观察到的现象
以上四种情况下小磁针均发生了偏转,但每次实验的两次偏转的情况有所不同,小磁针稳定后的N极指向正好相反。
一
二
三
3.实验结论
导线通入电流后,小磁针发生了偏转,说明小磁针受到了磁场力的作用,可见电可以生磁。但是通入不同方向的电流时小磁针的偏转方向不同,说明通入电流的方向不同,产生的磁场方向也不一样。
特别提醒(1)实验成功的关键:①导线要沿南北方向放置;②通电以前导线在小磁针的正上方或正下方,且与小磁针平行放置。
(2)实验现象说明了通电导线周围存在磁场,磁场对小磁针有作用力。
一
二
三
二、小磁针偏转问题的判定
已知通电螺线管或通电直线导体上的电流方向,判定通电螺线管或通电直线导体周围的小磁针如何偏转的问题,可以按照下述思维程序进行分析:
1.认清小磁针所在的位置,即弄清小磁针是在通电直导线上方还是下方、左侧还是右侧,是在通电螺线管内部还是外部。
2.根据已知的电流方向,利用安培定则判定小磁针所在处的磁场方向(即小磁针所在处的磁感线方向)。
3.由于小磁针N极所受磁场力的方向与所在处的磁场方向相同,所以小磁针N极将沿着小于180°的角旋转,直到N极的指向与所在处的磁场方向相同为止。在说明小磁针的偏转方向时,必须说明是从什么方向观察的。
一
二
三
三、几种典型的磁场
1.直线电流的磁场
直线电流的磁感线是在垂直于导线平面上的以导线上某点为圆心的同心圆。其分布呈现“中心密边缘疏”的特征,从不同角度观察,如图1、2、3所示。
一
二
三
2.环形电流的磁场
如图4、5、6,从不同角度观察,环形电流的磁感线是一组穿过环所在平面的曲线,在环形导线所在平面处,各条磁感线都与环形导线所在的平面垂直。
一
二
三
3.通电螺线管的磁场
通电螺线管的磁感线与条形磁体相似,一端相当于N极,另一端相当于S极。
由于在螺线管内部磁感线从S极指向N极,因此不能用“同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引”来判断在管内部的小磁针的指向,小磁针在通电螺线管周围空间的指向,不论是在管内或管外,应根据磁感线的方向加以判断,如图7、8所示。
环形导线可以看作只有一匝的螺线管。
一
二
三
特别提醒要对各种电流产生的磁场的空间分布特点有一个清晰的认识,在转换为截面图的时候,需要较高的空间想象能力,从而能从不同的方向看这个立体图,画出截面图。
类型一
类型二
类型三
类型四
电流的磁效应
【例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,小磁针转动了180°后静止不动。由此可知,通电直导线的电流方向是( )
A.自东向西 B.自南向北
C.自西向东 D.自北向南
类型一
类型二
类型三
类型四
解析:原来的小磁针已在地磁场的作用下不动,当把小磁针放在通电导线的下方时,通电导线产生的磁场要比地磁场强,所以小磁针就在通电导线产生的磁场的作用下发生偏转。稍微用手拨动一下,小磁针就转动180°后静止不动,这说明通电导线产生的磁场的方向与地磁场的方向恰好相反。因为地磁场的方向在地球表面是从地理南极指向地理北极的,所以通电导线下方的磁场方向应为从北向南,进而根据安培定则可知,电流方向应为自东向西。故正确答案为A。
答案:A
题后反思奥斯特实验揭示了电与磁的内在联系——电流具有磁效应。
类型一
类型二
类型三
类型四
安培定则的应用
【例2】如图所示,一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过磁针上方时,磁针的S极向纸内偏转,则这束带电粒子可能是( )
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
类型一
类型二
类型三
类型四
解析:本题考查正确运用安培定则判断运动电荷(等效电流)的磁场。小磁针N极的指向即是磁针所在处的磁场方向,题中磁针S极向纸内偏转,说明离子束下方的磁场方向由纸内指向纸外,由安培定则可判定由离子束的定向运动所产生的电流方向为由右向左,故若为正离子,则应是自右向左运动,选项B正确;若为负离子,则应是自左向右运动,选项C正确。
答案:BC
题后反思带电粒子束的定向运动可以看作“等效电流”,正电荷定向移动方向和“等效电流”方向相同,负电荷相反。“等效电流”的磁场也可以应用安培定则判定。
类型一
类型二
类型三
类型四
通电螺线管的磁场
【例3】 电路没接通时三个小磁针方向如图,接通电路后确定三个磁针的转向及最后N极的指向。
解析:接通电路后,画出螺线管产生的磁场的磁感线,标出1、2、3处的磁感线方向,根据小磁针静止时N极指向与磁感线方向相同,即可判定小磁针的转动情况及指向。
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。
类型一
类型二
类型三
类型四
题后反思例3中对小磁针3的判断易错,其原因是认知错误。有的同学根据N、S极相互吸引,而得出小磁针静止后,小磁针N极指向通电螺线管S极的错误结论。磁极间相互作用的规律,正确的结论是:在磁体外部异名磁极相互吸引,同名磁极相互排斥;在磁体内部异名磁极相互排斥,同名磁极相互吸引。
类型一
类型二
类型三
类型四
电流磁效应的应用
【例4】 直流电铃原理如图所示。当电路接通时,弹簧片上的衔铁受到电磁铁的吸引,使附着的小锤敲响铃铛发出声音;同时,电路在断续器的触点处断开,电磁铁磁性消失,弹簧片回到原来的位置,然后使电路再次接通。此过程反复循环,小锤便不断敲铃。
想想看,电铃中的电磁铁能用永磁铁代替吗?
类型一
类型二
类型三
类型四
解析:电铃是利用电路在接通与切断时能够控制电磁铁磁性有无的特点制成的。如果换成永磁铁,当弹簧片上的衔铁受到永磁铁的吸引使小锤敲响铃铛发出一次声音后,由于永磁铁的磁性不消失,衔铁保持不动,小锤不会再敲击铃铛,便不能再发出声音了。
答案:不能
题后反思弄清仪器原理、找到与本节知识的结合点,是解决此类问题的关键。
二、电流的磁场
1.了解奥斯特、安培等科学家的实验研究对人们认识电磁现象所起的重要作用。
2.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。
3.会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向。
4.培养识图能力和利用图形解决磁场相关问题的能力。
一
二
一、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。
在做“奥斯特实验”时,通电导线如何放置才能使现象最明显?
提示:小磁针本身在地磁场的作用下就是指南北方向的,所以把导线沿南北方向放置在处于静止状态的磁针的正上方,通电导线在其正下方产生东西方向的磁场,磁针发生明显的偏转。
一
二
二、电流磁场的方向
1.直线电流磁场的磁感线是围绕导线的一些同心圆。直线电流的磁场方向可以用安培定则来判断: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、螺线管通电时产生的磁场的磁感线的方向是: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。
3.环形电流的磁场方向的判断:用右手握住环形导线,让弯曲的四指与环形电流的方向一致,拇指的指向就是环形导线中心附近的磁场方向。
4.通电螺线管的磁场方向也可用安培定则来判断: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。
一
二
放在通电螺线管里面的小磁针保持静止时,N极的指向是怎样的?甲、乙两位同学的回答相反。甲说,小磁针的位置如图(1),因为管内的磁感线向右,所以小磁针的N极指向右方。乙说,小磁针的位置如图(2),他的理由是通电螺线管的N极在右侧,根据异名磁极相吸引可知,小磁针的S极指向右方。你的看法是怎样的?他们谁的答案错了?错在哪里?
一
二
提示:在磁场中保持静止的小磁针,它的N极一定指向磁感线的方向。甲回答的根据是对的,因此结论是正确的。“同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引”只适用于两个磁体互为外部磁极间的相互作用。
一
二
三
一、对奥斯特实验的理解
1.奥斯特的实验方法
(1)把水平导线沿南北方向放在小磁针的正上方,让电流分别由南向北和由北向南通过。
(2)将水平导线移到小磁针的正下方,让电流再次由南向北和由北向南通过。
2.观察到的现象
以上四种情况下小磁针均发生了偏转,但每次实验的两次偏转的情况有所不同,小磁针稳定后的N极指向正好相反。
一
二
三
3.实验结论
导线通入电流后,小磁针发生了偏转,说明小磁针受到了磁场力的作用,可见电可以生磁。但是通入不同方向的电流时小磁针的偏转方向不同,说明通入电流的方向不同,产生的磁场方向也不一样。
特别提醒(1)实验成功的关键:①导线要沿南北方向放置;②通电以前导线在小磁针的正上方或正下方,且与小磁针平行放置。
(2)实验现象说明了通电导线周围存在磁场,磁场对小磁针有作用力。
一
二
三
二、小磁针偏转问题的判定
已知通电螺线管或通电直线导体上的电流方向,判定通电螺线管或通电直线导体周围的小磁针如何偏转的问题,可以按照下述思维程序进行分析:
1.认清小磁针所在的位置,即弄清小磁针是在通电直导线上方还是下方、左侧还是右侧,是在通电螺线管内部还是外部。
2.根据已知的电流方向,利用安培定则判定小磁针所在处的磁场方向(即小磁针所在处的磁感线方向)。
3.由于小磁针N极所受磁场力的方向与所在处的磁场方向相同,所以小磁针N极将沿着小于180°的角旋转,直到N极的指向与所在处的磁场方向相同为止。在说明小磁针的偏转方向时,必须说明是从什么方向观察的。
一
二
三
三、几种典型的磁场
1.直线电流的磁场
直线电流的磁感线是在垂直于导线平面上的以导线上某点为圆心的同心圆。其分布呈现“中心密边缘疏”的特征,从不同角度观察,如图1、2、3所示。
一
二
三
2.环形电流的磁场
如图4、5、6,从不同角度观察,环形电流的磁感线是一组穿过环所在平面的曲线,在环形导线所在平面处,各条磁感线都与环形导线所在的平面垂直。
一
二
三
3.通电螺线管的磁场
通电螺线管的磁感线与条形磁体相似,一端相当于N极,另一端相当于S极。
由于在螺线管内部磁感线从S极指向N极,因此不能用“同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引”来判断在管内部的小磁针的指向,小磁针在通电螺线管周围空间的指向,不论是在管内或管外,应根据磁感线的方向加以判断,如图7、8所示。
环形导线可以看作只有一匝的螺线管。
一
二
三
特别提醒要对各种电流产生的磁场的空间分布特点有一个清晰的认识,在转换为截面图的时候,需要较高的空间想象能力,从而能从不同的方向看这个立体图,画出截面图。
类型一
类型二
类型三
类型四
电流的磁效应
【例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,小磁针转动了180°后静止不动。由此可知,通电直导线的电流方向是( )
A.自东向西 B.自南向北
C.自西向东 D.自北向南
类型一
类型二
类型三
类型四
解析:原来的小磁针已在地磁场的作用下不动,当把小磁针放在通电导线的下方时,通电导线产生的磁场要比地磁场强,所以小磁针就在通电导线产生的磁场的作用下发生偏转。稍微用手拨动一下,小磁针就转动180°后静止不动,这说明通电导线产生的磁场的方向与地磁场的方向恰好相反。因为地磁场的方向在地球表面是从地理南极指向地理北极的,所以通电导线下方的磁场方向应为从北向南,进而根据安培定则可知,电流方向应为自东向西。故正确答案为A。
答案:A
题后反思奥斯特实验揭示了电与磁的内在联系——电流具有磁效应。
类型一
类型二
类型三
类型四
安培定则的应用
【例2】如图所示,一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过磁针上方时,磁针的S极向纸内偏转,则这束带电粒子可能是( )
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
类型一
类型二
类型三
类型四
解析:本题考查正确运用安培定则判断运动电荷(等效电流)的磁场。小磁针N极的指向即是磁针所在处的磁场方向,题中磁针S极向纸内偏转,说明离子束下方的磁场方向由纸内指向纸外,由安培定则可判定由离子束的定向运动所产生的电流方向为由右向左,故若为正离子,则应是自右向左运动,选项B正确;若为负离子,则应是自左向右运动,选项C正确。
答案:BC
题后反思带电粒子束的定向运动可以看作“等效电流”,正电荷定向移动方向和“等效电流”方向相同,负电荷相反。“等效电流”的磁场也可以应用安培定则判定。
类型一
类型二
类型三
类型四
通电螺线管的磁场
【例3】 电路没接通时三个小磁针方向如图,接通电路后确定三个磁针的转向及最后N极的指向。
解析:接通电路后,画出螺线管产生的磁场的磁感线,标出1、2、3处的磁感线方向,根据小磁针静止时N极指向与磁感线方向相同,即可判定小磁针的转动情况及指向。
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。
类型一
类型二
类型三
类型四
题后反思例3中对小磁针3的判断易错,其原因是认知错误。有的同学根据N、S极相互吸引,而得出小磁针静止后,小磁针N极指向通电螺线管S极的错误结论。磁极间相互作用的规律,正确的结论是:在磁体外部异名磁极相互吸引,同名磁极相互排斥;在磁体内部异名磁极相互排斥,同名磁极相互吸引。
类型一
类型二
类型三
类型四
电流磁效应的应用
【例4】 直流电铃原理如图所示。当电路接通时,弹簧片上的衔铁受到电磁铁的吸引,使附着的小锤敲响铃铛发出声音;同时,电路在断续器的触点处断开,电磁铁磁性消失,弹簧片回到原来的位置,然后使电路再次接通。此过程反复循环,小锤便不断敲铃。
想想看,电铃中的电磁铁能用永磁铁代替吗?
类型一
类型二
类型三
类型四
解析:电铃是利用电路在接通与切断时能够控制电磁铁磁性有无的特点制成的。如果换成永磁铁,当弹簧片上的衔铁受到永磁铁的吸引使小锤敲响铃铛发出一次声音后,由于永磁铁的磁性不消失,衔铁保持不动,小锤不会再敲击铃铛,便不能再发出声音了。
答案:不能
题后反思弄清仪器原理、找到与本节知识的结合点,是解决此类问题的关键。