16.2 电流的磁场

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第十六章 电磁转换
第二节 电流的磁场
合作探究
新知一 通电直导线周围的磁场
1. 探究通电直导线周围的磁场(奥 斯特实验)
(1)设计实验 ① 如图16-2-1 所示,将一根直导
线架在静止小磁针的上方,并 使直导线与小磁针平行.
实验技巧: 奥斯特实验的基本要求: ①实验时导线需沿南北方向放置,
且导线要平行放置在静止小磁 针的正上方,从而减小地磁场 的影响. ②导线与小磁针间的距离不能太 远. 因为磁场的强弱与距离有 关,若导线与小磁针距离太远, 现象就会不明显. ③导线要用铜线或铝线,不能用 铁线,防止磁体吸引铁导线而 对实验产生干扰.
拓展延伸 通电螺线管的磁场比通电直导线(电流相等)的磁场强
的原因:各圈导线产生的磁场叠加在一起,磁场 就会强得多.
③ 改变电流方向,对照上一次实验中的现象,观察小磁针 N 极的指向与原来是否相同.
现象分析:小磁针N 极的指向与上次实验中小磁针N 极的 指向相反,说明磁感线方向改变了,即通电螺线管两端 磁极的极性改变了,由此可知,通电螺线管周围磁场的 方向与电流方向有关.
4. 应用 (1)利用电磁继电器可以用低电压、弱电流的控制电路来控
制高电压、强电流的工作电路. (2)利用电磁继电器能实现远距离操纵和自动控制.
[2021·莆田] 如图16-2-16 是一种“闯红灯违规证据 抓拍模拟器”的工作原理图,光控开关接收到红光 时会自动闭合,压敏电阻受到压力时其阻值会变小.
(2)接通电路后,观察到小磁针偏转,说明电流周围存在 __磁__场____,此现象最早是由物理学家__奥__斯__特__发现的.
(3)改变直导线中电流方向,小磁针的偏转方向发生了改变, 说明电流周围的磁场方向与___电__流__方__向___有关.
(4)研究表明,通电直导线周围的磁场分布如图乙所示,则 图甲实验中,若将小磁针由通电直导线下方移至直导线 上方,小磁针偏转的方向___会_____(填“会”或“不会”) 改变.
(1)实验中他是通过_吸__引__大__头__针__的__数__目__来判定电磁铁磁性 强弱的.
(2)滑片P 向B 端移动时,甲的磁性将__变__弱___(填“变 强”“变弱”或“不变”).
(3)流过电磁铁甲的电流__等__于___(填“大于”“小于”或 “等于”)流过电磁铁乙的电流,电磁铁甲、乙磁性强 弱不同的原因是 ___线__圈__的__匝__数__不__同_____.
流越大,电磁铁的磁性越强. ③ 比较丁图中的A、B 两个电磁铁可知:在通电线圈的电流大
小相同时,线圈匝数越多,电磁铁的磁性越强.
4. 应用 电磁铁被广泛应用于工业生产中.如电磁起 重机、电磁选矿机等,在电铃、电话听筒上都要 用到电磁铁.利用电磁铁还可以制作电磁继电器, 用于自动控制.
[ 2020·扬州] 冬冬将漆包线(表面涂有绝缘漆的铜线) 绕在两个完全相同的铁钉上,制成了简易电磁铁甲 和乙,按如图16-2-14连接好电 路,探究“影响电磁铁磁性 强弱的因素”,请你结合该 实验中的具体情况,完成下 面的内容.
③电磁铁在实际应用中,通常情况下要求得失磁性自由,所以 电磁铁的铁芯用软铁制成,而不能用钢做,否则钢一旦被磁 化,将长期保存磁性,电磁铁磁性的强弱就不能用电流的大 小来控制了,从而失去了电磁铁应有的优点.
3. 探究影响电磁铁磁性强弱的因素 (1)提出问题:电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关 (2)猜想与假设: 猜想①:电磁铁通电时有磁性,断电时没磁性. 猜想②:通过电磁铁的电流越大,它的磁性越强. 猜想③:外形相同的螺线管,线圈匝数越多,它的磁性越强.
深度理解: ①电磁继电器是利用电磁铁来
控制电路的一种开关,它是 利用电磁铁通电时有磁性, 断电时无磁性的特点工作的. ② 利用电磁继电器可以通过控 制低压电路的通断间接地控 制高压电路的通断,使人远 离高压触电的危险.
2. 电路组成 电磁继电器的电路可分为低压控制电路和高压 工作电路两部分.
3. 工作原理 电磁继电器利用电流的磁效应来工作. 闭合低 压控制电路中的开关,电流通过电磁铁A 的线圈产生磁 性,把衔铁B 吸下来,使动触点D 与静触点E 接触,高 压工作电路闭合,电动机工作. 当断开低压控制电路中 的开关时,线圈中的电流消失,电磁铁A 的磁性消失, 衔铁B 在弹簧C 的作用下与电磁铁A 分离,使触点D、 E 脱开,高压工作电路断开,电动机停止工作.
2 关于通电螺线管,下列说法不正确的是( B ) A.通电螺线管周围存在磁场 B.通电螺线管周围不存在磁场 C.通电螺线管周围的磁场方向与线圈中电流方向有关 D.通电螺线管周围的磁场方向与线圈绕向有关
3 如图甲所示是“探究通电螺线管外部磁场特点”的实验, 小明将许多小磁针放在螺线管周围的不同位置,接通 电路后观察各小磁针静止时的指向(小磁针上涂黑的是 N极).然后根据小磁针指向,画出了螺线管周围的部 分磁感线,如图乙所示.
活学巧用: 对于画在纸上的螺线管,手握不方便,可做如下改进: ①伸开右手,使掌心对着螺线管; ②让四指指向线圈中电流的方向; ③则拇指所指的一端为通电螺线管的N 极.
[2021·白银] 请在图16-2-6 中小磁针左侧的括号中标出 N 极或S 极,并标出磁感线的方向.
解:如图16-2-7 所示.
(1)观察图甲和图乙发现,通电螺线管外部的磁场分布与 ____条__形__磁__铁________的磁场十分相似.
(2)小明对调电源正负极重新实验,发现小磁针静止时N极 指向都与原来相反,这说明通电螺线管的磁场方向与 ____电__流__方__向____有关.
(3)实验结论 ① 通电螺线管相当于一个条形磁体,通电螺线管外部的磁
场与条形磁体的磁场相似. ②通电螺线管周围的磁场方向与电流方向有关.
3. 通电螺线管的磁场的特点 (1)与条形磁体的磁场分布相似; (2)有无可以控制:由电流的有无(或说电路的通断)来控制; (3)磁性强弱可以改变:与电流的大小和线圈的匝数有关; (4)磁极可变:磁极与电流的方向和绕线的方向有关.
新知二 通电螺线管周围的磁场
1.螺线管的构成 把导线绕在圆筒上就做成了螺线管,通常 把螺线管称为线圈.
2. 探究通电螺线管的外部磁场 (1)提出问题:通电螺线管周围的磁场分布有什么特点,怎
样判断通电螺线管周围各点的磁场方向? (2)进行实验
(2)进行实验 ① 用铜导线穿过硬纸板,绕成螺线管.
在硬纸板上均匀撒上一些铁屑,给螺 线管通电后,轻轻敲击纸板,观察铁 屑的排列情况. 现象分析:铁屑的分布情况如图16-2-3 所示,可以看出通电螺线管外部磁感 线的形状和条形磁铁的相似.
② 在螺线管的周围均匀摆放小磁针,包括螺线管的内部.
给螺线管通电后,观察各小磁针N 极的指向.
通电螺线管内部的 磁场方向为由S 极 指向N 极.
现象分析:通电螺线管周围各个小磁针的N 极指向 如图16-2-4 所示,可以看出通电螺线管外部的磁感线 是从螺线管一端出来,回到另一端, 内部的磁感线是从一端进入,从 另一端出来. 这表明通电螺线管 有两个磁极,且在螺线管两端.
②用开关控制电路的通断,观察电路通电和断电时小磁针 的偏转情况.
③改变直导线中的电流方向,观察小磁针偏转方向的变化.
将电源的正、负极对调.
(2)实验现象
① 接通电路,导线中有电流通过,小磁针发生偏转;断开电路,
导线中无电流通过,小磁针恢复到原来的指向,不再发生偏转.
说明通电导线周围存在磁场,小磁针在磁场中受到力的作用而
特别提醒: 做奥斯特实验应注意: ①实验时要让导线和小磁针均处于南北方向:因为通电前小磁
针在地磁场作用下会处于南北方向,这样便于比较通电前后 小磁针的偏转情况. ②给导线通电时间要短,因为为了使实验现象更明显,实验中 采用了短路的形式获得瞬间的强电流. ③对比图甲和丙归纳结论时,注意找出这两步实验操作中的不 同之处,即只改变了什么因素从而导致现象发生改变.
先发现的. (3)奥斯特实验的意义:揭示了电与磁之间的联系;使人们进入
了电与磁这个长期闭锁的研究领域,为实现物理学的第一次 大综合开辟了广阔的道路. 3. 通电直导线周围的磁场分布 在垂直于通电直导线的平面内, 它的磁感线是以电流为中心的一系列同心圆.
[实验探究题] 如图16-2-2 所示是奥斯特实验的示意 图,分别做图甲和图乙实验,说明_通__电__导__线__周__围__存__ _在__磁__场__;分别做图甲和图丙实验,说明_通__电__导__线___ _产__生__的__磁__场__方__向___ _与__电__流__方__向__有__关___.
[2ຫໍສະໝຸດ Baidu21·赤峰] 如图16-2-8 所示,根据小磁针的指向在括
号内标出电源的正负极. 解:如图16-2-9 所示.
[2020·广安] 请画出图16-2-10 中螺线管的绕法. 解:如图16-2-11 所示.
新知四 电磁铁
1. 定义 在一根软铁芯上,用漆包线密绕成线圈,通电后就 是最简单的电磁铁.
发生偏转.
小磁针反向偏转.
② 改变直导线中的电流方向,小磁针偏转方向发生变化. 说明直
导线中的电流方向改变时,磁场方向也发生了变化.
(3)实验结论 通电导线周围存在磁场,且磁场方向与电流方向有关.
2. 电流的磁效应 (1)内容:电流周围存在磁场的现象称为电流的磁效应. (2)发现者:电流的磁效应是由丹麦物理学家奥斯特在1820 年首
2. 构造 电磁铁由线圈和铁芯两部分组成.
深度理解:
①当在通电螺线管内部插入铁芯后,铁芯被磁化成磁体,且磁 场方向与通电螺线管周围存在的磁场方向相同,所以增大了 磁性.
②为使电磁铁的磁性更强,通常将铁芯制成蹄形,但蹄形铁芯 两边线圈的绕向应相反,如果相同,两线圈对铁芯的磁化作 用将相互抵消,使铁芯不显磁性.
特别提醒: 条形磁体的磁场与通电螺线管的磁场对比:
比较项目 磁性有无 磁性强弱
磁极
条形磁体 不方便控制 短时间内基本不变 短时间不易改变
通电螺线管 可通过电路的通断控制 与电流大小和线圈匝数有关 与电流方向和绕线方向有关
关于通电螺线管,下列说法正确的是( D ) A. 铜不能被磁化,故通电螺线管不能利用铜导线制作 B. 通电螺线管的磁场与蹄形磁体相似 C. 通电螺线管的磁性强弱与电流大小无关 D. 通电螺线管中插入铁芯,其磁性会增强
当红灯亮后,且车辆压到压敏电阻上时,电磁铁的 磁性因电路中电流的改变而变 __强___(填 “强”“弱”),吸引衔铁使动触点与触点 __2___(填 “1”或“2”)接触,电控照相机工作,拍摄违规车辆.
巩固新知
1 【2021·泰州】小明在“探究通电直导线周围的磁场”实 验中,实验装置如图甲所示. (1)其中小磁针的作用是___探__测__周__围__磁__场___.
(3)设计实验:用漆包线在大铁钉上绕若干圈,制成简单的 电磁铁,物体是否具有磁性可以用它的吸铁性来判断, 并且磁性越强吸铁效果越明显.
(4)进行实验:如图16-2-13 为实验中观察到的四种情况.
(5)实验结论:电磁铁通电后能产生磁性,磁性强弱与线圈的匝 数及线圈中的电流大小有关.
①比较甲、乙两图可知:电磁铁通电时有磁性,断电时没磁性. ② 比较乙、丙两图可知:在线圈匝数相同时,通入电磁铁的电
新知三 安培定则
1. 内容 如图16-2-5 所示,用右手握住螺线管,让弯曲的四 指所指的方向与螺线管中的电流方向一致,则拇指所指 的那端就是通电螺线管的N 极.
2. 作用 判定通电螺线管的极性与线圈绕向和电流方向之间 的关系.
3. 安培定则三个方面的应用 (1)依据绕线确定的螺线管中电流的方向,判断它的磁极; (2)给出通电螺线管的磁极,判断线圈中的电流方向; (3)由螺线管两端的磁极及导线的电流方向,对螺线管绕线.
知识链接: 与永磁体相比,电磁铁有以下几个优点: ①电磁铁磁性的有无可由通电、断电来控制. ②电磁铁磁性的强弱可由电流大小、线圈匝数来改变. ③电磁铁的N、S 极以及它周围的磁场方向可由通电
电流的方向来改变.
新知五 电磁继电器
1. 基本结构 如图16-2-15 所示,电磁继电器的基本组成部
分有电磁铁A、衔铁B、弹簧C 和动触点D、静触点E.
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