2018版高中物理第1章电与磁第5节奥斯特实验的启示学案粤教版选修1_1

第五节奥斯特实验的启示

[先填空]

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．

[再判断]

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．(√)

[后思考]

能不能说电流的磁效应是奥斯特发明的？

【提示】不能．因为电流的磁效应是一种自然现象，只能说是奥斯特发现了电流的磁效应．

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1­5­1所示．

图1­5­1

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1­5­2所示．

图1­5­2

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1­5­3所示．

图1­5­3

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1­5­4 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．( )

【导学号：75392031】

电流能使磁针偏转

图1­5­4

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

【解析】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．

【答案】 C

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

【解析】由电流的磁效应可知电流也能产生磁场，A错；由磁感线的特性可知B、D 错；由通电螺线管磁场的分布可知C正确．

【答案】 C

[先填空]

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1­5­5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磁场方向的长度越长，通电导体所受的安培力就越大．

图1­5­5

[再判断]

1．安培力的大小只跟磁感应强度、电流大小和导体长度有关．(×)

2．当电流与磁场平行时，电流不受安培力．(√)

[后思考]

在废旧钢铁收购场，我们经常看见磁性起吊机能吊起成吨的钢铁，磁性起吊机是用永久性磁铁做成的吗？若不是，那是什么做成的呢？

【提示】磁性起吊机用电磁铁来吊起重物，在通电导体的周围存在着磁场，当我们接

通电源，它便提起钢铁碎片；当起重机把碎片搬到适当的位置，再切断电源，碎片就从电磁铁上掉下来．若用永久性磁铁，则钢铁始终被吸住，无法达到搬运的目的．

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．

3.如图1­5­6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．

图1­5­6

【解析】 棒的受力分析图如图所示．

由闭合电路欧姆定律有：I ＝E

R ＋r

由安培力公式有：F ＝BIL 由共点力平衡条件有：

F sin θ＝f F N ＋F cos θ＝mg

联立以上各式可解得：f ＝

EBL sin θ

R ＋r

F N ＝mg －EBL cos θ

R ＋r

.

【答案】 mg －

EBL cos θR ＋r EBL sin θ

R ＋r

4．下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是( ) 【导学号：75392032】

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

【解析】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．【答案】 D

[先填空]

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．

[再判断]

1．当通电直导线垂直于磁感应强度方向时，安培力的方向和磁感应强度方向相同．(×) 2．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．(×)

3．只要电流的方向不与磁场平行，电流就会受到安培力．(√)

[后思考]

安培力的方向与通电直导线方向、磁感应强度的方向有什么关系？

【提示】与导线方向、磁感应强度方向都垂直．

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．