高中物理第5章磁场与回旋加速器5_3探究电流周围的磁场学案沪科版选修3-12

高中物理第5章磁场与回旋加速器5_3探究电流周围的磁场学案沪科版选修3-12

5.3 探究电流周围的磁场 学习目标 重点难点 1.了解直线电流、环形电流、通电线圈的 磁感线分布，并会运用安培定则判定电流 的磁场方向。 2．知道磁现象的电本质，了解安培分子电 流假说。 重点：安培定则及常见几种通电导线磁场 的磁感线分布，安培分子电流假设说。 难点：磁现象的电本质。 1．电流的磁场 电流周围产生的磁场的方向可以用安培定则(右手螺旋定则)来判定。 直线电流的磁场 (1)判断通电直导线周围的磁场：用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向跟电流方 向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的方向。 (2)环形电流的磁场。 预习交流 1 环形电流的方向跟中心轴上的磁感线方向之间有什么关系？怎样判断环形电流的磁感 线的方向？ 答案：垂直。环形电流的磁感线方向用安培定则判断：如图所示，右手弯曲的四指指向 环形电流的方向，则伸直的拇指所指的方向是环形导线中心轴线处的磁感线方向。 (3)通电螺线管的磁场。 预习交流 2 通电螺线管的磁场也可以用安培定则来判断，请参见如图判断通电螺线管内部的磁感线 的方向。 答案：用右手握住螺线管，让弯曲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，也就是说，拇指指向通电螺线管的北极。 2．探究磁现象的本质 安培分子电流假设：在原子、分子等物质微粒的内部存在着一种环形电流——分子电流， 分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，分子的两侧相当于两个磁极。 预习交流 3 假设地球的磁场是由于地球带某种电荷而又绕地轴自转产生的，你认为地球带有什么电 荷？ 答案：由于地理北极在地磁南极附近，故地球内部磁场方向是由北指向南，而地球自转 方向是自西向东转，据安培定则知地球应带负电荷。 一、电流的磁场 如图所示，环形导线中有一小磁针，未通电时如图放置，通电后的转向及最后 N 极的指 向将怎样？ 答案：线圈通电后形成顺时针电流，由安培定则可判断线圈形成的磁场方向为线圈内垂 直纸面向里，线圈外为垂直纸面向外。小磁针北极指向磁场方向，所以北极向纸内转动。 如图中，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。 答案：见解析 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。 (1)通常在图中，我们用“×”表示磁场或电流方向垂直进入纸面， “·”表示磁场或电流方向垂直离开纸面。 (2)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，环形电流可以 看做是一个小磁针，另外，环形电流的磁场，在宏观上可看做是单匝螺线管的磁场，在微观 上，可看成无数段很短的直线电流的磁场叠加。 (3)通电螺线管的磁场分布，外部跟条形磁铁外部的磁场分布情况相同，两端分别是 N 极和 S 极，管内是匀强磁场，方向由 S 极指向 N 极。 二、磁现象的本质 1．磁铁和电流都能产生磁场。它们的磁场是否有什么关系呢？我们已经知道，通电螺 线管和条形磁铁的磁场分布十分相似，安培由此受到启发，提出了著名的分子电流假说。分 子电流假说的内容是什么呢？ 答案：磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的。 安培分子电流假说内容： 安培认为，在原子、分子等物质微粒的内部存在着一种环形电流——分子电流，分子电 流使每个物质微粒都成为微小的磁体，分子的两侧相当于两个磁极，如图所示。 2．一根铁棒在未被磁化时为什么对外界不显磁性？如何去理解磁化和磁极？永磁体受 到高温或猛烈的敲击为什么会失去磁性？ 答案：磁化现象：一根软铁棒，在未被磁化时，内部各分子电流的取向杂乱无章。它们 的磁场互相抵消，对外不显磁性，当软铁棒受到外界磁场的作用，各分子电流取向变得大致 相同时，两端显示较强的磁作用，形成磁极，软铁棒就被磁化了。 磁体的消磁：磁体在高温或猛烈敲击，即在激烈的热运动或机械运动影响下，分子电流 取向又变得杂乱无章，磁体磁性消失。 关于磁现象的本质，下列说法中正确的是( )。 A．磁与电紧密联系，有磁必有电，有电必有磁 B．不管是磁体的磁场还是电流的磁场都起源于电荷的运动 C．永久性磁铁的磁性不是由运动电荷产生的 D．根据安培分子电流假说可知，磁体内分子电流总是存在的，因此，任何磁体都不会 失去磁性 答案：B 解析：磁与电是紧密联系的，但“磁生电”“电生磁”都有一定的条件，运动的电荷产 生磁场，但一个静止的点电荷周围就没有磁场，分子电流假说揭示了磁现象的电本质，磁体 的磁场和电流的磁场一样都是由运动电荷产生的，磁体内部只要当分子电流取向大体一致 时，就显示出磁性，当分子电流取向不一致时，就没有磁性，所以本题的正确选项为 B。 磁现象的电本质是说明一切磁现象都起源于运动电荷，安培的分子电流 假说正确解释了磁体的磁现象、磁化、去磁等，研究其本质是关键。 1．用安培提出的分子电流假说可以解释下列哪些现象( )。 A．永久磁铁的磁场 B．直线电流的磁场 C．环形电流的磁场 D．软铁棒被磁化的现象 答案：AD 解析：分子电流假说是安培为解释磁体的磁现象而提出的，所以选项 A、D 是正确的。 而通电导线周围的磁场是由其内部自由电荷定向移动而产生的宏观电流产生的。分子电流和 宏观电流虽然都是运动电荷引起的，但产生的原因是不同的。 2．下列所说的情况中，不可能的是( )。 A．一环形电流产生的磁场，环内的磁感线与环外的磁感线数目相等 B．电流产生的磁场比磁极产生的磁场强 C．磁感线在空间某处中断 D．某两处的磁感线疏密一样 答案：C 解析：磁感线是闭合的，所以环形电流环内与环外的磁感线数目应该是相等的；电流产 生的磁场和磁极产生的磁场大小没有必然联系，电流产生的磁场有可能比磁极产生的磁场 强；但磁感线是闭合的，它不可能在空间某处中断；磁感线疏密一样说明磁场强度大小相等， 这也是有可能的。 3．对于通电螺线管，下列说法不正确的是( )。 A．通电螺线管表现出来的磁性相当于条形磁铁，一端相当于 N 极，另一端相当于 S 极 B．通电螺线管外部的磁感线也是从 N 极出来，进入 S 极的 C．通电螺线管内部的磁感线与螺线管轴线平行，由 S 极指向 N 极 D．把小磁针放在通电螺线管内，小磁针静止时，小磁针的 N 极指向螺线管的 S 极 答案：D 解析：通电螺线管表现出来的磁性相当于条形磁铁，其性质与条形磁铁相同，螺线管的 磁感线在外部由 N 极指向 S 极，在内部由 S 极指向 N 极，在螺线管内部，小磁针 N 极方向指 向螺线管的 N 极。 4. 如图所示，小磁针静止在通电螺线管的旁边，请在图上标出电流的方向。 答案：如图所示。 解析：根据通电螺线管的磁场与小磁针的相互作用情况可以判断：螺线管的右边应该是 S 极，再根据安培定则，右手握住螺线管，大拇指指向螺线管的 N 极，其余四指的方向就是 通电螺线管中的电流方向，即电流从右边流入、左边流出。 5. 如图所示，放在通电螺线管内部中间处的小磁针，静止时 N 极指向右，试判定电源 的正、负极。 答案：c 端为正极，d 端为负极 解析：小磁针 N 极的指向即为该处的磁场方向，所以螺线管内部磁感线方向由 a→b。 根据安培定则可判断出电流由电源的 c 端流出，d 端流入，故 c 端为正极，d 端为负极。