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1、电生磁(2)教材优化全析全析提示1.电流的磁效应奥斯特实验在历史上相当长的一段时间里，人们认为电和磁是互不相干的.到了19世纪初，一些哲学家和科学家意识到，各种自然现象之间存在着相互的联系，并进行了长期的探索.物理学家在潜心研究物理规律的同时，也非常注意观察实验中的细微变化.1820年，丹麦物理学家奥斯特(Oersted)在课堂上做实验时，一个偶然的现象引起了他极大的兴趣.他进一步试验， 从而发现了电与磁之间的联系，这就是著名的奥斯特实验.实验：如图822所示，在磁针上面平行放一根直导线，当导线触接电池通电时，你能看到什么现象？改变电流方向，又能看到什么现象？本节从历史事实出发，引出了著名的“
2、奥斯特实验”.要知道奥斯特实验的现象以及影响磁场方向的因素.要点提炼很多发现乃至发明、创造就是在偶然之中寻求必然，从而获得成功的.我们要留意身边的现象，力求发现新的问题.图822通过实验我们发现，当导线触接电池通电时，小磁针不再指示南北方向，磁针方向发生了偏转(如图822甲所示)，N极向纸外偏转；改变奥斯特实验揭示了电现象和磁现象不是各自孤立的，而是紧密联系的，从而说明表面上互不相关的自然现象之间是相互联系的，这一发现推动了电磁学的研究和发展.小磁针偏转是因为受到了磁场力的作用，说明通电导线周围存在磁场；电流方向改变导致磁导线中电流的方向时，磁针偏转方向也发生改变，N极向纸内偏转(如图822乙
3、所示).这个实验说明了通电导体的周围有磁场，磁场的方向跟电流的方向有关.我们把导体中有电流通过时，导体周围存在磁场的现象叫做电流的磁效应.针偏转方向变化，说明电流磁场的方向跟电流的方向有关.2.通电螺线管的磁场(1)螺线管既然电能生磁，为什么手电筒在通电时连一根大头针也吸不动呢？这是因为它的磁场太弱了.那么如何增强电流的磁场呢？我们试着把导线绕在圆筒上，制成螺线管(solenoid，也叫线圈，coil)，它就能吸引很多大头针，为什么这样呢？这是因为各条导线产生的磁场相互叠加在一起，使得磁场大大增强.全析提示通过探究知道通电螺线管产生的磁场形状，影响磁场强弱的因素以及磁场方向的判定方法.(2)探
4、究通电螺线管的磁场的形状a.提出问题要点提炼要增强螺线管的磁性，我们可以增加线圈的匝数.在我们熟悉的各种磁体的磁场中，通电螺线管的磁场可能与哪种磁体的相似？b.设计实验根据上节课我们探究条形磁场的方法，我们可以在通电螺线管的周围放上一些小磁针，然后根据小磁针的指向，来描述通电螺线管的磁场的形状.思维拓展从理论上讲，线圈绕几圈，它的磁场就是原来的几倍.c.进行实验把小磁针摆在通电螺线管的周围，我们会发现小磁针的指向发生了偏转(见图823).图823d.结论通过观察我们不难看出，通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似.通电螺线管的极性与电流方向之间的关系磁场是有方向的，那么磁场的方向到底取决于什
5、么因素呢？我们仔细观察螺线管，它上面的导线在圆筒上的缠绕是有一定方向的，它的两个接线柱所接的电源的极性不同，螺线管中的电流方向也不同.要点提炼通过上一节“条形磁铁的磁场”的学习，学会灵活运用这种方法，探究磁场的形状和方向.思维拓展根据左图，用磁感线画出条形电磁铁周围的磁场，然后与条形磁铁周围的磁场相比较.要点提炼通过对比通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场，获得两种磁场相似的结论.如图824所示，我们把螺线管连入电路，电流方向是右进左出的，也就是在我们看到的这一面的电流方向是向上的.然后在它的左边放一小磁针，我们会发现它的指向如图824所示.由此我们可以断定，此时通电螺线管的左边为N极. 图8
6、24 图825改变通电螺线管中的电流方向，重做上述实验，我们会发现小磁针的指向发生了变化.如图825所示.我们所说的螺线管中的电流方向一般是指我们所看到的这一面导线中的电流方向.思维拓展螺线管的绕制方向不同，螺线管中的电流方向也就不同.试从图中得到证明.根据以上实验，我们可以得出通电螺线管的极性与其中的电流方向有关当通电螺线管中的电流方向发生变化时，螺线管的极性也随之改变. 对于以上的实验现象，我们能否用比较简短的话来概括它呢？既然通电螺线管的极性与螺线管中的电流方向有关，我们可以从电流方向入手.课本图8.26是蚂蚁和猴子对这一现象规律的总结，你能从中受到启示而得出结论吗？通过看图可知，蚂蚁爬
7、行，猴子用手臂，它们都是用自己的身体描述螺线管的磁极性质.我们可以用手来描述.要点提炼通过看图发现：蚂蚁走过的路线或猴子的手臂都是弯曲的，它跟蚂蚁行进的方向或猴子所指的方向垂直，所以我们想到了手的四指可以弯曲，大拇指和其余四个手指垂直.经过尝试，选择右手判断电流和磁极间的关系可行，因为四指弯曲，所以又叫“右手螺旋定则(二)”.伸出右手，握住螺线管，让四指弯向螺线管中的电流方向，则大拇指所指的那端就是螺线管的北极.这个规律就是安培定则. 如图826所示.图826概括规律时注意要用物理术语，叙述要严密，语言要简练.3.电磁铁我们如果在通电螺线管中插入一根铁棒，它就能吸引起更多的曲别针，这表明插入的
8、铁棒能使螺线管的磁场增强.我们把中间插入铁棒的螺线管叫做电磁铁(electromagnet).全析提示知道电磁铁的构成及其特点，知道影响电磁铁磁性的因素，并了解它的应用.探究(1)提出问题：电磁铁的磁性有强有弱.那么，电磁铁的磁性强弱与什么因素有关呢？(2)猜想与假设我们可能猜想出：电磁铁的磁性强弱与电流的大小有关，电流越大，磁性越强；电磁铁的磁性强弱与线圈的匝数有关，匝数越多，磁性越强；还可能(3)设计电路制作电磁铁：思维拓展通电螺线管中插入一根铁棒，铁棒由于处于通电螺线管的磁场中而被磁化，也具有了磁性，它的磁场与通电螺线管的磁场相互叠加，从而使通电螺线管的磁场大大增强.根据猜想与假设准备如
9、下器材：两个相同大小的大铁钉，一些漆包线，以及开关、电源、滑动变阻器、一些曲别针和电流表.制作：在大铁钉上包上一层纸，然后在一个大铁钉上用漆包线绕50圈，在另一个大铁钉上用漆包线绕100圈，这样就制成了两个匝数不同的电磁铁.设计电路图：根据实验思路，要能改变电路中的电流，所以必须连入滑动变阻器，同时连入电流表来显示电流的大小，如图827所示：图827要点提炼我们根据假设，实验中需要改变电路中的电流，所以要用滑动变阻器；还要改变螺线管的匝数，因此需要用两个大铁钉，制作两个电磁铁.(4)进行实验按图827连接电路(先连入50匝的电磁铁)，闭合开关，调节滑动变阻器，增大电流，并同时用电磁铁的一端靠近
10、曲别针，观察吸起曲别针的个数的变化.继续调节滑动变阻器，使电磁铁刚好能吸引起2、3个曲别针，读出此时电流表的示数，作好记录.把电磁铁换成100匝的，闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表的示数和刚才电流表的示数相同.观察电磁铁能(吸起的曲别针的个数与刚才是否相同.本实验我们采用的是“控制变量法”.因此要首先控制电磁铁的线圈匝数不变，来研究电磁铁的磁性强弱与电流大小的关系；然后控制电流不变，来研究电磁铁的磁性强弱与电磁铁线圈匝数的关系.(5)分析和论证通过实验，我们可以得出，同一电磁铁，通过的电流越大，吸起的曲别针越多，电磁铁的磁性越强；在电流相同的情况下，电磁铁的匝数越多，电磁铁的优点：磁性强弱变化可以通过改变电流的大小来实现；磁场方向可以通过改变电流方向来实现；磁性的有无可以靠通断电流来控制.吸起的曲别针越多，磁性越强.结论：通过电磁铁的电流越大，电磁铁的匝数越多，磁性越强.应用：电磁铁的实际应用很多，最直接的应用之一就是电磁起重机.把磁铁安装在吊车上，通电后吸起大量钢铁，移动到另一位置后切断电源，把钢材放下.另外，在电动机、发电机和电磁继电器中也用到了电磁铁.可见它的应用比较广泛.思维拓展想一想，电磁铁中的铁芯用钢制作行吗?为什么？用心 爱心 专心
