版物理同步新导学案教科选修 22.docx
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版物理同步新导学案教科选修22
5.3 探究电流周围的磁场
[学科素养与目标要求]
物理观念：
1.掌握安培定则，知道几种电流周围的磁感线分布特点；2.知道磁现象的电本质，了解安培分子电流假说的内容.
科学思维：
1.会用安培定则判断电流周围的磁场方向；2.能用安培分子电流假说解释简单的磁现象.
一、电流的磁场
（1）让一直导线垂直穿过一块水平硬纸板，将小磁针放置在水平硬纸板各处，接通电源.观察小磁针在各处的指向，分析直线电流的磁感线的特点.
（2）用相同的方法研究环形电流磁场的磁感线的分布，也可用细铁屑模拟磁感线的分布，分析其磁感线的特点.
（3）用细铁屑模拟通电螺线管的磁感线分布，分析其磁感线的特点.
答案 见要点总结.
[要点总结]
1.电流周围的磁感线方向可根据安培定则判断.
2.直线电流的磁场：
用右手握住导线，让大拇指指向电流的方向，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向.
特点：
以导线上各点为圆心的同心圆，圆所在平面与导线垂直，越向外越稀疏.（如图1所示）
图1
3.环形电流的磁场：
让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向.
特点：
内部比外部强，磁感线越向外越疏.（如图2所示）
图2
4.通电螺线管的磁场：
用右手握住螺旋管，让弯曲的四指指向电流的方向，那么大拇指所指的方向就是螺旋管中心轴线上磁感线的方向.
特点：
内部为匀强磁场，且内部磁感应强度比外部强.内部磁感线方向由S极指向N极，外部由N极指向S极.（如图3所示）
图3
例1
如图4所示为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是（ ）
图4
A.①③B.②③C.①④D.②④
答案 C
解析 由右手螺旋定则可以判断出直线电流产生的磁场方向，①正确，②错误.③和④为环形电流，注意让弯曲的四指指向电流的方向，可判断出③错误，④正确.故正确选项为C.
例2
电路没接通时两枚小磁针方向如图5，试确定电路接通后两枚小磁针的转向及最后的指向.
图5
答案 见解析
解析 接通电源后，螺线管的磁场为：
内部从左指向右，外部从右指向左，如图所示，故小磁针1逆时针转动至N极水平向左，小磁针2顺时针转动至N极水平向右.
小磁针在磁场中受力的判断方法
1.当小磁针处于磁体产生的磁场中，或环形电流、通电螺线管外部时，可根据同名磁极相斥，异名磁极相吸来判断小磁针的受力方向.
2.当小磁针处于直线电流的磁场中或处于环形电流、通电螺线管内部时，应该根据小磁针N极所指方向与通过该点的磁感线的切线方向相同，来判断小磁针的受力方向.
针对训练1 当导线中分别通以图示方向的电流，小磁针静止时北极指向读者的是（ ）
答案 C
解析 通电直导线电流从左向右，根据右手螺旋定则，则有小磁针所处的磁场方向垂直纸面向里，所以小磁针静止时北极背离读者，故A错误；通电直导线电流竖直向上，根据右手螺旋定则，磁场的方向为逆时针（从上向下看），因此小磁针静止时北极背离读者，故B错误；环形导线的电流方向如题图C所示，根据右手螺旋定则，则有小磁针所处的磁场方向垂直纸面向外，所以小磁针静止时北极指向读者，故C正确；根据右手螺旋定则，结合电流的方向，则通电螺线管的内部磁场方向由右向左，则小磁针静止时北极指向左，故D错误.
二、探究磁现象的本质
磁铁和电流都能产生磁场，而且通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场十分相似，它们的磁场有什么联系？
答案 它们的磁场都是由电荷的运动产生的.
[要点总结]
1.安培分子电流假说
法国学者安培提出：
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.每个物质微粒由于分子电流的存在都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极.（如图6所示）.
图6
2.当铁棒中分子电流的取向大致相同时，铁棒对外显磁性（如图7甲所示）；当铁棒中分子电流的取向变得杂乱无章时，铁棒对外不显磁性（如图乙所示）.
图7
3.安培分子电流假说说明一切磁现象都是由电荷的运动产生的.
例3
（多选）关于安培分子电流假说的说法正确的是（ ）
A.安培观察到物质内部有分子电流存在就提出了假说
B.为了解释磁铁产生磁场的原因，安培提出了假说
C.事实上物质内部并不存在类似的分子电流
D.根据后来科学家研究，原子内电子绕核旋转形成环形电流与安培分子电流假说相符
答案 BD
三、磁感应强度矢量的叠加
磁感应强度是矢量，当空间存在几个磁体（或电流）时，每一点的磁场等于各个磁体（或电流）在该点产生磁场的矢量和.磁感应强度叠加时遵循平行四边形定则.
例4
（2017·全国卷Ⅲ）如图8，在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为l.在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时，纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零，如果让P中的电流反向、其他条件不变，则a点处磁感应强度的大小为（ ）
图8
A.0B.
B0C.
B0D.2B0
答案 C
解析 如图甲所示，P、Q中的电流在a点产生的磁感应强度大小相等，设为B1，由几何关系可知，B1＝
B0.如果让P中的电流反向、其他条件不变，如图乙所示，由几何关系可知，a点处磁感应强度的大小B＝
＝
B0，故选项C正确，A、B、D错误.
学科素养
这道高考题用安培定则判断电流周围的磁场方向，而后根据矢量的合成法则计算磁感应强度的大小，考查了从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式，体现了“科学思维”的学科素养.
针对训练2 （多选）（2018·全国卷Ⅱ）如图9，纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2，L1中的电流方向向左，L2中的电流方向向上；L1的正上方有a、b两点，它们相对于L2对称.整个系统处于匀强外磁场中，外磁场的磁感应强度大小为B0，方向垂直于纸面向外.已知a、b两点的磁感应强度大小分别为
B0和
B0，方向也垂直于纸面向外.则（ ）
图9
A.流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为
B0
B.流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为
B0
C.流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为
B0
D.流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为
B0
答案 AC
解析 原磁场、电流的磁场方向如图所示，由题意知
在b点：
B0＝B0－B1＋B2
在a点：
B0＝B0－B1－B2
由上述两式解得B1＝
B0，B2＝
B0，A、C项正确.
1.（直线电流周围的磁场 奥斯特实验）物理实验都需要有一定的控制条件.奥斯特做电流磁效应实验时，应排除地磁场对实验的影响.关于奥斯特的实验，下列说法中正确的是（ ）
A.该实验必须在地球赤道上进行
B.通电直导线应该竖直放置
C.通电直导线应该水平东西方向放置
D.通电直导线应该水平南北方向放置
答案 D
解析 小磁针静止时指向南北，说明地磁场的方向为南北方向，当通电直导线水平南北方向放置时，能产生东西方向的磁场，把小磁针放置在该处时，可有明显的偏转，故选D.
2.（通电螺线管的磁场）如图10所示，a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右侧，当这些小磁针静止时，小磁针N极的指向是（ ）
图10
A.a、b、c均向左B.a、b、c均向右
C.a向左，b向右，c向右D.a向右，b向左，c向右
答案 C
解析 小磁针静止时N极的指向与该点磁感线方向相同，如果a、b、c三处磁感线方向确定，那么三枚小磁针静止时N极的指向也就确定.通电螺线管的磁感线如图所示，可知a磁针的N极在左边，b磁针的N极在右边，c磁针的N极在右边.
3.（安培定则的应用）下列各图中，用带箭头的细实线表示通电直导线周围磁感线的分布情况，其中正确的是（ ）
答案 D
4.（磁感应强度矢量的叠加）（2018·武汉外国语学校期末）如图11所示，两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流，a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到O点的距离均相等.关于以上几点处的磁感应强度，下列说法正确的是（ ）
图11
A.O点处的磁感应强度为零
B.a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相反
C.c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同
D.a、c两点处的磁感应强度的方向不同
答案 C
解析 根据安培定则判断：
两直线电流在O点处产生的磁场方向均垂直于MN向下，O点处的磁感应强度不为零，故A选项错误；a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，故B选项错误；根据对称性，c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，故C选项正确；a、c两点处的磁感应强度方向相同，故D选项错误.
考点一 对安培定则的理解与应用
1.如图1所示，小磁针正上方的直导线与小磁针平行，当导线中有电流时，小磁针会发生偏转.首先观察到这个实验现象的物理学家和观察到的现象是（ ）
图1
A.物理学家伽利略，小磁针的N极垂直转向纸内
B.天文学家开普勒，小磁针的S极垂直转向纸内
C.物理学家牛顿，但小磁针静止不动
D.物理学家奥斯特，小磁针的N极垂直转向纸内
答案 D
解析 发现电流的磁效应的科学家是奥斯特，根据右手螺旋定则和小磁针N极所指的方向为该点磁场方向可知D正确.
2.如图2所示，左侧水平台面上固定着条形磁铁，右侧固定着螺线管.闭合开关S后，下列判断正确的是（ ）
图2
A.螺线管内的磁场方向向右，磁铁受到的斥力向左
B.螺线管内的磁场方向向右，磁铁受到的斥力向右
C.螺线管内的磁场方向向左，磁铁受到的斥力向左
D.螺线管内的磁场方向向左，磁铁受到的斥力向右
答案 C
解析 由安培定则可知，螺线管的N极在左端，螺线管内的磁场方向向左，磁铁受到的斥力向左，选项C正确.
3.如图3所示的通电螺线管内放置一小磁针（静止不动），下列判断正确的是（ ）
图3
A.电源A端为正极、B端为负极，线圈右端为S极，左端为N极
B.电源A端为负极、B端为正极，线圈右端为S极，左端为N极
C.电源A端为负极、B端为正极，线圈右端为N极，左端为S极
D.电源A端为正极、B端为负极，线圈右端为N极，左端为S极
答案 B
解析 由小磁针N极的指向确定通电螺线管内磁感线的方向为从右向左，再根据安培定则，确定在电源外部电流方向由B向A，电源B端为正极，线圈左端为N极，故B正确.
4.如图4所示，一通电螺线管通有图示电流，1、2、4小磁针放在螺线管周围，3小磁针放在螺线管内部，四个小磁针静止在如图所示位置，则四个小磁针的N、S极标注正确的是（ ）
图4
A.1B.2C.3D.4
答案 B
解析 小磁针静止时的N极指向为该处的磁感线方向，根据安培定则可知通电螺线管的右端为N极，左端为S极，内部磁感线方向是从左到右，故只有2小磁针的N、S极标注正确.
考点二 对磁现象的本质的认识
5.关于分子电流，下面说法中正确的是（ ）
A.分子电流假说最初是由法国学者法拉第提出的
B.分子电流假说揭示了磁铁的磁场与电流的磁场具有共同的本质，即磁场都是由电荷的运动形成的
C.分子电流是专指分子内部存在的环形电流
D.分子电流假说无法解释加热“去磁”现象
答案 B
解析 分子电流假说最初是由安培提出来的，A错误；分子电流并不是专指分子内部存在的环形电流，分子电流假说揭示了磁铁的磁场与电流的磁场具有共同的本质，即磁场都是由电荷的运动形成的，C错误，B正确；加热“去磁”现象可以根据分子电流假说解释，磁体受到高温时会失去磁性，是因为激烈的热运动使分子电流的取向又变得杂乱无章，D错误.
6.为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：
地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的.在下列四个图中，能正确表示安培假设中环形电流方向的是（ ）
答案 B
考点三 磁感应强度矢量的叠加
7.（多选）如图5，两根平行长直导线相距2l，通有大小相等、方向相同的恒定电流；a、b、c是导线所在平面内的三点，左侧导线与它们的距离分别为
、l和3l.关于这三点处的磁感应强度，下列判断正确的是（ ）
图5
A.a处的磁感应强度大小比c处的大
B.b、c两处的磁感应强度大小相等
C.a、c两处的磁感应强度方向相同
D.b处的磁感应强度为零
答案 AD
解析 由于a点与左侧导线的距离比c点与右侧导线的距离小，故a处的磁感应强度大小比c处的大，A正确.根据安培定则知，a、c两处磁感应强度方向相反，C错误.b点位于两导线中间，两通电导线在b处产生的磁感应强度大小相等，方向相反，故b处磁感应强度为零，c处磁感应强度不为零，B错误，D正确.
8.（2018·河南八市联考高二上学期测评）如图6所示，三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3，垂直纸面置于正三角形三个顶点处，O为正三角形的中心，当电流沿图示方向时，中心O处的磁感应强度为B0，若把L3移走，则O处的磁场磁感应强度为（ ）
图6
A.
B.
C.B0D.
B0
答案 A
解析 三根相互平行的固定长直导线电流大小相等，它们在中心O处产生的磁感应强度大小均相同，依题意可知L1、L2在O处产生的合磁感应强度方向水平向右，与L3在O处产生的磁感应强度相同，若把L3移走，中心O处的磁场磁感应强度为
，A正确.
9.（多选）三根在同一平面（纸面）内的长直绝缘导线组成一等边三角形，在导线中通过的电流均为I，方向如图7所示.a、b和c三点分别位于三角形的三个顶角的平分线上，且到相应顶点的距离相等.将a、b和c处的磁感应强度大小分别记为B1、B2和B3，下列说法正确的是（ ）
图7
A.B1＝B2＜B3
B.B1＝B2＝B3
C.a和b处磁场方向垂直于纸面向外，c处磁场方向垂直于纸面向里
D.a处磁场方向垂直于纸面向外，b和c处磁场方向垂直于纸面向里
答案 AC
解析 a、b、c三处的磁感应强度是三根导线所产生的磁感应强度的叠加.根据安培定则可判断出左、右两根导线在a处的磁场方向相反，因为距离相等，所以磁感应强度大小相等，所以左、右两根导线在a处产生的磁感应强度的矢量和为零，a处的磁感应强度等于下面导线在该处产生的磁感应强度，所以a处的磁感应强度方向垂直于纸面向外.同理可知b处的磁感应强度等于右面的导线在该处产生的磁感应强度，所以b处的磁感应强度方向也垂直于纸面向外，三根导线在c处产生的磁场方向均是垂直于纸面向里，所以合磁感应强度方向垂直纸面向里，所以B1＝B2＜B3，A、C选项正确，B、D选项错误.
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