九年级全册第二节 电流的磁场精品课件ppt

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1820年丹麦物理学家奥斯特用实验证实通电导体的周围存在着磁场。第一次揭示了电和磁之间的联系，这一重大发现轰动了科学界，使电磁学进入一个新的发展时期。电与磁之间有着怎样的联系？今天一起学习—电流的磁场。
第二节 电流的磁场
1. 奥斯特实验（1）探究电与磁是否存在联系①如图甲所示，将一枚转动灵活的小磁针放置在直导线下方。然后使导线和电池触接，连通电路，观察小磁针的变化。②如图乙所示，把电源切断后，观察小磁针的变化。③如图丙所示，改变导线中电流的方向，观察小磁针有什么变化？
④实验分析小磁针发生偏转，说明小磁针受到磁场力的作用，表明通电导线和磁体一样，周围存在磁场。小磁针又回到原位，说明导线周围的磁场消失，表明导线周围的磁场是由电流产生的。电流方向改变时，小磁针的偏转方向发生改变，说明磁场方向发生了改变。进一步说明电流的磁场方向跟电流的方向有关。（2）探究归纳：
①电流周围存在着磁场；②电流的磁场方向与电流的方向有关。
通电导线周围存在与电流方向有关的磁场，这种现象叫做电流的磁效应。奥斯特实验揭示了电和磁之间存在着联系，即“电生磁”。
物理学家——汉斯·克海斯提安·奥斯特
（1）由甲、乙两图所示实验可得电流可以产生________；（2）由乙、丙两图所示实验可得电流产生的磁场的方向与电流的_____有关。
【例题1】某同学利用图所示装置进行了一系列实验，闭合开关前、小磁针的指向如图甲所示；闭合开关后、小磁针的转情况如图乙中箭头所示；只改变电流方向，再次进行实验、闭合开关后、小磁针的偏转如图丙中箭头所示。
（1）由甲、乙两图可知，开关闭合后，电路中有电流通过，小磁针的指向发生变化，可以得出结论电流周围可以产生磁场。（2）由乙、丙两图可知，电路中电流方向不同，小磁针的偏转方向不同，可以得出电流周围的磁场方向与电流方向有关。
知识二、 通电螺线管的磁场
既然电能生磁，为什么手电筒在通电时连一根大头针都吸不动？怎样才能使电流的磁场变强呢？如果将导线绕在圆筒上，做成螺线管（也叫线圈）。通电后各圈导线产生的磁场叠加在一起，磁场就会增强得多。
（1）实验一如图所示，用铜导线穿过硬纸板，绕成螺线管（或用螺线管演示器），在纸板上均匀地撒满铁屑，给螺线管通电后，轻敲纸板，观察铁屑的排列情况。
2. 实验探究：通电螺线管的磁场特点
实验现象与分析：如图所示，可以看到小铁屑有规则地排列起来。从铁屑的分布情况来看，通电螺线管周围的磁场与条形磁体相似。
（2）实验二 将小磁针放到通电螺线管周围不同的位置，包括螺线管内部，在纸板上记下小磁针在各个位置时的N极指向。实验现象：看到周围小磁针的N极指向不同，如图所示。
实验现象与分析：从小磁针N极指向来看，通电螺线管外部的磁感线是从通电螺线管一端出来回到另一端，如图所示。
（3）实验三在上面的实验中，改变螺线管中的电流方向，对照上次实验中的现象，观察小磁针的N极指向与原来是否相同。实验现象：小磁针的N极指向与上次实验刚好相反。现象分析：小磁针的N极指向改变，说明磁场方向改变了，即通电螺线管两端磁极的极性改变了。由此可知，通电螺线管的磁场方向与电流方向有关。探究归纳：
（1）通电螺线管外部的磁场与条形磁体外部的磁场相似，通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个磁极。（2）通电螺线管两端的极性跟螺线管中电流的方向有关。
3. 探究通电螺线管两端的极性与环绕电流方向间的关系
（1）设计并进行实验 取绕向不同的螺线管，向螺线管内通入不同方向的电流，用小磁针验证它的N、S极，实验现象如图所示。
（2）实验现象分析 ①甲、乙（或丙、丁）两个螺线管的绕法不同，螺线管中电流的方向相同，通电螺线管两端的极性相同；②甲、丙（或乙、丁）两个螺线管的绕法相同，螺线管中电流的方向不同，通电螺线管两端的极性不同。
（3）探究归纳 通电螺线管两端的极性与环绕螺线管的电流方向有关。通电螺线管的绕法可能不同，电流流入的端点可能不同，但只要环绕螺线管的电流方向相同，通电螺线管两端的极性就相同。
演示实验——《探究通电螺线管外部的磁场》
想一想怎样判断通电螺线管磁极的极性与电流方向之间的关系呢?
4. 右手螺旋定则对于通电螺线管的极性跟电流方向之间的关系，我们可以用右手螺旋定则来表述。
（2）右手螺旋定则的应用
①根据通电螺线管中电流的方向，判断螺线管的极性.②由通电螺线管两端的极性，判断螺线管中电流的方向.③根据通电螺线管的南、北极以及电源的正、负极，画出螺线管的绕线.
（3）应用右手螺旋定则时的注意事项
① 决定通电螺线管两端极性的根本因素是螺线管中电流的方向，电流的方向一致则通电螺线管两端的极性就相同。 ② 通电螺线管的N极和S极一定在两端。③使用右手螺旋定则时，必须让右手弯曲四指所指的方向与螺线管中电流的方向一致。
【例题2】在图中根据磁感线的方向，标出通电螺线管的N、S极和电源的“+”、“-”极。
在磁体外部，磁感线总是从磁体的N极发出，最后回到S极。所以螺线管的左端为N极，右端为S极。根据安培定则：伸出右手，使右手大拇指指向通电螺线管的N极，则四指弯曲所指的方向为电流的方向，即电流是从螺线管的右端流入的。所以电源的右端为正极，左端为负极，如图所示.
【例题3】在探究“通电螺线管外部的磁场分布”的实验中：（1）按照图甲布置实验器材，螺线管通电后小磁针发生偏转，说明通电螺线管的周围存在______ ；小磁针放在螺线管四周不同位置，在图上记录了磁针_____极的方向，这个方向就是该点的磁场方向；（2）小明做了如图乙所示的实验，由实验现象得出：通电螺线管的磁极极性与__________有关。
（1）按照图甲布置实验器材，螺线管通电后小磁针发生偏转，说明通电螺线管的周围存在磁场，是小磁针受力发生偏转。小磁针静止时N极所指的方向为该点的磁场方向，故把小磁针放到螺线管四周不同位置，螺线管通电后记录小磁针N极的方向，这个方向就是该点的磁场方向。（2）如图所示的实验，由实验现象得出：通电螺线管周围磁场方向与电流方向有关，当电流方向改变时，磁场方向也会发生改变。
1. 电磁铁概念电磁铁由线圈和铁芯组成 。在一根软铁芯上，用漆包线密绕成线圈就做成了一个简单的电磁铁，通电后它能产生磁性。2. 特点：有电流通过时有磁性，没有电流时就失去磁性。
3. 工作原理 电磁铁是利用电流的磁效应来工作的。在螺线管的内部插入铁芯通电后，铁芯在螺线管的磁场中被磁化，两磁场叠加，使电磁铁的磁性大大增强。
4. 电磁铁磁极极性的判断 电磁铁的磁极极性与通电螺线管的磁极极性是一致的，可运用右手螺旋定则来判定。
（1）提出问题：电磁铁磁性的强弱与哪些因素有关?（2）猜想与假设①电磁铁只有在线圈中通有电流时才有磁性，由此猜想电流的大小应该会影响电磁铁磁性的强弱。②构成电磁铁的主要部件是线圈，由此猜想线圈的形状和匝数可能会影响电磁铁的磁性强弱。
5. 探究影响电磁铁磁性强弱的因素
（3）实验方法 ①控制变量法：控制电磁铁线圈的匝数不变，改变线圈中电流的大小。控制电磁铁线圈的电流不变，改变线圈匝数。②转换法：根据电磁铁吸引铁钉或曲别针等数量的多少来判断电磁铁的磁性强弱。
把电磁铁、电源（带开关）、滑动变阻器、电流表等组成串联电路。
①按照电路图，把滑动变阻器、电流表和一定匝数的电磁铁串联起来，移动变阻器的滑片P，改变电路中的电流。观察电磁铁吸引曲别针的数目有什么变化。
②把三个匝数不同的电磁铁串联在电路中，观察电磁铁吸引曲别针的数目有什么变化。
实验①中，通过电磁铁的电流越大，吸引曲别针的数目越多，说明电磁铁的磁性越强；实验②中，线圈匝数多的c电磁铁吸引曲别针的数目最多，说明c电磁铁的磁性比a与b电磁铁的磁性强。
演示实验——《探究影响电磁铁磁性强弱的因素》
6. 电磁铁的优点
（1）可以通过电流的通断来控制其磁性的有无。（2）可以通过改变电流的方向来改变其磁极的极性。（3）可以通过改变电流的大小或线圈匝数的多少来控制其磁性的强弱。
（1）电磁铁直接对磁性物质有吸引力的作用 例如应用在电铃、电磁起重机、电磁刹车装置和许多自动控制装置上。全自动洗衣机的进水、排水阀门，卫生间里感应式冲水器的阀门，也都是由电磁铁控制的。
（2）电磁铁可以产生强磁场 现代技术上很多地方需要的强磁场都是由电磁铁提供的，如磁悬浮列车、电动机、发电机、磁疗设备、测量仪器、研究微观粒子用的加速器等。
【例题4】小华想用自制电磁铁探究影响电磁铁磁性强弱的因素。（1）他用相同的漆包线和____（选填“钢钉”或“铁钉”）绕制成两个电磁铁A和B，B钉上绕有更多匝数的线圈，实验装置如图所示；（2）如图甲，闭合开关，将滑动变阻器的滑片P向右移动，能吸引 的大头针_____（选填“更多”“不变”或“更少”），说明在线圈匝数一定时，电磁铁的磁性强弱与__________有关；（3）如图乙，把电磁铁A和B串联。闭合开关，多次移动滑动变阻器的滑片P，发现电磁铁B总比A能吸引更多的大头针，通过比较，得出的结论是______ 。
（1）钢是硬磁性材料，铁是软磁性材料。硬磁性材料磁化后不易退磁，软磁性材料磁化后很少保留磁性。因此用相同的漆包线和铁钉绕制成两个电磁铁A和B，实验装置如图所示。（2）图甲中，闭合开关，将滑动变阻器的滑片P向右移动，滑动变阻器连入电路的电阻变大，电路电流变小，电磁铁磁性变弱，能吸引更少的大头针，根据控制变量法可知，在线圈匝数一定时，电磁铁的磁性强弱与电流大小有关。（3）图乙中，电磁铁A和B串联。闭合开关后，电磁铁A和B通过的电流相等，但电磁铁B比电磁铁A的线圈匝数多，多次移动滑动变阻器的滑片P，发现电磁铁B总比A能吸引更多的大头针，根据控制变量法，可得出的结论是在电流大小一定时，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。
在生产技术中，一些大型机器在工作时的电流大，电压高，人们直接控制或操作是很危险的，那怎么才能控制这些强大的电流？原来人们使用了电磁继电器，下面学习电磁继电器的工作原理。
1. 电磁继电器概念
电磁继电器是利用低电压、弱电流电路的通断，来间接地控制高电压、强电流电路通断的装置。电磁继电器实质上是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。
2. 电磁继电器的构造及工作电路 电磁继电器是用电磁铁控制电路的一种开关。它的构造及工作电路如图所示。
电磁继电器的工作电路可分为控制电路和受控电路两部分。（1）控制电路：包括电磁铁A、衔铁B、低压电源U1、开关S。（2）受控电路：包括高压电源U2，电动机M，电磁继电器的触点D、E。
3. 电磁继电器的工作原理闭合控制电路中的开关S，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，受控电路闭合，电动机工作。断开开关S，线圈中的电流消失，电磁铁的磁性消失，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，受控电路断开，电动机停止工作。
4. 电磁继电器的应用（1）利用电磁继电器可以通过控制低电压、弱电流电路的通断来间接地控制高电压、强电流工作电路的通断，使人远离高压环境.（2）利用电磁继电器可以使人远离高温、有毒等环境，实现远距离控制.（3）在电磁继电器控制电路中接入对温度、压力或光照敏感的元件，利用这些元件操纵控制电路的通断，可以实现对温度、压力或光的自动控制，如电铃、防盗报警、防汛报警、温度自动控制、空气开关自动控制等。
视频欣赏——《电磁继电器》
5. 电磁继电器应用实例
（1）温度自动报警器制作水银温度计时在玻璃管中封入一段金属丝，当温度达到金属丝下端所指的温度时，电铃就响起来，发出报警信号。
工作原理：温度升高时，水银柱上升，与上方金属丝连通，使左侧形成通路，电磁铁中有电流通过，电磁铁吸引衔铁，使触点接触，右侧电路接通，电铃发出报警信号。
右图是直流电铃的原理图。衔铁B与弹性片A相连，电源断开时，弹性片是和螺钉接触的。接通电源后电磁铁吸引衔铁，敲击铃碗发声，但同时弹性片与螺钉分离导致断电，电磁铁失去磁性后弹性片又和螺钉接触而通电，如此往复。弄懂原理后，请你在右图所示的继电器上把电源连在电路里，使它成为一个电铃。
（2）机械电铃工作原理
（3）水位自动报警器原理
当水位上涨时，水与金属A接触，由于水（不纯净）是导体，使控制电路接通，电磁铁吸引衔铁，使动触点与下面的静触点接触，工作电路接通，则红灯发光；当水位下降时，使控制电路断开，电磁铁失去磁性，弹簧拉着衔铁使动触点与上面的静触点接触，工作电路接通，则绿灯亮。
【例题5】感应照明灯可以在天暗时自动发光，天亮时自动熄灭；控制电路如图所示，电源电压恒定，R1为定值电阻，R2为光敏电阻，其阻值随光照强度而变化。（1）如图，圆形虚线框内为本电路的核心部件，它是通过低电压、弱电流来控制高电压、强电流的电路通断的装置，其名称为__________，它的原理是______________；（2）在本图中，当控制电路电流增大到一定程度时，受控电路将_______（选填“接通”或“断开”）；（3）光照强度增大时，光敏电阻R2的阻值______，电压表示数______（选填“增大”“减小”或“不变”）.
（1）电磁继电器功能是利用控制电路的低电压、弱电流来控制工作电路的高电压、强电流，其主要部件是电磁铁，电磁铁是利用电流的磁效应原理工作的。（2）控制电路电流增大到一定程度时，电磁铁磁性增强，将衔铁吸下，受控电路断开，灯L熄灭；（3）感应照明灯可以在天暗时自动发光，天亮时自动熄灭，说明光照强度增大时，光敏电阻R2的阻值减小，控制电路电流增大，电磁铁磁性增强，将衔铁吸下，受控电路断开，灯L熄灭；控制电路电流增大，定值电阻R1两端的电压增大，电源电压不变，光敏电阻R2两端的电压变小，即电压表的示数减小。
磁场与条形磁体的磁场相似，极性跟螺线管中电流的方向有关
用右手握螺线管，让四指弯向螺线管中电流的方向，则拇指所指的那一端就是螺线管的N极。
电导体周围存在着磁场，磁场的方向与电流方向有关。
内部带铁芯的通电螺线管称为电磁铁.利用电流的磁效应来工作的.电磁铁线圈的匝数越多、电流越大，电磁铁的磁性就越强.①可通过电流的通断来控制其磁性的有无.②可通过改变电流方向来改变其磁极的极性.③可通过改变电流大小或线圈匝数控制磁性强弱.
①概念：继电器是利用低电压、弱电流电路的通断， 来间接地控制高电压、强电流电路通断的装置.②构成：电磁铁、衔铁、弹簧、动触点、静触点.③工作原理：电磁继电器靠电磁铁和弹簧的 共同作用实现工作电路状态的转换.
1．下列说法中能使通电螺线管的 N、S 极位置互相交换的办法是（   ） A．把线圈的匝数增加一倍B．改变电流的方向C．把电流大小减小一半D．开关重新断开
通电螺线管的N、S极位置与电流的环绕方向有关，改变电流的方向，则通电螺线管的N、S极位置将互相交换，故B正确；A、C只能改变通电螺线管的磁性强弱，D只能改变螺线管磁性的有无。故选B。
2．在图中根据小磁针指向标出通电螺线管中的电流方向。
在各图中先根据小磁针静止时的指向情况，确定通电螺线管的N极和S极，再利用右手螺旋定则（先让大拇指指向通电螺线管的N极，再观察四指弯曲的方向，四指弯曲的方向即为电流方向）判断通电螺线管中的电流方向。
3．有一蓄电池，上面标有的“＋”“－”极看不清了。如果有漆包线、纸筒、开关、小磁针等器材，你能判断蓄电池的正、负极吗？说说你的具体做法。
能判断蓄电池的正、负极。具体做法：把漆包线绕在纸筒上制成螺线管，将一枚N、S极已确定的小磁针放在螺线管的一端，然后将螺线管的两个线端刮去绝缘漆后接在蓄电池的两极上，观察小磁针静止后的N、S极的指向，以此来确定螺线管的N、S极。螺线管的N、S极确定后，再利用右手螺旋定则确定螺线管中的电流方向。最后根据在直流电源的外部电路电流由正极流向负极来标出蓄电池的“+”、“-”极。
4．观察图，和同学讨论电铃的工作原理。
当开关S闭合后，电流从电源正极经开关S、B点、触点、衔铁、电磁铁、A点到电源负极，构成电流通路。电磁铁产生磁场吸引衔铁，并带动软铁棒锤移动，敲击铃；同时电路在触点和衔铁位置断开，电路中没有电流，电磁铁失去磁性，衔铁在弹性金属片弹力作用下离开电磁铁，回到原来位置，与触点接触，电路又接通，电磁铁又产生磁场并吸引衔铁，带动软铁棒锤再次敲击铃。如此反复，铃就响了起来。
1. 通电螺线管内部的磁场是如何分布的？
答：通电螺线管内部的磁场方向是从南极指向北极。这是因为磁感线是闭合曲线，通电螺线管外部的磁感线是从磁体的北极到南极，因此，内部的磁感线方向自然是从南极指向北极。这种分布使得通电螺线管内部的磁场形成一个闭合的回路，与条形磁铁周围的磁场分布类似。
答：通电直导线周围的磁场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。
2. 示例：通电直导线周围的磁场是如何分布的?
1. 如图所示，学习奥斯特，探究通电导体周围的磁场。
（1）接通电路后，观察到小磁针偏转，说明电流周围存在磁场；将电池的正负极对调，可以改变电路中的电流方向。（2）电流方向改变，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。
（1）当闭合开关的瞬间，会观察到小磁针______ ；通过改变电池______的连接，可以改变电路中的电流方向；（2）此现象说明，电流方向会影响电流所产生磁场的______ 。
2．如图所示，根据磁体及周围磁场分布情况，在图中标出通电螺线管的N极及电源的正极。
螺线管外部磁场方向由N极指向S极，由图可知螺线管左侧为S极，右侧是N极，由右手螺旋定则可知，螺线管正面电流方向向下，背面电流方向向上，可知电源正极在左侧，如图所示.
3. 如图所示是小李探究电磁铁磁性强弱与什么因素有关的实验装置。下列措施中能使电磁铁磁性增强的是（ ）A．滑片P向右移动，其他条件不变B．滑片P向左移动，其他条件不变C．开关S由1扳到2，其他条件不变D．电源的正负极对调，其他条件不变
电磁体的磁性强弱与下列3种因素有关：（1）电流强弱；（2）线圈匝数。A. 滑片P向右滑动时电阻增大，电流变小，磁性变小．B. 滑片P向左移动时电阻减小，电流增大，磁性增大．C. 线圈匝数变少，磁性减弱．D. 电源正负极的对换不影响磁性大小。 故选B。
4. 如图所示，通电螺线管旁的小磁针分别静止在图示位置。请科学推断，最终决定通电螺线管极性的是（　　）A．电源正负极的接法 B．螺线管导线的环绕方向C．小磁针静止时N极的指向D．螺线管中电流的方向
根据题图可知，最终决定通电螺线管极性的是螺线管中电流的方向，故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。
5．请将电磁继电器电路连接完整。要求：开关闭合时，电动机转，小灯泡不亮；开关断开时，小灯泡亮，电动机不转。
开关闭合时，电磁铁具有磁性，会吸引衔铁，使电动机的电路接通；开关断开时，衔铁在弹簧拉力的作用下与电磁铁分离，使小灯泡的电路接通，小灯泡亮，如图所示.
（2）接通电路，小磁针静止时____极的指向是该点的磁场方向；（3）调换电源的正负极，闭合开关，小磁针反方向偏转，说明通电螺线管外部的磁场方向与___________有关。
6. 如图所示，探究通电螺线管外部磁场的方向。（1）玻璃板上均匀撒上铁屑，放上小磁针。闭合开关后，_______玻璃板，铁屑分布情况表明，螺线管的外部磁场与_______磁体周围的磁场相似；