跟隨科學(xué)家識(shí)識(shí)“電生磁”

作者簡(jiǎn)介

王麗平，中學(xué)物理高級(jí)教師，從事物理教學(xué)工作30多年，全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽省級(jí)優(yōu)秀輔導(dǎo)員，曾獲蘇州市試題“命、解、評(píng)”競(jìng)賽一等獎(jiǎng).

1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng).這一發(fā)現(xiàn)在當(dāng)時(shí)的科學(xué)界引起了巨大反響，科學(xué)家們紛紛轉(zhuǎn)向這方面的研究，其中就有法國(guó)科學(xué)家安培，安培集中精力研究，最后建立了以他名字命名的定則——安培定則.今天，讓我們跟隨科學(xué)家一起討論學(xué)習(xí)電流的磁效應(yīng).

什么是電流的磁效應(yīng)

我們現(xiàn)在重現(xiàn)奧斯特的實(shí)驗(yàn)，尋找電與磁的聯(lián)系.將一根直導(dǎo)線沿南北方向放在靜止的小磁針的正上方，并使導(dǎo)線與小磁針平行.將直導(dǎo)線通電后，我們觀察到小磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)：斷開開關(guān)，小磁針恢復(fù)到與導(dǎo)線平行的位置：改變直導(dǎo)線中電流的方向，小磁針沿相反方向轉(zhuǎn)動(dòng).

小磁針的偏轉(zhuǎn)說明通電導(dǎo)線周圍存在磁場(chǎng)：小磁針沿相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，說明通電導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)方向與電流方向有關(guān)，這種電流周圍存在磁場(chǎng)的現(xiàn)象稱為電流的磁效應(yīng)，也稱“電生磁”，這個(gè)實(shí)驗(yàn)稱為奧斯特實(shí)驗(yàn).

例1如圖1所示是奧斯特實(shí)驗(yàn)的示意圖，下列有關(guān)分析正確的是（

）.

A.通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)方向由小磁針的指向決定

B.發(fā)生偏轉(zhuǎn)的小磁針對(duì)通電導(dǎo)線有力的作用

C.移去小磁針后的通電導(dǎo)線周圍不存在磁場(chǎng)

D.通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)方向與電流方向無(wú)關(guān)

解析：奧斯特做電流的磁效應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將通電導(dǎo)線放在小磁針上方，小磁針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，該實(shí)驗(yàn)證明了通電導(dǎo)線周圍存在磁場(chǎng)，磁場(chǎng)對(duì)小磁針產(chǎn)生力的作用，使小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，所以通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的，其方向由電流方向決定，故A、D錯(cuò)誤.當(dāng)通電導(dǎo)線放在小磁針上方時(shí)，小磁針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明了通電導(dǎo)線周圍存在磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)對(duì)小磁針有力的作用，因?yàn)榱Φ淖饔檬窍嗷サ模孕〈裴槍?duì)通電導(dǎo)線也有力的作用，故B正確.該磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的，與有無(wú)小磁針無(wú)關(guān)，移走小磁針，磁場(chǎng)仍然存在，故C錯(cuò)誤.選B.

點(diǎn)評(píng)：奧斯特實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電可以生磁，電流的磁效應(yīng)即電流周圍存在磁場(chǎng)，與有無(wú)小磁針無(wú)關(guān)，只與電流本身有關(guān).

通電螺線管的磁場(chǎng)和安培定則

1.通電螺線管的磁場(chǎng)

奧斯特實(shí)驗(yàn)用的是一根直導(dǎo)線，后來(lái)科學(xué)家們又把導(dǎo)線彎成各種形狀，通電后進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，將導(dǎo)線彎成螺線管，形成通電螺線管，其周圍磁場(chǎng)大大增強(qiáng).

通電螺線管周圍磁場(chǎng)分布情況可以通過下面的實(shí)驗(yàn)觀察：在嵌入螺線管的玻璃板上均勻地撒滿鐵屑，通電后輕敲玻璃板，觀察鐵屑的排列.如圖2甲所示，通電螺線管周圍的磁場(chǎng)與條形磁體的磁場(chǎng)（如圖2乙）一樣.然后在螺線管的周圍放一些小磁針，觀察小磁針的指向，判斷螺線管的N、S極，實(shí)驗(yàn)表明螺線管兩端的極性跟螺線管中的電流方向有關(guān)，

進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)得到：通電螺線管中電流越大，線圈匝數(shù)越多，周圍磁場(chǎng)越強(qiáng);在線圈中插入鐵芯形成的電磁鐵的磁性更強(qiáng).電磁鐵現(xiàn)已在實(shí)際生活中得到了廣泛應(yīng)用.

2.安培定則

科學(xué)家安培得知奧斯特實(shí)驗(yàn)后，集中精力研究，找到了通電螺線管兩端的極性與螺線管中電流的環(huán)繞方向之間的關(guān)系，這就是安培定則，又叫右手螺旋定則（用右手握住螺線管，讓四指彎向螺線管中的電流方向，則伸直的大拇指所指的那一端就是螺線管的N極）.

例2 如圖3所示的裝置中，當(dāng)開關(guān)S閉合后，下列判斷正確的是（

）.

A.通電螺線管外A點(diǎn)的磁場(chǎng)方向向左

B.通電螺線管的左端為N極

C.向左移動(dòng)滑片P.通電螺線管的磁性減弱

D.小磁針靜止后，其N極水平向右

解析：由圖可知，電流從螺線管的右端流入線圈.利用安培定則.可判斷螺線管的左端是N極，右端是S極，故B正確，螺線管周圍（外部）的磁感線應(yīng)該從N極出發(fā)，回到S極，根據(jù)磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁場(chǎng)方向與該點(diǎn)的磁感線方向一致可知.A點(diǎn)的磁場(chǎng)方向向右，故A錯(cuò)誤，滑片P向左移動(dòng)，接入電路的電阻變小，電路中的電流變大，磁性變強(qiáng)，故C錯(cuò)誤.據(jù)上面的分析可知，該螺線管的右端是S極，所以小磁針N極水平向左，故D錯(cuò)誤，選B.

點(diǎn)評(píng)：決定通電螺線管兩端極性的根本因素是通電螺線管中電流的方向，而不是通電螺線管上導(dǎo)線的繞法和電源正、負(fù)極的接法.

3.安培定則的應(yīng)用

運(yùn)用安培定則判斷通電螺線管兩端的極性分三步：（1）在圖上標(biāo)出螺線管中電流的方向.（2）用右手握住螺線管，讓四指彎向電流方向.（3）大拇指所指一端就是通電螺線管的N極，

電流的磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)揭示了電與磁之間的聯(lián)系，使電磁學(xué)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展時(shí)期，它在生產(chǎn)生活中有著廣泛應(yīng)用，如電磁鐵、磁懸浮列車等就是電流的磁效應(yīng)的具體應(yīng)用.