跟随科学家识识“电生磁”

    

    

    

    作者简介

    王丽平，中学物理高级教师，从事物理教学工作30多年，全国中学生物理竞赛省级优秀辅导员，曾获苏州市试题“命、解、评”竞赛一等奖.

    1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应.这一发现在当时的科学界引起了巨大反响，科学家们纷纷转向这方面的研究，其中就有法国科学家安培，安培集中精力研究，最后建立了以他名字命名的定则——安培定则.今天，让我们跟随科学家一起讨论学习电流的磁效应.

    什么是电流的磁效应

    我们现在重现奥斯特的实验，寻找电与磁的联系.将一根直导线沿南北方向放在静止的小磁针的正上方，并使导线与小磁针平行.将直导线通电后，我们观察到小磁针发生了偏转：断开开关，小磁针恢复到与导线平行的位置：改变直导线中电流的方向，小磁针沿相反方向转动.

    小磁针的偏转说明通电导线周围存在磁场：小磁针沿相反方向转动，说明通电导线周围磁场方向与电流方向有关，这种电流周围存在磁场的现象称为电流的磁效应，也称“电生磁”，这个实验称为奥斯特实验.

    例1如图1所示是奥斯特实验的示意图，下列有关分析正确的是（

    ）.

    A.通电导线周围的磁场方向由小磁针的指向决定

    B.发生偏转的小磁针对通电导线有力的作用

    C.移去小磁针后的通电导线周围不存在磁场

    D.通电导线周围的磁场方向与电流方向无关

    解析：奥斯特做电流的磁效应实验时，将通电导线放在小磁针上方，小磁针会发生偏转，该实验证明了通电导线周围存在磁场，磁场对小磁针产生力的作用，使小磁针发生偏转，所以通电导线周围的磁场是由电流产生的，其方向由电流方向决定，故A、D错误.当通电导线放在小磁针上方时，小磁针会发生偏转，说明了通电导线周围存在磁场，该磁场对小磁针有力的作用，因为力的作用是相互的，所以小磁针对通电导线也有力的作用，故B正确.该磁场是由电流产生的，与有无小磁针无关，移走小磁针，磁场仍然存在，故C错误.选B.

    点评：奥斯特实验证实了电可以生磁，电流的磁效应即电流周围存在磁场，与有无小磁针无关，只与电流本身有关.

    通电螺线管的磁场和安培定则

    1.通电螺线管的磁场

    奥斯特实验用的是一根直导线，后来科学家们又把导线弯成各种形状，通电后进行研究发现，将导线弯成螺线管，形成通电螺线管，其周围磁场大大增强.

    通电螺线管周围磁场分布情况可以通过下面的实验观察：在嵌入螺线管的玻璃板上均匀地撒满铁屑，通电后轻敲玻璃板，观察铁屑的排列.如图2甲所示，通电螺线管周围的磁场与条形磁体的磁场（如图2乙）一样.然后在螺线管的周围放一些小磁针，观察小磁针的指向，判断螺线管的N、S极，实验表明螺线管两端的极性跟螺线管中的电流方向有关，

    进一步实验得到：通电螺线管中电流越大，线圈匝数越多，周围磁场越强;在线圈中插入铁芯形成的电磁铁的磁性更强.电磁铁现已在实际生活中得到了广泛应用.

    2.安培定则

    科学家安培得知奥斯特实验后，集中精力研究，找到了通电螺线管两端的极性与螺线管中电流的环绕方向之间的关系，这就是安培定则，又叫右手螺旋定则（用右手握住螺线管，让四指弯向螺线管中的电流方向，则伸直的大拇指所指的那一端就是螺线管的N极）.

    例2 如图3所示的装置中，当开关S闭合后，下列判断正确的是（

    ）.

    A.通电螺线管外A点的磁场方向向左

    B.通电螺线管的左端为N极

    C.向左移动滑片P.通电螺线管的磁性减弱

    D.小磁针静止后，其N极水平向右

    解析：由图可知，电流从螺线管的右端流入线圈.利用安培定则.可判断螺线管的左端是N极，右端是S极，故B正确，螺线管周围（外部）的磁感线应该从N极出发，回到S极，根据磁场中某点的磁场方向与该点的磁感线方向一致可知.A点的磁场方向向右，故A错误，滑片P向左移动，接入电路的电阻变小，电路中的电流变大，磁性变强，故C错误.据上面的分析可知，该螺线管的右端是S极，所以小磁针N极水平向左，故D错误，选B.

    点评：决定通电螺线管两端极性的根本因素是通电螺线管中电流的方向，而不是通电螺线管上导线的绕法和电源正、负极的接法.

    3.安培定则的应用

    运用安培定则判断通电螺线管两端的极性分三步：（1）在图上标出螺线管中电流的方向.（2）用右手握住螺线管，让四指弯向电流方向.（3）大拇指所指一端就是通电螺线管的N极，

    电流的磁效应的发现揭示了电与磁之间的联系，使电磁学进入了一个崭新的发展時期，它在生产生活中有着广泛应用，如电磁铁、磁悬浮列车等就是电流的磁效应的具体应用.