跟隨科學家識識“電生磁”

作者簡介

王麗平，中學物理高級教師，從事物理教學工作30多年，全國中學生物理競賽省級優秀輔導員，曾獲蘇州市試題“命、解、評”競賽一等獎.

1820年，丹麥物理學家奧斯特發現了電流的磁效應.這一發現在當時的科學界引起了巨大反響，科學家們紛紛轉向這方面的研究，其中就有法國科學家安培，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，讓我們跟隨科學家一起討論學習電流的磁效應.

什么是電流的磁效應

我們現在重現奧斯特的實驗，尋找電與磁的聯系.將一根直導線沿南北方向放在靜止的小磁針的正上方，并使導線與小磁針平行.將直導線通電后，我們觀察到小磁針發生了偏轉：斷開開關，小磁針恢復到與導線平行的位置：改變直導線中電流的方向，小磁針沿相反方向轉動.

小磁針的偏轉說明通電導線周圍存在磁場：小磁針沿相反方向轉動，說明通電導線周圍磁場方向與電流方向有關，這種電流周圍存在磁場的現象稱為電流的磁效應，也稱“電生磁”，這個實驗稱為奧斯特實驗.

例1如圖1所示是奧斯特實驗的示意圖，下列有關分析正確的是（

）.

A.通電導線周圍的磁場方向由小磁針的指向決定

B.發生偏轉的小磁針對通電導線有力的作用

C.移去小磁針后的通電導線周圍不存在磁場

D.通電導線周圍的磁場方向與電流方向無關

解析：奧斯特做電流的磁效應實驗時，將通電導線放在小磁針上方，小磁針會發生偏轉，該實驗證明了通電導線周圍存在磁場，磁場對小磁針產生力的作用，使小磁針發生偏轉，所以通電導線周圍的磁場是由電流產生的，其方向由電流方向決定，故A、D錯誤.當通電導線放在小磁針上方時，小磁針會發生偏轉，說明了通電導線周圍存在磁場，該磁場對小磁針有力的作用，因為力的作用是相互的，所以小磁針對通電導線也有力的作用，故B正確.該磁場是由電流產生的，與有無小磁針無關，移走小磁針，磁場仍然存在，故C錯誤.選B.

點評：奧斯特實驗證實了電可以生磁，電流的磁效應即電流周圍存在磁場，與有無小磁針無關，只與電流本身有關.

通電螺線管的磁場和安培定則

1.通電螺線管的磁場

奧斯特實驗用的是一根直導線，后來科學家們又把導線彎成各種形狀，通電后進行研究發現，將導線彎成螺線管，形成通電螺線管，其周圍磁場大大增強.

通電螺線管周圍磁場分布情況可以通過下面的實驗觀察：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與條形磁體的磁場（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，實驗表明螺線管兩端的極性跟螺線管中的電流方向有關，

進一步實驗得到：通電螺線管中電流越大，線圈匝數越多，周圍磁場越強;在線圈中插入鐵芯形成的電磁鐵的磁性更強.電磁鐵現已在實際生活中得到了廣泛應用.

2.安培定則

科學家安培得知奧斯特實驗后，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繞方向之間的關系，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，當開關S閉合后，下列判斷正確的是（

）.

A.通電螺線管外A點的磁場方向向左

B.通電螺線管的左端為N極

C.向左移動滑片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）的磁感線應該從N極出發，回到S極，根據磁場中某點的磁場方向與該點的磁感線方向一致可知.A點的磁場方向向右，故A錯誤，滑片P向左移動，接入電路的電阻變小，電路中的電流變大，磁性變強，故C錯誤.據上面的分析可知，該螺線管的右端是S極，所以小磁針N極水平向左，故D錯誤，選B.

點評：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線的繞法和電源正、負極的接法.

3.安培定則的應用

運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，

電流的磁效應的發現揭示了電與磁之間的聯系，使電磁學進入了一個嶄新的發展時期，它在生產生活中有著廣泛應用，如電磁鐵、磁懸浮列車等就是電流的磁效應的具體應用.