磁場(chǎng)與安培定則

徐斌斌，中學(xué)高級(jí)教師，曾獲湖北省“比教學(xué)”先進(jìn)個(gè)人、襄陽市學(xué)科帶頭人、襄陽市優(yōu)秀班，主任、棗陽市拔尖人才、棗陽市中小學(xué)名師、棗陽市講師團(tuán)優(yōu)秀講師等榮譽(yù)稱號(hào)2016年獲“棗陽市十大杰出青年”，多次獲省優(yōu)質(zhì)課一等獎(jiǎng)，多篇論文獲省市級(jí)獎(jiǎng)，在核心期刊上發(fā)表論文多篇，關(guān)于磁現(xiàn)象。早在公元前4世紀(jì)的戰(zhàn)國時(shí)期就已經(jīng)有所記載，人類對(duì)電的認(rèn)識(shí)也可以追溯到公元前6世紀(jì)，但對(duì)于電磁現(xiàn)象的整合卻是到19世紀(jì)才真正開始的，因?yàn)樵诖酥埃姾痛乓恢北蛔鳛閮煞N不同的物理現(xiàn)象被物理學(xué)家們所關(guān)注和研究，也正是物理學(xué)家對(duì)電磁學(xué)的深入探究，才有了現(xiàn)代化的今天。

一、什么是磁場(chǎng)

磁體能夠吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)，當(dāng)磁體靠近這些物體，就能把這些物體吸引過來，當(dāng)磁體與磁體互相靠近時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)吸引或排斥的現(xiàn)象，它們之間并沒有接觸但會(huì)產(chǎn)生力的作用，這說明在磁體的周圍存在著一種我們看不見也摸不著的物質(zhì)，我們把這種物質(zhì)叫作磁場(chǎng)。

磁場(chǎng)可以對(duì)處于其中的磁體產(chǎn)生磁力的作用，磁體問的相互作用就是通過磁場(chǎng)發(fā)生的，如圖1，在磁體的周圍放一些小磁針，我們會(huì)看到，小磁針會(huì)有規(guī)則地排列在磁體的周圍，我們把小磁針靜止時(shí)北極所指的方向，規(guī)定為磁場(chǎng)的方向。

磁場(chǎng)是存在的，但我們看不見，摸不著，那么我們?nèi)绾瘟私馑男再|(zhì)呢？物理學(xué)家們想出來一個(gè)好方法，如圖2，當(dāng)我們把鐵屑放在一個(gè)條形磁鐵的周圍時(shí)，我們會(huì)看到鐵屑有規(guī)則地排列在條形磁體的周圍，這也向我們證實(shí)了磁場(chǎng)確確實(shí)實(shí)是存在的，為了讓我們更好地研究磁場(chǎng)的性質(zhì)，形象地描述磁場(chǎng)的分布情況，我們就按照這些鐵屑的排列線條在磁體的周圍畫上一些曲線，并且在每條線上都標(biāo)上該點(diǎn)磁場(chǎng)的方向，這就是磁感線了，如圖3，根據(jù)磁場(chǎng)方向的規(guī)定，我們知道磁體周圍的磁感線是從磁體的北極出來。回到磁體的南極，

值得注意的是：磁感線是我們?yōu)榱嗣枋龊脱芯看艌?chǎng)而假想出來的，它是不存在的，但磁場(chǎng)是確確實(shí)實(shí)存在的。

觀察磁體周圍的磁感線的分布，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)磁體兩端的磁感線最密集，所以磁體兩端的磁性最強(qiáng)，這兩個(gè)部分叫作磁極，每個(gè)磁體上都有兩個(gè)磁極：南極（S）和北極（N），同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。

例1關(guān)于磁場(chǎng)和磁感線，下面說法正確的是（）。

A.磁場(chǎng)雖看不到，摸不著，但確實(shí)存在；而磁感線是一種假想的曲線，是不存在的。

B.磁場(chǎng)對(duì)放人其中的磁體有磁力的作用，當(dāng)其中未放入磁體時(shí)，就沒有磁場(chǎng)存在。

C.磁體周圍的磁感線從磁體的南極出來，同到北極。

D.在磁場(chǎng)中畫出磁感線后，磁感線空白處不存在磁場(chǎng)。

分析：磁體周圍一直有磁場(chǎng)的存在，磁感線是從磁體的北極出發(fā)，回到磁體的南極，磁感線只是為了形象地描述空間的磁場(chǎng)分布情況而假想出來的一種曲線，并不存在，沒的地方并不代表沒有磁場(chǎng)的存在，選A。

二、電生磁和安培定則

生活中，我們常聽說電磁爐、電磁鐵等，那么，電與磁之間是否存在著某種聯(lián)系呢？在19世紀(jì)之前，電和磁一直被作為兩個(gè)獨(dú)立的物理現(xiàn)象被研究。這個(gè)觀點(diǎn)也一直“統(tǒng)治”著物理界，直到1820年的3月。丹麥的物理學(xué)家奧斯特做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。把一段直導(dǎo)線平放在小磁針的旁邊（如圖4），每當(dāng)給導(dǎo)線通電時(shí)，發(fā)現(xiàn)小磁針總會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這個(gè)現(xiàn)象說明了通電導(dǎo)體的周圍存在著能夠讓小磁針重新指向的一種物質(zhì)，這就是磁場(chǎng)，由此推出了通電導(dǎo)體周圍存在著磁場(chǎng)的結(jié)論，這便是有名的奧斯特實(shí)驗(yàn)，這一現(xiàn)象也被稱為電流的磁效應(yīng)。

這一發(fā)現(xiàn)引起了物理界的轟動(dòng)，從此拉開了電與磁之間有聯(lián)系的序幕，越來越多的物理學(xué)家在電與磁之間的聯(lián)系上作出了巨大的努力和貢獻(xiàn)，其中的代表人物有安培、法拉第等。

磁場(chǎng)有方向，通電導(dǎo)體周圍有磁場(chǎng)，那么通電導(dǎo)體周圍的磁場(chǎng)方向又是如何呢？

安培經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)探究，最終利用安培定則，判斷出了通電螺線管周圍的磁場(chǎng)方向：用右手握住螺線管，讓四指指向螺線管中電流的方向，則大拇指所指的方向就是螺線管的北極（如圖5）。

對(duì)于通電直導(dǎo)線所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向也可以用安培定則來判定：用右手握住通電直導(dǎo)線，讓大拇指指向電流的方向，那么四指的指向就是磁感線的環(huán)繞方向（如圖6）。

例2（2016·雅安）如圖7所示，根據(jù)小磁針的指向，對(duì)通電螺線管的南、北極和電源的正、負(fù)極判斷正確的是（）。

A.a端是北極，c端是負(fù)極

B.a端是北極，c端是正極

C.a端是南極，c端是負(fù)極

D.a端是南極，c端是正極

分析中小磁針的N極指向右，根據(jù)磁場(chǎng)方向的規(guī)定可知，此通電螺線管的6端是S極，a端是N極，再利用安培定則可以判斷電流是從右側(cè)流入，所以d端為電源的正極，c端是負(fù)極，選A。

本期導(dǎo)讀

本期物理部分配合“電與磁”“信息的傳遞”“能源與可持續(xù)發(fā)展”這三章內(nèi)容的學(xué)習(xí)，很多同學(xué)理不清發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)的區(qū)別，《搞定發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)》一文會(huì)幫你理清二者的區(qū)別和聯(lián)系，物理實(shí)驗(yàn)中同學(xué)們會(huì)多次遇到“多次測(cè)量與多次實(shí)驗(yàn)”，可是它們的作用卻不盡相同，《多次測(cè)量與多次實(shí)驗(yàn)》一文會(huì)詳細(xì)介紹其作用。