第十三讲电磁现象.docx

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第十三讲电磁现象

一、简单的磁现象

1．磁性：

物体吸引铁、镍、钴等物质的性质。

2．磁体：

具有磁性的物体叫磁体。

它有指向性：

指南北。

世界最早的指南针就是我国战国时代的指南针，叫司南，它是根据磁针静止时总是指南北的原理制成的。

磁体可分为天然磁体和人造磁体，通常我们看到和使用的磁体都是人造磁体，它们都能长期保持磁性，通称为永磁体。

3．磁极：

磁体上磁性最强的部分叫磁极。

（1）任何磁体都有两个磁极，一个是北极（N极）；另一个是南极（S极）

（2）磁极间的相互作用：

同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。

4．磁化和磁性材料

磁化：

使原来没有磁性的物体获得磁性的过程叫做磁化。

铁棒被磁化后，磁性容易消失，称为软磁体。

钢被磁化后，磁性能够长期保持，称为硬磁体或永磁体，钢是制造永磁体的好材料。

5．判断物体是否有磁性的主要方法：

（1）根据磁体的吸铁性判断.将物体靠近无磁性的铁类物质（如铁屑），若能够吸引，则物体有磁性，否则没有磁性.

（2）根据磁体的指向性判断.将物体用细线吊起，使它能在水平面上自由转动，若静止时总是指南北方向，则物体有磁性，否则没有磁性.

（3）根据磁极间的相互作用判断.将物体的一端靠近静止的小磁针的磁极，若发生排斥现象，则物体有磁性，若与小磁针的两极都相互吸引，则没有磁性.

（4）根据磁极的磁性最强判断。

例如：

A、B两个钢棒，其中一个有磁性，另一个没有磁性。

将A的一端靠近B的中部，如图14—1所示，若A吸引B，则表明A有磁性，B没有磁性；若A不吸引B，则表明A没有磁性，而B有磁性（因为磁体中间磁性很弱，所以这时B不吸引A）。

二、磁场

1.磁场：

磁体周围存在着磁场，磁场看不见，摸不着，是一种特殊物质，磁体间的相互作用就是通过磁场发生的。

2.磁场的基本性质：

磁场对放入其中的磁体产生磁力的作用。

磁体间的相互作用都是通过磁场发生的。

3.磁场的方向：

在磁场中的某一点，小磁针静止时北极所指的方向就是该点的磁场方向。

在磁场中的某点，磁针北极所受磁力的方向跟该点的磁场方向一致，南极所受磁力的方向跟该点的磁场方向相反。

4.磁感线：

可以用来形象、精确地描述空间磁场的分布情况。

磁感线是为了形象描述磁场而引入的假设曲线.磁体周围的磁感线都是从磁体北极出来，回到磁体南极。

（1）磁体周围的磁感线只是帮助我们描述磁场而假想的一条条曲线。

磁场是客观存在的，而磁感线并不存在。

（2）磁感线的特点及画法：

①磁感线是一些闭合曲线，它不会中断，也不会相交.

②磁感线是有方向的，磁感线上任何一点的切线方向都跟放在该点的小磁针北极所指的方向一致.

③磁体周围的磁感线从N极出发回到S极，在内部则是从S极出发回到N极.

④磁感线的分布疏密可以反映磁场磁性的强弱，越密越强，反之越弱.

⑤磁感线在空间的分布不是平面的而是立体的，但通常只在平面上画出，并且只画有代表性的几条。

a.在纸面上的磁感线，用带有箭头的平滑曲线表示，所标箭头要符合磁感线方向的规定.

b.与纸面垂直的磁感线用“×”或“·”表示.其中“×”表示磁感线垂直于纸面向里，“·”表示磁感线垂直于纸面向外.

（3）要掌握条形磁体、蹄形磁体、通电螺线管和地磁场的磁感线分布情况，以及同名磁极、异名磁极的磁感线分布情况。

5．地磁场

（1）地球本身相当于一个大磁体。

（2）地球的周围空间存在磁场叫做地磁场。

①地磁场与条形磁铁周围的磁场相似。

②地磁场是立体的。

③地球的两极与地磁的两极不重合，出现磁偏角。

我国北宋时期的沈括是世界上第一个清楚、准确地论述磁偏角的科学家，著书《梦溪笔谈》。

（3）地磁场的认识：

一个能在水平面上自由转动的小磁针静止时北极准确的指向是地磁南极，即地理北极附近；小磁针的南极准确的指向是地磁北极，即地理南极附近.

三、电流的磁场

1．电流的磁效应：

通电导体周围存在着磁场，这种现象叫电流的磁效应，是丹麦物理学家奥斯特通过实验证实了电能生磁。

2．奥斯特实验：

实验表明：

通电导线和磁体一样，周围存在磁场。

电流的磁场方向跟电流的方向有关。

当电流的方向变化时，磁场的方向也发生变化。

实验的物理意义在于：

揭示了电现象与磁现象不是彼此孤立的，而是有密切联系的.

实验的注意事项：

①通电直导线应南北水平放置。

②直导线通电时间要短。

3．通电螺线管的磁场

（1）通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场相似。

（2）通电螺线管的性质：

①通过电流越大，磁性越强；②线圈匝数越多，磁性越强；③插入软铁芯，磁性大大增强；④通电螺线管两端的极性可用电流方向来改变。

（3）通电螺线管和条形磁体的异同点：

通电螺线管具有和条形磁体共同的基本性质，如对放入其磁场中的磁体有力的作用，有吸铁性，磁极间会发生相互作用.但又不完全等同于条形磁铁，一是它有无磁性取决于有无电流；二是极性取决于电流的方向；三是其磁性强弱可以改变.

1．安培定则（又叫右手螺旋定则）：

（1）作用：

用来判定通电螺线管两端的磁极性质与电流方向的关系。

（2）判定方法：

用右手握住螺线管，让四指弯向螺线管中电流的方向，则

大拇指所指的那端就是螺线管的北极。

（3）正确运用安培定则

螺线管通常画成图14—2所示的平面示意图.a、b为两种不同的绕线方法.图中所示意的是对着我们一侧的情况，整个立体情形应通过想象加以理解.用安培定则判断通电螺线管的N、S极，其步骤是：

（1）辨清绕线方向，标出螺线管上电流的环绕方向；

（2）用右手握住螺线管，让四指弯向电流方向；（3）这时，大拇指所指的一端即是通电螺线管的N极.

必须注意：

决定通电螺线管磁极极性的根本因素是通电螺线管的绕线上电流的环绕方向；而不是通电螺线管的绕线方法和电源正、负极的接法.从图14—3可以发现，只有当螺线管上电流的环绕方向一致时（如a与d、b与c），磁极极性才相同.

四、电磁铁、电磁继电器、电话

1．电磁铁：

内部带有铁芯的通电螺线管，其磁性大大增强。

电磁铁的铁芯应选软铁而不是选钢.

（1）电磁铁的特点：

磁性的有无可以用电流的通断来控制；磁场方向用变换电流方向来控制；磁性的强弱可用电流的大小和线圈匝数的多少来控制。

①电磁铁通电时有磁性，断电时没有磁性。

　　②通过电磁铁的电流越大，它的磁性越强。

　　③在电流一定时，外形相同的螺线管，线圈匝数越多，磁性越强。

（2）电磁铁的优点：

①磁性能快显快消。

②磁性强弱可以调节。

2．电磁继电器：

基本组成部分：

电磁铁、衔铁、弹簧、动触点和静触点。

工作原理：

通过控制电磁铁中的电流来达到控制工作电路的目的。

实质上是一个利用电磁铁来控制的开关。

它的作用是利用低电压、弱电流来控制高电压、强电流。

可实现远距离操作，还可实现自动控制。

3．电话：

由话筒、听筒串联组成。

基本原理：

振动→变化的电流→振动。

（1）话筒的组成和工作原理

话筒的组成：

金属盒、碳粒、碳精薄片。

话筒工作原理：

说话引起话筒的金属盒内碳粒忽松忽紧电话中电阻忽大忽小电路中电流忽强忽弱。

（2）听筒的组成和工作原理

听筒工作原理：

强弱按声音变化的电流听筒内电磁铁的磁性忽强忽弱薄铁片受到的磁力忽大忽小引起薄铁片的振动而发出和发话人相同的声音。

4．电磁阀车门

5．磁悬浮列车

五、电磁感应现象

1．电磁感应现象：

闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生电流，产生的电流叫感应电流。

如果导体不是闭合的，即使做切割磁感线运动，也不会产生感应电流，只在导体两端产生感应电压。

2．产生感应电流的条件：

（1）电路闭合。

（2）部分导体做切割磁感线运动。

3．感应电流的方向跟导体运动方向和磁感线方向（或磁场方向）有关，其中一个方向改变，感应电流方向改变；若两个方向都改变，感应电流方向不变。

（即“一变则变，二变不变”）

4．在电磁感应现象中，把机械能转化为电能，是磁生电的过程，是英国物理学家法拉第对人类做出的重大贡献。

六、交流发电机：

1．原理：

利用电磁感应现象制成的，它将机械能转化为电能。

2．交流发电机主要是由定子和转子两大部分组成，具体由磁体、线圈、铜环、电刷组成。

大型发电机采用线圈不动，磁极旋转的方式发电，叫旋转磁极式发电机。

3．交流电：

周期性改变大小和方向的电流叫交流电。

我国供生产和生活用的交流电频率为50赫兹，周期为0.02秒，每秒种电流方向改变100次。

4．电能的输送：

采用高压输电。

保持输出功率不变，提高输电电压，同时减小电流，从而减少电线上电能的损失。

七、磁场对电流的作用

（1）通电导体在磁场中要受到力的作用，这个力的方向与电流方向和磁场方向（或磁感线方向）有关。

磁场方向和电流方向改变任何一个方向，通电导体受力方向就随之改变，若两个方向同时改变，则通电导体受力方向不变。

（即“一变则变，二变不变”）

（2）在这个现象里，电能转化为机械能。

*（3）左手定则：

①作用：

用来判定通电导体在磁场中受力方向。

②判定方法：

伸开左手，使大拇指与四指在同一平面内并跟四指垂直，让磁感线垂直穿入手心，使四指指向电流方向，这时，拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受磁场力的方向。

八、直流电动机

1．定义：

电动机是把电能转化为机械能的用电器。

用直流电源供电的电动机叫直流电动机。

2．原理：

利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成。

3．构造：

主要是由定子和转子两大部分组成，具体由磁体、线圈、换向器、电刷组成；换向器的作用：

每当线圈转过平衡位置时，能自动改变线圈中的电流方向。

4．电动机转动方向：

与电流方向和磁场方向有关。

5．电动机转动快慢：

与电流大小有关。

九、三种电磁现象

现象

发现者

能量转化

判定方法

电流的磁场

奥斯特

安培定则

（右手螺旋定则）

电磁感应

法拉第

机械能→电能

磁场对电流的作用

电能→机械能

十、比较电磁感应和磁场对电流的作用这两种现象．

电磁感应和磁场对电流的作用这两种现象，都涉及到磁场、电流、运动，为帮助同学们理解、记忆，列表比较如下

磁场对电流的作用

电磁感应

现象

分析

原因

通电导体（线圈）在磁场中

闭合回路的一部分导体在磁场里做切割磁感应线运动

结果

受到作用力（运动、转动）

产生电流

导体中电流

由电源供给

感应电流

能量转化

电能→机械能

机械能→电能

十一、直流电动机和交流发电机的区别

直流电动机

交流发电机

原理

利用通电线圈在磁场中发生转动的原理制成

利用电磁感应原理制成

构造

与电刷接触的是换向器

与电刷接触的是两个铜环

能量转化

电能机械能

机械能电能

在电路中的作用

用电器

电源

例1

如图14-5所示，请根据电源的正、负极和通电螺线管的N、S极，画出螺线管的绕线.

方法点拨：

在图14-5

（1）中，通电螺线管的左端为N极，右端为S极.由电源的正负极可知，电路中电流应从螺线管的右端流入，从左端流出.根据安培定则，该螺线管应该从右开始往左按由前向后的方向绕线.如图14-6

（1）所示.

图14-6

在图14-5

（2）中，电流是从U形螺线管的右端流入，从左流出.而且右端为N极，左端为S极.根据安培定则，右侧从上到下应按由后向前的方向绕线，左侧从下往上应按由前向后的方向绕线.如图14-6

（2）所示.

解答：

分别如图14-6

（1）、如图14-6

（2）所示..

例2

如图14-4所示，在磁场中悬挂一根导体ab，把它的两端跟电流表连接起来，下列说法正确的是（）

A．这是研究通电直导线在磁场中受力情况的装置

B．这是研究电磁感应现象的装置

C．闭合开关，使ab上下运动，电流表指针不偏转

D．闭合开关，使ab左右运动，电流表指针偏转

方法点拨：

对于课本中常见的演示实验，在平时的学习中要特别留心观察实验现象，了解演示实验所起的作用，操作的每一个细节也不能放过。

根据图示提供的场景知道，这是研究电磁感应现象的装置，闭合开关，使ab上下运动，由于通电直导线在磁场中没有做切割磁感线运动，所以电流表指针不偏转，若使ab左右运动，通电直导线在磁场中做切割磁感线运动，所以电流表指针发生偏转。

解答：

B、C、D。

例3矩形通电线圈在磁场中的位置如图14-8所示，该线圈这时是否受到磁场力的作用?

是否会发生转动?

方法点拨：

通电线圈在图示位置时，其每条边都与磁感线垂直，所以都受到磁场力的作用.由于该位置是线圈平面与磁感线相互垂直，即平衡位置，这时两组对应边受到平衡力的作用，因此，线圈不会发生转动.

解答：

线圈受到磁场力的作用；线圈不会发生转动。

例4为了使线圈L1和L2相邻部分分别成为N极和S极，请把图14-9两线圈接到电源上.

方法点拨：

根据L1、L2两螺线管的极性，分别判断出L1线圈的电流应从b端流向a端，L2线圈的电流应从d端流向c端.因线圈有两个，串、并联不定，故有两种接法.L1与L2并联时，L1线圈b端接电源正极e端，a端接电源负极f端；L2线圈d端接电源正极e端,c端接电源负极f端，如图14—10所示.串联时，a端接电源负极f端，b端和c端接在一起，d端接电源正极，如图14-11所示.

解答：

【例1】如图14—4所示，在磁场中悬挂一根导体ab，把它的两端跟电流表连接起来，下列说法正确的是（）

A．这是研究通电直导线在磁场中受力情况的装置

B．这是研究电磁感应现象的装置

C．闭合开关，使ab上下运动，电流表指针不偏转

D．闭合开关，使ab左右运动，电流表指针偏转

分析和解：

对于课本中常见的演示实验，在平时的学习中要特别留心观察实验现象，了解演示实验所起的作用，操作的每一个细节也不能放过。

根据图示提供的场景知道，这是研究电磁感应现象的装置，闭合开关，使ab上下运动，由于通电直导线在磁场中没有做切割磁感线运动，所以电流表指针不偏转，若使ab左右运动，通电直导线在磁场中做切割磁感线运动，所以电流表指针发生偏转，故答案为B、C、D。

点评：

由于导体都是在磁场中运动，只要观察图中是否有电源即可很快得到B答案。

另外对什么是切割磁感线运动要有感性认识，这就要求我们同学不要混淆了研究通电直导线在磁场中受力情况的装置和研究电磁感应现象的装置，平时应仔细观察老师所做的演示实验，多思考。

【例2】如图14—5所示，请根据电源的正、负极和通电螺线管的N、S极，画出螺线管的绕线.

分析和解：

在图14—5

（1）中，通电螺线管的左端为N极，右端为S极.由电源的正负极可知，电路中电流应从螺线管的右端流入，从左端流出.根据安培定则，该螺线管应该从右开始往左按由前向后的方向绕线.如图14—6

（1）所示.

图14—6

在图14—5

（2）中，电流是从U形螺线管的右端流入，从左流出.而且右端为N极，左端为S极.根据安培定则，右侧从上到下应按由后向前的方向绕线，左侧从下往上应按由前向后的方向绕线.如图14—6

（2）所示.

点评：

此类问题属于已知通电螺线管的极性和电源正、负极，根据安培定则确定导线的绕制方式.其步骤是：

（1）根据标出的磁极判断螺线管中电流的环绕方向.

（2）根据标出的电源正、负极（或管外电路中电流方向）确定导线的绕制方法.（3）U形螺线管两侧，电流环绕方向是反向的.因此，要特别注意导线的绕法，防止绕成后磁性互相削弱.

【例3】在图14—7（甲）所示A、B两螺线管，通电后能够互相排斥，画出螺线管B的绕线，标明电流方向.

分析和解：

通电后，根据通电螺线管中电流方向，用安培定则可判断出螺线管A左端为S极，右端为N极，由于通电后A、B两螺线管互相排斥，B管左端应为N极，用安培定则确定出B管中正面绕线的电流方向向上，所以第一匝线应从正面绕到背面，再依次画出几匝使电流流向A螺线管.答案如图14—7（乙）所示.

点评：

此类题在中考作图题中常常遇到，解答此类题，首先根据磁极间的相互作用规律来确定被绕线的螺线管的极性，然后再根据安培定则确定螺线管的绕线.

【例4】矩形通电线圈在磁场中的位置如图14—8所示，该线圈这时是否受到磁场力的作用?

是否会发生转动?

分析和解：

点评：

通电导体在磁场中，只要电流方向与磁感线方向不平行，都会受到磁场力的作用；通电线圈处于平衡位置（线圈平面与磁感线方向垂直）时，将受到平衡力的作用而不会发生转动.

【例5】为了使线圈L1和L2相邻部分分别成为N极和S极，请把图14—9两线圈接到电源上.

分析和解：

点评：

本例把组成串、并联电路知识和磁学知识结合起来，有点小综合，有助于活化知识，优化思维方法，便于知识结构网络化.

【基础训练】（题量8—15道）

一、选择题

1、下列现象，属电磁感应现象的是

2、我们所使用的电冰箱、电风扇、洗衣机等家用电器，其主要部件都是用电动机来工作的，那么电动机是根据下列哪种现象制成的（）

A．磁场对放入其中的磁体产生力的作用B．电流的热效应

C．通电导体在磁场中受到力的作用D．电磁感应

3、通电螺线管内部放一个小磁针，小磁针静止时的指向如图所示，则（）

A．a端为电源正极B．b端为电源正极

C．c端为通电螺线管N极D．d端为通电螺线管N极

4把一根条形磁铁从中间切断后，得到的是（　）

　　A、一段是N极，一段是S极　　　B、两段在断口处各产生一个异名磁极

　　C、因为切为两段，则磁性都消失　D、两段在断口处产生同名磁极

5关于产生感应电流的条件，下面说法正确的是（　　）

A、任何导体在磁场中运动都产生感应电流。

B、只要导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就能产生感应电流。

C、闭合电路的一部分导体，在磁场里做切割磁感线运动时，导体中就会产生感应电流。

D、闭合电路的一部分导体，在磁场里沿磁感线方向运动时，导体中就会产生感应电流。

6如图6所示，闭合电路的一部分导体在磁极间运动，图中小圆圈表示导体的横截面，下列说法中正确的是

　　A.图a和图c的导线中电流方向相同

　　B.图b和图c的导线中电流方向相同　　　　　　　　　　　　　

　　C.图b和图c的导线中电流方向相反

D.图a和图b的导线中电流方向相同

7、关于直流电动机和发电机，下列说法正确的是

　　A.电动机是利用磁场对电流作用的现象制成的，工作时把机械能转化为电能

　　B.发电机是利用法拉第的发现制成的，工作时把机械能转化为电能

　　C.电动机是利用电磁感应现象制成的，工作时把电能转化为机械能

D.交流发电机和直流电动机构造相同，因此它们的工作原理是一样的

8如图5所示，闭合电路中的一部分导体在磁场中运动，用“○”表示导体横截面，箭头表示导体运动方向，其中不能产生感应电流的是

二、填空与作图题

1、请就三种电磁现象的相关内容填空：

现象

发现者

能量转化

判定方法

电流的磁场

安培定则

（右手螺旋定则）

法拉第

机械能→电能

磁场对电流的作用

现象

发现者

能量转化

判定方法

电流的磁场

奥斯特

安培定则

（右手螺旋定则）

电磁感应

法拉第

机械能→电能

磁场对电流的作用

电能→机械能

2．磁悬浮列车是利用同名磁极相互________（选填“吸引”或“排斥”）的原理来实现悬浮的，悬浮的目的是________（选填“增加”或“减小”）列车与轨道间的阻力。

2排斥减小

3、如图所示的闭合电路中，a导线静止．当蹄形磁铁沿水平方向向右运动时，灵敏电流计的指针（选填“会偏转”或“不偏转"）；若磁铁运动方向不变，只对调，就可以改变感应电流的方向．

3会偏转磁极

4、小明利用一颗大铁钉、一段漆包线以及一些元件组成如图所示的装置．闭合开关S后，电磁铁的A端为极；当滑动变阻器的滑片P向左移动时，电磁铁B端吸引大头针的数目将（选填“增多"或“减少"）

4N极增多

5、根据图1中磁铁和或通电线圈旁边小磁针静止时的位置，判断磁铁的南北极，标出电源的正负极.

5注：

左图两边均为S右图中左为S，右为N；电源左为正。

6.如图9所示是小明设计的温度自动报警器原理图.在水银温度计里封入一段金属丝，当在正常工作的温度范围内时，绿灯亮；当温度升高达到金属丝下端所指示的温度时，红灯亮，发出报警信号.请按照题意要求，在图中连接好电路.

6略

三、实验与探究题：

1、图12是一种水位自动报警器的原理图．水位没有到达金属块A时，绿灯亮；水位到达金属块A时，红灯亮．请说明它的工作原理．注意：

纯净的水是不导电的，但一般的水都能导电．

1答：

当水位上升，A没入水中，低压控制电路接同，电磁铁具有磁性，将衔铁吸下，红灯工作电路接通；否则，衔铁被松开，绿灯工作电路接通。

2．图14-16示为小玲和小辉同学制作的直流电动机模型。

他们用回形针做成两个支架，分别与电池的两极相连。

用漆包线绕一个矩形线圈，以线圈引线为轴，并用小刀刮去轴的一端全部漆皮，另一端只刮去上半周漆皮。

将线圈放在支架上，磁体放在线圈下，闭合开关且用手轻推一下线圈，线圈就会不停地转动起来。

（1）直流电动机的工作原理是。

（2）通过改变方向，可以改变线圈的转动方向。

（3）如果电池、开关、导线的连接和性能良好，闭合开关后线圈不能连续转动，请你分析可能的

原因。

（1）通电线圈受力在磁场中受力转动

（2）线圈中电流方向（3）磁场太弱，或线圈匝数太少，或摩擦力太大等

3．在如图14-17所示的实验装置中，玻璃球内的导线是分开的，小磁针处于静止状态．当用酒精灯把玻璃球加热到红炽状态时，发现小磁针发生了偏转；根据以上现象可知，当把玻璃球加热到红炽状态时，玻璃变成了_____体，此时小磁针的______极将向螺线管偏转；小磁针和螺线管间的相互作用是通过________发生的．玻璃球内能的改变是通过________的方法实现的．

3导体N磁场热传递

四、综合题：

1现代家庭中常用一种断路器来代替闸刀开关和熔断丝.当电流达到额定值的一定倍数时可以自动切断电路，从而起到电路过载或短路的保护作用.故障排除后，断路器能手动复位，接通电路.断路器也能手动切断电路.断路器因方便、安全而越来越得到普及.如图15所示是一种断路器的工作原理图，请说出它在工作中用到了哪些物理知识（说出四点）.

（1）_______________________________________________________________.

（2）___________________________________________

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