電與磁知識(shí)精講2

1、電與磁 知識(shí)精講2三. 知識(shí)點(diǎn)分析奧斯特的實(shí)驗(yàn)：如圖1所示，將一根導(dǎo)線平行地拉在靜止小磁針的上方，觀察導(dǎo)線通電時(shí)小磁針是否偏轉(zhuǎn)，改變電流方向，再觀察一次。 甲：通電 乙：斷電 丙：改變電流方向圖1 奧斯特實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)表明，導(dǎo)線通電時(shí)磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，切斷電流時(shí)磁針又回到原位。這說明：通電導(dǎo)線和磁體一樣，周圍存在著磁場(chǎng)，即電流的磁場(chǎng)；正是電流的磁場(chǎng)使磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)象叫做電流的磁效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)還表明，電流方向改變了，磁針的偏轉(zhuǎn)方向也相反。這說明電流的磁場(chǎng)方向跟電流方向有關(guān)。在歷史上，人們對(duì)電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的研究是分別進(jìn)行的，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里都認(rèn)為電和磁是互不相關(guān)的兩件事。19世紀(jì)初，一些哲學(xué)家和科學(xué)家開始

2、認(rèn)為自然界各種現(xiàn)象之間應(yīng)該是互相有聯(lián)系的?；谶@種思想，丹麥物理學(xué)家奧斯特用實(shí)驗(yàn)方法來尋找電和磁之間的聯(lián)系。起初他的實(shí)驗(yàn)都失敗了。直到1820年4月的一天，他在課堂上演示物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，有一次把導(dǎo)線平行地放在磁針上面通電，磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。當(dāng)時(shí)并沒有引起在場(chǎng)其他人的注意，而奧斯特卻是個(gè)有心人，看到這個(gè)現(xiàn)象后非常興奮。他緊緊抓住這個(gè)現(xiàn)象，又繼續(xù)做了幾十個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)，終于成為第一個(gè)發(fā)現(xiàn)電與磁之間的聯(lián)系的人而載入史冊(cè)。通電螺線管的磁場(chǎng)：奧斯特的發(fā)現(xiàn)激發(fā)了科學(xué)家的探索熱情。他們讓電流通過彎成各種形狀的導(dǎo)線，研究電流的磁場(chǎng)，其中有一種就是把導(dǎo)線繞成螺線管再通電，通電螺線管的磁場(chǎng)是什么樣的呢？如圖2所示，在螺線管

3、的兩端各放一個(gè)小磁針，并在硬紙板上均勻地撒滿鐵屑，通電后觀察小磁針的指向，輕敲紙板，觀察鐵屑的排列情況、改變電流方向，再觀察一次。 圖2 通電螺線管的磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通電螺線管外部的磁場(chǎng)和條形磁體的磁場(chǎng)一樣，通電螺線管的兩端相當(dāng)于條形磁體的兩個(gè)極，它們的極性可以從實(shí)驗(yàn)中小磁針的指向來確定。改變電流方向，通電螺線管的南北極正好對(duì)調(diào)，這說明，通電螺線管兩端的極性跟螺線管中電流的方向有關(guān)。通電螺線管的極性跟電流方向的關(guān)系，可以用安培定則來判定。照?qǐng)D3那樣，用右手握螺線管，讓四指彎向螺線管中電流的方向，則大拇指所指的那端就是螺線管的北極。你能用這個(gè)方法判定圖2中螺線管的N、S極嗎？圖3 安培定則用小

4、磁針探查通電螺線管的磁場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)螺線管內(nèi)插入鐵芯時(shí)，由于鐵芯被磁化，磁場(chǎng)大大增強(qiáng)圖4，因此，人們?cè)诶猛娐菥€管得到強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，一般都要把螺線管緊密地套在一個(gè)鐵芯上，這樣就構(gòu)成了一個(gè)電磁鐵。圖4 鐵芯使通電螺線管的磁性增強(qiáng)電磁鐵有什么特點(diǎn)？它的磁性強(qiáng)弱跟哪些因素有關(guān)系呢？請(qǐng)你自己做實(shí)驗(yàn)來研究，給你的實(shí)驗(yàn)器材是：一個(gè)線圈匝數(shù)可以改變的電磁鐵、電源、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、電流表和一小堆大頭針。1. 電磁鐵的磁性跟電流的通斷有關(guān)系嗎？把電磁鐵和電源、開關(guān)串聯(lián)起來。觀察通電和斷電時(shí)電磁鐵對(duì)大頭針的作用。2. 電磁鐵的磁性強(qiáng)弱跟電流的大小有關(guān)系嗎？把電源、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、電流表和電磁鐵上匝數(shù)較少的線圈串聯(lián)起

5、來。調(diào)整變阻器的滑片，使通電時(shí)電路中的電流較小。觀察通電時(shí)電磁鐵吸引大頭針的數(shù)目。然后移動(dòng)變阻器的滑片，使電流增大，觀察電磁鐵吸引大頭針的數(shù)目有什么變化？3. 對(duì)于外形相同的螺線管，電磁鐵的磁性強(qiáng)弱跟線圈的匝數(shù)有關(guān)系嗎？改變電磁鐵的接線，增加通電線圈的匝數(shù)，同時(shí)調(diào)整變阻器的滑片，使電流保持不變。觀察電磁鐵吸引大頭針的數(shù)目有什么變化。將你的實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入下面的空白處：（1）電磁鐵通電時(shí) 磁性，斷電時(shí) 磁性。（2）通入電磁鐵的電流越大，它的磁性越 。（3）在電流一定時(shí)，外形相同的螺線管，線圈的匝數(shù)越多，它的磁性越 。電磁鐵在實(shí)際中用處很多，它的最直接的應(yīng)用之一是電磁起重機(jī)。工廠里搬運(yùn)鋼鐵的電磁起重機(jī)

6、安裝在吊車上，可以上下移動(dòng)，還可以跟吊車一起移動(dòng)。大型電磁起重機(jī)一次可以吊起幾噸鋼材。電磁鐵在電鈴、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、自動(dòng)控制上都有應(yīng)用。人直接操作高壓電路的開關(guān)是很危險(xiǎn)的，因此我們希望通過控制低壓電路的通斷間接地控制高壓電路的通斷。利用電磁鐵制成的電磁繼電器，幫助我們解決了這個(gè)問題。 圖5 電磁繼電器的結(jié)構(gòu)和工作電路A：電磁鐵 B：銜鐵 C：彈簧 D：動(dòng)觸點(diǎn) E：靜觸點(diǎn)工作原理：電磁鐵通電時(shí)，把銜鐵吸下來，使D和E接觸，工作電路閉合，電磁鐵斷電時(shí)失去磁性，彈簧把銜鐵拉起來，切斷工作電路。電磁繼電器就是利用電磁鐵控制工作電路通斷的開關(guān)。圖5中的虛線部分是電磁繼電器的結(jié)構(gòu)和工作電路示意圖。把圖和實(shí)

7、物結(jié)合起來，認(rèn)識(shí)它的各個(gè)部分，弄懂它的工作原理，然后做下面的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)：把繼電器線圈接到電源上，組成控制電路，觀察通電和斷電時(shí)觸點(diǎn)閉合和斷開的情況，再用一個(gè)電源和小燈泡組成一個(gè)工作電路，使繼電器通電時(shí)小燈泡亮，斷電時(shí)小燈泡滅。上面的實(shí)驗(yàn)用繼電器控制小燈泡，似乎沒有必要。但如果工作電路是對(duì)人有危險(xiǎn)的高壓電路，就很有必要了。由人直接操作的繼電器控制電路只需要低壓就可以工作，不會(huì)有危險(xiǎn)。如果生產(chǎn)場(chǎng)所溫度高或環(huán)境不好，還可以把繼電器留在那里，而把控制電路的開關(guān)安裝在遠(yuǎn)離該處的地方，進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作（圖6）。在繼電器控制電路中接入對(duì)溫度或光照敏感的元件，用這些元件操縱控制電路的通斷，還可以實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制

8、或光自動(dòng)控制。圖6 電磁繼電器的應(yīng)用端，丙的左端均為N極。故答案為A、C。借題發(fā)揮：通電螺線管中的電流方向改變，南北極調(diào)換；螺線管的繞向改變，南北極調(diào)換。如圖2所示。 圖2涉及電源正負(fù)極、電流方向、螺線管極性、小磁針指向的通電螺線管問題的主要類型有：（1）電源正負(fù)極電流方向螺線管極性小磁針指向（2）小磁針指向螺線管極性電流方向電源正負(fù)極（3）電源正負(fù)極電流方向螺線管極性小磁針指向（4）電源正負(fù)極電流方向螺線管極性小磁針指向通電螺線管內(nèi)部磁感線方向是從南極到北極。例2 如圖3所示，試將兩只螺線管連接在同一電路中，使兩螺線管相近的兩個(gè)磁極相互排斥，并標(biāo)明螺線管的N、S極。圖3解題思路：兩個(gè)線圈互相

9、排斥，說明它們靠近的兩端均為N極或均為S極。以此為據(jù)再用安培定則判斷出電流的方向，最后根據(jù)電流方向畫出電路圖。答案：如圖4所示。圖4借題發(fā)揮：用相同的方法也可以得出圖中兩個(gè)線圈相吸引的兩個(gè)答案。相互吸引N、S相對(duì)或S、N相對(duì)電流方向電路圖，如圖5所示。圖5例3 如圖6，一個(gè)輕質(zhì)金屬?gòu)椈上露藙偤门c水銀槽中的水銀相接觸，用導(dǎo)線把彈簧、水銀、小燈泡、開關(guān)電源連成串聯(lián)電路，當(dāng)合上開關(guān)時(shí)，彈簧會(huì)上下振動(dòng)，小燈泡會(huì)一閃一閃。試解釋發(fā)生的現(xiàn)象。 圖7 圖6 甲 乙 解題思路：閉合開關(guān)后，彈簧相當(dāng)于一個(gè)通電螺線管，并且相鄰線圈的電流方向一致，產(chǎn)生的極性相同，如上端均為N極，下端為S極，相鄰兩匝線圈靠近的一端為

10、異名磁極，相互吸引，使彈簧縮短，下端離開水銀，電路斷開，磁性消失，下端又與水銀接觸，如此反復(fù)，所以彈簧會(huì)上下振動(dòng)，小燈泡一閃一閃的。借題發(fā)揮：由通電線圈的極性可以判斷兩個(gè)通電線圈的相互作用。如圖7中兩個(gè)線圈，套在一根光滑的玻璃棒上，導(dǎo)線很柔軟，可自由滑動(dòng)，開關(guān)S閉合后，甲圖中兩線圈相互排斥，乙圖中兩線圈互相吸引。 例4 關(guān)于電磁鐵的特點(diǎn)，以下說法正確的是（ ）A. 電磁鐵通電有磁性，斷電仍能保持一部分磁性B. 通入電磁鐵的電流越大，它的磁性越強(qiáng)C. 在電流一定時(shí)，外形相同的螺線管，線圈匝數(shù)越多磁性越強(qiáng)D. 當(dāng)通入電磁鐵的電流方向改變后，電磁鐵就會(huì)失去磁性解題思路：內(nèi)部帶鐵心的通電螺線管叫做電磁

11、鐵，它的優(yōu)點(diǎn)是：電磁鐵有無磁性可以由通斷電來控制；它的磁性強(qiáng)弱可以由電流的強(qiáng)弱來控制；它的N、S極可以由變換電流方向來控制。電流一定時(shí)，外形相同的螺線管，線圈匝數(shù)越多，磁性越強(qiáng)。故答案為B、C。借題發(fā)揮：結(jié)合實(shí)際掌握電磁鐵的特點(diǎn)。例5 如圖8所示，U形鐵心上繞有兩個(gè)線圈，為了使它能夠作為電磁鐵正常使用，這兩組線圈的正確連接方法應(yīng)是（ ）A. 將b、c兩端連接在一起，a、d端分別接電池的正負(fù)極B. 將b、d兩端連接在一起，a、c端分別接電池的正、負(fù)極C. 將a、d兩端連接在一起，b、c端分別接電源的正、負(fù)極D. 將a、c兩端連接在一起，b、d分別接電源的正負(fù)極 圖8 圖9解題思路：將它們其中的兩

12、端連接起來，另外兩端接上電源的正、負(fù)極后，形成的電流磁場(chǎng)類似于蹄形磁鐵的磁場(chǎng)，即U形鐵心的一端是N極，另一端是S極，因此兩個(gè)螺線管通電后內(nèi)部磁感線方向應(yīng)相反，即一個(gè)豎直向下另一個(gè)豎直向上。故答案為A、C。借題發(fā)揮：蹄形電磁鐵由于兩個(gè)磁極在一個(gè)平面上，磁性更強(qiáng)、應(yīng)用更廣泛。如圖9，一小磁針位于蹄形電磁鐵周圍處于靜止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)小磁針N極指向，畫出線圈繞法?？捎尚〈裴樦赶螂姶盆FN、S極電流方向線圈繞法。從繞法的結(jié)果可以看出蹄形磁鐵兩線圈的繞向相反。 例6 下列關(guān)于增強(qiáng)螺線管磁性的方法中，錯(cuò)誤的是（ ）A. 增強(qiáng)線圈的匝數(shù) B. 在螺線管中插入鐵芯C. 增加電流強(qiáng)度 D. 增大螺線管的電阻，而電壓保持

13、不變解題思路：D是錯(cuò)誤的，因?yàn)殡妷罕３植蛔?，電阻增大，?huì)導(dǎo)致電流強(qiáng)度減小，螺線管磁性減弱。借題發(fā)揮：影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素有：電流強(qiáng)度的大小、線圈匝數(shù)的多少以及是否插入鐵心。例7 圖10是一個(gè)水位報(bào)警器的原理圖，試說明它的工作原理。圖10解題思路：先分清題目中工作電路和控制電路。當(dāng)水面未到金屬塊B時(shí)，電磁鐵中無電流，無磁性，銜鐵在彈簧的作用下被拉下，燈泡電路接通，燈亮。當(dāng)水面達(dá)到金屬塊B時(shí)，電磁鐵電路接通，有電流流過電磁鐵，電磁鐵產(chǎn)生磁性，吸引銜鐵向下，動(dòng)觸點(diǎn)與電鈴端靜觸點(diǎn)接觸，電鈴電路接通，電鈴響報(bào)警。借題發(fā)揮：如果用熱敏電阻（溫度升高阻值減小的電阻）代替金屬塊AB，就可組成一個(gè)火警報(bào)警器

14、。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，溫度升高熱敏電阻阻值減小，電流增大，電磁鐵吸下銜鐵使工作電路中的電鈴報(bào)警。例8 如圖11，這是某同學(xué)設(shè)計(jì)的溫度自動(dòng)報(bào)警器的電路圖，要求溫度達(dá)到60時(shí)，電鈴能自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。他的電路符合要求嗎？為什么？圖11解題思路：他設(shè)計(jì)的電路不符合要求。當(dāng)溫度升高到80時(shí)，電磁鐵才能通電有磁性，吸引銜鐵，不是靠近靜觸頭，而是遠(yuǎn)離動(dòng)觸頭，斷開報(bào)警電路。應(yīng)將金屬絲向下插至60處，并改變銜鐵、靜觸頭位置，使電磁鐵有磁性時(shí)閉合電鈴電路，電鈴報(bào)警。借題發(fā)揮：如圖12所示，某同學(xué)設(shè)計(jì)一個(gè)報(bào)警電路，小羊群被細(xì)漆包線包圍著，羊在圈中時(shí)電鈴不響 ；當(dāng)羊逃離時(shí)，碰斷漆包線，電鈴就報(bào)警。試解釋此報(bào)警電路的工作原

15、理。當(dāng)羊在圈中時(shí)，電磁鐵電路是通路，電磁鐵吸下銜鐵，使動(dòng)觸頭與靜觸頭分開，斷開電鈴電路，電鈴不響；當(dāng)羊逃離時(shí)，碰斷細(xì)漆包線，斷開電磁鐵電路，電磁鐵無磁性，彈簧拉下動(dòng)觸頭，閉合電鈴電路，電鈴響而報(bào)警。圖12例9 利用電磁鐵設(shè)計(jì)一個(gè)能使紅燈、綠燈交替發(fā)光的電路。解題思路：要使兩燈交替發(fā)光，使一個(gè)燈亮?xí)r，斷開另一個(gè)燈，可結(jié)合電磁鐵通斷電有無磁性的性質(zhì)設(shè)計(jì)出電路。電路如圖13所示圖13當(dāng)開關(guān)合上時(shí)，紅燈亮，電磁鐵通電，吸下銜鐵，斷開紅燈，紅燈熄滅，斷開電磁鐵電路；同時(shí)閉合綠燈電路，綠燈發(fā)光，因電磁鐵電路斷開，電磁鐵無磁性，所以銜鐵被拉起接通紅燈和電磁鐵電路，這時(shí)綠燈滅，紅燈又亮，如此反復(fù)，兩燈交替發(fā)光

16、。借題發(fā)揮：本題電路類似于電鈴電路，用相同的方法也可控制其他兩個(gè)用電器交替工作?！灸M試題】一. 選擇題1. 如圖1所示，其中正確的是（ ） A B C D圖12. 欲測(cè)量一段導(dǎo)體中是否有電流，下列器材中，使用最合適的是（ ）A. 小電燈泡 B. 測(cè)電筆 C. 輕質(zhì)帶電小球 D. 指南針3. 下列各因素中，對(duì)電磁鐵磁性強(qiáng)弱沒有影響的是（ ）A. 電流方向 B. 電流大小 C. 有無鐵心 D. 線圈匝數(shù)4. 如圖2所示電路中，螺線管通電后，如將滑動(dòng)變阻器滑片P向右滑動(dòng)，則會(huì)出現(xiàn)（ ）A. 彈簧長(zhǎng)度增加，示數(shù)變小B. 彈簧長(zhǎng)度減小，示數(shù)變小C. 彈簧長(zhǎng)度減小，示數(shù)變大D. 彈簧長(zhǎng)度增加，示數(shù)變大圖

17、25. 蹄形電磁鐵，通電后的情況分析如圖3所示，圖中畫錯(cuò)的是（ ）A. 電磁鐵的磁極 B. 小磁針的指向C. 磁感線方向 D. 電流方向圖36. 圖4為雙線并繞的螺線管，a、b、c、d為螺線管的四個(gè)接線頭，如用同一電源供電，下列連接中磁性最強(qiáng)的接法是（ ）A. bc相連，a、d分別接電源兩極B. ab相連，cd相連后分別接電源兩極C. cd相連，a、b分別接在電源兩極D. ad相連，bc相連后分別接在電源兩極圖47. 如圖5所示，條形磁鐵置于水平地面上，電磁鐵的右端固定，當(dāng)電磁鐵電路中滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)，條形磁鐵仍保持靜止，在此過程中條形磁鐵受到的摩擦力的方向和大小是（ ）A. 方向向

18、左，逐漸增大 B. 方向向右，逐漸增大C. 方向向左，逐漸減小 D. 方向向右，逐漸減小 圖5 圖6二. 填空題1. 證明通電導(dǎo)線周圍存在著磁場(chǎng)的著名實(shí)驗(yàn)是 。實(shí)驗(yàn)還表明，電流方向改變了，磁針的偏轉(zhuǎn)方向也相反，這說明電流的磁場(chǎng)方向跟 有關(guān)。2. 電磁鐵是把 緊密地套在一個(gè) 上構(gòu)成的。3. 電磁鐵有無磁性可由 來控制，其磁性強(qiáng)弱可由 來控制，它的極性可由 來控制。4. 圖6中虛線部分是電磁繼電器的原理示理圖，圖中A是 ，B是 ，C是 ，D是 ，E是 ，F(xiàn)是 ，G是 。5. 如圖7所示，開關(guān)S閉合時(shí) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；開關(guān)斷開時(shí) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖7三. 判斷1. 如圖8所示，判斷下列通電螺線管的極性。 圖82. 如圖9所示，判斷下列螺線管中電流方向。 圖9四. 簡(jiǎn)答題1. 某同學(xué)用圖10中的實(shí)驗(yàn)裝置判斷一個(gè)蓄電池組的極性，圖中小磁針可在水平面上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，請(qǐng)敘述他的判斷方法。圖102. 圖11表示某一蒸氣鍋爐的壓強(qiáng)報(bào)警線路示意圖，P表示與鍋爐相連的壓力計(jì)，H為金屬活塞，試分析其工作過程。圖113. 圖12是汽車啟動(dòng)原理示意圖。駕駛員用鑰匙接通儀表上的開關(guān)，發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。試分析其過程。圖12參考答案一.1. B 2. D 3. A 4. D 5. C 6. B 7.