電與磁知識精講2

1、電與磁 知識精講2三. 知識點分析奧斯特的實驗：如圖1所示，將一根導線平行地拉在靜止小磁針的上方，觀察導線通電時小磁針是否偏轉，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 奧斯特實驗實驗表明，導線通電時磁針發(fā)生偏轉，切斷電流時磁針又回到原位。這說明：通電導線和磁體一樣，周圍存在著磁場，即電流的磁場；正是電流的磁場使磁針發(fā)生偏轉。這種現(xiàn)象叫做電流的磁效應。實驗還表明，電流方向改變了，磁針的偏轉方向也相反。這說明電流的磁場方向跟電流方向有關。在歷史上，人們對電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的研究是分別進行的，在相當長的時間里都認為電和磁是互不相關的兩件事。19世紀初，一些哲學家和科學家開始

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

3、的兩端各放一個小磁針，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 通電螺線管的磁場實驗結果表明，通電螺線管外部的磁場和條形磁體的磁場一樣，通電螺線管的兩端相當于條形磁體的兩個極，它們的極性可以從實驗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調，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。通電螺線管的極性跟電流方向的關系，可以用安培定則來判定。照圖3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，發(fā)現(xiàn)當螺線管內插入鐵芯時，由于鐵芯被磁化，磁場大大增強圖4，因此，人們在利用通電螺線管得到強磁場時，一般都要把螺線管緊密地套在一個鐵芯上，這樣就構成了一個電磁鐵。圖4 鐵芯使通電螺線管的磁性增強電磁鐵有什么特點？它的磁性強弱跟哪些因素有關系呢？請你自己做實驗來研究，給你的實驗器材是：一個線圈匝數(shù)可以改變的電磁鐵、電源、開關、滑動變阻器、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系嗎？把電磁鐵和電源、開關串聯(lián)起來。觀察通電和斷電時電磁鐵對大頭針的作用。2. 電磁鐵的磁性強弱跟電流的大小有關系嗎？把電源、開關、滑動變阻器、電流表和電磁鐵上匝數(shù)較少的線圈串聯(lián)起

5、來。調整變阻器的滑片，使通電時電路中的電流較小。觀察通電時電磁鐵吸引大頭針的數(shù)目。然后移動變阻器的滑片，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. 對于外形相同的螺線管，電磁鐵的磁性強弱跟線圈的匝數(shù)有關系嗎？改變電磁鐵的接線，增加通電線圈的匝數(shù)，同時調整變阻器的滑片，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。將你的實驗結果填入下面的空白處：（1）電磁鐵通電時 磁性，斷電時 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，外形相同的螺線管，線圈的匝數(shù)越多，它的磁性越 。電磁鐵在實際中用處很多，它的最直接的應用之一是電磁起重機。工廠里搬運鋼鐵的電磁起重機

6、安裝在吊車上，可以上下移動，還可以跟吊車一起移動。大型電磁起重機一次可以吊起幾噸鋼材。電磁鐵在電鈴、發(fā)電機、電動機、自動控制上都有應用。人直接操作高壓電路的開關是很危險的，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問題。 圖5 電磁繼電器的結構和工作電路A：電磁鐵 B：銜鐵 C：彈簧 D：動觸點 E：靜觸點工作原理：電磁鐵通電時，把銜鐵吸下來，使D和E接觸，工作電路閉合，電磁鐵斷電時失去磁性，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。圖5中的虛線部分是電磁繼電器的結構和工作電路示意圖。把圖和實

7、物結合起來，認識它的各個部分，弄懂它的工作原理，然后做下面的實驗。實驗：把繼電器線圈接到電源上，組成控制電路，觀察通電和斷電時觸點閉合和斷開的情況，再用一個電源和小燈泡組成一個工作電路，使繼電器通電時小燈泡亮，斷電時小燈泡滅。上面的實驗用繼電器控制小燈泡，似乎沒有必要。但如果工作電路是對人有危險的高壓電路，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，不會有危險。如果生產(chǎn)場所溫度高或環(huán)境不好，還可以把繼電器留在那里，而把控制電路的開關安裝在遠離該處的地方，進行遠距離操作（圖6）。在繼電器控制電路中接入對溫度或光照敏感的元件，用這些元件操縱控制電路的通斷，還可以實現(xiàn)溫度自動控制

8、或光自動控制。圖6 電磁繼電器的應用端，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，南北極調換；螺線管的繞向改變，南北極調換。如圖2所示。 圖2涉及電源正負極、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極（3）電源正負極電流方向螺線管極性小磁針指向（4）電源正負極電流方向螺線管極性小磁針指向通電螺線管內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磁極相互排斥，并標明螺線管的N、S極。圖3解題思路：兩個線圈互相

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線圈相吸引的兩個答案。相互吸引N、S相對或S、N相對電流方向電路圖，如圖5所示。圖5例3 如圖6，一個輕質金屬彈簧下端剛好與水銀槽中的水銀相接觸，用導線把彈簧、水銀、小燈泡、開關電源連成串聯(lián)電路，當合上開關時，彈簧會上下振動，小燈泡會一閃一閃。試解釋發(fā)生的現(xiàn)象。 圖7 圖6 甲 乙 解題思路：閉合開關后，彈簧相當于一個通電螺線管，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，所以彈簧會上下振動，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通電線圈的相互作用。如圖7中兩個線圈，套在一根光滑的玻璃棒上，導線很柔軟，可自由滑動，開關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 關于電磁鐵的特點，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C. 在電流一定時，外形相同的螺線管，線圈匝數(shù)越多磁性越強D. 當通入電磁鐵的電流方向改變后，電磁鐵就會失去磁性解題思路：內部帶鐵心的通電螺線管叫做電磁

11、鐵，它的優(yōu)點是：電磁鐵有無磁性可以由通斷電來控制；它的磁性強弱可以由電流的強弱來控制；它的N、S極可以由變換電流方向來控制。電流一定時，外形相同的螺線管，線圈匝數(shù)越多，磁性越強。故答案為B、C。借題發(fā)揮：結合實際掌握電磁鐵的特點。例5 如圖8所示，U形鐵心上繞有兩個線圈，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是（ ）A. 將b、c兩端連接在一起，a、d端分別接電池的正負極B. 將b、d兩端連接在一起，a、c端分別接電池的正、負極C. 將a、d兩端連接在一起，b、c端分別接電源的正、負極D. 將a、c兩端連接在一起，b、d分別接電源的正負極 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、負極后，形成的電流磁場類似于蹄形磁鐵的磁場，即U形鐵心的一端是N極，另一端是S極，因此兩個螺線管通電后內部磁感線方向應相反，即一個豎直向下另一個豎直向上。故答案為A、C。借題發(fā)揮：蹄形電磁鐵由于兩個磁極在一個平面上，磁性更強、應用更廣泛。如圖9，一小磁針位于蹄形電磁鐵周圍處于靜止狀態(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。從繞法的結果可以看出蹄形磁鐵兩線圈的繞向相反。 例6 下列關于增強螺線管磁性的方法中，錯誤的是（ ）A. 增強線圈的匝數(shù) B. 在螺線管中插入鐵芯C. 增加電流強度 D. 增大螺線管的電阻，而電壓保持

13、不變解題思路：D是錯誤的，因為電壓保持不變，電阻增大，會導致電流強度減小，螺線管磁性減弱。借題發(fā)揮：影響電磁鐵磁性強弱的因素有：電流強度的大小、線圈匝數(shù)的多少以及是否插入鐵心。例7 圖10是一個水位報警器的原理圖，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。當水面未到金屬塊B時，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。當水面達到金屬塊B時，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，動觸點與電鈴端靜觸點接觸，電鈴電路接通，電鈴響報警。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，就可組成一個火警報警器

14、。當發(fā)生火災時，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警。例8 如圖11，這是某同學設計的溫度自動報警器的電路圖，要求溫度達到60時，電鈴能自動發(fā)出報警信號。他的電路符合要求嗎？為什么？圖11解題思路：他設計的電路不符合要求。當溫度升高到80時，電磁鐵才能通電有磁性，吸引銜鐵，不是靠近靜觸頭，而是遠離動觸頭，斷開報警電路。應將金屬絲向下插至60處，并改變銜鐵、靜觸頭位置，使電磁鐵有磁性時閉合電鈴電路，電鈴報警。借題發(fā)揮：如圖12所示，某同學設計一個報警電路，小羊群被細漆包線包圍著，羊在圈中時電鈴不響 ；當羊逃離時，碰斷漆包線，電鈴就報警。試解釋此報警電路的工作原

15、理。當羊在圈中時，電磁鐵電路是通路，電磁鐵吸下銜鐵，使動觸頭與靜觸頭分開，斷開電鈴電路，電鈴不響；當羊逃離時，碰斷細漆包線，斷開電磁鐵電路，電磁鐵無磁性，彈簧拉下動觸頭，閉合電鈴電路，電鈴響而報警。圖12例9 利用電磁鐵設計一個能使紅燈、綠燈交替發(fā)光的電路。解題思路：要使兩燈交替發(fā)光，使一個燈亮時，斷開另一個燈，可結合電磁鐵通斷電有無磁性的性質設計出電路。電路如圖13所示圖13當開關合上時，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，這時綠燈滅，紅燈又亮，如此反復，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. 欲測量一段導體中是否有電流，下列器材中，使用最合適的是（ ）A. 小電燈泡 B. 測電筆 C. 輕質帶電小球 D. 指南針3. 下列各因素中，對電磁鐵磁性強弱沒有影響的是（ ）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，如將滑動變阻器滑片P向右滑動，則會出現(xiàn)（ ）A. 彈簧長度增加，示數(shù)變小B. 彈簧長度減小，示數(shù)變小C. 彈簧長度減小，示數(shù)變大D. 彈簧長度增加，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為螺線管的四個接線頭，如用同一電源供電，下列連接中磁性最強的接法是（ ）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，當電磁鐵電路中滑動變阻器的滑片向右移動時，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. 證明通電導線周圍存在著磁場的著名實驗是 。實驗還表明，電流方向改變了，磁針的偏轉方向也相反，這說明電流的磁場方向跟 有關。2. 電磁鐵是把 緊密地套在一個 上構成的。3. 電磁鐵有無磁性可由 來控制，其磁性強弱可由 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S閉合時 電動機轉動；開關斷開時 電動機轉動。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. 簡答題1. 某同學用圖10中的實驗裝置判斷一個蓄電池組的極性，圖中小磁針可在水平面上自由轉動，請敘述他的判斷方法。圖102. 圖11表示某一蒸氣鍋爐的壓強報警線路示意圖，P表示與鍋爐相連的壓力計，H為金屬活塞，試分析其工作過程。圖113. 圖12是汽車啟動原理示意圖。駕駛員用鑰匙接通儀表上的開關，發(fā)動機就會轉動。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.