思通物理教程第十九章 電磁現(xiàn)象

第十九章電磁現(xiàn)象第一節(jié)基本概念和基本規(guī)律1.1磁場和磁感線1．磁體能吸引鐵、鈷、鎳等物質的性質叫做磁性，具有磁性的物體叫做磁體。(1)磁體上磁性最強的部分叫做磁極。磁體有兩個磁極。將磁體懸掛起來自由轉動，靜止后指向南的一極叫做南極，用S表示；指向北的一極叫做北極，用N表示。(2)磁極間互相作用規(guī)律：同名磁極互相排斥，異名磁極互相吸引。2．磁場磁體或電流周圍存在著對其他磁體發(fā)生作用的空間，這個空間叫做磁場。磁場是不同于實體物質的一種特殊物質。(1)磁體間的相互作用是通過磁場進行的。(2)磁場具有方向。規(guī)定小磁針的N極在磁場中的受力方向為該處的磁場方向。(3)磁場的基本性質是對放入其中的磁體（或運動電荷）產(chǎn)生力的作用。(4)地磁場：地球本身是一個巨大的磁體，周圍空間存在著磁場。地磁南極在地理北極附近，地磁北極在地理南極附近。3．磁感線為了形象地描述磁場，在磁場中畫一些有方向的連續(xù)曲線，且任意一點的曲線方向都跟放在該點的小磁針N極所指的方向一致，這樣的曲線叫做磁感應線，簡稱磁感線。磁感線是人為引入的物理模型，并不真實存在。(1)磁感線是閉合曲線。它從磁體的N極出來，回到磁體的S極；在磁體內(nèi)部則從S極到N極，(2)磁感線上某一點的切線方向表示該點的磁場方向。(3)磁感線的疏密程度表示磁場的強弱。磁感線越密的地方磁場越強；越疏的地方磁場越弱。(4)磁感線不會相交，否則表示在相交點有兩個磁場方向。4．磁化使原來沒有磁性的物體獲得磁性的過程叫做磁化。(l)“分子電流”假說：在原子、分子或分子團等微粒內(nèi)部，存在著一種環(huán)形電流——分子電流（也叫安培電流）。分子電流使每一個微粒都形成一個微小的磁體——磁分子。根據(jù)安培定則可以判斷環(huán)形電流所產(chǎn)生的磁場，相當于在它的兩側形成兩個磁極（如圖19-1所示），兩個磁極與分子電流不可分割地聯(lián)系在一起。在磁化前，分子電流的方向十分紊亂（如圖192所示），此時物體對外不顯示磁性：磁化后，分子電流的方向變得大致相同（如圖19-3所示），于是物體對外顯示磁性。因此分子電流轉向的過程就是磁鐵物質被磁化的過程。(2)磁性物質可以分為軟磁體和鐵磁體。軟磁體很容易被磁化，但離開磁場后，磁性很容易消失；鐵磁體雖然不容易被磁化，但一旦磁化后，磁性能長期保存。1.2電流的磁場1．奧斯特實驗如圖19—4所示，通電直導線下的小磁針會發(fā)生偏轉，表明電流的周圍存在著磁場。它是1820年由丹麥物理學家奧斯特最早發(fā)現(xiàn)的，被稱為奧斯特實驗。2．直線電流的磁場直線電流周圍的磁感線是一些以導線上各點為圓心的同心圓，如圖19-5所示。這些同心圓都在跟導線垂直的平面上，磁感線的方向可用安培定則（一）來判定：用右手握住直導線，讓大拇指指向電流方向，那么彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向，如圖19-6所示。3．通電螺線管的磁場通電螺線管磁場的磁感線跟條形磁體的磁感線相似。通電螺線管的磁極性質跟電流方向有關，可用安培定則（二）（又稱右手螺旋定則）來判定：用右手握住螺線管，讓彎曲的四指指向電流方向，那么大拇指所指的那端就是通電螺線管的N極（如圖197所示）。4．環(huán)形電流的磁場環(huán)形電流磁場的磁感線是一些圍繞環(huán)形導線的閉合曲線。在環(huán)形導線的中心軸線上，磁感線和環(huán)形導線平面垂直，環(huán)形電流的磁感線方向跟電流方向之間的關系，也可以用安培定則來判定：讓右手彎曲的四指跟環(huán)形電流的方向一致，那么伸直的大拇指所指19-8向就是環(huán)形導線中心軸線上的磁感線方向（如圖19—8所示）。5．電磁鐵帶有鐵心的通電螺線管叫做電磁鐵。電磁鐵磁性的強弱與螺線管中通過的電流強弱、匝數(shù)多少及有無鐵心有關。可以通過控制電流的有無、大小和方向來決定電磁鐵磁性的有無、磁性的強弱和磁極性質的變化。6．電磁繼電器電磁繼電器是利用電磁鐵制成的。電磁繼電器的作用是可以用低電壓、弱電流控制高電壓、強電流的電路，可以實現(xiàn)遠距離操縱和自動控制。圖19-9和圖19-10是電磁繼電器的結構和工作原理示意圖。從圖中可以看到，電磁繼電器在工作電路中起著一個電鍵的作用。在閉合電鍵5接通控制電路后，電磁鐵M有了磁性，吸引銜鐵F，帶動觸點D使工作電路閉合，小燈泡L就發(fā)光了。在斷開控制電路后，電磁鐵失去磁性，釋放銜鐵，使工作電路斷開，小燈泡就熄滅了。1.3磁場對電流的作用1．磁場對通電導線的作用（安培力）磁場的一個重要性質是對磁場中的電流有力的作用。(l)通常把通電導線在磁場中受到的作用力叫做安培力。(2)實驗表明，電流受到磁場力的方向與磁場方向和電流方向有關。(3)當通電導線跟磁感線平行時，不受安培力作用。2．左手定則安培力的方向可以用左手定則來判定：伸出左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一個平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過手心，并使伸開的四指指向電流的方向，那么大拇指所指的方向就是導線所受安培力的方向，如圖19-11所示。圖19-12是一根通電導線受到安培力的幾種表示方法。（說明：對電流來說，“×”表示電流垂直紙面向里，“．”表示電流垂直紙面向外；對磁感線來說，“×”表示磁場方向垂直紙面向里，“．”表示磁場方向垂直紙面向外。）3．磁場對通電線圈的作用如圖19-13所示，將一個矩形線圈放入磁場中，當接通電源讓電流流入線圈時，分析線圈的轉動情況：當線圈在圖1913甲所示位置通電時，ab邊電流向里，cd邊電流向外，根據(jù)左手定則，ab邊受到向上的安培力作用，cd邊受到向下的安培力作用，它們共同作用在線圈上，給線圈一個順時針轉動的力矩，使線圈轉動起來；當轉至圖乙所示位置時，ab邊受到向上的安培力和cd邊受到向下的安培力是一對平衡力，但由于慣性，線圈仍會繼續(xù)沿順時針方向旋轉下去，然而此時形成的力矩卻使線圈向逆時針方向轉動，造成線圈不能在磁場中連續(xù)轉動下去，在圖乙位置處來回擺動幾次后，最終停留在圖乙位置處，這個位置叫做線圈的4．電動機電動機就是利用通電線圈在磁場中受安培力作用而轉動的原理制成的，它能將電能轉化為機械能。通過以上分析可知，要使通電線圈在磁場中能持續(xù)轉動，必須在線圈通過平衡值置時，立即改變線圈中的電流方向，從而依舊使線圈受到順時針方向的力矩而持續(xù)轉動下去，這就是直流電動機的基本原理。在線圈轉過平衡位置后馬上改變線圈中電流方向的任務是通過“換向片”裝置實現(xiàn)的。圖19-14是直流電動機的工作模型，換向片由兩個彼此絕緣的半環(huán)組成，換向片1跟線圈AB邊相連，換向片2跟線圈CD邊相連，3、4為與電源連接且位置固定的電刷。如圖19-14(a)所示，繞組線圈處于圖示位置時，換向片2跟電刷4接觸，換向片1跟電刷3接觸，通電后繞組線圈中的電流是從換向片2流人，經(jīng)過線圈后，經(jīng)換向片1流出，因此線圈中的電流方向是D—C—B—A，AB與CD中的電流方向相反。此時AB邊受到一個向上的力，CD邊受到一個向下的力，繞組線圈于是沿順時針方向轉動。如圖19-14(b)所示，繞組線圈轉至平衡位置時，兩電刷處于兩換向片之間的絕緣部分，沒有跟換向片接觸，此時繞組線圈中無電流通過，線圈沒有受力的作用，但繞組線圈在慣性的作用下會越過平衡位置。如圖19-14(c)所示，當線圈越過平衡位置后，換向片1跟電刷4接觸，換向片2跟電刷3接觸，繞組線圈中的電流方向是A—B—C—D，AB與CD中的電流方向仍然相反，但此時U3邊受到一個向下的力，CD邊受到一個向上的力，繞組線圈還是沿順時針方向轉動。當線圈轉到圖19-14(d)所示位置時，其情況跟圖19-14(b)所示位置相似。線圈越過平衡位置后，線圈中的電流又從換向片2流入，從換向片1流出，又回復到圖19-14(a)的情況一樣。這樣，通電繞組線圈在磁場的作用下，不停地順著一個方向旋轉起來。1.4磁場對運動電荷的作用1．洛倫茲力磁場對電流有力的作用，而電流是由電荷的定向移動形成的。因此，這個力是作用在運動電荷上的，作用在整個通電導線上的力，只不過是作用在運動電荷上的力的宏觀表現(xiàn)。運動電荷受到的磁場力，通常叫做洛倫茲力。當電荷運動方向與磁場方向垂直時，所受洛倫茲力最大，與磁場平行時，所受洛倫茲力為零。2.左手定則運動電荷在磁場中的受力方向也用左手定則來判定，但是應該注意：規(guī)定正電荷移動的方向為電流方向。電子是帶負電的粒子，電子移動方向與電流方向相反，因此若粒子帶正電，則粒子運動方向為電流方向；若粒子帶負電，則粒子運動方向為電流的反方向。1.5電磁感應1．電磁感應現(xiàn)象電和磁是緊密聯(lián)系著的兩種運動形式，在一定條件下，電與磁可以互相轉化。1831年英國物理學家法拉第通過實驗發(fā)現(xiàn)，變化的磁場能使閉合導線中產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象就是電磁感應現(xiàn)象。(l)閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時，導體中產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫做電磁感應現(xiàn)象。(2)通過電磁感應獲得的電流叫做感應電流。2．感應電流產(chǎn)生的條件(l)用切割磁感線的方法獲得感應電流：當閉合電路中的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時，導體中就會產(chǎn)生感應電流。(2)用改變磁通量的方法也能獲得感應電流：即穿過線圈的磁感線的條數(shù)變化時，閉合線圈中就會產(chǎn)生感應電流。(3)如果導體不閉合，即使做切割磁感線運動，也不會產(chǎn)生感生電流，只會在導體兩端產(chǎn)生電壓（即感生電壓）。3．右手定則(1)感生電流的方向跟導體切割磁感線的運動方向和磁場方向都有關，其關系可以用右手定則來判定：伸開右手，使大拇指跟其余四指相垂直，且都跟手掌在一個平面內(nèi)，把右手放人磁場中，讓磁感線垂直穿過手心，使大拇指指向導線的運動方向，那么其余四指所指的方向就是感應電流的方向。如圖19-15所示。(2)圖19-16所示是判定感應電流方向的幾種表示方法。4．發(fā)電機發(fā)電機是根據(jù)電磁感應原理制成的，它是把機械能轉化成電能的裝置。(1)交流發(fā)電機圖19-17是交流發(fā)電機的原理圖。在永磁體的兩磁極間有一個矩形線圈abcd，它可以繞軸OO/轉動。線圈的兩端點分別與銅滑環(huán)A、B焊接在一起，這部分構成發(fā)電機的內(nèi)部電路；兩滑環(huán)A、B叉分別與E、F兩個電刷做可以相對滑動的接觸，兩電刷為外部電路的兩個端點。當線圈在磁場中轉動時，滑環(huán)也跟著一起轉動，它通過電刷與外電路接通組成一個閉合電路。線圈在磁場中轉動時，它的ab邊和cd邊做切割磁感線運動，線圈中產(chǎn)生感應電流。當線圈平面轉到與磁感線平行的平面時，由于這一時刻ab邊和cd邊的運動方向都跟磁感線垂直，如圖19-17(b)所示，因而此時感應電流為最大值。當線圈平面轉到與磁感線垂直的平面時，由于這一時刻ab邊和cd邊的運動方向都跟磁感線平行，沒有做切割磁感線運動，因而沒有感應電流，如圖19-17(c)所示。跟磁感線垂直的這個平面叫做中性面。線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應電流方向就改變一次。因此，線圈轉動一周，感應電流的方向要改變兩次，這種周期性變化的電流叫做交流電。線圈轉動一周的時間就是交流電的周期，1秒內(nèi)有多少個周期就是交流電的頻率。在一個周期里，交流電的方向改變兩次。我國的家庭電路就是交流電路，它的周期為0.02秒，頻率為50赫，交流電的方向每秒改變100次。(2)直流發(fā)電機圖19-18是直流發(fā)電機的模型。要使線圈中的交變電流輸送到外部電路時方向不變，只要使滑環(huán)在電流方向改變時，自動地變換它接觸的電刷，外部電路中的電流方向就可似固定不變。因此，只要用兩個互相絕緣的半圓環(huán)（換向器）來代替交流發(fā)電機上的兩個滑環(huán)，就制成了最簡單的直流發(fā)電機。1.6變壓器1．變壓器用來改變交流電壓的設備叫做變壓器，不計任何能量損耗的變壓器叫做理想變壓器。(1)變壓器是由一個閉合鐵心和兩個繞制在鐵心上的線圈組成。如圖19-19所示，跟交流電源連接的線圈叫做原線圈，也叫做初級線圈或輸入線圈；跟用電器（負載）連接的線圈叫做副線圈，也叫做次級線圈或輸出線圈。(2)使電壓升高的變壓器叫升壓變壓器，使電壓降低的變壓器叫做降壓變壓器。2．變壓器的計算(1)變壓器工作時，原副線圈的電壓之比跟原副線圈的匝數(shù)成正比變壓器原線圈加上交流電壓U1，后，原線圈中有交流電流通過，在鐵心中產(chǎn)生交變磁通量，這一交變磁通量同時穿過副線圈，副線圈中就產(chǎn)生了感應電壓，形成輸出電壓U2。由于線圈每一圈感應電壓是相同的，所以輸出電壓跟副線圈的匝數(shù)成正比。研究表明，變壓器原副線圈的電壓之比等于原副線圈的匝數(shù)之比，設原線圈的匝數(shù)為n1，副線圈的匝數(shù)為n2，則U1在理想變壓器中不計一切能量的損耗，因此輸入功率等于輸出功率。即P1=P2，由于P1=U1I1，P2=U2I2,所以P1=P2。于是可以得到I13．遠距離高壓輸電在進行遠距離輸電時，由于輸電線長，所以輸電線電阻很大，當電流通過輸電線時，由于電流的熱效應，輸電線要發(fā)熱，故在輸送電能的過程中一部分電能轉化為內(nèi)能，損失在大氣中。根據(jù)焦耳定律Q=12Rt可知，電流發(fā)熱的多少取決于電流、電阻和通電時間。在輸電距離一定的情況下，電阻和通電時間是無法改變的，所以要減少損耗的辦法是減小輸電電流。在輸送電功率一定的條件下，根據(jù)P=I2r可知，提高輸送電壓就可以減小輸送電流，從而減小輸電線路上的損失，所以遠距離輸電采用高壓輸電。在實際情況下，輸送功率在100千瓦以下，距離在幾百米以內(nèi)，一般采用220伏電壓送電；輸送功率在幾千千瓦到幾萬千瓦，距離在幾千米到上百千米，一般采用35千伏或110千伏電壓送電；如果輸送功率為10萬千瓦以上，距離在幾百千米，就必須采用220千伏甚至更高電壓送電。第二節(jié)思維技巧和方法指導2.1磁場方向及相互作用的規(guī)律[例1]已知條形磁體的極性如圖19-20所示，畫出小磁針在A、B兩位置靜止時的指向。[分析]要確定A、B兩點小磁針的指向，先要確定磁體周圍磁場的分布情況，即磁感線的分布和方向，才能正確地畫出磁場中小磁針的指向。[解笞]見圖19-21（涂黑的一端為小磁針的N極）。[例2]有兩根完全相同的鋼棒，一根有磁性，一根無磁性，最少可以用幾次實驗就可將它們區(qū)分開來？[分析]條形磁體的磁性中間弱，兩端最強，因此可以利用磁場的這一分布特點來區(qū)分這兩根鋼棒。[解答]如圖19-22所示，用甲鋼棒的頂端去接觸乙鋼棒的中間，如果互相吸引，說明甲的頂端有磁性，甲是磁體，乙不是磁體；如果兩者互相不吸引，說明甲沒有磁性，乙是磁體。所以一次實驗就可以區(qū)分開。[點撥](1)為了形象地描述磁場，物理學中引入了磁感線（實際并不存在）。磁感線的疏密表示該處磁場的強弱，磁感線的方向表示該點處磁場的方向。在磁體外部，磁感線從磁體的N極出發(fā)回到S極；在磁體內(nèi)部，磁感線從S極指向N極。磁感線都是閉合曲線。而小磁針在磁場中靜止時，N極的指向和該點的磁場方向一致，所以用小磁針作為判斷磁場方向的工具。(2)任何磁體都有兩個磁極，磁體的兩端（磁極）磁性最強，中間幾乎沒有磁性。掌握以上兩點，再結合磁體之間相互作用的規(guī)律，類似例2的問題就不難解決了。2.2安培定則的應用[例3]根據(jù)圖19-23中通電導體中的電流方向判定小磁針N極的轉向或根據(jù)小磁針N極的轉向指出導體中的電流方向。（涂黑的一端為小磁針的N極）[分析]根據(jù)安培定則（一）可判斷通電導線周圍的磁感線方向，而在磁場中的小磁針靜止不動時，N極的指向和磁感線的方向一致。[解答]圖(a)中，小磁針N極向紙內(nèi)偏轉（垂直指向紙內(nèi)）；圖(6)中，小磁針N極向紙外偏轉（垂直指向紙外）；圖(c)中，導線以6中電流方向是由口一易，導線。d中電流方向是由d-c。[例4]圖19-24為一通電螺線管，在A點放一個小磁針，發(fā)現(xiàn)小磁針N極水平指向右方。(l)試判斷電源的正、負極；(2)如果在螺線管肉部的B點另放一個小磁針，N極指向什么方向？[分析](l)通電螺線管的磁場方向和電流方向之間的關系可以用安培定則（二）來判斷；(2)通電螺線管內(nèi)部小磁針的指向不宜采用同名磁極相斥、異名磁極相吸的方法判斷。內(nèi)部某點小磁針指向應該與該點磁場方向一致，認為螺線管與條形磁體相似，N極在左側，S極在右側，所以小磁針N極指右的結論是錯誤的。[解答](l)在A點放一個小磁針，N極指向右方，說明通電螺線管產(chǎn)生的磁場在A點水平向右，螺線管左端是N極，右端為S極，根據(jù)安培定則（二），可判斷出電源的右側為正極，左側為負極。(2)通電螺線管的磁感線是封閉的曲線，外部磁感線由N極出發(fā)回到s極，而內(nèi)部磁感線由S極指向N極，即水平向左，即B點磁場方向水平向左，放在B點的小磁針N極應與磁場方向一致，N極指向為水平向左。[例5]如圖19-25所示，通電螺線管A、B套在光滑的圓柱體MN上，請判斷當電鍵S閉合后，通電螺線管A、B之間的相互作用力是引力還是斥力？[分析]根據(jù)圖19-25中所示電源的正負極，通電螺線管A、B上的電流方向如圖19-26所示。利用安培定則（二）可判斷出通電螺線管A的左端為S極，右端為N極；通電螺線管B的左端為N極，右端為S極。[解答]根據(jù)磁極間相互作用規(guī)律可知，通電螺線管A、B之間的作用力為斥力。[點撥]以上幾例都是通過創(chuàng)設情景（圖像）把磁體之間相互作用規(guī)律、右手螺旋定則、電流方向和電源正、負極關系等知識進行綜合考查，同時通過作圖提高手腦并用的能力。因此在解決這一類問題時，應先在螺線管上標出電流方向（或N、S極的位置），然后運用右手螺旋定則判定通電螺線管N、S極的位置（或電流方向）。這類問題容易出現(xiàn)的錯誤是通電螺線管的N、S極不是用右手螺旋定則來判斷，而是以電源的正、負極為標準，認為靠近電源正極的一端為N極，靠近電源負極的一端為S極。2.3左手定則及電動機原理[例6]兩條通電直導線ab、cd互相平行，又互相靠近，通人相反方向的電流時，彼此之間的相互作用力如何？[分析]如圖19-27所示，ab導線的磁感線是以導線上各點為圓心的同心圓，用平面圖表示如圖(a)所示，cd導線周圍也有與ab導線周圍方向相反的磁場，其磁感線的平面圖如圖(b)所示。還有一種分析方法，就是把它們看作是磁場對通電導體的作用問題。把cd導線看作是放在ab導線產(chǎn)生的磁場中受力的問題，根據(jù)左手定則，cd導線受到問右的作用力，如圖19-28(a)所示；同理，ab導線處在cd導線所在的磁場中，受到向左的磁場力，如圖19-28(b)所示。[解答]ab導線和cd導線相互排斥，兩條導線有互相遠離的趨勢。[點撥]如果兩條導線中通有方向相同的電流時，彼此之間的相互作用力如何？請自行分析。[例7]如圖19-29所示，在蹄形磁體磁極間有一可繞Ocy軸自由轉動的閉合線圈abcd，當線圈abcd中有圖示方向的電流通過時，線圈abcd是否轉動？如何轉動？[分析]電流在磁場中是否受力及受力方向可通過左手定則來判定，而線圈如何運動則由線圈的受力情況來決定。[解答]根據(jù)左手定則，線圈ab邊受到的安培力垂直指向紙里，cd邊受到的安培力垂直指向紙外，即線圈受到一對力矩的作用將發(fā)生轉動。如果沿OO'軸向下看，線圈abcd將沿順時針方向轉動。[點撥]揚聲器就是應用通電導線在磁場中受到作用力這一原理制成的，它將電能轉化成聲能。揚聲器的制作方法很簡單：將細導線繞在錐形紙盆上，然后放置在磁場中。放大器輸出的電流通過線圈時，就會驅動揚聲器工作。電流的方向每秒變化20～20000次，具體取決于聲音音調的高低。由于線圈處于磁場中，因此它將受到磁場力的作用。而隨著電流方向的變化，線圈不斷被推拉，導致紙盆發(fā)生振動，從而在空氣中產(chǎn)生了聲波。2.4磁場對運動電荷的作用[例8]圖19-30為陰極射線管，接通電源后電子流從K射向A點。將它放在N、S極間的磁場中，發(fā)現(xiàn)電子流向下偏轉，則可以判定()A．陰極射線管的上方為N極，下方為S極。B．陰極射線管的上方為S極，下方為N極。C．陰極射線管的正前方為N極，后面為S極。D．陰極射線管的正前方為S極，后面為N極。[分析]電流方向與電子流運動方向相反，所以電流方向是A--K，棍據(jù)左手定則，即可知磁場方向。[解答]本題正確答案是選項C。[點撥]帶電粒子并非只能局限于導線中，它也可以在真空中運動，在真空中沒有空氣分子與之碰撞，所以被廣泛地應用于電視機中的顯像管（即陰極射線管），它的工作原理主要就是電子被磁場偏轉。在陰極射線管中，電場將電子從陰極的原子中拉出，然后通過收集、加速，使這些電子匯聚成很細的束流。通過偏轉磁場的控制，電子束上下左右地打在屏幕上，屏幕上的熒光物質受到電子撞擊時就會發(fā)光，于是就產(chǎn)生了圖像。磁場對電子的作用力大小取決于電子的速度、磁場的強弱及電子的速度和磁場方向之間的夾角；而力的方向既與電子速度的方向垂直，也與磁場的方向垂直。不過用左手定則所確定的方向是對帶正電荷的粒子而言的，對于電子這個方向剛好相反。2.5右手定則及發(fā)電機原理[例9]如圖19-31所示，當磁體的S極從線圈的上方插入線圈的過程中，電流表的指針是否會發(fā)生偏轉？[分析]磁體的磁感線分布如圖19-32所示。當磁體從線圈外插入線圈的過程中，雖然導線沒有運動，但由于磁體的運動，同樣會使線圈上的導線切割磁感線，因此在線圈中會有感應電流產(chǎn)生。[解答]電流表的指針會發(fā)生偏轉，因為閉合線圈的一都分導線做切割磁感線運動，會產(chǎn)生感應電流。[例10]如圖19-33所示，ab為一根裸銅線，在金屬導軌上由左向右滑動，此時小磁針將向什么方向轉動？[分析]導線ab和金屬導軌及螺線管組成閉合電路，當ab切割磁感線運動時會產(chǎn)生感應電流，其方向可用右手定則判定；而螺線管也是該閉合電路的一部分，成為通電螺線管，用安培定則判斷通電螺線管周圍的磁場方向，則磁場中某一點小磁針N極的指向就可以確定。[解答]ab為閉合電路的一部分，當它向右運動時切割磁感線，根據(jù)右手定則，閉合電路中有感生電流產(chǎn)生，電流的方向為a-b-c-d。而根據(jù)安培定則可判定出，通電螺線管的右端為N極，左端為S極，小磁針N極的向與該點磁感線方向一致，故小磁針將沿逆時針方向轉動，最后靜止在圖19-34所示的位置上。[例11]圖19-35是直流兩用機。(l)當電鍵Sl閉合、S2斷開時，它是一個什么裝置？這時能量轉換情況如何？換向器的作用是什么？當線圈abcd沿順時針方向旋轉時，通過燈泡的電流方向如何？(2)當Sl斷開、S2閉合時，線圈abcd將如何轉動？此時表示是什么裝置？能量如何轉化？換向器的作用是什么？[分析]直流電動機的構造和直流發(fā)電機的構造相同，同一電機，既可以作為發(fā)電機，又可以作為電動機。當外力使該電機轉動時，它是發(fā)電機，但線圈中隨之產(chǎn)生的感應電流受到的安培力作用要使線圈向相反方向轉動；當外界有電流輸入時，它是電動機，當它轉動時，必然產(chǎn)生與輸入電流相反的感應電流。[解答](l)當S1閉合、S2斷開時，這時電路中沒有其他電源裝置，它相當于一個發(fā)電機。能量轉換是機械能轉化為電能。當電流流過電燈時，電能轉化為內(nèi)能和光能。當線圈順時針方向轉動時，ab邊向上運動，cd邊向下運動，根據(jù)右手定則判定線圈中的電流方向為abcd，這時流過燈泡的電流方向為b'-a'。當線圈繼續(xù)轉動至與磁感線相垂直的平面再繼續(xù)轉動時，ab邊向下運動，cd邊向上運動，線圈中的電流方向為dcba，但經(jīng)過換向器后流過燈泡的電流仍為b'-a'，換向器的作用是變交流為直流，保持流過燈泡的電流方向不變。(2)當S1斷開、S2閉合時，線圈abcd與電源相連，流過線圈的電流方向為abcd，根據(jù)左手定則判定ab邊受到的安培力向下，cd邊受到的安培力同上，因此線圈將沿逆時針方向繞軸轉動，此時它相當于一個電動機，將電能轉化為機械能。換向器的作用是當線圈轉過平衡位置時，改變線圈中的電流方向，使線圈能夠連續(xù)轉動。[點撥]從以上例題可以看出發(fā)電機與電動機的結構幾乎相同，但能量的轉化情況正好相反。發(fā)電機將機械能轉化為電能，而電動機將電能轉化為機械能。如圖19-36所示，若將兩個半圓環(huán)換成兩個圓環(huán)，則在外力的作用下，發(fā)電機轉子中產(chǎn)生的感應電流方向隨時間和位置而循環(huán)變化，所