第5章 電與磁 知識(shí)梳理

第五章電與磁知識(shí)梳理第1節(jié)磁現(xiàn)象磁場(chǎng)知識(shí)點(diǎn)一：磁性和磁場(chǎng)1、磁性：物體吸引鐵、鈷、鎳的性質(zhì)叫磁性，具有磁性的物體叫磁體。磁體不同部位的磁性強(qiáng)弱并不相同，磁性最強(qiáng)的部分叫磁極。2、磁極間的相互作用：同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。3、判斷物體是否具有磁性的幾個(gè)方法：方法一：根據(jù)磁體的磁性判斷將被測(cè)物體靠近沒有磁性的鐵、鈷、鎳等磁性材料，鐵、鈷、鎳等若能被吸引，則說明該物體具有磁性；若不能被吸引，則說明該物體沒有磁性。方法二：根據(jù)磁體的指向性判斷用自由懸掛、自由懸浮等方式讓被測(cè)物體能夠在水平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，若被測(cè)物體靜止時(shí)總是大致指向南北方向，說明該物體具有磁性，否則沒有磁性。方法三：根據(jù)磁極間的相互作用規(guī)律判斷將被測(cè)物體分別靠近靜止的小磁針的兩極，若發(fā)現(xiàn)有一端發(fā)生排斥現(xiàn)象，說明該物體具有磁性；若與小磁針兩極都相互吸引，則說明該物體沒有磁性。注意：在利用磁極間相互作用規(guī)律判斷兩物體是否具有磁性時(shí)，要注意“斥定吸不定”原則，即如果兩個(gè)物體相互排斥，則可以確定兩者均有磁性，如果相互吸引，則可能兩物體均有磁性或一個(gè)有磁性、一個(gè)沒有磁性。方法四：根據(jù)磁體各位置磁性強(qiáng)弱不同判斷外形相同的A、B棒若兩次都不吸引，則A、B都沒有磁性若兩次都吸引，則A、B都有磁性若只有甲吸引，則B有磁性，A沒有磁性若只有乙吸引，則A有磁性，B沒有磁性外形相同的A、B棒若始終沒有相互作用，則A、B都沒有磁性若吸引力保持不變，則A沒有磁性，B有磁性若吸引力由強(qiáng)→弱→強(qiáng)，則A有磁性，B沒有磁性若先吸引后排斥，或先排斥后吸引，則A、B都有磁性【溫馨提示】①個(gè)磁體有且只有兩個(gè)磁極。②兩物體相互排斥可說明相對(duì)端一定為同名磁極，都有磁性；相互吸引則不能確定，可能為異名磁極，也可能一個(gè)有磁性，一個(gè)無磁性。③磁化時(shí)相互接觸端或相互靠近端是異名磁極。4、磁體①定義：具有磁性的物體叫做磁體。②特點(diǎn)：一是能吸引磁性材料；二是吸引磁性材料時(shí)，不必與這些物體直接接觸，如隔著薄木板，磁體也能吸引鐵塊。③常見磁體分類（1）按磁體形狀分類：條形磁體、梯形磁體、針型磁體；（2）按磁體來源分類：天然磁體（磁體礦石）、人造磁體；（3）按磁性的保持時(shí)間分類：硬磁體（也叫永磁體，磁性可長(zhǎng)期保留）、軟磁體（被磁化后磁性容易消失）。5、磁場(chǎng)和磁感線磁場(chǎng)：磁體間存在一種看不見、摸不著的特殊物質(zhì)，即磁場(chǎng)。它有強(qiáng)弱和方向。磁場(chǎng)方向：物理學(xué)規(guī)定小磁針靜止時(shí)N極的所指的方向（即N極受力方向）是這一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。磁場(chǎng)的基本性質(zhì)：就是對(duì)放入其中的磁體產(chǎn)生磁力的作用。磁感線：為了描述磁場(chǎng)情況而畫的帶箭頭的曲線。磁場(chǎng)是客觀存在的，磁感線是人們假象出來的。磁感線是立體分布的，且不交叉；磁體周圍的磁感線總是從N極出發(fā)回到S極的；它的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。常見的幾種磁場(chǎng)的磁感線分布如圖所示： 條形磁體 蹄形磁體【溫馨提示】①磁場(chǎng)是真實(shí)存在的，而磁感線是一些假想的曲線，是形象地研究磁場(chǎng)的一種方法。磁感線是立體的，永不相交的閉合曲線。②磁感線上任何一點(diǎn)的切線方向都與置于該點(diǎn)的小磁針靜止時(shí)N極所指的方向一致。理解磁感線應(yīng)注意的六個(gè)問題是物理模型，并不存在磁場(chǎng)是真實(shí)存在于磁體周圍的一種特殊物質(zhì)，而磁感線是人們?yōu)榱酥庇^、形象的描述磁場(chǎng)的方向和分布情況而引入帶有方向的曲線，它并不是真實(shí)存在的。正如探究光時(shí)，引入光線的概念一樣。這在物理學(xué)上稱為模型法。疏密表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱磁感線分布的疏密程度可以表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。磁體的兩極處磁感線最密，表示磁體兩極處的磁場(chǎng)最強(qiáng)。有方向磁感線是有方向的，磁體周圍任意一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向都是沿著磁感線從N極指向S極的。是閉合曲線在磁體外部，磁感線從磁體的N極出發(fā)，回到磁體的S極；在磁體內(nèi)部，磁感線從磁體的S極出發(fā)回到N極，形成一條條閉合曲線。立體分布在畫圖時(shí)，因受紙面的限制，只畫了一個(gè)平面內(nèi)的磁感線的分布情況。但實(shí)際上磁體周圍的磁感線的分布是立體的，在磁體周圍空間都分布有磁場(chǎng)。任意兩條不相交磁體周圍不管磁感線如何曲折都不會(huì)相交，因?yàn)榇艌?chǎng)中任何一點(diǎn)的磁場(chǎng)只有一個(gè)確定的方向，如果某一點(diǎn)有兩條磁感線相交，則該點(diǎn)的磁場(chǎng)就有兩個(gè)方向，這是不可能的。地磁場(chǎng)：小磁針的N極總是指向北方，說明地磁場(chǎng)的磁場(chǎng)方向在地表是由南指向北的，所以地磁場(chǎng)的北極應(yīng)在應(yīng)在地理的南極附近，地磁場(chǎng)的南極應(yīng)在地理的北極附近。如圖所示，實(shí)際上地磁場(chǎng)的分布跟條形磁體的磁場(chǎng)相似。第2節(jié)電流的磁效應(yīng)第1課時(shí)電生磁知識(shí)點(diǎn)一、電流的磁效應(yīng)1、奧斯特實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究在靜止的小磁針上方放一根與小磁針平行的直導(dǎo)線，依次進(jìn)行如圖甲、乙、丙所示的操作?，F(xiàn)象分析（1）比較甲、乙兩圖所示現(xiàn)象，導(dǎo)線通電后，小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)換法：有無磁場(chǎng)→小磁針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)），斷電后，小磁針又回到原位置，這說明通電直導(dǎo)線周圍產(chǎn)生了磁場(chǎng)；（2）比較甲、丙兩圖所示現(xiàn)象，改變電流的方向，小磁針偏轉(zhuǎn)方向發(fā)生改變，即小磁針處磁場(chǎng)方向發(fā)生改變，這說明電流的磁場(chǎng)方向與電流方向有關(guān)。研究歸納（1）通電導(dǎo)線周圍存在著磁場(chǎng)；（2）電流的磁場(chǎng)方向與電流方向有關(guān)。2、電流的磁效應(yīng)通電導(dǎo)線周圍存在著與電流方向有關(guān)的磁場(chǎng)，這種現(xiàn)象叫做電流的磁效應(yīng)。電流磁效應(yīng)是丹麥物理學(xué)家奧斯特通過實(shí)驗(yàn)首先發(fā)現(xiàn)的。奧斯特實(shí)驗(yàn)第一次揭示了電與磁之間的聯(lián)系，即電可以產(chǎn)生磁。特別提醒：①實(shí)驗(yàn)時(shí)，導(dǎo)線要處于南北方向，與小磁針保持平行，這樣在給導(dǎo)線通電時(shí)，小磁針由南北指向變?yōu)闁|西指向，偏轉(zhuǎn)最為明顯，便于比較通電后小磁針的偏轉(zhuǎn)情況。②實(shí)驗(yàn)中，宜采用“觸接”的方式給導(dǎo)線通電，即給導(dǎo)線通電時(shí)間要短，因?yàn)橛秒娫炊搪返男问诫m然可以獲得較大的電流，但也容易燒壞電源。知識(shí)點(diǎn)二、通電螺線管的磁場(chǎng)1、螺線管（1）把導(dǎo)線纏繞在圓筒上，就做成了一個(gè)螺線管，也叫線圈。接通電源的螺線管叫通電螺線管。（2）給螺線管通電后，各線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加在一起，通電螺線管周圍就產(chǎn)生了較強(qiáng)的磁場(chǎng)。2、探究通電螺線管外部的磁場(chǎng)分布實(shí)驗(yàn)探究1：通電螺線管的磁場(chǎng)方向和電流方向的關(guān)系（1）用銅導(dǎo)線穿過玻璃板，做成螺線管，給螺線管通入電流，將小磁針放在螺線管周圍的不同位置，記下小磁針在各個(gè)位置時(shí)N極的指向；（2）改變電流方向，再次觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（1）通電后小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不同位置的小磁針N極指向不同，如圖所示；（2）改變電流方向，小磁針指向發(fā)生改變?，F(xiàn)象分析（1）從小磁針的N極指向看，通電螺線管外部的磁感線從螺線管的一端出來回到另一端，說明通電螺線管有兩個(gè)磁極且在兩端。（2）小磁針的N極指向改變，說明了磁場(chǎng)方向的改變，即通電螺線管兩端的極性改變了，由此可知，電流方向改變了磁場(chǎng)方向，即通電螺線管的磁場(chǎng)方向與電流方向有關(guān)。實(shí)驗(yàn)探究2：通電螺線管外部的磁場(chǎng)的分布特征在玻璃板上撒一些鐵屑，給螺線管通電后，輕輕敲擊玻璃板，觀察鐵屑的分布情況。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如圖所示?，F(xiàn)象分析從鐵屑的分布情況看，通電螺線管外部的鐵屑排列情況和條形磁體周圍鐵屑的分布情況相似。歸納總結(jié)（1）通電螺線管外部的磁場(chǎng)方向與電流方向有關(guān)；（2）通電螺線管外部磁場(chǎng)跟條形磁體的磁場(chǎng)相似，通電螺線管的兩端相當(dāng)于條形磁體的兩個(gè)磁極；（3）通電螺線管的內(nèi)部也存在磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)方向與外部相反（內(nèi)外磁場(chǎng)方向大致走向相反）。3、探究通電螺線管極性與環(huán)繞螺線管的電流方向的關(guān)系實(shí)驗(yàn)探究去繞向不同的螺線管，依次設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：給螺線管通入不同方向的電流，用小磁針驗(yàn)證它的N、S極。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象現(xiàn)象分析（1）兩個(gè)螺線管的繞向相同，電流不同，它的螺線管兩端的極性不同。（2）調(diào)換螺線管左右位置，繞向發(fā)生改變，即便電流方向相同，螺線管兩端極性也不同。實(shí)驗(yàn)結(jié)論通電螺線管兩端的極性與通電螺線管中電流方向有關(guān)。知識(shí)點(diǎn)三、安培定則安培定則又叫右手螺旋定則，用來描述通電螺線管的極性與電流方向關(guān)系。1、內(nèi)容用右手握住螺線管，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（N極）。2、安培定則的應(yīng)用（1）已知通電螺線管中電流的方向，判斷通電螺線管兩端的極性。具體方法：①標(biāo)出通電螺線管中電流的方向；②用右手握住螺線管，讓彎曲的四指指向螺線管中電流方向；③大拇指所指的那端就是通電螺線管的N極，如圖所示。 （2）已知通電螺線管兩端磁極，判斷通電螺線管中電流的方向。具體方法：①先用右手握住通電螺線管，大拇指指向N極；②彎曲的四指所指的方向就是螺線管中電流的方向；③按照四指彎曲的方向在螺線管中標(biāo)出電流方向。第2課時(shí)電磁鐵電磁繼電器知識(shí)點(diǎn)一、電磁鐵1、概念用一根導(dǎo)線繞成螺線管，再在螺線管內(nèi)插入鐵芯，當(dāng)有電流通過時(shí)由磁性，沒有電流時(shí)就失去磁性。我們把這種磁體叫做電磁鐵。2、電磁鐵的構(gòu)造如圖所示，電磁鐵主要由線圈和鐵芯（由軟鐵制成，不能用鋼，因鋼磁化后磁性不易消失）構(gòu)成。當(dāng)線圈通過電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，而鐵芯可以可以在線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)時(shí)被磁化，產(chǎn)生與螺線管的磁場(chǎng)方向一致的磁場(chǎng)，大大增強(qiáng)了電磁鐵的磁性。3、電磁鐵極性的判斷插入鐵芯只是為了增強(qiáng)螺線管的磁性，不會(huì)影響通電螺線管的磁極磁性，仍然可以用安培定則來表述電流方向和磁極之間的關(guān)系。拓展：常見的電磁鐵多數(shù)成U型，目的是使電磁鐵的兩個(gè)磁極能同時(shí)吸引物體，增大其吸引力。知識(shí)點(diǎn)二、電磁鐵的磁性1、電磁鐵的優(yōu)點(diǎn)：（1）磁性強(qiáng)弱與通入的電流大小和線圈的匝數(shù)有關(guān)，電流越大，磁性越強(qiáng)；在電流一定時(shí)，外形相同的螺線管，線圈的匝數(shù)越多，它的磁性越強(qiáng)；（2）磁性有無可由電路的通斷來控制。通電時(shí)有磁性，斷電時(shí)磁性立即消失。（注意：電磁鐵中的鐵芯必須采用軟鐵，而不能用鋼，因?yàn)殇撃鼙３执判裕?；磁極的性質(zhì)可以通過電流的方向來改變。2、電磁鐵的特點(diǎn)和應(yīng)用（1）電磁鐵的特點(diǎn)①磁性的有無可通過通斷電流來控制；②磁極的極性可通過改變電流的方向來實(shí)現(xiàn)；③磁性的強(qiáng)弱可通過改變電流大小、線圈的匝數(shù)來控制。（2）電磁鐵在實(shí)際生活中的應(yīng)用①對(duì)磁性材料有力的作用。主要應(yīng)用在電鈴、電磁起重機(jī)、電磁剎車裝置和許多自動(dòng)控制裝置上；②產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)?，F(xiàn)代技術(shù)上很多地方需要的強(qiáng)磁場(chǎng)都是由電磁鐵提供的，如磁浮列車、磁療設(shè)備、測(cè)量?jī)x器以及研究微觀粒子的加速器等。3、揚(yáng)聲器：（1）構(gòu)造：固定的永磁體，線圈，錐形紙盆。（2）工作原理：它是把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)的一種裝置。由于線圈中通過的電流是交變電流，它的方向不斷改變，線圈就不斷的被永磁體吸引和排斥使線圈來回振動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)紙盆的振動(dòng)，于是揚(yáng)聲器就發(fā)出了聲。知識(shí)點(diǎn)三、電磁繼電器1、定義：電磁繼電器時(shí)利用低電壓、弱電流的路的通斷，來間接控制高電壓、強(qiáng)電流電路的通斷的裝置，其實(shí)質(zhì)就是利用電磁鐵來控制工作電路的一種開關(guān)。含電磁鐵的電路稱為低壓控制電路，被控制的電路稱為高壓工作電路。2、構(gòu)造及工作原理電磁繼電器的電路包括低壓控制電路、高壓工作電路兩部分，如圖所示?？刂齐娐方油〞r(shí)，電磁鐵產(chǎn)生磁性吸下銜鐵，動(dòng)、靜觸點(diǎn)接觸，接通工作電路；控制電路斷開時(shí)，電磁鐵失去磁性，在彈簧作用下釋放銜鐵，動(dòng)、靜觸點(diǎn)分離，工作電路斷開。從而通過控制電路的通斷來控制工作電路的通斷。3、電磁繼電器的應(yīng)用遠(yuǎn)離高電壓利用電磁繼電器可以通過控制低壓電路通斷間接控制高壓電路的通斷，使人避免高壓觸電的危險(xiǎn)，如大型變電站的高壓開關(guān)等。遠(yuǎn)離有害環(huán)境利用電磁繼電器可以使人遠(yuǎn)離高溫、有毒等有害環(huán)境，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。如核電站中的開關(guān)等。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制在電磁繼電器控制電路中接入對(duì)溫度、壓力或光照敏感的元件，利用這些元件操縱控制電路的通斷，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、或光照的自動(dòng)控制。如水位自動(dòng)報(bào)警器、溫度自動(dòng)報(bào)警器等。第3節(jié)電磁感應(yīng)1、電磁感應(yīng)：閉合電路的部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁感線運(yùn)動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象。2、產(chǎn)生感應(yīng)電流必須同時(shí)滿足三個(gè)條件：（1）電路是閉合的；（2）導(dǎo)體要在磁場(chǎng)做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)；（3）切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體只能是一部分，三者缺一不可。如果不是閉合電路，即使導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體中也不會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，只是在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓。3、感應(yīng)電流的方向：感應(yīng)電流的方向跟導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)方向和磁感線方向有關(guān)。因此要改變感應(yīng)電流的方向，可以從兩方面考慮，一是改變導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向，即與原運(yùn)動(dòng)方向相反；二是使磁感線方向反向。但是若導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向和磁感線方向同時(shí)改變，則感應(yīng)電流的方向不發(fā)生改變?！緦?shí)驗(yàn)拓展】什么情況下磁能生電實(shí)驗(yàn)探究什么情況下磁能生電？設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)將一根導(dǎo)線用細(xì)線懸掛起來，并與靈敏電流計(jì)（實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的電流較小，普通電流表檢測(cè)不出來）、開關(guān)串聯(lián)組成閉合回路，將導(dǎo)線（用多匝方形線圈更明顯）AB放在蹄形磁體的磁場(chǎng)中，如圖所示。其中，蹄形磁體提供磁場(chǎng)，靈敏電流計(jì)用來檢測(cè)電路中是否有電流并顯示電流方向（靈敏檢流計(jì)零刻度線在中間，指針可左右偏轉(zhuǎn)以顯示電流方向），開關(guān)用來控制電路的通斷。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)按表格要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象填入表格中。實(shí)驗(yàn)序號(hào)電路磁場(chǎng)方向?qū)wAB的運(yùn)動(dòng)方向靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向1閉合向下向右向左2向下向左向右3向上向右向右4向上向左向左5閉合向上靜止不偏轉(zhuǎn)6向下靜止不偏轉(zhuǎn)7向上上、下不偏轉(zhuǎn)8向下上、下不偏轉(zhuǎn)9斷開重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)不偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象分析1實(shí)驗(yàn)1至4中導(dǎo)線AB做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，說明有電流產(chǎn)生；實(shí)驗(yàn)5至8中導(dǎo)線AB在磁場(chǎng)中靜止或上下運(yùn)動(dòng)但不切割磁感線，靈敏電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)，說明沒有電流產(chǎn)生；電路斷開，重復(fù)以上所有實(shí)驗(yàn)，靈敏電流計(jì)指針都不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明也沒有電流產(chǎn)生。歸納總結(jié)1閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就產(chǎn)生電流。這種由于導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的電流的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流?，F(xiàn)象分析2①比較1、2或3、4可知，在磁場(chǎng)方向