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第二十章 电与磁
复习与提高
本章知识结构
磁场
电与磁的关系
磁场对电流的作用
电动机
电磁感应
发电机
电流的磁效应
探究通电螺线管的磁场、安培定则
电磁铁电磁继电器
相互作用
电生磁
应用
应用
磁生电
应用
磁体
磁极
磁性
第1节 磁现象 磁场
知识结构
磁
现
象
磁
场
磁场
磁感线
地磁场
磁现象
①物体吸引铁、钴、镍等物质的性质叫做磁性。
②磁体上吸引能力最强的两个部位部分叫磁极。
③磁极间相互作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
④磁化：一些物体在磁体或电流的作用下会获得磁性。
①磁体周围存在一种看不见、摸不着的物质，称为磁场。
②磁场的基本性质：对放入其中的磁体有力的作用。
③磁场的方向：小磁针静止时北极所指的方向。
①描述磁场：磁感线可以表示磁体周围的磁场分布情况；
在磁场外部，它从磁体的N极出发，回到S极。
② 磁感线上任一点的磁感线方向，就是该点磁场的方向；
③ 磁感线的疏密表示磁场的强弱。
地磁两极与地理两极相反且并不重合，叫做磁偏角。
一、磁现象
1. 磁性、磁体和磁极
（1）磁性与磁体：物体能够吸引
、 、 等物质的性质叫做磁性，具有磁性的物体叫做磁体。
（2）磁极：磁体的两端磁性最
，中间部分磁性最 ，几乎 磁性。我们把磁体上磁性最 的部位叫做磁极。
能够自由转动的磁体，静止时指南的那个磁极叫做南极或S极，指北的那个磁极叫做北极
或N极。
铁
钴
镍
强
弱
没有
强
磁极
中间几乎没有磁性
2. 磁极间的相互作用：同名磁极相互排斥，异名
磁极相互吸引.
3. 磁化
（1）一些物体在 或 的作用下会获得磁性，
这种现象叫做磁化。
（2）磁化的方法
①将磁铁的一极 或 磁性材料；
②将磁铁的一极在磁性材料上沿同一方向重复 几次；
③利用充磁机对磁性材料充磁。人造磁体就是将钢进行
磁化而制成的。
（3）磁化的危害
磁体
电流
靠近
接触
摩擦
机械手表被磁化后走时不准，彩色电视机显像管被磁化后色彩失真等。
（4）磁化的应用
磁带和磁盘上都含有磁性物质，利用它上面的磁性物质可以存储声音、图像和文字信息。
（5）消磁
通过撞击、煅烧等手段使磁体失去磁性的过程。消磁可以看成是
二、磁场
1. 磁场及其方向
（1）磁场
磁体周围存在着的这种看不见、摸不着的物质叫做磁场。磁体两极磁场最 ，中间磁场最 ，离磁
强
弱
磁化的逆过程，是将磁体内部原来排列整齐有序的磁分子打乱，使其变得杂乱无章。
体越远，磁场越 。
（2）磁场的基本性质
磁场的基本性质是对放入其中的磁体产生 的作用。磁体间的相互作用就是通过 发生的。
弱
力
磁场
（3）磁场的方向
磁场具有方向性。物理学中把小磁针静止时 极所指的方向规定为该点磁场的方向。
2. 磁感线
（1）实验探究磁体周围的磁场
①在磁场中的不同点，小磁针N极所指的方向 同，说明磁体周围各点的磁场方向 同。
②在玻璃板上均匀地撒上一层铁屑，轻轻敲击玻璃板，可看到小铁屑排列成一条条有规律的 线。
（2）磁感线的概念
北
不
不
曲
用一些带箭头的曲线画出来，可以方便、形象地描述磁场，这样的曲线叫做磁感线。
（3）磁感线的方向
磁感线是有 的曲线，曲线上箭头的方向表示 的方向，也是该点 的方向，磁体外部的磁感线都是从磁体的 极出发，回到
极。磁感线上某点的切线方向
与放在该点的小磁针静止时 极的指向一致，如图所示。
方向
磁感线
磁场
N
S
北
（4）五种基本磁场的磁感线描述
①条形磁铁
的磁感线
④同名磁极
的磁感线
⑤异名磁极
的磁感线
3. 理解磁感线：
（1）磁感线是用来描述磁场的一些假想曲线，实际上并不存在.磁感线上任意一点的切
线方向为该点的磁场方向。磁场越强的地方，磁感线分布越
；磁场越弱的地方，磁感线分布越 。
（3）在同一磁场中，任何两根磁感线都不会 。这是因为在同一
磁场中任何一点的磁场方向只有
密
疏
N
N
S
S
相交
磁场的强弱
A＞C＞B
曲线，在磁体的外部，磁感线的方向是从 极指
向 极，而
在内部，是从
极指向 极。
（2）磁感线为封闭的、立体的
一
三、地磁场
1. 地磁场
地球周围空间存在的磁场叫做地磁场。地球是一个磁体，地磁场
个确定的方向，如果在某一点有两条磁感线相交，就意味着该点有 个磁场方向，就与某点磁场方向的唯一性相悖。
两
的形状与条形磁体的磁场很相似。
地磁场的特点：
①地磁的N极在地理的南极附近，
地磁的S极在地理的北极附近。
②地磁的两极和地理的两极并不重合。
2. 磁偏角
地球这个巨大的磁体有两个磁极，分别称为地磁的南极（S）和地磁的北极（N），地磁的两极和地理的两极 重合。地磁的南极在地理的 极附近，地磁的北极在地理的 极附近，它们之间有一个偏差角度，我们称为磁偏角。
我国宋代学者沈括第一个发现磁偏角。
并不
北
南
3. 地磁场的重要性
地磁场对人类的生产、生活都有重要意义，有些动物能够感觉到磁场，如绿海
龟、鸽子等，
它们能利用
地磁场“导航”。
例：在图中，小磁针处于静止状态，则关于a、b两磁极判断正确的是（　　）
A．a是N极，b是S极
B．a是S极，b是N极
C．a是N极，b是N极
D．a是S极，b是S极
C
地磁场还是地球生命的“保护伞”。从太阳或其他星体发射出来的高速带电粒子流，在接近地球时，地磁场会改变其运动方向，使其偏离地球，对地球起到了保护作用。
第2节 电生磁
知识结构
电生磁
电流的磁效应
通电螺线管的磁场
安培定则
奥斯特实验
通电导线周围存在与电流方向有关的磁场
与条形磁体磁场相似
通电螺线管两端的极性跟螺线管中电流的方向有关
用右手握螺线管，让四指弯向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的那一端就是螺线管的N极。
一、电流的磁效应
1. 奥斯特实验
①电流周围存在着 ；
②电流的磁场方向跟 的方向有关。
2. 电流的磁效应
通电导线周围存在与电流方向有关的 ，这种现象叫做电流的磁效应。
磁场
电流
磁场
电流对小磁
针的作用
奥斯特实验表明，通电导线
周围存在磁场。
2. 通电螺线管的磁场特点
（1）细铁屑在通电螺线管周围有
规则地排列起来，表明通电螺线管
1. 螺线管
将导线绕在圆筒上，就可以做成螺线管（也叫线圈）。通电后各圈导线产生的磁场叠加在一起，磁场就会 得多。
增强
二、通电螺线管的磁场
外部的磁场和条形磁体相似。
（2）小磁针在通电螺线管周围有规则地排列起来。表明通电螺线管外部的磁感线是从通电螺线管一端出来回到另一端；内部磁感线的方向与外部磁感线的方向相反。
（3）改变螺线管中的电流方向，小磁针的N极指向也发生改变。通电螺线管的磁场方向与电流方向有关。
总结: 通电螺线管的磁场特点
通电螺线管外部的磁场与 形磁体外部的磁场相似，通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个 。通电螺线管两端的极性跟螺线管中 的方向有关。
条
磁极
电流
三、安培定则
1. 安培定则
（1）通电螺线管两端的极性与环绕螺线管的 方向有关。对于通电螺线管的极性跟 方向之间的关系，我们可以用安培定则（也叫右手螺旋定则）来表述。
（2）安培定则：
所指的方向与通电螺线管中的 方向一致，则大拇指所指的那端就是通电螺线管的 极。
2. 安培定则的应用
（1）根据通电螺线管中电流的方向，判断螺线管的 .
电流
N
极性
电流
电流
用右手握住螺线管，让弯曲的四指
（2）由通电螺线管两端的极性，判断螺线管中 的方向.
（3）根据通电螺线管的南、北极以及电源的正、负极，画出螺线管的 .
（4）温馨提示：
① 决定通电螺线管两端极性的根本因素是螺线管中电流的方向，电流的方向一致则通电螺线管两端的极性就相同。
电流
绕线
② N极和S极一定在通电螺线管的两端。
③判断时必须让右手弯曲四指所指的方向与螺线管中电流的方向一致。
第3节 电磁铁 电磁继电器
知识结构
电磁铁电磁继电器
电磁继电器
电磁铁
③可通过改变电流的大小或线圈匝数的多少
来控制其磁性的强弱.
电磁铁
内部带铁芯的通电螺线管称为电磁铁.
利用电流的磁效应来工作的.
磁性强弱
电磁铁线圈的匝数越多、电流越大，
电磁铁的磁性就越强.
优点
①可通过电流的通断来控制其磁性的有无.
②可通过改变电流方向来改变其磁极的极性.
②构成：电磁铁、衔铁、弹簧、动触点、静触点.
①概念：继电器是利用低电压、弱电流电路的通断，
来间接地控制高电压、强电流电路通断的装置.
③工作原理：电磁继电器靠电磁铁和弹簧的共同作用实现工作电路状态的转换.
一、电磁铁
1. 电磁铁的概念
内部插有铁芯的螺线管，在有电流通过时 磁性，没有电流时就 磁性，这种磁体叫做电磁铁。
通电后，铁芯在螺线管的磁场中被磁化，两磁场叠加，使电磁铁的磁性 。
2. 工作原理
电磁铁是利用电流的 来工作的。在螺线管的内部插入铁芯
有
失去
磁效应
大大增强
3. 电磁铁磁极极性的判断
电磁铁的磁极极性与通电螺线管的磁极极性是一致的，可运用 定则来判定。
安培
二、电磁铁的磁性
1. 探究影响电磁铁磁性强弱的因素
控制变量法：
①控制电磁铁线圈的匝数相同，改变线圈中电流的大小。
实验方法有哪些？
判断磁性强弱方法：根据吸引大头针、曲别针等的多少来判断螺线管的磁性强弱。
转换法：
②控制电磁铁线圈的电流相同，改变线圈匝数。
电磁铁磁性的强弱与电流的 和线圈的 有关。线圈 一定时，通入的电流越大，电磁铁的磁性越 ；电流一定时，外形相同的螺线管，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越 。
匝数
匝数
强
强
大小
实验结论：
2. 电磁铁的优点
（1）可以通过电流的通断来控制其 的有无。
（2）可以通过改变电流的方向来改变其 的极性。
（3）可以通过改变电流的大小或线圈匝数的多少来控制其 的强弱。
磁性
磁极
磁性
3. 电磁铁的应用
（1）电磁铁可以直接对磁性物质有吸引力的作用
主要应用在电铃、电磁起重机、电磁刹车装置和许多自动控制的装置上。全自动洗衣机的进水、排水阀门，卫生间感
应式冲水器的
阀门，也都是
由电磁铁控制的。
（2）电磁铁的另一个应用是产生强磁场
现代技术上很多地方需要的强磁场都是由电磁铁提供的，如磁浮列
微观粒子加速器
电磁继电器
车、电动机、发电机、磁疗设备、测量仪器、研究微观粒子用的加速器等。
在北京正负电子对撞机中，使用了大量的电磁铁。
电磁起重机主要部件之一是电磁铁。大型电磁起重机一次可以吊起几吨钢材。我们也可以制作简易的电磁起重机。
4. 制作一个简易的电磁起重机
把一根较长的导线绕在一枚大铁钉上，就可制成一个电磁铁。把电源、电磁铁及滑动变阻器串联起来，闭合开关，观察“起重
机”吊起了多少曲别针。
如何使你制作的电磁铁磁性增强？
影响电磁铁磁性强弱的因素有哪些呢？
三、电磁继电器
1. 电磁继电器概念
电磁继电器是利用 电压、 电流电路的通断，来间接地控制 电压、 电流电路通断的装置。
电磁继电器实质上是利用电磁铁来控制工作电路的一种 。
低
弱
高
强
开关
2.电磁继电器的结构
（2）受控电路：高压电源、电动机、动、静触点.
（1）控制电路：电磁铁、衔铁、弹簧、低压电源、开关等.
3. 电磁继电器的工作原理
电动机M工作。断开开关S，线圈中的电流消失，电磁铁的磁性消失，衔铁B在弹簧的作用下与电磁铁分离，使触点D、E脱开，受控电路断开，电动机停止工作.
闭合低压控制电路中的开关S，电流通过电磁铁的线圈产生磁性，把衔铁B吸下来，使动触点D与静触点E接触，受控的高压电路闭合，
4. 电磁继电器的应用
电磁继电器是一种常用的电子控制开关，在特定情况下关闭或开启，它可以避免工作人员直接操纵含有高电压、强电流的工作电路，从而确保操作安全。电磁继电器被广泛地应用于自动控制和通信领域。
气体报警器
温敏报警器
第4节 电动机
知识结构
电
动
机
磁场对通电导体的作用
电动机
①通电导体在磁场中受到力的作用.
电流的方向.
②影响力的方向
磁场的方向.
①原理：通电线圈在磁场中受力而转动.
②基本组成：换向器、转子、定子.
③换向器作用：线圈转过平衡位置时，
自动改变线圈中电流的方向.
④能量转化：把电能转化为机械能.
一、磁场对通电导线的作用
1. 磁场对通电导线的作用
通电导线在磁场中受到 的作用， 的方向跟电流的方向、磁感线（磁场）的方向都有关系。
向同时变得相反时，通电导线受力的方向 。
力
力
反
不变
当电流的方向或者磁感线（磁场）的方向有一个变得相反时，通电导线受力的方向也变得相 ； 当电流的方向和磁感线（磁场）的方
2.通电导体在磁场中受力运动方向可能与哪些因素有关呢？
3. 探究磁场对通电线圈的作用
通电线圈在磁场中受力的转动方向跟 的方向、 方向都有关系。通电线圈在磁场中会受力而
，但 持续转动。
电流
磁场
转动
不能
（1）在如图甲所示位置时，通电线圈的两边在磁场中都受力，ab边受力方向竖直向上，cd边受力方向竖直向下， 方向相反，发生顺时针转动。
（2）当线圈的平面与磁场垂直时（图乙），通电线圈ab边与cd边受平衡力作用，达到平衡位置。这时由于惯性，线圈还会继续转动。
4. 通电矩形线圈在磁场中不能连续转动的原因
（4）通电线圈最后静止在平衡位置（图丁）。
（3）如图丙所示，线圈靠惯性越过平衡位置后，ab边受力方向竖直向上，cd边受力方向竖直向下方向相反，磁场力作用的结果使线圈又逆时针旋转。
5.当线圈转到平衡位置时，立即改变电流的方向，观察线圈的转动情况。
线圈受力沿顺时针方向转动，并由于惯性而越过平衡位置时，因电流方向改变，线圈靠受到的力仍使它顺时针转动。
二、电动机的基本构造
1. 电动机的组成
电动机由两部分组成：能够转动的线圈和固定不动的磁体。在电动机里，能够转动的部分叫做转子，固定不动的部分叫做定子。电动机工作时，转子在定子中飞快地转动.
转子
（线圈）
定子（磁铁）
换向器
电刷
2. 换向器
如图所示，线圈的平面与磁感线垂直时，线圈上下两个边受力大小一样、方向却相反。这个位置是线圈的平衡位置。线圈不能连续转动，是因为线圈越过了平衡位置以后，受
（1）线圈的平衡位置
①换向器的构造：两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此 。A和B是电刷，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成 电路。
绝缘
闭合
到的力要阻碍它的转动。
②换向器的作用
当线圈转过平衡位置时， 改变线圈中的电流方向。
如图所示，无论线圈的哪个边，只要它处于靠近磁体S极的一侧，其中的电流都是从读者这边朝纸
自动
（2）换向器
3. 直流电动机的工作原理
通电线圈在磁中，ab、cd两边电流方向相反，受力方向相反，顺时针转动。
内的方向流去，这时它的受力方向总是相同的（向上）
，线圈就可以不停地转动下去了。
线圈转到平衡位置，电刷接触到换向器中间绝缘部分，不受力，利用惯性转过平衡位置。
线圈越过平衡位置后，利用换向器改变了电流方向，受力方向改变，仍然顺时针转动。
线圈利用惯性转过平衡位置后，又改变了电流的方向和受力方向，继续转动。
4. 实际的电动机
（1）实际的电动机有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，
以保证每个线圈在转动
过程中受力的方向都能
使它朝同一方向转动。
（2）电动机工作时，把电能转化为机械能。
（3）家用电器用到的电动机
例如，电吹风、电风扇、洗衣机、剃须刀、空调等都用到了电动机。
三、扬声器是怎么发声的
1. 扬声器的作用
它是把电信号转变为声音信号的装置。
3. 发声原理
当线圈中通有电流时，线圈受到永磁体的作用而运动；当线圈中的电流反向时，线圈向相反方向运动。由于通过线圈的电流是交变电流，它的方向不断变化，线圈就不断地来回振动，带动纸盆也来回振动，于是扬声器就发出声音。利用上述扬声器原理，可以制成头戴式耳机和小巧的入耳式耳机。
2. 结构：
由线圈、永
久磁体、锥
形纸盆组成。
第5节跨学科实践：制作简易直流电动机
制作简易直流电动机
项目提出
项目分析
项目实施
展示交流
制作一台简易的直流电动机
1. 用什么样的导线绕制线圈？绕制的匝数多少为宜？
2. 哪部分作为转子？哪部分作为定子？
3. 如何保证通电线圈能在磁场中持续转动？
根据每个人的个性化设计可以制作出不同的直流电动机。
1. 请大家展示自己制作的简易直流电动机，并说
明是怎样实现让线圈连续转动的。
2. 你的电动机线圈匝数是多少？转子在转动时，
转轴受到的摩擦情况如何？
3. 观察哪个电动机转动得更快，它们可以带动其
他装置旋转吗？
第6节 磁生电
知识结构
磁生电
发电机
感应电流
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，导体中就产生电流，这种现象叫做电磁感应。产生的电流叫做感应电流。
产生条件
方向
①闭合回路.
②部分导体在磁场中做切割磁感线运动.
①磁场方向.
②导体切割磁感线运动的方向.
①原理：电磁感应现象.
②交变电流：电流的方向周期性变化。
③基本组成：定子、转子.
④能量转化：把机械能转化为电能.
一、什么情况下磁能生电
1. 什么情况下磁能生电
（1）闭合电路的 导体在磁场中做 磁感线运动时，导体中就 电流，这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫做
电流。
2. 注意理解产生感应电流的条件
（1）产生感应电流的两个条件缺一不可。如果电路不闭合，导体做切割磁感线运动时，能
产生感应电压，不
会产生感应电流。
（2）导体中产生感应电流的条件：
①导体是闭合电路的 ；
②导体在磁场中做 磁感线运动。
一部分
切割
产生
感应
一部分
切割
（2）对“切割磁感线运动”的理解：导体运动方向与磁感线方向垂直或有一定的角度，但不能平行。
（3）磁体不动，导体AB左右运动能产生感应电流；若AB不动，磁体左右运动，仍能切割磁感线产生感应电流。
3. 电磁感应现象中的能量转化
在电磁感应现象中，消耗了 能，得到了 能，即 能转化为 能。
4. 影响感应电流方向的因素
在电磁感应中，感应电流的方向跟导体在磁场中做 磁感线运动的方向和
的方向有关。
只改变磁场的方向或导体做切割磁感线运动的方向，感应电流的方向改变；若
切割
磁场
机械
电
电
机械
同时将磁场的方向和导体做切割磁感线运动的方向改变，则感应电流的方向 。
二、发电机
1. 手摇发电机的发电情况
磁铁形状是蹄形磁铁 ；线圈是通过电刷与灯泡（或二极管）串联的；摇把是通过皮带带动线圈转动起来的。
（2）手摇发电机产生的电流的大小和方向 变化
的；电流的
大小与发电
机的转速
关。
不变
是
有
（1）观察模型式手摇发电机的构造：
（1）如果电流的 和 是周期性变化的，这种电流叫做 电流，简称 。
（2）交变电流的频率在数值上等于电流在每秒内周期性变化的次数。我国电网以交流供电，
频率为 Hz。
3. 交流发电机
（1）发电机主要构造
磁铁、线圈abcd、铜环K和L、电刷A与B等。
（2）主要部分作用
①磁铁：用来产生磁场；
②线圈abcd转动时，切割磁感线，产生感应电流；
③铜环：两个铜环随线圈一起转动，与外部电路组成一闭合回路；
④电刷：感应电流通过电刷流出。
大小
方向
交变
交流
50
2. 交变电流
（3）交流发电机工作原理示意图
①图甲和图丙中导线运动方向和磁感线方向平行，不切割磁感线，没有电流产生。
②图乙和丁中导线切割磁感线，有电流产生，但切割磁感线的方向相反，所以电流方向相反。每当经过磁感线与线圈平面垂直的位置时，线圈中的电流方向改变一次，线圈转一周，电流方向改变两次。
③线圈不停转动，产生的电流交替往复，形成持续的电流。
4. 实际发电机的构造与能量转化
（1）构造
主要有磁体、线圈、铜环和电刷四个基本组成部分。概括地讲是由定子（固定部分）和转子（转动部分）两部分组成。
（2）旋转磁极式发电机：实际上大型发电机多采用线圈不动、磁极旋转的方式来发电，叫旋转磁极式发电机。
（3）发电机发电的过程是能量转化的过程
实际的发电机靠内燃机、水轮机、汽轮机等机械的带动，把燃料中的化学能或者水库中水流的动能转化为电能。
三、磁记录
1. 软磁性材料和硬磁性材料
（1）磁化：铁棒和钢棒本来不能吸引钢铁，当磁体靠近它或者与它接触时，它便有了吸引钢铁的性质，也就是被磁化了。
（2）软磁性材料：软铁磁化后，磁性很容易消失，称为软磁性材料。
（3）硬磁性材料：而钢等物质在磁化后，磁性能够保持，称为硬磁性材料。硬磁性材料可以做成永磁体，还可以用来记录信息。
2. 录音机的原理
录音机的磁带上就附有一层硬磁性材料制成的小颗粒。
录音时，声音先转变成强弱变化的电流，这样的电流通过录音磁头，产生了强弱变化的磁场。磁带划过磁头时，磁带上的小颗粒被强弱不同地磁化，于是记录了一连串有关磁性变化的信息。
放音时，磁带贴着放音磁头运动，磁性强弱变化的磁带使放音磁头中产生
3. 磁记录的应用
随着技术的不断进步，磁记录与人们的关系越来越密切。录音带、录像带，电脑中的磁盘，打电话的磁卡，银行的信用卡，还有磁卡式车票等等，都是用磁来记录信息的。磁记录技术提高了工作效率，给生活带来了很大的方便。
变化的感应电流，电流经放大后使扬声器发声，这便“读”出了录音带中记录的信息。
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