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第十七章　电与磁
一级主题 内容要求 情境素材
运动和 相互作用 电和磁 1.通过实验,认识磁场。知道地磁场。 2.通过实验,了解电流周围存在磁场。探究并了解通电螺线管外部磁场的方向。了解电磁铁在生产和生活中的应用。 3.通过实验,了解通电导线在磁场中会受到力的作用,并知道力的方向与哪些因素有关。 4.通过实验,了解导体在磁场中运动产生感应电流的条件。了解电磁感应在生产生活中的应用 1.调查磁性材料在生活中的应用。
2.利用小磁针探究磁体和通电导线周围的磁场。
3.分析电动机和发电机模型。
4.分析电磁继电器的工作过程,列举电磁继电器在生活中的应用
实验探究 探究类学 生必做 实验 1.探究通电螺线管外部磁场的方向。 2.探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件 一、磁现象和磁场
1.磁现象
(1)磁性:磁体吸引　 　、钴、镍等一类物质的性质。
(2)磁极:磁体上吸引能力最　 　的部分,分别为　 　极和S极。
(3)磁极间相互作用:同名磁极相互　 　,异名磁极相互　 　。
(4)磁化:一些物体在　 　或　 　的作用下获得磁性的现象。
注意: (1)一个磁体有且只有两个磁极。
(2)物体与磁体相互排斥,其一定具有磁性;物体与磁体相互吸引,其不一定具有磁性。
铁
强
N
排斥
吸引
磁体
电流
2.磁场
基本性质 对放入其中的磁体产生　 　的作用,磁极间的相互作用是通过磁场发生的 方向规定 在磁场中某点的小磁针静止时　 　所指的方向规定为该点的磁场方向 磁感线 作用 用来描述磁场的分布情况,实际并不存在
特征 在磁体周围,磁感线从　 　极出发回到　 　极
在磁体内部,磁感线从S极出发回到N极
地磁场 定义 地球周围存在的磁场
分布 地磁的南极在地理　 　极附近,地磁的北极在地理　 　极附近
磁偏角 最早由我国宋代学者　 　记述
磁力
北极
N
S
北
南
沈括
注意:磁感线的疏密程度表示磁场的强弱,磁感线上任何一点的切线方向跟置于该点的小磁针静止时N极所指的方向一致。
1.地球周围存在磁场,跟　 　的磁场相似;地磁的北极在地理　 　附近,地磁的南极在地理　 　附近;地磁场的磁感线也是从　 　极出发回到　 　极
条形磁体
南极
北极
N
S
二、电生磁
1.电流的磁效应
奥斯特实验 结论 　 　周围存在磁场,磁场方向跟　 　有关
通电螺线管的磁场 分布 通电螺线管周围的磁场跟　 　磁体的磁场相似
判定 安培定则:用右手握住螺线管,让四指指向螺线管中　 　,则拇指所指的那端就是螺线管的　 　极
通电导线
电流的方向
条形
电流的方向
N
2.电磁铁
(1)工作原理:有电流通过时　 　磁性,没有电流时　 　磁性。
(2)磁性强弱:线圈的　 　越多,通过的　 　越大,磁性越强。
3.电磁继电器
有
原理 如图所示,通电时电磁铁具有　 　,向　 　吸引衔铁,将工作电路触点接通,工作电路闭合;断电时,电磁铁　 　磁性,弹簧将衔铁弹起,工作电路断开
失去
匝数
电流
磁性
下
失去
注意: 电磁铁的铁芯用铁而不用钢,是因为铁磁化后磁性容易消失,可方便控制电磁铁磁性的有无;钢磁化后磁性不易消失,无法控制电磁铁磁性的有无。
作用 通过控制　 　、弱电流电路的通断,间接控制高电压、　 　的工作电路,还可以实现远距离操作和振动控制
实质 利用电磁铁控制工作电路的　
低电压
强电流
开关
2.如图所示是　 　实验,由甲、乙两图可知　 　周围存在磁场,由甲、丙两图可知磁场方向与　 　方向有关
奥斯特
通电导线
电流
三、电动机
1.构造:由　 　和转子组成。
2.原理:通电线圈在磁场中受到　 　的作用。
3.转动方向:由　 　方向和　 　方向决定。
4.换向器的作用:每当线圈转到平衡位置时,自动改变线圈中的电流方向。
5.能量转化:　 　能转化为　 　能。
注意: 当电流方向和磁场方向有一个改变时,通电导线受力的方向改变;如果两者同时改变,通电导线受力方向不变。
定子
力
电流
磁场
电
机械
3.接通电源,磁场中的导体ab会运动,说明磁场对　
　 有力的作用,力的方向与　 　方向、　
　 的方向都有关,利用此装置制成　 　
通电导线
电流
磁感线
电动机
四、磁生电
1.产生感应电流的条件:闭合电路的　 　导体,在磁场中做　 　磁感线运动。
2.感应电流的方向:与导体　 　的方向和　 　方向有关。
3.发电机
(1)原理:　 　。
(2)能量转化:　 　能转化为　 　能。
注意: (1)产生感应电流时不一定是导体运动,也可以是磁体运动,只要是导体与磁体相对运动切割磁感线就可以。
(2)无论交流发电机还是直流发电机,在线圈中产生的都是交流电,只不过直流发电机输出的电流是直流电。
一部分
切割
切割磁感线
磁场
电磁感应现象
机械
电
4.如图所示,当AB棒做　 　运动时,灵敏电流计的指针会发生　 　 ,说明电路中有　 　产生;利用该原理可以制成　
　
切割磁感线
偏转(转动)
感应电流
发电机
考点一　磁场和磁感线
[典例1]a、b两个磁极间的磁感线分布如图所示。下列说法正确的是(　 　)
A.a端磁极是S极,b端磁极是N极
B.P点没有磁场
C.磁感线是真实存在的
D.Q点的磁场方向水平向右
D
思路点拨:
[变式1] (2022金华)司南是我国早期的指南针。小科将条形磁体置于塑料勺内,在勺下垫泡沫,一起置于装水的纸盘中,漂浮在水面上,能自由转动,从而得到一个仿制“司南”(如图所示)。下列说法正确的是(　 　)
A.司南静止时勺柄指南,标为N极
B.司南能指南北是受地磁场的作用
C.司南的纸盘换成铁盘后也能正常使用
D.司南勺柄的指向与勺内磁体的磁极方向无关
B
利用磁极和磁感线的关系可以解决两类问题
(1)利用磁极判断磁感线方向:
(2)利用磁感线方向确定磁极:
磁感线上箭头指向磁极内侧的是S极,指向外侧的是N极。
考点二　通电螺线管的磁场
[典例2](2022乐山)如图所示,按照小磁针N极所示方向标出通电螺线管磁感线方向和电源的“+”“-”极。
答案:如图所示
思路点拨:
(1)已知小磁针的N,S极→确定通电螺线管的N,S极→运用安培定则→判断通电螺线管中的电流流向→确定电源极性
(2)已知通电螺线管的N,S极→根据磁感线“N出S入”原则→确定磁感线的方向
易错点1:有的同学根据磁极间的相互作用判断通电螺线管的磁极。
易错点2:有的同学不理解磁体周围的磁感线是从N极出发回到S极的。
易错点3:有的同学在用安培定则判断螺线管中电流的方向时,容易用成左手。
[变式2]如图所示,将某发光二极管的两极接入电路的a、b两端,闭合开关时,通电螺线管旁边小磁针S极向右偏转。下列判断正确的是(　 　)
A.通电螺线管右端为N极
B.电源左端为正极,右端为负极
C.发光二极管c极接b,d极接a
D.图中P处磁感线的方向向左
C
考点三　电磁三现象的区别
[典例3]对下列四幅图的表述正确的是(　 　)
A.图甲反映的是电动机的工作原理
B.图乙能实现电能转化为机械能
C.图丙闭合开关后,小磁针N极逆时针偏转
D.图丁中小磁针N极顺时针偏转
甲 乙 丙 丁
A
思路点拨:
图甲,通电导体在磁场中受到力的作用,电动机的原理;图乙,电磁感应现象,应用于发电机;图 丙,通电螺线管的磁场,安培定则;图丁,磁极间的作用规律。
[变式3] (2022武威)如图所示,一种环保型手电筒,筒内有一个能滑动的圆柱形磁铁,外圈套着一个线圈。只要将手电筒沿图中箭头方向来回摇动,手电筒的小灯就能发光。下列与此手电筒工作原理相同的是(　 　)
A.电动机 B.电热水壶 C.发电机 D.扬声器
C
三种磁现象的辨识
磁现象 电动机 发电机 奥斯特实验
原理图
原理 通电导线(线圈)在磁场中受力运动 电磁感应现象 通电导体周围存在磁场
相关 因素 力的方向与电流方向和磁场方向有关 感应电流的方向与切割磁感线方向和磁场方向有关 磁场方向与电流的方向有关
能量转化 电能→机械能 机械能→电能 电能→机械能
区分关键 先通电后运动 先运动后生电 通电,磁针偏转;断电,磁针恢复原状
考点四　电磁继电器类问题
[典例4] 商场中的“聪明电梯”在有人或无人乘坐时会以不同的速度运行,这样可以节约用电。如图所示是其控制电路图,R是一个压敏电阻,其阻值随压力的增大而减小。当所有人走出电梯后,则图中电磁铁的磁性将　 　(选填“增强”“减弱”或“不变”),电动机的转速将　 　(选填“变快”“变慢”或“不变”)。
减弱
变慢
思路点拨:
[变式4] 创新小组的同学们为学校食堂设计了一个可自动注水的储水池,如图所示是它的简化装置图,电源电压一定。控制电路中,RN为压敏电阻,其阻值随压力的变化而变化,R0为定值电阻。闭合开关S1、S2,当池中水位上升到一定高度时,触点分离,工作电路断开,注水装置自动停止注水,当池中水位下降到一定位置时,触点连接,工作电路接通,注水装置自动开始注水。下列分析正确的是 (　 　)
A.水位上升时,电磁铁磁性变弱
B.水位上升时,通过R0电流变小
C.水位下降时,R0的电功率变大
D.水位下降时,RN的阻值会变大
D
(1)解释电磁继电器工作过程的思维流程
控制电路中电流的有无→弹簧、衔铁及动触点的运动情况→工作电路触点的连接情况→ 工作电路的工作情况
(2)电路设计
①控制电路:电磁铁通过开关与电源相连;
②工作电路:根据题意确定各元件的连接方式,将电磁继电器的每对动、静触点看成一个开关,有时看成一个单刀双掷开关。
实验1 探究通电螺线管外部的磁场分布
1.转换法:通过观察　 　的指向来判断通电螺线管外部的磁场方向。
2.小磁针的作用:显示通电螺线管外部磁场的存在和　 　。
3.实验中轻敲纸板的目的:减小铁屑与纸板间的摩擦,使铁屑在　 　力的作用下,有规律地排列。
4.在螺线管中插入铁棒的目的:　 　磁场。
5.判断通电螺线管极性的方法:　 　。
6.不选用大头针代替小磁针的原因:大头针不能指示磁场　 　。
小磁针
方向
磁场
加强
安培定则
方向
7.不能用铜棒代替铁棒的原因:铜不是磁性物质,不能被　 　,不能增强磁场。
8.实验结论:通电螺线管外部的磁场与　 　的磁场相似,磁场方向与　 　方向有关。
磁化
条形磁体
电流
[例题] 在“探究通电螺线管外部磁场”的实验中,采用了如图1所示的实验装置。
[基础练]
(1)当闭合开关S后,小磁针　 　(选填“会”或“不会”)发生偏转,说明通电螺线管与小磁针之间是通过　 　发生力的作用。
(2)在嵌入螺线管的玻璃板上均匀撒些细铁屑,通电后　 　 (填写操作方法)玻璃板,铁屑由于　
　 会与玻璃板分离,铁屑在磁场中被　 　成一个个小磁针从而在磁场中有序排列起来,如图2所示,它与　 　磁体的磁场分布相似。为描述磁场而引入的磁感线　 　真实存在的。
会
磁场
轻敲
惯性
磁化
条形
不是
(3)为了探究通电螺线管的磁极性质,老师与同学们一起对螺线管的电流方向和绕线方式进行了实验,得到了如图4所示的四种情况。实验说明通电螺线管的磁极极性与它的　 .　有关,且这个关系可以用　 　判断。
图4
电流方向和绕线方式
安培定则
(4)闭合开关S,通电螺线管周围的小磁针N极指向如图3所示,由图可知:在通电螺线管外部,磁感线是从　 　极发出,最后回到　 　极。
N
S
[拓展练]
(5)在通电螺线管内部,磁感线是从　 　极到　 　极。
(6)为使磁场加强,可以在螺线管中插入一根　 　棒。
(7)为了探究通电螺线管磁极的极性与电流方向是否有关,应该采取的操作是　 　。
(8)小明继续实验探究,并按图5连接电路,他先将开关S接a,观察电流表的示数及吸引大头针的数 目;再将开关S从a换到接b,调节变阻器的滑片P,再次观察电流表的示数及吸引大头针的数目,此时调节滑动变阻器是为了　 　,来探究　 .　的关系。
S
图5
N
铁
对调电源的正负极
控制两次实验的电流大小不变
通电螺线管磁性强弱与线圈匝数
实验2　探究什么情况下磁可以生电
1.实验方法
(1)转换法:通过灵敏电流计的指针　 　来体现电路中是否产生感应电流。
(2)控制变量法:探究感应电流的方向与导体的运动方向之间的关系时,要保证　 .
　不变;探究感应电流的方向与磁感线方向之间的关系时,保证　 　不变。优点:一是灵敏电流计的指针可以向两个方向偏转;二是实验中产生的感应电流较小,普通电流表指针偏转不明显。
3.感应电流产生条件的操作及现象
(1)断开开关,无论怎样移动金属棒,灵敏电流计的指针　 　偏转。
是否偏转
磁场(或磁感线)
方向
导体的运动方向
都不
(2)闭合开关,让金属棒在磁场中分别竖直向上或向下(不切割磁感线)移动,灵敏电流计的指针　
　 偏转。
(3)闭合开关,让金属棒在磁场中分别向左、向右、斜向上、斜向下(切割磁感线)移动,灵敏电流计的指针　 　偏转。
4.感应电流较小时采取的措施
(1)换用磁性更　 　的蹄形磁体。
(2)改用多匝线圈代替单根导线。
(3)　 　金属棒切割磁感线运动时的速度。
5.实验中,闭合开关,若保持导体不动,　 　运动也能产生感应电流。
6.产生感应电流时的能量转化:　 　能转化为　 　能。
7.电磁感应现象在磁场中的应用:　 　、动圈式话筒。
都不
发生
强
加快
磁体
机械
电
发电机
8.实验将灵敏电流计换成电源可以探究　 　。
9.实验结论:闭合电路的一部分导体在磁场中做　 　 时,导体中就会产生感应电流,感应电流的方向与　 　方向及磁场方向有关。
通电导线在磁场中受到力的作用
切割磁感线运动
切割磁感线
[例题] 如图所示是“探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件”的实验装置。闭合开关后,导体棒ab、灵敏电流计、开关、导线组成闭合电路,实验观察到的现象如表所示。
实验序号 磁场方向 导体棒ab 运动方向 灵敏电流计
指针偏转情况
1 向下 向上 不偏转
2 向下 不偏转
3 向左 向右偏
4 向右 向左偏
5 向上 向上 不偏转
6 向下 不偏转
7 向左 向左偏
8 向右 向右偏
[基础练]
(1)实验时通过观察　 　来判断电路中是否产生感应电流。
(2)由实验可知,闭合电路中的部分导体在磁场中做　 　运动时,电路中产生感应电流。
(3)比较第4次和第　 　次实验可知,导体棒运动方向相同时,感应电流的方向与磁场的方向有关。
(4)比较第7次和第8次实验可知磁场方向相同时,　 　。
(5)这个现象在生产和生活中的重要应用是　 　。
[拓展练]
(6)连接电路时应将灵敏电流计、导体棒ab串联起来组成　 　回路,在探究过程中,　 　能转化为　 　能。
(7)在仪器和电路连接都完好的情况下,某小组的实验现象不太明显。请提出一条改进措施:　 .
　。
灵敏电流计指针是否偏转
切割磁感线
8
感应电流的方向和切割磁感线方向有关
发电机
闭合
机械
电
换一
个磁性更强的磁体
(8)当导体棒ab水平向右运动时,灵敏电流计指针反向偏转,为使灵敏电流计指针正向偏转,可以如何操作 请说出两种方法:　 　,　 　。
(9)小明进一步猜想,感应电流的大小可能与导体运动速度和磁场强弱有关。为了探究感应电流的大小与磁场强弱是否有关,他应进行的操作是:　 .
　。
(10)将实验装置中的灵敏电流计换成　 　进行触接,还可以探究电动机的工作原理。
(11)下列设备中,应用电磁感应原理制成的是　 　。
A.电风扇 B.动圈式话筒
C.电饭锅 D.电磁起重机
使导体棒ab水平向左运动
调换磁体的两极
保持导体运动快慢相同,改变磁场强弱,观察灵敏
电流计指针的偏转角度
电源
B
1.(2022温州)如图所示是某同学发明的“铁皮自动分开装置”。将强磁体靠近一叠铁皮,被磁化后的铁皮会自动分开。铁皮分开的原因是(　 　)
A.同名磁极相互吸引
B.异名磁极相互吸引
C.同名磁极相互排斥
D.异名磁极相互排斥
C
2.(2022百色)如图所示,闭合开关,下列判断正确的是(　 　)
A.小磁针偏转,说明通电导体周围存在磁场
B.只对调电源正负极,小磁针偏转方向不变
C.通电螺线管的右端为N极
D.在螺线管内插入铁芯,螺线管的磁性强弱不变
3.(2022安徽)如图所示为“探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件”的实验装置,实验时蹄形磁体保持静止,导体棒ab处在竖直向下的磁场中。下列操作能使灵敏电流计的指针发生偏转的是(　 　)
A.导体棒ab保持静止
B.导体棒ab向左运动
C.导体棒ab竖直向下运动
D.导体棒ab竖直向上运动
A
B
4.(2022自贡)下列四个图中,磁极标注错误的是(　 　)
A B C D
5.(2022天津)如图所示,通电螺线管的a端相当于条形磁体的　 　极;若螺线管中的电流增大,它的磁性会　 　。
A
N(北)
增强
6.(2022成都)为实现节能和智能控制,空调内部用到了传感器和电磁继电器,如图所示是启动或停止空调压缩机的电路示意图。电磁继电器是利用电磁铁控制工作电路通断的　 　(选填“用电器”“电源”或“开关”)。夏天,空调制冷,房间温度降低,热敏元件的电阻增大,控制电路的电流减小,电磁铁的磁性　 　,低于设定温度时,工作电路就断开,停止制冷。
开关
减弱
7.(2022河南)在“探究通电螺线管外部磁场方向”的实验中。
(1)在装有螺线管的硬纸板上均匀撒满铁屑,通电后铁屑分布无明显变化,这时需　 　纸板,观察到铁屑排列成如图所示的形状,可见,通电螺线管外部磁场与　 　磁体的磁场相似。
(2)用小磁针探究磁场方向时,发现小磁针没有标N、S极,请写出一种判断小磁针N、S极的做法:　
　 。
(3)对调螺线管所接电源正、负极,周围小磁针的指向也随之对调,说明通电螺线管的极性与螺线管中电流的　 　有关。
轻敲
条形
将小磁针水平放置在水平桌面上,待其静止时,指向北的一端为N极,指向南的一端为S极
方向
8.(2022河北)如图所示是小明做“探究什么情况下磁可以生电”的实验装置。
甲
①导体AB水
平向右运动
②导体AB竖
直向上运动
③导体AB斜
向上运动
④磁体水平
向左运动
⑤磁体竖直
向上运动
乙
(1)实验时,小明通过观察　 　来判断电路中是否产生感应电流。
(2)小明进行了如图乙所示的5次操作,其中能产生感应电流的是　 　(选填所有符合要求的操作序号)。
(3)完成实验后,小明认为实验现象不太明显,请你提出一条改进措施:　 .
　。
(4)利用“磁生电”工作的装置有　 　(选填“电铃”“扬声器”“动圈式话筒”或“电磁起重机”)。
灵敏电流计的指针是否偏转
①③④
换一个磁性更强的磁体(或
加快导体棒运动速度)
动圈式话筒

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