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第5章
电与磁及其应用
本章导读电场是存在于电荷周围并能传递电荷与电荷之间相互作用的特殊物质；磁场是磁体周围存在的一种特殊物质，它会对放入其中的磁体产生磁力；由磁场产生电流的现象被称为电磁感应现象……本章主要介绍电与磁的相关知识。学习目标
了解静电现象。
掌握电场中的相关概念。
掌握磁场中的相关概念。
掌握电流的磁效应。
掌握磁场对电流的作用。
理解电磁感应现象的原理及法拉第电磁感应定律。
了解交流电及安全用电的相关知识
目录 Contents
5.1 电荷与电场
5.2 电势能、电势与电势差
5.3 磁场
5.4 磁场对电流的作用
5.5 电磁感应
5.6 交流电及安全用电
5.4 磁场对电流的作用
5.4 磁场对电流的作用
演示实验5-6 观察磁场对通电直导线的作用
按照如下图所示的电路图连接电路，闭合开关，电路中产生电流，处于磁铁之间的导体棒就会发生移动。如果改变导体棒中的电流方向，则导体棒的运动方向也随着改变，即其所受安培力的方向也发生了改变；如果调换磁铁两极的位置，即改变磁场的方向，导体棒运动的方向也随之改变。
由此可见，通电导体在磁场中所受安培力的方向与磁场方向、导线中的电流方向都有关。
5.4.1 左手定则
5.4 磁场对电流的作用
5.4 磁场对电流的作用
大量实验表明，通电直导线所受安培力的方向与磁场方向以及电流方向的关系可以用左手定则来判定：如右图所示，左手平展，使大拇指与其余四个手指垂直，把左手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，且使四指指向电流方向，那么，大拇指所指的方向就是通电直导线在磁场中所受安培力的方向。
5.4 磁场对电流的作用
如右图所示，在水平向右的匀强磁场中放入一个通电线圈ABCD。当给线圈通以顺时针方向的电流时，AB段导线会受到方向垂直纸面向里的安培力，CD段导线会受到方向垂直纸面向外的安培力，这两个力会使线圈沿着对称轴转动起来。当线圈转过90°后，这两个力又会使线圈往反方向转动。为了让线圈继续往同一个方向转动，我们在线圈转到90°时，利用换向器将电流反向，这样，线圈就能继续往同一个方向一直转动。这就是直流发电机的工作原理。
直流电动机被广泛应用于电动剃须刀、电子钟表、录音机、录像机、电动玩具、电动车上。
5.4.2 直流电动机
5.4 磁场对电流的作用
5.4.3 安培定律
演示实验5-7 探究安培力的大小与哪些因素有关
如下图所示，将三块相同的马蹄形磁铁并排放在一起，马蹄形磁铁两极之间的磁场可以认为是均匀的，在两磁极之间水平放置一根长直导线。当有电流通过时，导线将摆动一定角度，通过摆动角度的大小可以比较导线所受安培力的大小。
实验中，可通过将图中的“1、4”“2、3”位置分别接入电路以改变磁场中导线的长度；可通过更换马蹄形磁铁来改变磁场的强度；可通过接入不同的电流来改变导线中电流的大小。请进行多次实验，分别改变这三个因素，观察其对导线所受安培力的大小的影响。
5.4 磁场对电流的作用
5.4 磁场对电流的作用
通过大量的实验，人们发现，当把长度为l的直导线垂直放入磁感应强度为B的磁场时，对导线通以大小为I的电流，则通电直导线所受安培力的大小等于磁感应强度的大小B、电流I及导线长度l三者的乘积。这个规律最初是由安培通过实验归纳出来的，所以人们把它叫作安培定律，用公式表示为
5.4 磁场对电流的作用
课后实践
请在课后观察某种含有直流电动机的电器（如电动自行车），了解该电器直流电动机的结构及工作原理，撰写成调查小报告，并与同学交流分享。
学生实验4 设计制作简易直流电动机
1．实验目的
（1）用生活中常见的物品制作一个简易直流电动机。
（2）进一步理解直流电动机的工作原理。
2．实验器材
磁铁、橡皮、胶带、回形针、漆包线、小刀、电池、导线。
在5.4节中，我们学习了直流电动机的工作原理，为了让线圈能一直往一个方向转动，需要使用换向器将电流适时反向。但制作简易直流电动机的时候，可以不用换向器，而是当线圈旋转半圈之后，就给其断电，这样就不会产生反向的作用力，线圈由于惯性会继续转动；等到线圈转回原来的位置时，再继续给线圈通电，线圈就会再次获得继续转动的动力。
学生实验4 设计制作简易直流电动机
3．实验原理
如下图所示为需要制作的简易直流电动机的组装示意图。
学生实验4 设计制作简易直流电动机
4．实验步骤
学生实验4 设计制作简易直流电动机
按照以下步骤进行组装：
（1）将磁铁放置在桌面上，且将 2 块橡皮放置在磁铁的两边，并用胶带将它们固定住。
（2）将2个回形针掰直一段后，分别插在2块橡皮上。
（3）将漆包线绕15圈制成线圈，让漆包线的接头在线圈两端各伸出3 cm。
（4）将这两段伸出部分的漆包线用小刀进行处理，一段全部剥去漆皮，一段只剥去下面一半漆皮。
（5）将线圈架到回形针上，然后用2根导线将2个回形针分别连接到电池的两极。
（6）试着朝不同方向轻轻拨动线圈，线圈就会不停地翻转起来。
在以上组装过程的第（3）步中，一段伸出部分的漆包线只剥去一半的漆皮，就是为了让线圈在翻转过程中只有一半的时间是通电的，保证线圈只受到与转动方向同向的作用力，从而能一直维持翻转。

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