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初中物理苏科版（2024）九年级下册
第2节 电流的磁场 第1课时
第十六章 电和磁
我们已经学习了磁和电，那么它们之间有什么联系呢？
电磁继电器的原理图
磁与电
磁
电
1. 知道电流的周围存在磁场且磁场的方向与电流的方向有关。
2. 知道通电螺线管周围的磁场与条形磁体外部的磁场相似。
3. 会用安培定则判定通电螺线管的磁极或螺线管中电流的方向。
知识点一、通电直导线周围的磁场
1. 电流的磁效应
（1）如图所示，先将一根直导线架在静止小磁针的上方，使直导线与小磁针平行。接通电路，观察小磁针的指向。
（2） 将小磁针移到直导线的上方，使直导线与静止的小磁针平行。接通电路，观察小磁针的指向。
（3）改变直导线中的电流方向，观察小磁针指向的变化。
提示
①通电以前，要让导线和小磁针均处于南北方向，减少地磁场的影响。
②给导线通电时间要短。因为实验时采用短路的形式获得瞬间的较大电流，使实验现象更明显。
【进行实验】
【实验现象】①接通电路，小磁针发生偏转。
②改变直导线中的电流方向，小磁针的指向发生变化。
【实验结论】通电导线周围存在磁场，其方向与电流方向有关。
电流方向
电流方向
电流的磁效应：电流周围存在磁场的现象称为电流的磁效应。
这是丹麦物理学家奥斯特在1820年首先发现的。后来，人们把这个实验称为奥斯特实验。
2. 通电直导线周围的磁场分布
电流方向
直线电流周
围的磁感线
细铁屑显示通电直导线周围磁感线的分布
电流方向
小磁针显示通电直导线周围的磁场情况
电流方向
研究表明，通电直导线周围的磁场分布如图所示，在垂直于通电直导线的平面内，它的磁感线是以电流为中心的一系列同心圆。
奥斯特塑像
矗立于奥斯特公园
1820年，奥斯特在课堂上做实验时发现了电和磁之间的联系。
在化学领域，他发现了铝元素。
十九世纪后期，他创建了“思想实验”这名词，他是第一位明确地描述思想实验的现代思想家。
人物介绍
汉斯·克海斯提安·奥斯特（1777年8月
—1851年3月），丹麦物理学家、化学家和文学家。
主要成就
【例题1】如图，在静止指向南北方向的小磁针上方平行地放一根直导线。闭合开关，原来静止的小磁针发生转动。下列分析正确的是（　　）
A．小磁针发生转动，说明通电直导线周围存在磁场
B．小磁针发生转动，说明通电直导线周围存在磁感线
C．这个实验叫电磁感应实验
D．改变电池正负极，原来静止的小磁针
发生转动方向不变
A
知识点二、通电螺线管周围的磁场
1. 螺线管
在研究电流的磁场时，一根导线产生的磁性太弱，若将导线绕成螺线管（也叫线圈）可以使磁性增强。
几种螺线管及其示意图：
螺线管示意图
将导线绕在圆筒上
实验用螺线管
【观察与设计】
（1）观察图所示的螺线管，看看它是怎样绕制的。
（2）想一想：给螺线管通电，其中的电流方向将会是怎样的
（3）为了探究通电螺线管外部的磁场方向，你打算怎样做实验 需要哪些器材
2. 学生实验：探究通电螺线管外部磁场的方向
为了探究通电螺线管外部的磁场方向，可以把小磁针放在其周围，观察小磁针的指向；或把铁屑撒在其周围，观察铁屑的分布情况。
【实验与记录】
（1）如图所示，连接电路。
（2）接通电路，将小磁针放在通电螺线管周围的不同位置。根据小磁针静止时N极的指向，在图（a）中标出通电螺线管周围各点的磁场方向。
（3）如图（b）所示，把电池的正负极对调，再重复上述步骤。
标出小磁针在各点静止时的指向
（4）如图所示，在固定通电螺线管的玻璃板上均匀地撒上铁屑，通电后轻轻敲击玻璃板，观察铁屑的分布情况。
通电螺线管周围的铁屑分布
【思考与讨论】
（1）通电螺线管外部的磁场方向与电流方向有关吗 依据是什么
（2）通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场有相似之处吗 你的依据是什么
【实验现象与分析】
（1）看到周围小磁针的N极指向不同，如图所示。从小磁针N极指向来看，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。外部的磁场与条形磁体外部的磁场相似。
（2）在上面的实验中，改变螺线管中的电流方向，对照上次实验中的现象，观察到小磁针的N极指向与原来刚好相反。
小磁针的N极指向改变，说明磁场方向改变了，即通电螺线管两端磁极的极性改变了。由此可知，通电螺线管的磁场方向与电流方向有关。
探究归纳：
（1）通电螺线管外部的磁场与条形磁体周围的磁场相似，通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个磁极。
（2）通电螺线管磁极的极性跟螺线管中电流的方向有关。
3. 探究通电螺线管两端的极性与环绕电流方向间的关系
（1）设计并进行实验
取绕向不同的螺线管，向螺线管内通入不同方向的电流，用小磁针验证它的N、S极，实验现象如图所示。
（2）实验现象分析
①甲、乙（或丙、丁）两个螺线管的绕法不同，螺线管中电流的方向相同，通电螺线管两端的极性相同；
②甲、丙（或乙、丁）两个螺线管的绕法相同，螺线管中电流的方向不同，通电螺线管两端的极性不同。
（3）探究归纳
通电螺线管两端的极性与环绕螺线管的电流方向有关。
通电螺线管的绕法可能不同，电流流入的端点可能不同，但只要环绕螺线管的电流方向相同，通电螺线管两端的极性就相同。
想一想：
怎样判断通电螺线管磁极的极性与电流方向之间的关系呢
电流方向
电流方向
电流方向
电流方向
N
N
S
S
4. 安培定则
对于通电螺线管的极性跟电流方向之间的关系，我们可以用安培定则来表述。也叫右手螺旋定则。
用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向与螺线管中的电流方向一致，则拇指所指的那端就是通电螺线管的N极，如图所示。 这种判断方法称为安培定则。
通电螺线管的磁感线
安培定则
（1）安培定则
（2）安培定则的应用
①根据通电螺线管中电流的方向，判断螺线管的极性。
②由通电螺线管两端的极性，判断螺线管中电流的方向。
③根据通电螺线管的南、北极以及电源的正、负极，画出螺线管的绕线。
（3）应用安培定则时的注意事项
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。
② 通电螺线管的N极和S极一定在两端。
③使用安培定则时，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。
【例题2】根据图中磁感线的分布标出电源的正极及磁感线A点的方向。
答案
【例题3】在探究“通电螺线管外部的磁场分布”的实验中：
（1）小磁针_________极的方向是该点的磁场方向；
（2）开关闭合后，小磁针分布状态如图甲所示，说明通电螺线管外部的磁场与_________ 的磁场相似；
（3）为了探究通电螺线管的磁场方向与电流方向是否有关，写出一种操作方法： ________________ ；
（4）闭合图乙中的开关，则通电螺线管左端为_____ 极。
条形
S
N/北
对调电源正负极
电流的
磁效应
磁场与条形磁体的磁场相似，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，则拇指所指的那一端就是螺线
管的N极。
电流周围
存在磁场
电流的磁场
磁感线是以电流为中心的一系列同心圆
通电直导
线的磁场
通电螺线
管的磁场
安培定则
初中物理苏科版（2024）九年级下册
第2节 电流的磁场 第2课时
第十六章 电和磁
1. 知道电磁铁的构造、工作原理及其应用。
2. 知道电磁继电器的构造和工作原理。
知识点一、电磁铁及其应用
1. 电磁铁
电磁铁由线圈和铁芯组成 。在一根软铁芯上，用漆包线密绕成线圈就做成了一个简单的电磁铁，通电后它能产生磁性。
（1）特点：有电流通过时有磁性，没有电流时就失去磁性。
螺线管 铁芯
U形电磁铁
电磁铁
（2）工作原理
电磁铁是利用电流的磁效应来工作的。
在螺线管的内部插入铁芯通电后，铁芯在螺线管的磁场中被磁化，两磁场叠加，使电磁铁的磁性大大增强。
螺线管的磁场+铁芯的磁场
螺线管的磁场
（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，可运用安培定则来判定。
【提出问题】电磁铁磁性的强弱与哪些因素有关
【猜想与假设】
①电磁铁只有在线圈中通有电流时才有磁性，由此猜想电流的大小应该会影响电磁铁磁性的强弱。
②构成电磁铁的主要部件是线圈，由此猜想线圈的形状和匝数可能会影响电磁铁的磁性强弱。
（4）探究影响电磁铁磁性强弱的因素
【实验方法】
①控制变量法：
控制电磁铁线圈的匝数不变，改变线圈中电流的大小。控制电磁铁线圈的电流不变，改变线圈匝数。
②转换法：
根据电磁铁吸引铁钉或曲别针等数量的多少来判断电磁铁的磁性强弱。
把电磁铁、电源（带开关）、滑动变阻器、电流表等组成串联电路。
S
R
A
P
【实验器材与电路】
①按照电路图，把滑动变阻器、电流表和一定匝数的电磁铁串联起来，移动变阻器的滑片P，改变电路中的电流。观察电磁铁吸引曲别针的数目有什么变化。
【进行实验】
②把三个匝数不同的电磁铁串联在电路中，观察电磁铁吸引曲别针的数目有什么变化。
C
实验①中，通过电磁铁的电流越大，吸引曲别针的数目越多，说明电磁铁的磁性越强；实验②中，线圈匝数多的c电磁铁吸引曲别针的数目最多，说明c电磁铁的磁性比a与b电磁铁的磁性强。
【分析论证】
【实验结论】
线圈匝数一定时，通入的电流越大，电磁铁的磁性越强；电流一定时，外形相同的螺线管，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。
（5）电磁铁的优点
①可以通过电流的通断来控制其磁性的有无。
②可以通过改变电流的方向来改变其磁极的极性。
③可以通过改变电流的大小或线圈匝数的多少来控制其磁性的强弱。
（6）电磁铁的应用
①电磁铁直接对磁性物质有吸引力的作用
例如应用在电铃、电磁起重机、电磁刹车装置和许多自动控制装置上。全自动洗衣机的进水、排水阀门，卫生间里感应式冲水器的阀门，也都是由电磁铁控制的。
电磁起重机
电铃
耳麦、喇叭
②电磁铁可以产生强磁场
现代技术上很多地方需要的强磁场都是由电磁铁提供的，如磁悬浮列车、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。
2003年，上海浦东机场磁悬浮铁路成为我国第一条正式投入运营的磁悬浮铁路，最高速度可达500km/h以上。
知识点二、电磁继电器
在生产技术中，一些大型机器在工作时的电流大，电压高，人们直接控制或操作是很危险的，那怎么才能控制这些强大的电流？
原来人们使用了电磁继电器，下面学习电磁继电器的工作原理。
1.电磁继电器
（1）电磁继电器
电磁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。
电磁继电器实质上是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。
（2）电磁继电器的构造及工作电路
电磁继电器是用电磁铁控制电路的一种开关。它的构造及工作电路如图所示。
电磁继电器的工作电路可分为控制电路和受控电路两部分。
①控制电路：电磁铁A、衔铁B、低压电源U1、开关S。
②受控电路：高压电源U2，电动机M，电磁继电器的触点D、E。
（3）电磁继电器的工作原理
闭合控制电路中的开关S，电流通过电磁铁A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，受控电路闭合，电动机工作。
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C的作用下与电磁铁A分离，使触点D、E脱开，受控电路断开，电动机停止工作。
（4）电磁继电器的应用
①利用电磁继电器可以通过控制低电压、弱电流电路的通断来间接地控制高电压、强电流工作电路的通断，使人远离高压环境。
②利用电磁继电器可以使人远离高温、有毒等环境，实现远距离控制。
③在电磁继电器控制电路中接入对温度、压力或光照敏感的元件，利用这些元件操纵控制电路的通断，可以实现对温度、压力或光的自动控制，如电铃、防盗报警、防汛报警、温度自动控制、空气开关自动控制等。
（5）电磁继电器应用实例
电磁铁
衔铁
触点
①温度自动报警器
制作水银温度计时在玻璃管中封入一段金属丝，当温度达到金属丝下端所指的温度时，电铃就响起来，发出报警信号。
工作原理：
温度升高时，水银柱上升，与上方金属丝连通，使左侧形成通路，电磁铁中有电流通过，电磁铁吸引衔铁，使触点接触，右侧电路接通，电铃发出报警信号。
右图是直流电铃的原理图。衔铁B与弹性片A相连，电源断开时，弹性片是和螺钉接触的。接通电源后电磁铁吸引衔铁，敲击铃碗发声，但同时弹性片与螺钉分离导致断电，电磁铁失去磁性后弹性片又和螺钉接触而通电，如此往复。
弄懂原理后，请你在右图所示的继电器上把电源连在电路里，使它成为一个电铃。
②机械电铃工作原理
③水位自动报警器原理
当水位上涨时，水与金属A接触，由于水（不纯净）是导体，使控制电路接通，电磁铁吸引衔铁，使动触点与下面的静触点接触，工作电路接通，则红灯发光；
当水位下降时，使控制电路断开，电磁铁失去磁性，弹簧拉着衔铁使动触点与上面的静触点接触，工作电路接通，则绿灯亮。
优点
电磁继电器
磁性强弱
定义
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.
电磁铁线圈的匝数越多、电流越大，
电磁铁的磁性就越强.
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.
③可通过改变电流大小或线圈匝数控制磁性强弱.
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.
②构成：电磁铁、衔铁、弹簧、动触点、静触点.
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.
电磁铁
电磁铁
1．下列关于电磁铁的说法中，正确的是 ( )
A ．电磁铁的磁性强弱只与线圈匝数有关
B ．电磁铁的磁性强弱只与电流大小有关
C ．电磁铁的磁性有无可以通过通断电来控制
D ．电磁铁的磁极不能改变
C
2.请用下图设计一个温度自动报警器，要求正常情况下绿灯亮，当温控箱内温度升到一定温度时，红灯亮（绿灯灭）。
答案

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