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第3章　电磁及其应用
电流的磁场
　　
　　一、电流的磁效应
　　1. 通电直导线周围的磁场
　　(1)奥斯特实验说明：通电导线周围存在磁场；磁场方向和电流方向
有关。
　　①如图所示，甲、乙两图对比说明通电导线周围存在磁场，甲、丙
两图对比说明磁场方向与电流方向有关。
　　②为了使磁性增强，人们把直导线改成螺线管形，又叫线圈，在通
电线圈中再插入铁芯，磁性会更强。
　　(2)通电导线周围存在磁场这一现象叫作电流的磁效应，也叫电生
磁。
　　(3)奥斯特是历史上第一个揭示电与磁之间联系的科学家。
　　 例1　 如图所示，在观察奥斯特实验时，小明注意到置于通电直导线下方小磁针的N极向纸内偏转。小明由此推测：若电子沿着水平方向平行
地飞过磁针上方时，小磁针也将发生偏转。请你说出小明推测的依据是
，你认为磁针的N极
会向 (填“纸内”或“纸外”)偏转。
电子的定向移动形成电流，电流周围存在磁场
纸外
　　解题思路 要解决本题，需要搞清电流的形成原因，知道电流是由电
荷的定向移动形成的。导线能够导电，靠的是自由电子的定向移动，同
时要掌握电流的磁效应，知道电流周围存在磁场，磁场方向与电流方向
有关。如图所示，奥斯特实验表明，当导线中有电流通过时，小磁针会
发生偏转，说明了电流周围存在磁场。当电子沿着水平方向平行地飞过
磁针上方时，由于电子发生定向移动而形成电流，又因为电流周围存在
磁场，所以小磁针会发生偏转。由左图知，当电流向右时，小磁针的N极
向纸内偏转，右图电子定向向右移动，而电流方向与电子定向移动方向
相反，所以电流方向向左，因此小磁针受力方向与左图相反，N极将向纸
外偏转。
　　故答案为：电子的定向移动形成电流，电流周围存在磁场　纸外
　　2.通电螺线管的磁场
　　(1)通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场相似。如图所示：
　　(2)以通电螺线管正面电流为例，电流向上，N极在左端，电流向下，
N极在右端，便于记忆，可简化为“上左，下右”。
　　(3)通电螺线管外部的磁场方向是从N极到S极，内部的磁场方向是从
S极到N极。螺线管附近的小磁针自由静止时，N极的指向是该点磁场的
方向，因此放在螺线管内部和外部的小磁针应如图所示：(螺线管内部的
小磁针不遵循同名磁极排斥、异名磁极吸引的原则)
　　(4)通电螺线管两端的极性跟螺线管中的电流方向之间的关系可以用
安培定则来判断。
　　3.安培定则
　　安培定则，也叫右手螺旋定则，是表示电流和电流激发磁场的磁感
线方向之间关系的定则。
　　安培定则一：针对通电直导线
　　用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么弯曲的四
指所指的方向就是磁感线的环绕方向，如图甲所示。
　　安培定则二：针对通电螺线管
　　用右手握住通电螺线管，使四指的弯曲方向与电流方向一致，那么
大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极，如图乙所示。
　　有关右手螺旋定则常从三个方面进行考查：小磁针的指向、螺线管
中电流的方向、磁感线方向。例如：已知小磁针的指向判断通电螺线管
的电流方向。
　　 例2　 根据图中所标符号，画出螺线管的绕线方法。
丙
乙
　　解题思路 (1)由图甲(1)可知，螺线管右侧为N极，左侧为S极。用右手
握住螺线管，大拇指指向右侧，则可知线圈的绕向如图乙(2)所示。
乙
　　(2)由图甲(2)可知，小磁针静止时左端为N极，根据异名磁极相互吸
引可知，螺线管的右端为S极，左端为N极。用右手握住螺线管，大拇指
指向左侧，则可知线圈的绕向如图乙(2)所示。
　　(3)图甲(3)中小磁针在螺线管内部，在磁体内部磁感线是从S极回到N
极的，所以小磁针的N极指向上端，表明螺线管的上端为N极，下端为S
极。用右手握住螺线管，大拇指指向上侧，则可知线圈的绕向如图丙(3)
所示。
丙
　　(4)由图甲(4)可知，小磁针静止时上端为N极，根据异名磁极相互吸
引可知，螺线管的上端为S极，下端为N极。用右手握住螺线管，大拇指
指向下端，则可知线圈的绕向如图丙(4)所示。
　　 点评对于一个通电螺线管，只要知道电流的方向、线圈的绕法、螺
旋管的N、S极这三个因素中的任意两个，我们就可以根据安培定则判断
出另一个。
　　二、探究影响电磁铁磁性强弱因素的实验
　　(1)电磁铁磁性强弱的影响因素：线圈匝数多少、电流大小。当电流
大小一定时，电磁铁的线圈匝数越多，磁性越强；当线圈匝数一定时，
通过电磁铁的电流越大，磁性越强。
　　(2)实验中用到的方法：
　　①转换法：物理学中对于一些看不见、摸不着的现象或不易直接测
量的物理量，通常用一些非常直观的现象去认识或易测量的物理量间接
测量，这种研究问题的方法叫转换法。所谓“转换法”，主要是指在保
证效果相同的前提下，将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现
象，将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题，将难以测量或测准
的物理量转换为能够测量或测准的物理量的方法。初中科学在研究概念
规律和实验中多处应用了这种方法。
　　②控制变量法：物理学中对于多因素(多变量)的问题，常常采用控制
因素(变量)的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题。每一次只改
变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这
个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控
制变量法。它是科学探究中的重要思想方法，广泛地运用在各种科学探
索和科学实验研究之中。
　　三、电流磁效应的应用
　　1. 电磁铁的构造和原理
　　(1)电磁铁的构造：内部插有铁芯的通电螺线管叫作电磁铁。
　　(2)电磁铁的原理：电流的磁效应原理。
　　(3)电磁铁的应用：要注意这些电磁铁制造的工具，磁性的强弱可以
改变、磁性的有无可以控制、磁极的方向可以改变、磁性可因电流的消
失而消失。
　　①通电直导线、通电螺线管、电磁铁，它们的磁性依次增强。
　　通电螺线管比通电直导线磁性强的原因：多圈导线产生的磁场叠加
的结果。
　　电磁铁比通电螺线管磁性更强的原因：铁芯可以被磁化，磁化后铁
芯的磁场与螺线管的磁场叠加的结果。
　　②生活中有电磁铁的仪器都可以记为电流的磁效应原理。
　　生活中应用到电磁铁的仪器有：电冰箱、吸尘器、电铃、电磁起重
机、电磁继电器、空气开关、一些自动控制设备。
　　2.电磁继电器的组成、原理和特点
　　(1)电磁继电器的构成：由电磁铁、衔铁、簧片、触点(静触点、动触
点)组成。其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成。低压
控制电路是由电磁铁、
低压电源和开关组成；工作电路由机器(电动机等)、高压电源、电磁继电
器的触点部分组成。
　　(2)工作原理和特性：可以实现远距离控制和自动化控制。只要在线
圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效
应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从
而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后，电磁的吸
力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力作用下返回原来的位置，使
动触点与原来的静触点(常闭触点)释放。这样吸合、释放，从而达到在电
路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这
样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触
点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
　　 例3　 在电磁继电器工作电路中的电压和电流比起控制电路来
说，一般是(　B　)
A. 高电压、弱电流 B. 高电压、强电流
C. 低电压、弱电流 D. 低电压、强电流
　　解题思路 要解决本题，需要掌握电磁继电器的原理，知道电磁继电
器实质上是一个开关，是利用低电压、弱电流来控制高电压、强电流。
故在电磁继电器工作电路中的电压和电流比起控制电路来说，一般是高
电压、强电流。故选B。
B
　　 例4　 如图是小明为张大爷设计的“看羊自动报警器”。羊圈
周围由一圈细漆包线包围着，由图可知下列说法正确的是(　D　)
D
A. 当羊群在羊圈中时，电磁铁无磁性
B. 当羊群在羊圈中时，电磁铁线圈中无电流
C. 当有羊逃出羊圈冲断漆包线时，电磁铁有磁性
D. 当有羊逃出羊圈冲断漆包线时，电铃发声报警
　　解题思路电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点、簧片等组
成。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从
而使电磁铁产生磁场，衔铁就会在磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉
力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)释放。当线圈断
电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力作用下返回
原来的位置，使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合；这样释放、吸
合，从而达到在电路中的切断、导通的目的。当羊在羊圈中时，电磁铁
电路是通路，电磁铁线圈中有电流，电磁铁有磁性，电磁铁吸下衔铁，
此时工作电路断开，电铃不响，A、B说法错误，不符合题意；
当羊逃出羊圈冲断漆包线时，断开电磁铁电路，电磁铁线圈中无电流，
电磁铁无磁性，弹簧将衔铁拉起，此时电铃所在电路闭合，电铃响起，C
说法错误，不符合题意，D说法正确。故选D。
　 例5　 下列常见的物品中，没有用到信息磁记录的是(　B　)
B
　　解题思路 定义：能吸引铁、钴、镍等物质的性质称为磁性；磁性材
料是指由过渡元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物
质。银行磁卡、硬盘、U盘的存储软盘采用磁电记录方式，用的都是磁性
材料。故A、C、D不符合题意；干电池是一种以糊状电解液来产生直流
电的化学电池，故B符合题意。故答案为B。
　　3.电磁阀车门的构造和原理
　　(1)如图是公共汽车上用电磁阀控制车门开、关的工作电路图。L1、
L2是固定的电磁线圈。衔铁T1、T2通过横杆相连并可左右移动，带动传动
装置使车门开启或关闭。S接通触点b时，线圈L2具有磁性，吸引衔铁使
横杆向右运动，带动传动装置关闭车门。
　　(2)工作原理：电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔
连接不同的油管，腔中间是活塞，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈
通电，阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来开启或关闭不同
的排油孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通
过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装
置，这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动。
　　4.磁悬浮列车的工作原理和特点
　　(1)磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力(即磁的吸引力和排斥力)来推动的列
车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，运行时不需接触地面，因此只
受来自空气的阻力。磁悬浮列车的最高速度可达每小时500 km以上，比
轮轨高速列车的300多千米还要快。磁悬浮技术的研究源于德国，早在
1922年，德国工程师赫尔曼 肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年
申请了磁悬浮列车的专利。1970年以后，随着世界工业化国家经济实力
的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日
本等发达国家以及中国都相继开始筹划磁悬浮运输系统的开发。
　　磁悬浮列车不同于一般轮轨黏着式铁路，它没有车轮，是借助无接
触的磁悬浮技术而使车体悬浮在导轨面上运行的列车。
　　(2)工作原理：磁悬浮列车利用“同极相斥、异极相吸”的原理，让
磁铁具有抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在距离轨道
约1 cm处，腾空行驶，创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹。
　　四、绝招课堂：安培定则一与安培定则二的联系
　　安培定则二即安培定则一的变形，通电螺线管可认为是四段直导线
的组合。
　　 例6　 如图所示，三根彼此绝缘的无限长直导线的一部分ab、
cd、ef两两相交并构成一个等边三角形，O为三角形的中心，M、N分别
为O关于导线ab、cd的对称点。当三根导线中通大小相等、方向如图所示
的电流时，O点磁感应强度的大小为B1，M点磁感应强度的大小为B2，N
点磁感应强度的大小为(　A　)
A
A. B1 B. B2
C. B1＋B2 D. B1－B2
　　解题思路通电导线周围存在磁场，且离导线越远磁场越弱。磁场不
但有大小而且有方向，方向相同则相加，方向相反则相减。无限长直导
线ab、cd、ef构成一个等边三角形，且三根导线中通大小相等、方向如图
所示的电流，O为三角形的中心，且O点磁感应强度大小为B1，因为直导
线ab、cd关于O点对称，所以这两导线在O点的磁场为零，则磁感应强度
大小B1是由直导线ef产生的，而直导线ab、ef关于N点对称，所以这两根
直导线在N点的磁场为零，因此N点的磁感应强度大小为B1。故选A。
　　 点评根据通电导线周围的磁场对称性、方向性，确定合磁场大小。
磁场的方向相同，则大小相加；方向相反，则大小相减。
　　 例7　 如图所示，将一柔软的导线弯成星形，并将其置于光滑
水平桌面上，然后将开关S闭合，则该星形回路将(　B　)
B
A. 不会变形
B. 会变形，所围面积增大
C. 会变形，所围面积减小
D. 会变形，所围总面积不变
　　解题思路 电流通过导线时，会产生磁场，而电磁场的方向与电流的
方向有关，分析电流方向，可进一步推导出导体在电磁场中受力的方
向。由题意可知，当电流通过导线时，会产生电磁场，而导体在磁场中
受力的方向与电流的方向有关，由于这是直流稳压电路，当开关闭合后
电流不变，此时角上相邻靠近的两条导线电流方向相反，根据左手定
则，让四指与大拇指相互垂直，并在同一平面内，四指指向电流的方
向，磁感线穿过手心，则大拇指所指的方向为导体受力的方向，由于电
流方向相反，所以受力方向也相反，故所围面积会增大。故答案为B。
　　点评分析相邻导线中电流的方向，进一步判断磁场的方向，最后根
据磁场方向相反，可知其互相排斥，从而得出结论。本题考查角度新
颖，有一定难度。

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