电和磁专题复习

第1页共23页专题复习：电和磁【考点热点指津】电和磁主要有两部分内容，即对简单磁现象的认识、电现象与磁现象的联系。其中磁性和磁体间的相互作用、磁场和磁感线、电流的磁场、电磁感应、磁场对电流的作用是学习的重点。新的课程标准特别要求学生应用知识的能力，因而作为这些知识在生活或生产中的应用，电磁继电器、发电机、电动机等也应重点复习。一、磁性和磁场1.磁性物体吸引铁、钴、镍的性质叫磁性，具有磁性的物体叫磁体。磁体不同部位的磁性强弱并不相同，磁性最强的部分叫磁极。2.判断物体是否具有磁性的几个方法：（1）根据磁体的吸铁性判断：将被测物体靠近铁类物质（如铁屑），若能吸引铁类物质，说明该物体具有磁性，否则没有磁性。（2）根据磁体的指向性判断：在水平面内自由转动的被测物，静止时若总是指南北方向，说明该物体具有磁性，否则便没有磁性。（3）根据磁极间的相互作用规律判断：将被测物体分别靠近静止的小磁针的两极，若发现有一端发生排斥现象，则说明该物体具有磁性。若与小磁针的两极都表现为相互吸引，则该物体没有磁性。第2页共23页（4）根据磁极的磁性最强判断：A、B两个外形相同的钢棒，已知其中一个具有磁性，另一个没有磁性，具体的区分方法是：将A的一端从B的左端向右滑动，若发现吸引力的大小不变，则说明A有磁性；若吸引力由大变小再变大，则说明B有磁性。3.磁场和磁感线磁体间不接触仍能产生相互作用力，是因为磁体间存在一种特殊的物质，即磁场。磁场的基本性质就是它对放入其中的磁体产生磁力的作用。虽然磁场不能被人们所看到，但我们可以通过磁场所表现出的一些性质来认识它。这是研究物理问题的一种很重要的方法。摆放在磁体周围不同放置的小磁针静止时，其N极的受力方向不同，说明磁场是有方向的。物理学规定磁场中某一点的小磁针静止时N极的指向（即N极受力方向）是这一点的磁场方向。常见的几种磁场的磁感线分布如图1所示图1对磁感线要从四个方面来理解：（1）磁感线是描述磁场的情况。磁场是客观存在于磁体周围的一种物质，磁场的分布不一定均匀，有强有弱。而且在不同位置，磁场的方向不尽相同。如何将强弱不同、方向不同的磁场描述出来呢？人们从铁屑在磁场中的分布和排列得到启发，想出用画图的方法描述磁场，即磁感线。（2）磁感线是按照一定规则画出的曲线。正如等高线是按照“曲线上各点的高度相等”的规则一样，磁感线必须符合曲线上各点的方向都与该点小磁针N极指向（磁场方向）一致。这样的规则：A.在磁体周围随便画一条曲线不是磁感线。B.磁感线可以画无数条，但是一般只画具有代表性的几条，就可描述磁场的分布。正如等高线之间的各点具有一定高度一样，磁感线之间的空间也存在磁场。二、电流的磁场1.电流的磁效应第3页共23页如图2，在导线下方放有小磁针，当导线中通有电流时，小磁针的N极指向发生偏转，说明小磁针一定受到了磁场力的作用，而周围又没有其它磁体产生磁场对小磁针施加作用，因而得出通电导体周围像磁体一样存在磁场。奥斯特实验不仅表明通电导体周围存在磁场，而且揭示了电现象与磁现象不是各自孤立的，而是存在着密切的联系。图2通电螺线管的磁场与条形磁铁的磁场相似，在螺线管的外部，磁感线从N极出来，进入S极；在螺线管的内部，磁感线由S极指向N极。通电螺线管的极性用安培定则判定：用右手握住螺线管，让四指弯向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的那端就螺线管的北极。2.为什么电磁铁的磁性比通电螺线管的磁性强很多？原因：软铁芯在通电螺线管中被磁化，也产生磁场，电磁铁周围的磁场既有电流产生的磁场，又有磁铁产生的磁场。3.电磁铁之所以被广泛应用，是因为它具有三项优点：（1）磁性强弱可以控制因为电磁铁磁性强弱与通入的电流大小和线圈的匝数有关，电流越大，磁性越强；在电流一定时，外形相同的螺线管，线圈的匝数越多，它的磁性越强。因此，可以通过改变电流的大小和线圈的匝数来调节电磁铁磁性的强弱。（2）磁性可即显即消。因为电磁铁是否具有磁性，取决于是否有电流通过，通电时有磁性，断电时磁性立即消失。要注意，电磁铁中的铁芯必须采用软铁，而不能用钢，因为钢能保持磁性。（3）磁极的性质可以变换。因为电磁铁的磁极性质与通入的电流方向有关，因此可以通过改变电流的方向来改变电磁铁的磁极性质。4.怎样根据安培定则判断通电螺线管的磁场？首先，应当明确决定螺线管磁极极性的根本因素是通电螺线管中电流的环绕方向，而不是螺线管的绕法和电源正、负极的接法。其次，安培定则中“电流的方向”指的是螺线管中电流的环绕方向，要让弯曲的四指所指的方向跟螺线管中电流环绕方向相一致。具体运用时可分三步进行：如图3所示，（1）标出螺线管上电流的环绕方向；（2）由环绕方向确定右手的握法；（3）由握法确定大拇指的指向，大拇指所指的这一端就是螺线管的N极。第4页共23页图3三、电磁感应现象在学习电磁感应现象和感应电流时，要首先领会产生感应电流的条件，才能在解题时会判断是否有感应电流产生。1.产生感应电流必须同时满足三个条件：（1）电路是闭合的；（2）导体要在磁场做切割磁感线的运动；（3）切割磁感线运动的导体只能是一部分，三者缺一不可。这里要注意是闭合电路的“一部分导体”而不是“整个电路”，还要注意“做切割磁感线运动”，所谓切割磁感线就是把磁感线切断，也就是说，导体的运动方向一定与磁感线成一定的角度，而不是与磁感线平行，否则磁感线是切不断的。另外，电路必须是闭合的，而不是断开的，即组成电路的各个元件连结成一个电流的通路。如果不是闭合电路，即使导体做切割磁感线运动，导体中也不会有感应电流产生，只是在导体的两端产生电压。2.如何改变感应电流的方向？感应电流的方向跟导体运动方向和磁感线方向有关。因此要改变感应电流的方向，可以从两方面考虑，一是改变导体的运动方向，即与原运动方向相反；二是使磁感线方向反向。但是若导体运动方向和磁感线方向同时改变，则感应电流的方向不发生改变。3.交流电产生的原因交流电是由于发电机的矩形线圈在磁场中转动时不断改变切割磁感线的运动方向形成的。如图4所示，当线圈平面开始转动后，线圈导线ab边和cd边做切割磁感线运动，由于ab边和cd边的运动方向相反，所以两条边中产生方向相反的感应电流。但是，从线圈整体来看，线圈中的电流的绕向是一致的，如从M端流向N端。当线圈转过180°后，线圈ab边和cd边的位置正好交换，继续转动切割磁感线时，两条边的运动方向都与前半周相反，产生的感应电流方向也与前半周相反，此时从线圈整体来看电流的流向就成了从N端流向M端。因此，线圈中产生的感应电流方向前半周朝一个方向，后半周则与其反向。当线圈连续转动时，电流方向将周期性地重复上述的变化，这种周期性变化的电流就是交流电。第5页共23页图4四、磁场对电流的作用1.通电导体在磁场中受到磁力的作用，磁力的方向与磁场方向、电流方向有关。其能量的转化为：电能转化为机械能。2.直流电动机为什么需装换向器？当线圈转到图5位置时，ab边和cd边受的磁场力恰好在同一条直线上，而且大小相等，方向相反，线圈在这个位置上受到相互平衡的两个磁场力的作用，所以不能连续转动下去。如何才能使线圈连续转动下去呢？我们设想线圈由于惯性而通过平衡位置，恰在这时使线圈与电源线的两个接头互换，则线圈中的电流方向改变，它所受的磁场力的方向变成与原来的方向相反，从而可使线圈沿着原来旋转方向继续转动。因此，要使线圈连续转动，应该在它由于惯性刚转过平衡位置时，立刻改变线圈中的电流方向。能够完成这一任务的装置叫做换向器。图5五、四个重要应用实例（1）电磁继电器的工作原理：通过控制电磁铁的电流，来达到控制工作电路的目的。因此，一般的继电器电路由（低压）控制电路和（高压）工作电路两部分组成。电磁继电器的工作电路和控制电路的组成和特点如图6、图7所示：第6页共23页图6图7工作电路由用电器（如电动机）、（高压）电源和电磁继电器的触点组成，主要特点是高电压、强电流；控制电路由电磁继电器的线圈、（低压）电源和开关组成，主要特点是低电压、弱电流。（2）电话的听筒和对方的话筒要串联在一个电路里？由于串联电路中电流处处相等，听筒和对方话筒串联才能保证二者间电流强弱变化一致，从而使听筒薄铁片和对方话筒中膜片的振动情况一致，保障听到的声音与对方讲话声音相同。（3）发电机的原理是电磁感应，发电机的基本构造是磁场和在磁场中转动的线圈。其能量转换是把机械能转化为电能。（4）电动机的原理是通电线圈在磁场中受力而转动。它把电能转化机械能。第7页共23页图8电动机和发电机基本结构相似，容易混淆。其区别见表格直流电动机交流发电机原理利用通电线圈在磁场里发生转动的原理制成利用电磁感应原理制成构造有换向器无换向器能量转化电能→机械能机械能→电能在电路中的作用用电器电源六、三个重要实验1.奥斯特实验把一条直导线放在磁针上方，并与之平行。当导线中通过电流时，磁针就发生偏转，导线中没有电流通过时，磁针又回到原来的位置。此现象说明：电流产生了磁场。改变电流的方向，磁针偏转的方向随之改变，说明：电流的磁场方向与导体中电流的方向有关。2.研究磁场对电流的作用如图9所示的那样，把导体AB放到蹄形磁体两极之间，然后给AB通电，这时我们就会看到导体AB运动起来。这个实验说明磁场对通电导体或说对电流有力的作用。导体的运动方向也就是磁场力的作用方向。用控制变量法研究磁场对电流作用力的方向与什么有关。先改变电流方向（图10甲），导体的运动方向随之改变；再将两磁极位置对调改变磁场方向（图10乙），导体的运动方向也随之改变。因此得出结论：磁场对电流作用力的方向跟电流方向和磁场方向有关系。第8页共23页3.研究感应电流装置：如图11所示，在马蹄形磁铁的两个磁极之间悬挂一根导体ab，再把导体两端跟电流表连接起来。图11步骤：（1）保持导体不动，闭合上开关，电流表的指针并不偏转。（2）闭合开关，让导体ab在磁极间上下运动，电流表指针仍不偏转，表示电路中仍然没有电流。（3）保持电路闭合，让导体ab在磁极间左右运动。电流表的指针来回偏转，表明电路中有了方向不断变化的电流。结论：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。用控制变量法研究影响感应电流方向的因素。（4）让导体ab向左运动，指针朝一个方向偏转；当导体向右运动时，指针又朝另一个方向移动。结论：导体中感应电流的方向，跟导体运动方向有关。（5）保持导体向左运动，改变磁感线方向，指针偏转方向改变。结论：导体中感应电流的方向，跟磁感线方向有关。【典型例题透视】第9页共23页例1.磁体周围一条磁感线的方向如图1所示，试确定磁体的N、S极和A点处小磁针的指向。答案：见图2所示。图2透视：在磁体周围磁感线从磁体北极出来，回到南极，由磁感线的方向即可判断出磁体的两极。又因为小磁针在某点时的N极指向与该点磁感线方向一致。那么就能做出一条通过小磁针所在处的磁感线，小磁针N极指向即可得出。类似问题的分析步骤一般为：已知磁感线→磁极性质→某点的磁感线→该点小磁针指向例2.有一条形铁块，上面的字样已模糊不清，试用多种方法判定它是否具有磁性。答案：方法1：根据磁体的吸铁性来判断。取一些磁性物质（如少量铁粉），如条形铁块能吸引铁粉，就说明它有磁性，是磁体。方法2：把条形铁块用细线系住可以在水平面内自由转动。如果它具有磁性，它将会在地球磁场的作用下，只在南北方向停下来。如果该铁块不具有磁性，就会在任意方向停下来。方法3：另取一根条形磁铁，用其两端分别先后去靠近条形铁块的某一端，如果两次都能吸引，说明它是铁块，无磁性；如果一次吸引，一次排斥，说明它有磁性，是磁铁。透视：判断物体是否是磁体，主要可依据磁铁的吸铁性，指向性以及磁极间的相互作用规律。跟判断物体是否带电相类似，要判断某物体是否有磁性，只有将另一磁体靠近它，并观察到两者相互排斥时，才能判定被考察物体是有磁性的。如果被考察物体是铁磁性物质的，由于另一磁铁具有吸铁性，因此两者互相吸引不能证明双方都一定具有磁性。第10页共23页例3.如图3所示，当电键S闭合后，小磁针的N、S极按箭头方向转动到与螺线管轴线方向一致时静止不动，试判断电源的正、负