电和磁竞赛讲座

物理竞赛辅导电和磁知识网络一、简单的电现象1、两种电荷：正电荷、负电荷自然界只存在两种电荷，其相互作用的规律是：同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。2、物体带电的本质原来呈中性物体，由于得到或者失去电子而带电。原来不带电的物体，它失去电子时将带正电，它得到电子时将带负电。3、物体带电的方法摩擦起电：指用摩擦的方法使物体带电。由于两物体的原子核对核外电子的束缚本领不同，当两物体相互摩擦时，其中一物体因失去电子而带正电，另一物体则因得到电子而带等量的负电。感应起电：指用静电感应现象来使物体带电的方法。它是由电荷间的相互作用而产生的。如图：使一个带电的物体A靠近一个不带电的导体B,则导体B靠近带电体的一端将出现与带电体所带电荷相反的电荷，而另一端将出现与带电体所带电荷相同电荷的电荷，这种现象叫静电感应现象。总之，使物体带电并不是创造了电荷，而是物体中或物体间的电子重新分布的结果。4、导体和绝缘体导体：容易导电的物体叫导体。绝缘体：不容易导电的物体叫绝缘体。导体这所以容易导电，是因为它们内部具有可自由移动的电子——自由电子，绝缘体不容易导电是因为它们内部的电荷几乎都被束缚在原子和分子的范围内，几乎没有自由电荷。导体和绝缘体是相对的，并不存在绝对的界限。在一定条件下，如在高压、高温或潮湿的环境下，绝缘体也可变成导体。二、简单的磁现象1、磁极间的相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极互相吸引。2、磁化：使原来没有磁性的物体获得磁性的过程叫磁化。将一根没有磁性的钢针获得磁性，可采用如下方法：（1）将磁铁的一端靠近钢针的一端；（2）将钢针在磁铁上沿同一方向重复摩擦数次。磁体磁性磁极无磁性具有强磁化去磁3、去磁：使原来有磁性的物体失去磁性的过程叫去磁。使具有磁性的钢针去磁，可采用如下方法：（1）放入火中烧至发红。（2）敲击或摔打。三、磁场1、地磁场：地球本身是一个大磁体，它周围存在的磁场就是地磁场。地磁的北极在地理的南极附近，地磁的南极在地理的北极附近，地磁的两极和地理上的两极并不完全重合，这一现象最早是我国宋代科学家沈括发现的。2、电流磁场：1820年丹麦的物理学家奥斯特首先发现电流周围存在磁场，从此揭开了电和磁之间的联系。常见的电流磁场有以下几种：（1）直导线电流磁场（2）通电螺线管磁场（3）环形电流磁场四、磁场对电流的作用实验表明通电导体（电流）在磁场中受到力的作用，力的方向与磁场方向和电流方向有关。直流电动机就是利用通电导体在磁场中受到力的作用的原理制成的。检流计就是应用电流与磁场间相互作用的原理制成的。常见的是磁电式电流计。五、电磁感应现象电磁感应现象：闭合电路的一部导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流。这种现象叫做电磁感应现象。产生的电流叫感应电流。如果导体不是闭合的，导体两端有感应电压。电磁感应现象是1831年英国科学家法拉弟通过实验发现的。发电机就是利用电磁感应原理制成的，我国使用的交变电周期为0.02秒，频率为50赫兹，每秒钟电流方向改变100次。六、电能的输送我国远距离输电是采用提高输电电压的方法，一般有110千伏、220千伏、330千伏等几种，近年还建成500千伏的超高压输电线路，因为提高输电电压是远距离输电减小输电线方向磁场性质磁感线类型磁体磁场地磁场电流磁场上电能损失的有效方法。七、电磁联系中的三个定则定则右手螺旋定则左手定则右手定则（一）（二）使用范围直线电流的磁场通电螺线管的磁场磁场对通电导体的作用电磁感应现象内容用右手握住导线，让大拇指指向电流方向，则弯曲四指所指的方向就是磁感线的方向。用右手握住螺线管，让弯曲四指指向电流方向，那么大拇指所指的那端就是通电螺线管的北极。伸开左手，让大拇指跟其余四指垂直，并在与手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿入手心，使四个手指所指方向为电流方向，那么大拇指所指的方向就是通电导体受力的方向。伸开右手，让大拇指跟其余四指垂直，并与手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿入手心，大拇指指向导体的运动方向，那么其余四指所指的方向就是感应电流的方向。应用目的判定电流方向或电流产生的磁场方向磁场、受力、电流三个方向，任知其中二个判定第三个方向磁场、导体运动、感应电流三者的方向，任知其中二个判定第三个方向应用举例直线电流的磁场通电螺线管的磁场电动机发电机热点搜索考查学生应用磁的基础知识解决实际问题的能力；结合生活实际考查电磁铁的知识和磁场对电流的作用；考查学生灵活运用电与磁的知识分析实际问题的能力；通过情景问题，考查学生的科学素养、创新意识及实践能力；通过阅读信息题，考查学生的阅读能力、理解能力以及学生的综合解决问题能力。例题精析例1、我国古代对磁的认识和应用，早在春秋战国时期就有记载，宋代（960～1279）出现了指南针、指南鱼，是我国古代磁学研究的巅峰，北宋时代的科学家沈括（1031～1095）他所写的科学典籍《梦溪笔谈》中多处详细介绍了磁学，其中有这样一段话“方家（指精通学向的专家）以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也”。这段话中说明哪两个重要的物理现象？①②思路点拔：该题考查的是两个重要的磁现象的知识，磁铁磨擦后被磁化而具有磁性，利用这个办法可以做成指南针，而由于地磁场的存在，故不指正南方，而是略微偏东。答案：（1）地磁场存在磁偏角；（2）磁铁被磁化而具有磁性。例2、放射性元素的原子核在变化时，放出a、b、c射线，它们在强磁场中偏转情况如图所示，由图可知a的射线是（）A、α射线B、β射线C、γ射线D、不能确定思路点拔：该题考查的是放射性物质放出的射线带电情况及磁场对电流的作用，我们知道α射线是带正电的粒子流，β射线是带负电的粒子流，γ射线不带电，根据磁场对电流作用的原理可知带电粒子在磁场中受力要发生偏转，又由左手定则可判定出a射线对应的电流方向与粒子的运动方向一致，故a必为正电的粒子流，即是α射线。答案：A例3、在磁感线方向垂直纸面向外的磁场中，有一固定不动的铜质圆环ABC，上有铜棒OP可绕O端转动，铜棒的滑动触点P可在铜环上滑行，在铜棒OP绕O端作顺时针转动过程中，以下判断正确的是（）A、铜棒OP上有感应电流B、铜棒OP上有感应电压，没有感应电流C、铜环ABC上有感应电流D、铜环的ABC上只有感应电压，没有感应电流思路点拔：该题考查的是电磁感应现象的知识，只有闭合电路的一部分导体在磁场里切割磁感线，电路中才会有感应电流，没闭合导体两端只产生感应电压，而题中铜棒OP并没有与别的导体组成闭合电路，它做切割磁感线运动时，只产生感应电压。答案：B。例4、如图所示，一支弹簧悬挂起来长度伸长了，这时其下端恰好与水银槽中的水银面接触，并把弹簧连接在电路中，当开关K闭合后，这时（）A、弹簧的长度将缩短，其下端将不再与水银面接触B、弹簧的长度将更长，其下端将浸入水银面更深一些C、弹簧先收缩后伸长并不停地上下振动D、弹簧仍保持不动思路点拔：本题结合生活实际考查电磁铁的知识，同时也考查学生灵活运用知识分析实际问题的能力，当开关闭合后，由于水银导电，所以弹簧上有电流通过，这样每一个匝线圈都可以看成一个单独的螺线管。通电后相邻部分为异名磁极，各线圈相互吸引，弹簧长度缩短，其下端离开水银面。电路断开，线圈失去磁性，弹簧恢复原长又和水银面接触，故导致弹簧先收缩后伸长并不停地上下振动。答案：C例5、一种新型的发电机叫磁流发电机，它可以把气体的内能转化为电能。如图所示，将一束高温下电离的气体（含大量正电和负电的微粒，整个中性）喷射进磁场，磁场中有金属板A、B,A、B与外线路相连。试说明它的工作原理。ACB思路点拨：该题考查的是考生知识的迁移能力和灵活应用磁场对电流的作用来解决实际问题能力。由于磁场对电流有力的作用，再由左手定则可以得出：当电流的方向改变时，受力方向也改变。本题中的电离气体流由正、负微粒构成，可等效成为两个方向相反的电流，因此，气体中的正负微粒上下偏转，并分别聚集在A、B板上，这样就使A、B板形成电压，从而能给外电路供电。答案：根据磁场对运动电荷的作用和左手定则可以分析判断出：正电荷微粒将向下偏转并集聚在B极板上；负电荷微粒将向上偏转并集聚在A极板上，这样B极板带正电，A极板带负电，A、B极板之间形成电压对外供电。例6、“熊猫秋千”是一个电磁的小玩具，它的结构由以下图的几个部分组成：（1）图中a是玩具的总支架：1、底座。2、秋干架。3、电池盒。4、钢丝挂球。5、永久磁铁；（2）图中b是电磁线圈，由漆包线绕成AB、CD为裸钢线；（3）图中c是自动断续开关；（4）图中d是组装后的“熊猫秋千”。看完“熊猫秋千”各部分结构后，请回答下列问题：（1）秋千为什么会向上摆起；（2）秋千向上摆起后又靠什么力作用下摆回最低点；（3）秋千摆回最低点为什么不往回摆而是冲过竖直位置而向另一方向摆动。思路点拨：本题考查的是磁场对电流的作用、力的作用效果与惯性知识的应用。（1）永磁铁周围存在着磁场，电磁铁通电后，由于磁场对电流的作用，电磁线圈就会向上摆起。（2）秋千向上摆起后，悬线与秋千架上的铜片分离，电路就断开了，线圈受到磁场力消失，就会在重力作用下回到最低点。（3）秋千回到最低点（竖直位置）时，由于惯性会冲过竖直位置，悬线与铜片又接触，电路被接通，磁场又对线圈产生力的作用。如此循环往复。答案：A、秋千向上摆起是因为电磁线圈通电后产生了磁场，成为一个电磁铁，这个磁场与下方永磁铁的磁场方向相反，或者说磁极与永磁铁靠近的一端是同名磁极，互相排斥的力使“秋千”向上摆起。B、秋千向上摆起后又摆回最低点是因为“秋千”摆起后，秋千悬线与秋千架上的铜片分离，电路断开，线圈磁场消失，斥力也消失，秋干在重力的作用下又摆回最低点。C、秋千摆回最低点不往回摆而是冲过竖直位置而向另一方向摆动，其理由是秋摆千回最低点时，悬线又与铜片接触，电路又被接通，线圈产生的磁场又和永磁铁互相排斥，不过这时线圈由于惯性冲过了竖直位置而向另一个方向摆动，所以磁力也就将线圈推向另一方向。例7、检流汁是一种检测电流大小的仪表。它一般是运用电流与磁体磁场间相互作用原理制成的。常见的是磁电式电流汁，它利用的是永磁体对通电线圈的作用的原理，如图所示：在一个马蹄形永磁铁的两个磁极中间有一圆形软铁芯，其上绕有线圈、铁芯的作用是增强磁极与软铁间空隙的磁场，并使磁感应线均匀沿径向分布，如图所示，请分析这种检流汁的刻度为什么是均匀的。思路点拔：该题考查的是运用磁场对电流的作用和力矩的知识解决实际问题的能力，图中蹄形磁铁和铁芯间是均匀沿径向分布，不管线圈转至什么位置，它的平面都与磁感线平行。当线圈中通过电流时，线圈受力转动，此时弹簧被扭紧，产生一个阻碍线圈转动的力距，因此作用力矩随线圈转动角的增大而增大，当磁场和螺旋弹簧对线圈的转动作用相抵消时，线圈就停留在某一确定位置，线圈转角跟电流的大小成正比，线圈中的电流越大，线圈和指针偏转的角度也越大。答案：由于磁感线是均匀沿径向分布，从而使磁场对通电线圈的偏转力矩M不随偏角而改变，故M1＝K1I，即M1随电流I增强而正比增大（K1为比例系数）线圈的偏转使连在轴上的弹簧（游丝）扭紧，于是产生一个阻碍偏转的力矩M2，线圈偏转角θ越大，M2越大且成正比，即M2＝K2θ（K2为比例系数），当M1和M2平衡时（M1＝M2），线圈就停留在某一偏角上，显然θ=K1I/K2，由于K1、K2都是恒量，所以这种检流汁的刻度是均匀的。能力训练A组1、一大头针放在一根磁铁附近被磁化时（）A、靠近磁铁N极附近的一端是N极B、靠近磁铁N极附近的一端是S极C、两端都是N极D、两端都是S极2、光滑桌面上放一条形磁铁，若把条形磁铁从中间切断，并把它拉开一点距离。A、两段各有N极、S极，放手后两段相互吸引而靠拢B、两段各有N极、S极，放手后两段相互推斥而分离C、由于两段都没有了磁性，放手后两段铁块静止不动D、由于一段只有N极，另一段只有S极，放手后相互吸引而靠拢3、一个正在正常转动的直流电动机模型突然不能运转了，下列三个原因中：①磁铁的磁性突然消失。②换向器和电刷接触不良。③电源两极的接线调错，可能的是（）A、只有①②B、只有③C、只有②D、①②③4