活动五
第二十章 电与磁
知识梳理
第1节 磁现象 磁场
一、磁体
1．磁性：物理学中把物体能够吸引铁、钴、镍等物质的性质，叫做磁性。
2．磁体：具有磁性的物体叫做磁体。
3．磁极：磁体上磁性最强的部分叫磁极。
（1）磁体有两个磁极：北极（N极）和南极（S极）；（2）小磁针静止时指北的磁极叫北极，指南的磁极叫南极；（3）磁体总有N和S两个磁极，如：一块磁体摔碎后，每一块都有两个磁极；（4）单个磁极的磁体在自然界是不存在的。
4．磁极间的相互作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
5．判断物体是否具有磁性的方法：
（1）吸引铁、钴、镍；（2）南北指向性；（3）磁极间的相互作用规律。
6．磁化：使原来没有磁性的物体获得磁性的过程，叫做磁化。
7．应用：指南针。注意：指南针静止时南极指南，北极指北。
二、磁场
1．磁场：磁体的周围存在着一种叫做磁场的物质。
说明：（1）磁场看不见、摸不着，但是客观存在的；（2）磁体间的相互作用是通过磁场发生的。
2．磁场的基本性质：对放入其中的磁体产生磁力的作用。
4．磁场方向：在磁场中某一点，小磁针静止时北极所指的方向规定为该点的磁场方向。
5．磁感线：为了形象而方便地描述磁场（我们仿照铁屑在磁场里的分布和排列情况）画出的曲线。
说明：（1）磁感线是假想出来的，不是客观存在的真实曲线。（2）磁场方向、磁感线方向和小磁针静止时N极所指的方向一致。（3）磁感线是闭合曲线且互不交叉。（4）在磁体外部，磁感线从N极出发，回到S极；在磁体内部，磁感线从S极指向N极。（5）磁感线的疏密表示磁场的强弱。磁感线越密集，磁场越强；磁感线越稀疏，磁场越弱。（6）没有画磁感线的地方，不表示那里没有磁场。
6.地磁场：地磁的北极在地理南极附近（如图6-10所示），地磁的南极在地理北极附近。小磁针静止时指南北就是因为受到地磁场的作用。由于地磁两极与地理两极并不重合，所以磁针一般不指正南正北。
图6-10
第2节 电生磁
一、奥斯特实验
1．通电导线的周围存在磁场，称为电流的磁效应。
2．该现象在1820年被丹麦物理学家奥斯特发现。
图6-11
3．该实验说明：通电导线周围存在磁场，且磁场的方向与电流方向有关。
二、通电螺线管的磁场
1．通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场的磁感线分布相同。
图6-12
2．通电螺线管的两端相当于条形磁体的两极（N、S极）。
3．两端的极性与电流方向有关。
4．两端的极性可用安培定则来判断。
三、安培定则
1．内容：用右手握住螺线管，让四指弯向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的方向即螺线管的北极（N极）。
2．说明：四指弯曲的方向→螺线管中电流的方向；大拇指的指向→螺线管的北极（N极）。
图6-13
一、电磁铁
1．定义：内部插入铁芯的通电螺线管。
2．工作原理：电流的磁效应，通电螺线管插入铁芯后磁性大大增强。
3．优点：（1）磁性的有无由通断电来控制；（2）磁极由电流方向来控制；（3）磁性强弱由电流大小、线圈匝数等因素决定。
二、电磁继电器
1．电磁继电器的组成：电磁铁、衔铁、弹簧、触点。
2．电磁继电器就是利用电磁铁来控制工作电路通断的一种开关。由低压控制电路和高压工作电路组成。
3．电磁继电器的工作特点：
（1）用低电压、弱电流电路的通断控制高电压、强电流电路的工作，使电路控制变得安全；（2）可进行远距离操作，为实现遥控和自动控制提供可能；（3）控制电路可以用温度、光照等多种形式来实现，为实现温度自动控制或光电自动控制提供条件。
第4节 电动机
一、磁场对电流的作用
图6-14
1．实验现象：磁场中的导体内有电流通过时，原来静止在导轨上的导体会沿导轨运动。
2．结论：通电导体在磁场中会受到力的作用。
3．通电导体在磁场中受力的方向，跟电流方向和磁场方向有关；通电导体在磁场中受力的大小，跟电流大小和磁场强弱有关。
说明：（1）电流方向和磁场方问，改变其中任何一个，即可改变导体的受力方向；若两个同时改变，则导体的受力方向不变。
（2）电流的大小和磁场的强弱只会影响导体运动的快慢，不会改变导体运动的方向。
4．实验中的能量转化：电能→机械能和内能。
二、电动机
1．原理：磁场对电流的作用（或通电线圈在磁场中受力而转动）。
3．能量转化：电能转化为机械能和内能。
第5节 磁生电
一、电磁感应现象
图6-15
1．实验装置：如图6-15。
2．电磁感应现象：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，在导体中就会有电流产生，这种现象叫做电磁感应现象。产生的电流叫感应电流。
3．产生感应电流的条件：
（1）电路是闭合的，即组成电路的各个器件连接成一个电流的通路，它们是连通的，不是断开的。
（2）一部分导体在磁场中，即不是整个电路在磁场中，而是一部分导体在磁场中。
（3）做切割磁感线运动，即导体做与磁感线不平行的运动。
4．感应电流的方向与磁场方向和导体运动方向有关。
说明：改变其中一个因素，感应电流的方向改变；两个因素同时改变，感应电流的方向不变。
5．电磁感应现象中的能量转化：机械能转化为电能。
二、发电机
1．原理：电磁感应。(www.xing528.com)
2．构造：定子、转子、滑环和电刷。
3．交流电和直流电：
（1）方向不变的电流叫做直流电，符号：DC。
（2）大小和方向作周期性改变的电流叫交流电，符号：AC。
说明：我国交流电的周期为0.02s，频率是50Hz。
知识运用
1．关于磁场，下列说法中正确的是（ A ）
A.磁体周围的磁感线从磁体N极发出，回到磁体S极
B.磁极间的相互作用不都是通过磁场发生的
C.磁感线是磁场中真实存在的一些曲线
D.地磁场的N极在地理北极附近，S极在地理南极附近，与地球两极并不完全重合
2．甲铁棒能吸引小磁针，乙铁棒能排斥小磁针，若甲、乙铁棒相互靠近，则两铁棒（D）
A．一定互相吸引 B．一定互相排斥
C．可能无磁力的作用 D．可能互相吸引，也可能排斥
图6-16
3．如图6-16所示，闭合开关后，当导体向右运动时，电流表的指针向左偏转。则能使电流表的指针向右偏转的是（ C ）
A．导体棒竖直向上运动
B．磁铁和导体棒以相同的速度同时向右运动
C．导体棒不动，使磁铁向右运动
D．对调磁铁的磁极，并使导体棒向左运动
图6-17
4．如图6-17所示，小磁针处于静止，则（ C ）
A．电源左端为正极，螺线管左端为N极
B．电源左端为负极，螺线管左端为N极
C．电源左端为正极，螺线管左端为S极
D．电源左端为负极，螺线管左端为S极
图6-18
5．如图6-18所示是汽车启动装置原理图，对于这一装置，下列说法中不正确的是（C）
A．旋转钥匙能使电磁铁所在电路工作
B．电磁铁的工作电压比电动机的工作电压低
C．电磁铁通电时，上端是S极，下端是N极
D．电磁铁通电时，吸引上方的衔铁，使触点A向右与B接触，电动机工作
6．图6-19中四幅图中能说明电动机原理的是（D）
图6-19
7．到银行存取款时，工作人员将银行卡在刷卡器上滑动是将机械运动转化为电流信号的过程，从而通过计算机实现交易。图6-20的四个事例应用了这一原理的是（A）
图6-20
8．如图6-21所示的四个装置，以下关于它们分别用来演示哪个物理现象的描述，错误的是（D）
图6-21
A．图a可用来演示电磁感应现象
B．图b可用来演示电流的磁效应
C．图c可用来演示电磁铁中线圈匝数与磁性强弱的关系
D．图d可用来演示电磁感应现象
9．关于磁场和磁感线，小明总结了如下几点：（1）磁场看不见摸不着，但是可以借助小磁针感知它的存在；（2）磁感线是磁体周围空间实际存在的曲线；（3）磁感线是铁屑组成的；（4）地磁场的磁感线是从地球南极附近发出回到北极附近，以上总结中正确的有（1）（4）（选填序号即可）。
10．如图6-22所示，闭合开关，电磁铁通电时，它的上端是S（选填“N”或“S”）极，若将滑动变阻器的滑片向左移动，电磁铁吸引大头针的数目增多。
图6-22
11.如图6-23所示，弹簧下端挂一条形磁铁，磁铁下端为S极，条形磁铁的正下方有一带铁芯的螺线管，闭合开关后，弹簧长度会缩短（选填“伸长”“缩短”或“不变”）。
图6-23
12.一台电动机的额定电压为220V，线圈电阻R=0.5Ω，电动机正常工作时通过电动机线圈的电流为4A，电动机正常工作10min：（1）消耗的电能为5.28×105J； （2）产生的热量为4800J；（3）输出的机械能为5.23×105J。
13.电动机是将电能转化成机械能的机器，但由于线圈内部有电阻，所以同时还有一部分电能转化成内能。若一台玩具电动机接在6 V的电源两端，使其正常转动时，通过电动机中的电流为0.3 A；短暂地卡住电动机转轴使其不能转动，通过电动机中的电流为3 A，则这台电动机线圈的电阻为2Ω，正常转动时的效率是90%。
14.请在图6-24中的A点用箭头画出条形磁体外部磁感线的方向。
图6-24
15.如图6-25所示，小磁针处于静止状态，请画出螺线管导线的绕线。
图6-25
16.请你根据图6-26中小磁针的指向标出螺线管的N、S极、电流方向和电源的“+”“-”极。
图6-26
17.如图6-27所示，图甲是课本上“通电导线在磁场中受力”的实验示意图，小谦同学实际探究时，在电路上连接了一个滑动变阻器，实验记录如下表6-2：
图6-27
表6-2 实验记录表
（1）用笔画线代替导线，在乙图中将变阻器正确连入电路，小谦在电路中接入滑动变阻器的作用是保护电路，且能改变电路中电流的大小。
（2）比较实验2和3，说明通电导线在磁场中受力方向与磁场方向有关；比较实验2和4，说明通电导线在磁场中受力方向与电流方向有关。
（3）小谦通过观察导线运动方向来判断导线在磁场中受力方向，用到的科学方法是转换法。
（4）小谦想在甲图的基础上对实验进行改造，来探究影响感应电流方向的因素，为了观察到明显的实验现象，他要把图甲中的电源换成图丙中的灵敏电流计。
视野拓展
1.公交IC卡（Integrated Circuit Card，集成电路卡）是非接触式的，即IC卡只要在距离读卡机一定距离内，读卡机就可以读取卡内的数据，而不需要IC卡芯片与读卡器有物理接触。
非接触式IC卡又称射频卡，成功地解决了无源（卡中无电源）和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。主要用于公交、轮渡、地铁的自动收费系统，也应用于门禁管理、身份证明和电子钱包。
非接触式IC卡（或射频卡），读卡机采用发射交变磁场的形式向IC卡提供能量，IC卡上有感应线圈接收交变磁场的能量（电磁感应变压器原理）并做出回应信号使读卡机接收数据读出卡内信息。与传统IC卡最大的优势是使用时不需要接触，减少许多接触问题，可靠性高。
2.电鳐放出的电压可达300～500V。
电鳗是鱼类中放电能力最强的淡水鱼类，输出的电压达300～800V。
常见的带电鱼有电鳗、电鳐、电鲶等。其中电鳗的电力第一强，电鳐的电力第二强。
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