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物理最全第二十章电与磁笔记整理、例题与单元测试第二十章 电与磁 第一节 磁现象 磁场1、 磁现象：磁性：物体能够吸引钢铁、钴、镍一类物质（吸铁性）的性质叫磁性。磁体：具有磁性的物体，叫做磁体。磁体具有吸铁性和指向性。磁体的分类：形状：条形磁体、蹄形磁体、针形磁体；来源：天然磁体（磁铁矿石）、人造磁体；保持磁性的时间长短：硬磁体（永磁体）、软磁体。磁极：磁体上磁性最强的部分叫磁极。磁极在磁体的两端。磁体两端的磁性最强，中间的磁性最弱。磁体的指向性：可以在水平面内自由转动的条形磁体或磁针，静止后总是一个磁极指南（叫南极，用S表示），另一个磁极指北（叫北极，用N表示）。无论磁体被摔碎成几块，每一块都有两个磁极。磁极间的相互作用：同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。（若两个物体互相吸引，则有两种可能：一个物体有磁性，另一个物体无磁性，但含有钢铁、钴、镍一类物质；两个物体都有磁性，异名磁极相吸。）磁化：一些物体在磁体或电流的作用下会获得磁性（或相异磁极之间靠近、接触或摩擦），这种现象叫做磁化。机械手表磁化后走时不准；彩色电视机显像管磁化后色彩失真；钢针磁化后可以用来制作指南针。钢和软铁都能被磁化：软铁被磁化后，磁性很容易消失，称为软磁性材料；钢被磁化后，磁性能长期保持，称为硬磁性（永磁体）材料。所以钢是制造永磁体的好材料。2、 磁场：在条形磁体中周围不同的地方，小磁针静止时指示着不同的方向。磁场：磁体周围的空间存在着磁场。磁场的基本性质：磁场对放入其中的磁体产生磁力的作用。磁体间的相互作用就是通过磁场而发生的。磁场的方向：把小磁针静止时北极所指的方向定为那点磁场的方向。磁场中的不同位置，一般说磁场方向不同。磁感线：在磁场中画一些有方向的曲线，任何一点的曲线方向都跟放在该店的磁针北极所指的方向一致。这样的曲线叫做磁感线。对磁感线的认识：磁感线是在磁场中的一些假想曲线，本身并不存在；在磁体外部，磁感线都是从磁体的N极出发，回到S极。在磁体内部正好相反。磁感线的疏密可以反应磁场的强弱，磁性越强的地方，磁感线越密，磁性越弱的地方，磁感线越稀；磁感线在空间内不可能相交。典型的磁感线：3、 地磁场：地磁场：地球本身是一个巨大的磁体，在地球周围的空间存在着磁场，叫做地磁场。地磁场的形状跟条形磁体的磁场相似。地磁场的北极在地理南极附近；地磁场的南极在地理北极附近。小磁针能够指南北是因为受到了地磁场的作用。指南针两极与地理两极相同；地磁场两极与地理两极相反。地理的两极和地磁的两极并不重合，磁针所指的南北方向与地理的南北极方向稍有偏离（地磁偏角），世界上最早记述这一现象的人是我国宋代的学者沈括。（梦溪笔谈）例题：有两根外形完全相同的钢棒，已知其中一根有磁性，另一根无磁性，怎样才能确定哪一根有磁性，哪一根无磁性？ 答：1：取一些铁屑，分别与两钢棒靠近，能够吸引铁屑的一根钢棒有磁性，另一根则无磁性2：拿一根去接触另一根的中部，若相互吸引，则拿的一根有磁性，另一根无磁性；若相互不吸引，则拿的一根无磁性，另一根有磁性3：取一根小磁针，若钢棒的一端与小磁针靠近时相互排斥，则此钢棒有磁性，另一根无磁性；若钢棒的两端都与小磁针的同一端相互吸引，则此钢棒无磁性，另一根有磁性4：分别将两根钢棒用细线吊起来，让它在水平面内能自由转动，静止时总指向南北方向的这根钢棒有磁性，另一根无磁性第二节 电生磁1、 奥斯特实验：最早发现电流磁效应的科学家是丹麦物理学家奥斯特。当导线中通过电流时，它下方的磁针发生了偏转。通电导线周围存在与电流方向有关的磁场，这种现象叫做电流的磁效应。奥斯特实验： 对比甲图、乙图，可以说明：通电导线（电流）的周围有磁场；对比甲图、丙图，可以说明：磁场的方向跟电流的方向有关。4、 通电螺线管的磁场：把导线绕在圆筒上，做成螺线管（线圈）。各圈导线产生的磁场叠加在一起，磁场就会强得多。通电螺线管外部的磁场方向和条形磁体的磁场一样。通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个极，改变电流方向，通电螺线管的N、S极正好对调，这说明通电螺线管两端的极性跟螺线管中电流的方向有关。3、安培定则：用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中电流的方向，则拇指所指的那端就是螺线管的N极。第三节 电磁铁 电磁继电器1、 电磁铁：定义：插有铁芯的通电螺线管。用途：电磁起重机、电动机、发电机、电铃、电磁继电器、全自动洗衣机的进水排水阀门、卫生间感应冲水器阀门、高速磁悬浮列车等。特点：电磁铁的磁性有无可由通断电控制，通电有磁性，断电无磁性；电磁铁磁极极性可由电流方向控制；影响电磁铁磁性强弱的因素：电流大小、线圈匝数、有无铁芯：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；有铁芯的电磁铁比其他相同的没有铁芯的电磁铁磁性强。2、 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、强电流电路的装置。电磁继电器是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。电磁继电器的结构：电磁继电器由电磁铁、衔铁、弹簧、动触点和静触点组成，其工作电路由低压控制电路和高压工作电路组成。第四节 电动机1、 磁场对通电导线的作用： 通电导体在磁场里受到力的作用。力的方向跟磁感线方向垂直，跟电流方向垂直； 通电导体在磁场里受力的方向，跟电流方向和磁感线方向有关。（当电流方向或磁感线方向两者中的一个发生改变时，力的方向也随之改变；当电流方向和磁感线方向两者同时都发生改变时，力的方向不变。） 当通电导线与磁感线垂直时，磁场对通电导线的力最大；当通电导线与磁感线平行时，磁场对通电导线没有力的作用。2、 电动机（电能转化为机械能）：电动机是根据通电线圈在磁场中因受力而发生转动（原理）制成的，是将电能转化为机械能的装置。电动机是由转子（能转动的线圈）和定子（固定不动的磁体）两部分组成的。换向器：1.原理：两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两个半环中间断开，彼此绝缘。A和B是电刷，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路。这样，无论线圈的哪个边，只要它处于靠近磁体S极的一侧，其中的电流都是从读者这边朝纸内方向流去，这时它的受力方向总是相同的，线圈就可以不停地转动下去了。实际上每个电动机都有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动的过程中受力的方向都能使它朝同一个方向转动。（每当线圈刚转过平衡位置时，能自动改变线圈中电流的方向，使线圈连续转动。）2.改变电动机转动方向的方法：改变电流方向（交换电压接线）或改变磁场方向（对调磁极）。3.提高电动机转速的方法：增加线圈匝数、增加磁体磁性（增加磁场强度）、增大电流、减小电刷与换向器之间的摩擦。探究：1.线圈不转的原因：推转子：线圈处于平衡位置。把电刷弯曲：电刷接触不良或受到摩擦力太大。 在原磁体上加一块磁体：原磁体磁性太弱。2.线圈不能连续转动是因为线圈越过平衡位置后，受到磁场对它的作用力与运动方向相反，阻碍运动，从而使线圈不能持续转动。在越过平衡位置后，停止对线圈供电，线圈由于惯性就会持续转动下去。我们采用刮去引线漆皮的做法来控制电路通断，即一端的引线漆皮全部刮掉，而另一端的漆皮只上半周或下半周，从而保证给线圈适时供电或停电。这样线圈每转动一周，只有半周获得动力，再另半周线圈将要受到阻碍它转动的力时没有电流通过，线圈不受力；当线圈靠惯性转过这半周后又回到原来的状态，线圈又受到同方向转动的力，以保证线圈继续转动下去。如果在线圈转动的后半周，不是停止给线圈供电，而是设法改变后半周电流的方向，使线圈在后半周也获得动力，线圈将会更平稳、更有力的转动下去。3、 扬声器：扬声器是将电信号转化成声信号的装置，它由固定的永久磁体、线圈和锥形纸盆构成。扬声器的工作原理：当线圈通有电流时，线圈受到磁体吸引而向左运动；当线圈通过方向相反的电流时，线圈受到磁体排斥而向右运动。由于通过线圈的电流是交变电流（携带声音信息、时刻变化），它的方向不断变化，线圈就不断地来回振动，带动纸盆也来回振动，于是扬声器就发出了声音。第五节 磁生电1、 电磁感应现象：英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。内容：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，这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。导体中感应电流的方向，跟导体的运动方向和磁感线方向有关。（当导体运动方向或磁感线方向两者中的一个发生改变时，感应电流的方向也随之改变；当导体运动方向和磁感线方向两者同时都发生改变时，力的方向不变。）2、发电机（机械能转化为电能）：发电机是根据电磁感应现象（原理）制成的，是将机械能转化为电能的装置。发电机是由定子（固定部分）和转子（转动部分）两部分组成的。改变发电机产生感应电流的方向的方法：改变导体做切割磁感线运动方向或改变磁场方向（对调磁极）。提高发电机速度的方法：增大导体做切割磁感线运动速度、增加磁体磁性（增加磁场强度）。大型发电机发的电，电压很高、电流很强，一般采取线圈不动、磁极旋转的方式来发电，为了得到较强的磁场，要用电磁铁代替永磁体从电池得到的电流的方向不变，通常叫做直流电。（DC）电流方向周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电。（AC）在交变电流中，电流在每秒内周期性变化的次数叫做频率，频率的单位是赫兹，简称赫，符号为Hz。我国供生产和生活用的电为交流电，电压是220V，频率是50Hz，周期是0.02s，即1s内有50个周期，交流电的方向每周期改变2次，所以50Hz的交流电电流方向1s内改变100次。3、磁记录：（1）录音机的磁带上就附有一层硬磁性材料制成的小颗粒。录音时（声信号转化为电信号），声音先转变成强弱变化的电流，这样的电流通过录音磁头，产生了强弱变化的磁场。磁带划过磁头时，磁带上的小颗粒被强弱不同的地磁化，于是记录了一连串有关磁性变化的信息。放音时（电信号转化为声信号），磁带贴着放音磁头运动，磁性强弱变化的磁带使放音磁头中产生变化的感应电流，电流经放大后使扬声器发声，这就“读”出了录音带中记录的信息。（2）随着技术的不断进步，磁记录与人们的关系越来越密切。录音带、录像带、电脑中的磁盘，打电话的磁卡，银行的信用卡，还有磁卡式车票等等，都是用磁来记录信息的。（3）动圈式话筒（声信号转化为电信号）：当你对着话筒说话或唱歌时，声音使膜片振动，与膜片相连的线圈也跟着一起振动，线圈处在磁场中。把线圈两端的导线接入扩音机【扬声器（见上一节）（电信号转化为声信号）】，就能通过扬声器听到你说话的声音。例题1. 悬挂起来的磁体（如图），静止时总是一个磁极指南，一个磁极指北，分别叫做磁体的 极和 极磁体有广泛的应用，许多物体上都有磁体，请你举出两个应用磁体的实例 ， 。2. 磁场是有方向的，小磁针在磁场中某点 极受力方向或小磁针静止时 极所指方向，就是该点的磁场方向3. 在下列因素中，对通电螺线管磁性强弱没有影响的是 ： ( )A. 电流的强弱 B. 电流的方向 C. 线圈的匝数 D. 螺线管中是否有铁芯图54. 如图5中要改变通电导体AB的运动方向，下面方法正确的是： ( )A. 升高电源电压 B. 增大通过电动机线圈的电流强度C. 把电源正、负极对调D. 把电源正、负极对调的同时，将电动机磁铁的两极也对调电与磁章节测试一、填空题：(每空1分，共28分)5. 磁体各部分的磁性强弱不同，条形磁体的 磁性最强，磁体上磁性最强的部分叫 6. 用条形磁铁的磁极去靠近磁针时，它们并没有接触，就发生了力的相互作用，是因为磁体的周围空间存在着 磁铁周围的磁感线都是从磁铁的 极出来，回到磁铁的 极7. 通电螺线管周围的磁场跟 磁铁周围的磁场相似，通电导线周围的磁场方向和其电流方向之间的关系可以用 定则来判定图28. 内部带铁心的螺线管叫 ，电磁铁的优点很多，它的磁性有无可以由 来控制；电磁铁的磁性强弱可以由 来控制；电磁铁的南北极可以由 来控制，使用起来很方便在电流一定时，螺线管的匝数越多，它的磁性越 9. 如图2所示，把一根直导体 AB放在蹄形磁体的磁场里，接通电源，让电流通过原来静止的导体AB，观察到导体AB ，说明通电导体在磁场里受到 的作用10. 认真观察图3，你能获取的信息有：（1） （2） （3） 。11. 直流电动机是利用通电线圈在 里受力而转动的原理制成的，它是把 能转化成 能的装置.图312. 发电机的原理是闭合电路的一部分导体在磁场里做 的运动时，导体中能产生感应电流，它是把 能转化为电能二、选择题：（每题3分，共18分）1. 下列关于磁感线的说法中，正确的是： ( ) A. 磁感线是磁场中确实存在的一种线；B. 磁感线是磁场中假想的曲线，磁体周围的磁力线都是从南极出发到北极；C. 磁感线上任何一点的曲线方向都跟放在该点的小磁针北极所指的方向一致D. 磁感线是有方向可交叉的线2. 实验室有一个旧的直流电源，其输出端的符号模糊不清，无法分辨正负极小明设计了下面的判断电源两极的方法在桌面上放一个小磁针，在磁针东面放一个螺线管，如图4所示闭合开关后，磁针指南的一端向东偏转下述判断正确的是： ( )A. 电源A端是正极，在电源外部电流由A流向B图4B. 电源A端是正极，在电源外部电流由B流向AC. 电源B端是正极，在电源外部电流由A流向BD. 电源B端是正极，在电源外部电流由B流向A3. 当一根直导线在磁场中做切割磁感线运动时： ( )A. 导线两端可能产生感生电压 B. 导线两端必定产生感生电压C. 导线中一定有感生电流产生 D. 感生电压和感生电流一定同时产生4. 发电机运用的原理是：（ ）A. 右手定则 B. 通电线圈在磁场中受力转动C. 奥斯特实验 D. 电磁感应三、实验题（22分，第1题6分，第2、3题各8分）：1. 某同学探究“什么情况下磁可以生电”的实验装置如图如图6所示，在磁场中悬挂一根直导线,导线的两端分别连接在小量程电流表的两个接线柱上,组成一个闭合电路.闭合开关后，移动直导线，实验情况如下表：运动情况向上向下向左图6向右电流表指针不偏转不偏转偏转偏转 则产生感生电流的条件是： 图7另一同学实验装置如图7ab是一根直铜丝，通过导线接在量程为3A电流表的两接线柱上，电流表指针指零当把ab迅速向右运动时，并未发现电流表指针明显偏转你认为最有可能的原因是 2. 如图8在磁针上面有一条导线,当直导线触接电池通电时，可以看到小磁针 ；改变电流方向，又能看到 ，得出的结论有（1） ，（2） 图83. 为探究电磁铁的磁性跟哪些因素有关，小丽同学作出以下猜想：猜想A：电磁铁通电时有磁性，断电时没有磁性猜想B：通过电磁铁的电流越大，它的磁性越强猜想C：外形相同的螺线管，线圈的匝数越多，它的磁性越强为了检验上述猜想是否正确，小丽所在小组通过交流与合作设计了以下实验方案：用漆包线（表面涂有绝缘漆的导线）在大铁钉上绕制若干圈，制成简单的电磁铁图9所示的a、b、c、d为实验中观察到的四种情况abcd甲 乙图9SSSS根据小丽的猜想和实验，完成下面填空：（1）通过观察电磁铁吸引大头针数目多少的不同，来判断它的不同（2）通过比较 两种情况，可以验证猜想A是正确的（3）通过比较 两种情况，可以验证猜想B是正确的（4）通过比较d中甲、乙两电磁铁，发现猜想C不全面，应补充 四、作图与问答：（共20分）1. 在图10中，根据小磁针N极静止时所指的方向，标出条形磁针周围磁感线的方向和磁铁的N、S极（4分）2. 根据图11中小磁针的指向，请标出此时通电螺旋管的N、S极和电流方向（4分）3. 在图12中标出螺线管中的电流方向，并标明它两个的磁极图12图11图10图12图11图104. 小华到河边游玩，在河中发现如图13所示的装置，顺着导线小华来到河边的一个小屋，在屋内发现了如图14所示的小装置屋里的叔叔告诉小明，这两个装置组成了防汛报警器 （1） 请你在两图中把电路连起来（4分）（2） 请说出：当图中的水面上升到一定位置时，通过怎样的过程，图14中的报警灯就被接通发光（图13中的球A是一个小浮于，能随水面的升降而升降）（6分）图14图13五、探究与体验：（12分）小王同学学习电磁铁后，想用以下器材对电磁铁的强弱与哪些因素有关进行探究。请你帮助小王同学针对这个问题进行猜想，并根据所给器材，针对一个猜想进行探究。器材：自制电磁铁（线圈匝数可以改变）、铁芯、干电池、开关、滑动变阻器、大头针若干、导线若干。（1）进行猜想：对电磁铁的强弱可能与 、 以及 等因素有关。（2）完成下表探究的问题实验的主要步骤实验结论