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第30講 磁及電磁現象
30.1學習提要
30.1.1 磁體和磁場
1. 磁體
能吸引鐵、鈷、鎳等物質的性質叫磁性。具有磁性的物體叫磁體。能長期保持磁性的磁體叫永磁體。永磁體有天然磁體和人造磁體兩種。是原來沒有磁性的物體獲得磁性的過程叫做磁化。
磁體中有兩個磁極，是磁體上磁性最強的部分。將磁體懸掛（或支撐）起來自由轉動后，靜止時指南的一極叫做南極，用S表示；指北的一極叫做北極，用N表示。
2. 磁極間的相互作用
實驗表明，磁極跟磁極之間存在引力或斥力，它們的作用規律是同名磁極相互排斥，異名磁及相互吸引。
3. 磁場
磁體周圍空間存在著磁場。磁場的基本性質是對放入其中的磁體產生磁力作用，如圖30-1所示。
4. 磁感線
在磁體周圍畫一些帶箭頭的曲線，使任意點的曲線方向都跟放在該點的小磁針靜止時北極所指的方向一致，該曲線稱為磁感線。磁體周圍的磁感線都是從磁體的北極出發，經過磁體周圍的空間，回到磁體的南極，如圖30-2所示。

圖30-1 圖30-2
5. 地磁場
地球周圍存在著磁場-------地磁場，地磁場磁感線的分布跟條形磁鐵的磁場很相似，但是地理的兩極與地磁的兩極并不重合，地磁場北極在地理南極附近，地磁場南極在地理北極附近。地軸與磁軸彼此的偏離角度叫磁偏角。我國宋代科學家沈括在《夢溪筆談》中指出水平放置的磁針“常微偏東，不全南也”，最早發現了磁偏角現象，如圖30-3所示。就是在地磁場的作用下，小磁針才會指南北。圖30-4所示的司南，是我國春秋戰國時代發明的一種最早的指示南北方向的磁體，指南器。

圖30-3 圖30-4
30.1.2 電流的磁場
1. 電流周圍存在磁場
如圖30-5所示，放在通電直導線下方的小磁針會發生偏轉，這就是著名的奧斯特實驗，它表明電流周圍存在著磁場。

圖30-5
2. 電流周圍磁場方向的判別
電流周圍磁場的方向可以根據右手螺旋定則加以判斷。通電直導線周圍的磁場方向的判 定方法是：用右手握住導線，讓伸直的大拇指指向電流方向，那么彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環繞方向，如圖30-6(a)所示。通電螺線管磁極的判定方法是：用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致，大拇指所指的那端就是通電螺線管的北極，如圖30 - 6(b)所示。

圖30 – 6 圖30 - 7
3. 電磁鐵
內部帶有鐵芯的螺線管叫做電磁鐵。電磁鐵的磁性強弱與線圈的匝數、線圈中的電流大 小有關，線圈單位長度的匝數越多，電流越大，電磁鐵的磁性就越強。利用電磁鐵制成的電磁繼電器可以用低電壓、弱電流控制高電壓、強電流，還可實現遠距離操縱，如圖30 - 7所示。
30.1.3 磁場對電流的作用力
通電導線在磁場中要受到力的作用。直流電動機就是利用通電線圈在磁場中受力而轉動的原理制成的，它能將電能轉化為機械能。
30.2難點釋疑
30.2.1 與磁體相互作用的物體
若被判定的物體與已知磁體互相排斥，則該物體一定有磁性，且被測端與已知磁極是同名磁極。
若被判定物體與已知磁體互相吸引，則不能確定被判定物體是否有磁性。
30.2.2 對磁感線的理解
磁感線可以方便、形象地描述磁場，磁感線有如下特點：
（1）磁感線不能相交。
（2）磁感線上各點的切線方向，就是該點的磁場方向，也是放在該點的小磁針靜止時北極所指的方向。
（3）任何磁體周圍的磁感線總是從磁體的北極出發，回到磁體的南極。磁感線不是真實存在的線，是人們為形象描述磁場而假想的。
（4）同一磁體周圍不同的地方，磁感線的疏密是不一樣的，磁感線的疏密反映了磁場的強弱，磁感線越密的地方，磁場越強。越靠近磁極處，磁感線越密。條形磁體周圍的磁感線分布，如圖30 - 8所示。

圖30 - 8
30.2.3 用小磁針判斷通電螺線管的極性和電流方向
對一個通以直流電的通電螺線管，如何用小磁針來判斷它的極性或電流方向呢？
由于通電螺線管相當于一根條形磁鐵，因此可以先根據磁體的相互作用確定螺線管的極性。然后再用右手螺旋定則確定線圈中的電流方向。
例如圖30 - 9(a)所示，通電螺線管右方小磁針諍止時N極指向右面，那么電源AB哪一端是正極呢？

（a） 圖 30- 9 （b）
根據異名磁極相吸引的原理可以斷定通電螺線管的右邊是N極，左邊是S極，右手拇指指向右邊，四指表示電流方向，如圖30-9(b)所示。所以A為電源負極，B為電源正極。
30. 2. 4設計和連接繼電器電路
繼電器電路主要用于電路的控制，即：利用電流的有、無或強、弱改變電磁鐵的磁性來 進行操作。通常分為兩種情況：一種是用低電壓控制高電壓；另一種是利用弱電流控制強電流。因此在設計和連接電路時，一定要讓繼電器的線圈與低電壓、弱電流控制的電路相連接，讓控制信號（如溫度、水位、光線、聲音等）來控制這個電路。讓銜鐵的觸點與高電壓、強電流控制的電路相連接，使工作電路能在繼電器控制下正常工作。兩部分電路中都可能有指示燈、報警裝置等，通常都是與各自的電路并聯的，這樣才不致因指示燈的損壞而影響電路的正常工作。
30.3 例題解析
30.3.1有無磁性的判斷
例1 在一條形鋼AB上方放置一小磁針，放上時小磁針正好靜止，如圖30 - 10所示，則下列說法正確的是 （ ）
A、AB—定有磁性，且A端為北極
B、AB—定有磁性，且B端為北極
C、AB—定無磁性
D、AB可能有磁性，也可能無磁性

圖30 - 10
【點撥】小磁針靜止不動，表明小磁針N極的指向恰好與此處的磁場方向一致。
【解析】本題中小磁針正好靜止不動，有兩種可能：一種是AB有磁性且正好A端為北極，B端為南極，在小磁針處磁感線方向與小磁針N極受力方向一致；另一種是AB沒有磁性，小磁針受地磁場作用，恰好靜止不動。
【答案】D。
【反思】明確小磁針偏轉的原因是解答本題的關鍵。
例2 甲、乙是兩根外形完全相同的鋼棒，乙棒能吸引甲棒的中間，如圖30 - 11所示，由此可知 （ ）
A、甲、乙一定都有磁性
B、甲、乙一定都沒有磁性
C、甲一定沒有磁性，乙一定有磁性
D、乙一定有磁性，甲可能有磁性，也可能沒有磁性

圖30-11
【點撥】異名磁極可以互相吸引，磁性物體也可吸引鐵磁性物質。
【解析】磁體磁極處磁性最強，中間的磁性最弱。乙的磁極正對甲的中間，不論甲是不是磁鐵，都會被乙的磁極吸引，所以乙一定具有磁性。
【答案】D
【反思】本題不僅要知道磁性物體的特點，還要知道條形磁鐵上磁性強弱的分布規律。

30.3.2 對磁感線的理解
例3 關于磁感線，正確的說法是 （ ）
A、用磁感線可以形象地表示磁場的方向和它的分布情況
B、磁感線是磁場中真實存在的線
C、磁鐵外面的磁感線是從磁鐵的S極出來，回到它的N極
D、在磁場中，任意畫出的一條條曲線，都叫做磁感線
【點撥】磁感線是為了形象地描述磁場而畫出的一些假想線，它的分布有一定的規律。在磁鐵外部磁感線都是從N極出來，回到S極。
【解析】磁感線不是真實存在的線，故B是錯的；磁體周圍的磁感線都是從N極出來，回到S極，故C是錯的；磁感線上任何一點的切線方向應該是該點磁場方向，不是隨意畫的，故D是錯的。
【答案】A。
【反思】正確理解磁感線的物理意義是解答本題的關鍵。
30.3.3 影響電磁鐵磁性強弱的因素
例4 為了研究影響電磁鐵磁性強弱的有關因素，現用兩個線圈匝數分別為50匝和100匝的外形相同的電磁鐵進行實驗，實驗中先后將兩個線圈接入圖30 - 12所示的電路中。閉合電鍵S后，用電磁鐵吸引大頭針，并移動滑動變阻器的滑片P，重復多次實驗，記錄如表30 - 1所示。

圖30 - 12
電磁鐵匝數 50匝 100匝
實驗次數 1 2 3 4 5 6
電流表示數（A） 0.8 1.2 1.5 0.8 1.2 2.0
吸引大頭針的最多數目（枚） 5 8 10 10 16 25.

（1）實驗中是通過電磁鐵 來判定其磁性強弱的。
（2）分析第1、2、3次的實驗記錄，會發現 相同時， 磁性越強。
（3）分析第 次的實驗記錄，會發現 相同時， 磁性越強。
【點撥】電磁鐵吸引大頭針的數目越多，說明磁怵的磁性越強。
【解析】分析第1、2、3次（或4、5、6次）的實驗數據可以看出，當電磁鐵匝數相同時，電流發生變化，電磁鐵的磁性也發生變化，即電流越大，電磁鐵的磁性越強。分析第1次和第4次、第2次和第5次的數據時，可以看出，當電流相同時，線圈匝數不同，電磁鐵磁性的強弱也不同。當電流相同時，線圈匝數越多,電磁鐵的磁性越強。
【答案】 （1）吸引大頭針數目的多少；（2）線圈匝數，電流越大；（3） 1、4（或2、5），電流，線圈匝數越多。
【反思】當實驗涉及多個因素，在分析實驗數據時要注意控制變量。

30.3.4 電磁繼電器電路
例5 如圖30 - 13所示的電路，控制電路正常工作時，綠色指示燈亮；而電路發生故障時，紅色指示燈亮且電鈴報警，這是為什么？

圖30 - 13
【點撥】圖30 - 13是利用電磁繼電器控制的電路，左側是電磁繼電器。
【解析】當控制電路接通時，通有電流的電磁鐵變成磁體，將銜鐵吸引下，使得被控制電路中，綠燈被接通；當控制電路不正常工作時，銜鐵恢復正常，被控制電路紅燈亮。銜鐵此時相當于一個電鍵。
【答案】控制電路正常工作時，電磁鐵線圈中有電流通過，電磁鐵有磁性，吸下銜鐵，綠燈與電源組成回路，故綠燈亮。當電路發生故障時，電磁鐵線圈中沒有電流通過，電磁鐵失去磁性，彈簧將銜鐵提起，由紅燈、報警電鈴、電源組成回路，故電鈴響、紅燈亮。
【反思】分析本題時，首先要仔細觀察電路圖，明確各部分電路的特點及作用。
30.4 強化訓練
A卷
1、能夠吸引鐵、鈷、鎳等物質的性質叫做 。我囯宋代的科學家 是世界上第一個清楚、準確地論述磁偏角的科學家。

2、磁場基本性質是它對放人其中的磁體有 的作用。通電螺線管周圍的磁場和磁體的磁場相似。

3、地球是個大磁體，在地球周圍的磁感線都是從地磁 極出來，進人到地磁 極。地磁的北極在地理 極附近。

4、如圖30-14所示，當導線中通以從B到A的直流電時,下方小磁針的N極將垂直紙面向 轉動，這就是著名的 實驗，這個實驗表明 。

圖30-14
5、通電線管磁性的強弱與 有關，與 有關，與 有關，內部帶有 的螺線管叫做電磁鐵。通電螺線管對外相當于一個 。

6、將一鋼棒靠近小磁針N極，小磁針被吸引，由此可判斷鋼棒 （ ）
A、—定有磁性 B、可能有磁性，也可能沒有磁性
C、靠近小磁針N極一端一定為N極 D、靠近小磁針N極一端一定為S極

7、關于磁感線說法正確的是 （ ）
A、磁場和磁感線都是客觀存在的
B、磁場是客觀存在的，磁感線是假想的
C、磁場是假想的,磁感線是客觀存在的
D、條形磁鐵周圍的磁感線總是從S極出發，回到N極
8、兩根外形完全相同的條形物體A和B其中有一根是磁鐵，如圖30-15（a）所示放置，B被吸住不掉下來；如圖30-15（b）所示，A不能被吸住而要掉下來，由此可以斷定（ ）

圖30-15
A、 A不是磁鐵，B是磁鐵 B、A是磁鐵，B不是磁鐵
C、A、B都是磁鐵 D、A、B都不是磁鐵

9、如圖30-16所示，一根縫衣針，中間用細線吊在高處，當用條形磁鐵的N極靠近其針尖時，可以看到它們互相推斥，由此可知 （ ）

圖30-16
A、針尖是N極 B、針尖是S極 C、針沒有磁性 D、無法判斷

10、磁鐵折成兩段后，兩個斷口 （ ）
A、沒有磁性 B、都是N極 C、都是S極 D、分別為一N極、一S極

11、實驗表明，磁體能吸引1元硬幣，對這種現象解釋正確的是 （ ）
A、硬幣一定是鐵做的，因為磁體能吸引鐵 B、硬幣一定是鋁做的，因為磁體能吸引鋁
C、磁體的磁性越強，能吸引的物質種類越多 D、硬幣中含有磁性材料，磁化后能被吸引