1、9.3 电生磁 9.4 电磁铁【重点难点提示】1电流的磁效应：通电导线的周围存在着磁场，即电流的磁场；电流的磁场使放在通电导线周围的磁针发生偏转这种现象叫做电流的磁效应1820 年，丹麦物理学家奥斯特(Oersted)在实验中发现：当导线中通过电流时，它旁边的磁针发生了偏转；切断电流时，小磁针回到原来的位置；导线中的电流方向改变，小磁针的偏转方向和原来的相反奥斯特的实验表明：通电导线的周围存在着磁场，电流的磁场方向和电流的方向有关系奥斯特在世界上第一个通过实验发现了电现象和磁现象之间是紧密联系的2通电螺线管的磁场把导线绕在圆筒上做成的装置叫做螺线管(solenoid)，也叫线圈(coil)通电
2、螺线管周围存在着磁场；通电螺线管外部的磁场和条形磁铁的磁场一样，把通电螺线管看做一个磁体，两端是它的两个磁极，南极和北极通电螺线管两端的磁极性质跟螺线管中的电流方向有关系通电螺线管的极性和电流方向之间满足以下关系：用右手握住螺线管，让四指弯曲方向跟螺线管中电流的环绕方向致，则大拇指所指的那端就是通电螺线管的 N 极如图 8-7 所示，这个满足通电螺线管的极性和电流方向之间关系的定则通常叫做右手螺旋定则通电螺线管中的电流方向改变，通电螺线管的南北极对调3电磁铁内部带有铁芯的螺线管叫做电磁铁(electromagnet)，它是由线圈和铁芯两部分组成的电磁铁的特点：(1)电磁铁通电时有磁性，断电时无
3、磁性；(2)通入电磁铁的电流越大，它的磁性越强；(3)在电流定时，电磁铁线圈的匝数越多，它的磁性越强【重点难点解析】1决定通电螺线管磁性强弱的因素通电螺线管的磁性强弱跟下列因素有关：(1)电流大小通电螺线管中的电流越大，磁性越强；电流增大，磁性增强(2)匝数多少当通电螺线管中的电流一定时，匝数越多，磁性越强；匝数增加，磁性增强(3)有无铁芯在通电螺线管中插入铁芯后，通电螺线管周围的磁场会大大增强2电磁铁(1)电磁铁是利用通电螺线管内部插入铁芯后，由于铁芯被磁化也具有了磁性而使通电螺线管周围的磁场大大增强的特性制成的电磁铁的铁芯通常用软磁材料(软铁)制作，使得电磁铁通电时具有磁性，断电时磁性立即
4、消失(2)电磁铁通常做成 U 形，这样可以使通电时电磁铁的两个磁极同时起作用，吸引钢铁类物质的能力更强(3)电磁铁的优点：磁性有无可以由通、断电来控制；磁性强弱可以由电流大小和匝数多少来控制；磁极性质可以由电流方向控制(4)电磁铁被广泛应用于工业生产中如电磁起重机、电磁选矿机等，在电铃、发电机、电动机、电话听筒上都要用到电磁铁利用电磁铁还可以制作电磁继电器，用于自动控制【典型热点考题】例 1 图 8-8 是奥斯特实验的示意图分别做甲和乙所示实验，说明_；分别做甲和丙所示实验，说明_.(2003 年，甘肃)分析与解答：图 8-8 所示的奥斯特实验表明，导线通电时磁针发生偏转；切断电流时磁针又回到
5、原位这说明通电导线和磁体一样，周围存在着磁场，即电流周围存在着磁场导线中的电流方向改变，磁针的偏转方向和原来的相反，这说明电流的磁场方向跟电流的方向有关系根据以上分析可知，甲和乙所示实验表明：电流周围存在磁场；甲和丙所示实验表明：电流的磁场方向和电流的方向有关点评：本题考查对实验现象进行分析归纳得出物理规律的能力解题时要善于对不同物理现象进行分析比较，从中找出这些不同现象所反映出的物理规律例 2 如图 8-9 所示，根据通电螺线管的磁感线方向，可判断通电螺线管的左端为_极，电源的 a 端为_极，小磁针的 b 端为_极 (2003 年，广东)分析与解答：已知通电螺线管周围的磁感线是从螺线管左端出
6、来，回到右端，根据磁体周围的磁感线都是从北极出来，回到南极，可得通电螺线管的左端为 N 极；根据通电螺线管的极性跟电流方向的关系可判断螺线管中的电流是从右侧导线流入，从左端导线流出；根据电源外部的电流都是从正极流出，流回负极可判断电源的 a 端为负极；根据磁场方向的规定，磁场中某点的磁场方向，跟放在该点的小磁针静止时北极指向相同，也跟过该点的磁感线的方向相同，可判断小磁针的 b 端为 N 极由以上分析可知，通电螺线管的左端为 N 极，电源的 a 端为负极，小磁针的 b 端为 N极点评：本题考查能否熟练运用通电螺线管的极性和电流方向的关系判定通电螺线管中的电流方向，并根据磁场方向的规定和电路中电
7、流方向的规定判断磁针的 N、S 极和电源的正负极解题过程中要注意按因果关系进行逆向思维由结果寻求原因例 3 关于电磁铁，下列说法中正确的是 ( )(A)电磁铁的磁性强弱跟通过它的电流强弱无关(B)通过电磁铁的电流方向改变，其磁性强弱也随之改变(C)在同一个电磁铁中加铜芯时比加铁芯时的磁性弱(D)相同形状的电磁铁的磁性强弱跟线圈匝数无关(2003 年，重庆)分析与解答：电磁铁的磁性强弱跟电磁铁中的电流大小、匝数多少和内部有无铁芯有关电磁铁中的电流越大，磁性越强，电流增大，磁性增强；在电流一定的情况下，相同形状的电磁铁的匝数越多，磁性越强，匝数增加，磁性增强；电磁铁内部插入铁芯后，铁芯被磁化也获得
8、了磁性，使电磁铁的磁性显著增强而插入铜芯后。铜芯不能被磁化，电磁铁的磁性保持不变；电磁铁中的电流方向改变时，只能使电磁铁的南北极对调，使周围的磁场方向和原来的方向相反，不能改变电磁铁的磁性强弱由以上分析可知，选项 C 正确点评：本题考查对电磁铁磁性强弱的决定因素的认识和理解掌握电磁铁磁性强弱和电流大小、匝数多少、有无铁芯的关系是解答本题的关键例 4 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，小丽所在实验小组通过交
9、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 8-10 所示的 a、b、c、d 为实验中观察到的四种情况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_ (2003 年，辽宁)分析与解答：在制作、研究电磁铁的实验中，是用电磁铁对大头针的吸引作用及其吸引大头针的数目多少来显示电磁铁的磁性和磁性强弱的采用的实验方法是控制变量
10、法分别控制电流有无和大小，探究电磁铁的磁性和线圈匝数的关系，控制电磁铁的线圈匝数，研究电磁铁的磁性和电流有无、电流大小的关系(1)通过观察电磁铁吸引大头针数目多少的不同，来判断它们磁性强弱的不同，吸引大头针越多，电磁铁的磁性越强(2)通过比较 a 和 b(或 a 和 c，或 a 和 d)两种情况，可以验证猜想 A 是正确的，电磁铁通电时有磁性，断电时没有磁性 (3)通过比较 b 和 c 两种情况，可以验证猜想 B 是正确的对于给定的电磁铁(匝数定)，通过的电流越大，磁性越强(4)通过比较 d 中甲、乙两电磁铁，发现猜想 C 不全面，应补充为：外形相同的螺线管，在电流相同时，线圈的匝数越多，它的
11、磁性越强点评：本题从能否运用研究物理问题的方法进行实验设计；能否规范地进行物理实验操作；能否分析实验现象得出结论等方面考查探究问题的能力解题的关键是熟练掌握进行科学探究过程中的“提出问题、猜想与假设、制定计划和设计实验、进行实验与收集证据、分析和论证、归纳结论、交流评价”的七个环节例 5 如图 8-11 所示，A 是螺线管内的铁芯，B 是悬挂在弹簧下的铁块，S 是转换开关，要使弹簧的长度变短，可采取的办法有：_；_；_(2002 年，云南)分析与解答：由图 8-11 可知，开关 S 闭合，电路中有电流通过，电磁铁具有磁性，吸引铁块 B，弹簧被拉长若要使弹簧的长度变短，也就是要使电磁铁对铁块的吸
12、引作用减弱，电磁铁的磁性必须减弱根据电磁铁磁性强弱的决定因素，可以通过减小通电线圈的匝数和通过线圈中的电流来实现，也可以将螺线管内的铁芯拔出来减弱它的磁性由以上分析可知，要使弹簧的长度变短，可采用的办法有：减少通电线圈的匝数(或开关 S 由 1 拨到 2 或 3)；减小通电线圈中的电流(或滑动变阻器的滑片向右移动)；把螺线管内的铁芯抽去.点评：本题考查对通电螺线管磁性强弱的决定因素的理解和灵活应用能力解题的关键是要理解：通电螺线管的磁性强弱是由电流大小、匝数多少和有无铁芯三个因素共同决定，改变其中任何个因素都能控制通电螺线管的磁性强弱对通电螺线管来说，这是永久磁铁无法比拟的优点例 6 在图 8
13、-12 所示的电路中，请用笔画线代替导线将电路补完要求：将滑动变阻器和螺线管组成串联电路，闭合开关后，螺线管左端为 N 极，且滑动变阻器的滑片向左移动时，螺线管的磁性增强 (2003 年，南通)分析与解答：由图 8-12 可知，要使螺线管通电后左端为 N 极，根据通电螺线管的极性和电流方向的关系可判断电流必须从螺线管的右端流入；要使电路连通后滑动变阻器的滑片向左移动时，螺线管的磁性增强，螺线管中的电流必须增大，变阻器连入电路的电阻应该减小，滑动变阻器电阻线左端的接线柱连入电路中才能符合要求由以上分析可得符合题设条件的电路如图 8-13 所示点评：本题考查对通电螺线管磁性强弱的决定因素的理解和运
14、用通电螺线管的极性和电流方向关系判断电流方向的能力正确分析开关闭合后电路中的电流方向和根据滑动变阻器滑片移动情况及电路中的电流变化要求选择变阻器连入电路的接线柱是解答本题的关键例 7 实验室有个旧的学生直流电源，输出端的符号模糊不清，无法分辨正负极小刚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 8-14 所示，闭合开关后，磁针指南的一端向西偏转则输出端 A 端为_极 (2003 年，泰安)分析与解答：图 8-14 所示电路闭合后，小磁针指南的磁极，即南极向西(图中向左)偏转，说明小磁针所在处的磁场方向，也是过该处的磁感线方向是自西向东(图中自左向右)的；根
15、据磁体周围的磁感线是从磁体北极出来回到南极的，可判断通电螺线管的左端为 S 极，右端为 N 极；根据通电螺线管的磁极性质和电流方向的关系可以判断电流是从螺线管的右端导线流入，从左端导线流出的；根据电源外部的电流是从正极流出流回负极可以判断电源的 A 端是负极，B 端是正极由以上分析可知输出端 A 端为负极点评：本题考查使用通电螺线管的极性和电流方向的关系判断电流方向、根据电流方向判断电源正负极的能力解答本题的切入点是根据小磁针偏转方向判断通电螺线管周围的磁感线方向进而确定通电螺线管的 N、S 极本题给我们提供了利用小磁针和通电螺线管辨别电源正负极的方法例 8 在图 8-15 中画出甲、乙两个通
16、电螺线管的绕线方向，要求开关 21S、闭合后甲、乙两通电螺线管互相排斥(2002 年，河南)分析与解答：解答本题可以先画出甲螺线管的绕线方法，据通电螺线管的极性和电流方向的关系判定甲螺线管右端的磁极性质，再根据同名磁极相互排斥确定乙螺线管左端的磁极性质，最后根据通电螺线管的极性和电流方向的关系确定乙螺线管的绕线方法；也可以先确定甲、乙螺线管相靠近端均为 N 极或均为 S 极，再根据通电螺线管的极性和电流方向的关系确定甲、乙螺线管的绕线方法甲、乙两个通电螺线管的绕线方向如图 8-16(a)或(b)点评：此题考查运用通电螺线管的磁极性质和电流方向的关系、磁极间相互作用规律解决问题的能力和作图能力是
17、一个结论开放题从解题过程可知，通电螺线管的极性不仅和电流从螺线管哪端流入有关，而且和螺线管的绕线方向也有关系【易错例题分析】例 要增强通电螺线管的磁性，下列方法中可以采用的是( )(A)改变电流方向(B)减少螺线管的匝数(C)在螺线管内插入铁芯(D)减小电流(2003 年，达州)错解：因为通电螺线管的磁性强弱跟电流大小有关电流越大，磁性越强；电流增大磁性增强减少螺线管的匝数，螺线管因连入电路的电阻线长度减小而使电路的电阻减小，电路中的电流增大而使通电螺线管的磁性增强选项 B 正确警示：通电螺线管的磁性强弱跟匝数有关，在电流一定时，匝数越多，磁性越强，匝数减少，磁性减弱螺线管是用带绝缘漆的漆包线绕在圆筒上制成，漆包线的电阻很小，匝数改变时长度改变，电阻改变很小，对电路中的电流影响很小，研究电流时可以不考虑正解：通电螺线管的磁性强弱跟电流大小、匝数多少、内部有无铁芯有关要增强通电螺线管的磁性，可以增大螺线管中的电流，也可以增加螺线管的匝数，还可以在螺线管中插入铁芯由以上分析可知，选择 C 正确点评：本题考查对影响通电螺线管磁性强弱的因素的认识和理解分析此类题目应当明确：寻求改变通电螺线管磁性强弱的方法措施必须从影响通电螺线管磁性强弱的因素入手；为突出所研究的主要物理问题，必须把对研究的问题影响很小的次要问题忽略，不予考虑学优中考.，网
