1、 一. 本周教学内容第九章 电与磁二. 重难点1. 理解奥斯特实验及其结论，知道通电螺线管的磁场分布，掌握安培定则。2. 理解电磁铁的工作原理，知道影响电磁铁磁场强弱的因素。3. 掌握电磁继电器的工作原理。三. 知识点分析奥斯特的实验：如图 1 所示，将一根导线平行地拉在静止小磁针的上方，观察导线通电时小磁针是否偏转，改变电流方向，再观察一次。甲：通电 乙：断电 丙：改变电流方向图 1 奥斯特实验实验表明，导线通电时磁针发生偏转，切断电流时磁针又回到原位。这说明：通电导线和磁体一样，周围存在着磁场，即电流的磁场；正是电流的磁场使磁针发生偏转。这种现象叫做电流的磁效应。实验还表明，电流方向改变了
2、，磁针的偏转方向也相反。这说明电流的磁场方向跟电流方向有关。在历史上，人们对电现象和磁现象的研究是分别进行的，在相当长的时间里都认为电和磁是互不相关的两件事。19 世纪初，一些哲学家和科学家开始认为自然界各种现象之间应该是互相有联系的。基于这种思想，丹麦物理学家奥斯特用实验方法来寻找电和磁之间的联系。起初他的实验都失败了。直到 1820 年 4 月的一天，他在课堂上演示物理实验时，有一次把导线平行地放在磁针上面通电，磁针发生偏转。当时并没有引起在场其他人的注意，而奥斯特却是个有心人，看到这个现象后非常兴奋。他紧紧抓住这个现象，又继续做了几十个不同的实验，终于成为第一个发现电与磁之间的联系的人而
3、载入史册。通电螺线管的磁场：奥斯特的发现激发了科学家的探索热情。他们让电流通过弯成各种形状的导线，研究电流的磁场，其中有一种就是把导线绕成螺线管再通电，通电螺线管的磁场是什么样的呢？如图 2 所示，在螺线管的两端各放一个小磁针，并在硬纸板上均匀地撒满铁屑，通电后观察小磁针的指向，轻敲纸板，观察铁屑的排列情况、改变电流方向，再观察一次。图 2 通电螺线管的磁场实验结果表明，通电螺线管外部的磁场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，它们的极性可以从实验中小磁针的指向来确定。改变电流方向，通电螺线管的南北极正好对调，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。通电螺
4、线管的极性跟电流方向的关系，可以用安培定则来判定。照图 3 那样，用右手握螺线管，让四指弯向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的那端就是螺线管的北极。你能用这个方法判定图 2 中螺线管的 N、S 极吗？图 3 安培定则用小磁针探查通电螺线管的磁场，发现当螺线管内插入铁芯时，由于铁芯被磁化，磁场大大增强图 4，因此，人们在利用通电螺线管得到强磁场时，一般都要把螺线管紧密地套在一个铁芯上，这样就构成了一个电磁铁。图 4 铁芯使通电螺线管的磁性增强电磁铁有什么特点？它的磁性强弱跟哪些因素有关系呢？请你自己做实验来研究，给你的实验器材是：一个线圈匝数可以改变的电磁铁、电源、开关、滑动变阻器、电流表和一小
5、堆大头针。1. 电磁铁的磁性跟电流的通断有关系吗？把电磁铁和电源、开关串联起来。观察通电和断电时电磁铁对大头针的作用。2. 电磁铁的磁性强弱跟电流的大小有关系吗？把电源、开关、滑动变阻器、电流表和电磁铁上匝数较少的线圈串联起来。调整变阻器的滑片，使通电时电路中的电流较小。观察通电时电磁铁吸引大头针的数目。然后移动变阻器的滑片，使电流增大，观察电磁铁吸引大头针的数目有什么变化？3. 对于外形相同的螺线管，电磁铁的磁性强弱跟线圈的匝数有关系吗？改变电磁铁的接线，增加通电线圈的匝数，同时调整变阻器的滑片，使电流保持不变。观察电磁铁吸引大头针的数目有什么变化。将你的实验结果填入下面的空白处：（1）电磁
6、铁通电时 磁性，断电时 磁性。（2）通入电磁铁的电流越大，它的磁性越 。（3）在电流一定时，外形相同的螺线管，线圈的匝数越多，它的磁性越 。电磁铁在实际中用处很多，它的最直接的应用之一是电磁起重机。工厂里搬运钢铁的电磁起重机安装在吊车上，可以上下移动，还可以跟吊车一起移动。大型电磁起重机一次可以吊起几吨钢材。电磁铁在电铃、发电机、电动机、自动控制上都有应用。人直接操作高压电路的开关是很危险的，因此我们希望通过控制低压电路的通断间接地控制高压电路的通断。利用电磁铁制成的电磁继电器，帮助我们解决了这个问题。图 5 电磁继电器的结构和工作电路A：电磁铁 B：衔铁 C：弹簧 D：动触点 E：静触点工作
7、原理：电磁铁通电时，把衔铁吸下来，使 D 和 E 接触，工作电路闭合，电磁铁断电时失去磁性，弹簧把衔铁拉起来，切断工作电路。电磁继电器就是利用电磁铁控制工作电路通断的开关。图 5 中的虚线部分是电磁继电器的结构和工作电路示意图。把图和实物结合起来，认识它的各个部分，弄懂它的工作原理，然后做下面的实验。实验：把继电器线圈接到电源上，组成控制电路，观察通电和断电时触点闭合和断开的情况，再用一个电源和小灯泡组成一个工作电路，使继电器通电时小灯泡亮，断电时小灯泡灭。上面的实验用继电器控制小灯泡，似乎没有必要。但如果工作电路是对人有危险的高压电路，就很有必要了。由人直接操作的继电器控制电路只需要低压就可
8、以工作，不会有危险。如果生产场所温度高或环境不好，还可以把继电器留在那里，而把控制电路的开关安装在远离该处的地方，进行远距离操作（图 6） 。在继电器控制电路中接入对温度或光照敏感的元件，用这些元件操纵控制电路的通断，还可以实现温度自动控制或光自动控制。图 6 电磁继电器的应用端，丙的左端均为 N 极。故答案为 A、C。借题发挥：通电螺线管中的电流方向改变，南北极调换；螺线管的绕向改变，南北极调换。如图 2 所示。图 2涉及电源正负极、电流方向、螺线管极性、小磁针指向的通电螺线管问题的主要类型有：（1）电源正负极电流方向螺线管极性小磁针指向（2）小磁针指向螺线管极性电流方向电源正负极（3）电源
9、正负极电流方向螺线管极性小磁针指向（4）电源正负极电流方向螺线管极性小磁针指向通电螺线管内部磁感线方向是从南极到北极。例 2 如图 3 所示，试将两只螺线管连接在同一电路中，使两螺线管相近的两个磁极相互排斥，并标明螺线管的 N、S 极。图 3解题思路：两个线圈互相排斥，说明它们靠近的两端均为 N 极或均为 S 极。以此为据再用安培定则判断出电流的方向，最后根据电流方向画出电路图。答案：如图 4 所示。图 4借题发挥：用相同的方法也可以得出图中两个线圈相吸引的两个答案。相互吸引N、S 相对或 S、N 相对电流方向电路图，如图 5 所示。图 5例 3 如图 6，一个轻质金属弹簧下端刚好与水银槽中的
10、水银相接触，用导线把弹簧、水银、小灯泡、开关电源连成串联电路，当合上开关时，弹簧会上下振动，小灯泡会一闪一闪。试解释发生的现象。S图 6解题思路：闭合开关后，弹簧相当于一个通电螺线管，并且相邻线圈的电流方向一致，产生的极性相同，如上端均为 N 极，下端为 S 极，相邻两匝线圈靠近的一端为异名磁极，相互吸引，使弹簧缩短，下端离开水银，电路断开，磁性消失，下端又与水银接触，如此反复，所以弹簧会上下振动，小灯泡一闪一闪的。借题发挥：由通电线圈的极性可以判断两个通电线圈的相互作用。如图 7 中两个线圈，套在一根光滑的玻璃棒上，导线很柔软，可自由滑动，开关 S 闭合后，甲图中两线圈相互排斥，乙图中两线圈
11、互相吸引。SS甲 乙图 7例 4 关于电磁铁的特点，以下说法正确的是（ ）A. 电磁铁通电有磁性，断电仍能保持一部分磁性B. 通入电磁铁的电流越大，它的磁性越强C. 在电流一定时，外形相同的螺线管，线圈匝数越多磁性越强D. 当通入电磁铁的电流方向改变后，电磁铁就会失去磁性解题思路：内部带铁心的通电螺线管叫做电磁铁，它的优点是：电磁铁有无磁性可以由通断电来控制；它的磁性强弱可以由电流的强弱来控制；它的 N、S 极可以由变换电流方向来控制。电流一定时，外形相同的螺线管，线圈匝数越多，磁性越强。故答案为 B、C。借题发挥：结合实际掌握电磁铁的特点。例 5 如图 8 所示，U 形铁心上绕有两个线圈，为
12、了使它能够作为电磁铁正常使用，这两组线圈的正确连接方法应是（ ）A. 将 b、c 两端连接在一起，a、d 端分别接电池的正负极B. 将 b、d 两端连接在一起，a、c 端分别接电池的正、负极C. 将 a、d 两端连接在一起，b、c 端分别接电源的正、负极D. 将 a、c 两端连接在一起，b、d 分别接电源的正负极abdc图 8解题思路：将它们其中的两端连接起来，另外两端接上电源的正、负极后，形成的电流磁场类似于蹄形磁铁的磁场，即 U 形铁心的一端是 N 极，另一端是 S 极，因此两个螺线管通电后内部磁感线方向应相反，即一个竖直向下另一个竖直向上。故答案为 A、C。借题发挥：蹄形电磁铁由于两个磁
13、极在一个平面上，磁性更强、应用更广泛。如图9，一小磁针位于蹄形电磁铁周围处于静止状态，根据小磁针 N 极指向，画出线圈绕法。可由小磁针指向 电磁铁 N、S 极 电流方向 线圈绕法。从绕法的 判 断 判 断 判 断结果可以看出蹄形磁铁两线圈的绕向相反。图 9例 6 下列关于增强螺线管磁性的方法中，错误的是（ ）A. 增强线圈的匝数 B. 在螺线管中插入铁芯C. 增加电流强度 D. 增大螺线管的电阻，而电压保持不变解题思路：D 是错误的，因为电压保持不变，电阻增大，会导致电流强度减小，螺线管磁性减弱。借题发挥：影响电磁铁磁性强弱的因素有：电流强度的大小、线圈匝数的多少以及是否插入铁心。例 7 图
14、10 是一个水位报警器的原理图，试说明它的工作原理。图 10解题思路：先分清题目中工作电路和控制电路。当水面未到金属块 B 时，电磁铁中无电流，无磁性，衔铁在弹簧的作用下被拉下，灯泡电路接通，灯亮。当水面达到金属块 B时，电磁铁电路接通，有电流流过电磁铁，电磁铁产生磁性，吸引衔铁向下，动触点与电铃端静触点接触，电铃电路接通，电铃响报警。借题发挥：如果用热敏电阻（温度升高阻值减小的电阻）代替金属块 AB，就可组成一个火警报警器。当发生火灾时，温度升高热敏电阻阻值减小，电流增大，电磁铁吸下衔铁使工作电路中的电铃报警。例 8 如图 11，这是某同学设计的温度自动报警器的电路图，要求温度达到 60时，
15、电铃能自动发出报警信号。他的电路符合要求吗？为什么？图 11解题思路：他设计的电路不符合要求。当温度升高到 80时，电磁铁才能通电有磁性，吸引衔铁，不是靠近静触头，而是远离动触头，断开报警电路。应将金属丝向下插至 60处，并改变衔铁、静触头位置，使电磁铁有磁性时闭合电铃电路，电铃报警。借题发挥：如图 12 所示，某同学设计一个报警电路，小羊群被细漆包线包围着，羊在圈中时电铃不响 ；当羊逃离时，碰断漆包线，电铃就报警。试解释此报警电路的工作原理。当羊在圈中时，电磁铁电路是通路，电磁铁吸下衔铁，使动触头与静触头分开，断开电铃电路，电铃不响；当羊逃离时，碰断细漆包线，断开电磁铁电路，电磁铁无磁性，弹簧拉下动触头，闭合电铃电路，电铃响而报警。图 12例 9 利用电磁铁设计一个能使红灯、绿灯交替发光的电路。解题思路：要使两灯交替发光，使一个灯亮时，断开另一个灯，可结合电磁铁通断电有无磁性的性质设计出电路。电路如图 13 所示图 13当开关合上时，红灯亮，电磁铁通电，吸下衔铁，断开红灯，红灯熄灭，断开电磁铁电路；同时闭合绿灯电路，绿灯发光，因电磁铁电路断开，电磁铁无磁性，所以衔铁被拉起接通红灯和电磁铁电路，这时绿灯灭，红灯又亮，如此反复，两灯交替发光。借题发挥：本题电路类似于电铃电路，用相同的方法也可控制其他两个用电器交替工作。
