第十八讲 电与磁
一、复习策略
1、磁现象、磁场、磁感线
（1）磁性、磁极、磁极相互作用、磁化．
（2）磁场是客观存在的，磁感线是假想的曲线．
（3）磁感线的方向磁场方向小磁针静止时N极指向．
（4）磁感线的特点．
①方向：（磁体外部）N出S进
②疏密程度：磁性的强弱，磁体的两极最密．
③不能相交．
④分布及画法：条形磁体、U形磁体、正对的异名磁极、正对的同名磁极、地磁场．（注意对称性及直线磁感线）
（5）地磁场：磁偏角（沈括）
2、电生磁
（1）奥斯特实验．
（2）磁场方向：与电流方向有关．
（3）通电螺线管：与条形磁铁类似．（安培定则）
（4）电磁铁：磁性强弱的影响因素
（5）应用：电磁继电器、扬声器、电铃．
3、磁场对电流的作用
（1）通电导体在磁场中受力的作用．
（2）受力方向
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（3）应用：电动机．（扬声器）
①电动机的工作原理．
②线圈的平衡位置（线圈平面与磁感线方向垂直）：F合=0．
4、磁生电：电磁感应．（法拉第）
（1）产生条件
（2）感应电流的方向
（3）应用：发电机
①发电机的工作原理．
②交流电：1个周期、线圈转动1周、电流方向改变2次．
（我国交流电的频率f=50Hz，T=0.02s，电流方向每秒钟改变100次）
③动圈式麦克风（原理、构造）．
（4）区分直流电动机（扬声器）与交流发电机（动圈式麦克风）
直流电动机
交流发电机
原理
通电线圈在磁场中受力转动
电磁感应
作用
用电器
电源
电路结构
有电源供电
本身即电源、无电源
能量转化
电能→机械能
机械能→电能
构造
有换向器
无换向器
二、典例剖析
例1、（黑龙江省）图是演示电磁学原理及其应用的示意图．
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以下说法正确的是（ ）
A．利用甲实验的原理可制成丙装置
B．利用乙实验的原理可制成丁装置
C．丙装置可将内能转化为电能
D．丁装置可将机械能转化为电能
解析：甲实验中没有电源，演示的是电磁感应现象；乙实验中有电源，导体因通电而受力运动，说明通电导体在磁场中受力．丁装置的发电机是根据甲实验电磁感应原理制成的，机械能转化为电能；丙装置的电动机是根据乙实验通电导体在磁场中受力运动制成的，电能转化为机械能等其他形成的能．
答案：D
例2、（青岛市）晓丽有写日记的好习惯，经常将心中的一些想法记下来，有些想法她不希望让别人看到，因此，她想在放日记本的小箱上安装一个密码锁，以保住日记中的小秘密．现在有电池、导线、铁心、漆包线、小红灯泡、铜片、铁钉、三个单刀双掷开关，请帮她设计这一装置．要求：
（1）密码必须是3个数字组成，至少可以设置8个不同的密码号．
（2）当按照密码接成电路时，锁钩脱离，同时灯亮，说明密码正确，可以打开小箱了．画出装置图，写出设计的密码号，并简单介绍工作过程．
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解析：两种装置图1，2任意一种均可．密码号：222（或其他）．工作过程：按下密码号222，接通工作电路，电磁铁产生磁性，吸引铜片下的铁钉，横向铁钉脱离锁钩，同时接通指示灯电路，红灯发光，小箱可以被打开．
答案：（1）如图1，2所示
（2）见解析
例3、（常州市）当夏天大气压偏低的时候，养鱼专业户需要给鱼塘增氧，以防止鱼缺氧死亡．小明同学设计了一个自动增氧系统．他把实验室的水银气压计进行改装，在气压计左边顶端密封一根铜导线，右边开口处也固定一根铜导线，如图所示．气压计左边的水银面上方为真空，当左边水银面下降时，右边水银面将上升．如果外界大气压低于74 cm高水银柱所产生的压强时，水银柱将两边的铜导线接通，使得电磁继电器的控制电路形成通路，电磁铁将衔铁吸下，工作电路接通，增氧泵（里面是交流电动机）就自动工作．
（1）气压计右边的铜导线应竖直向下伸长到右边标尺_________cm处．同时在图中画出．
（2）按照题意要求，直接在图中连接好电路．
解析：（1）水银气压计中两水银面的高度差受大气压强影响，当大气压下降时，气压计左边的水银面下降，右边水银面上升．如果左、右两边玻璃管一样粗细，则左边水银面下降的高度等于右边水银面上升的高度．由题图可知，当左边水银面下降1cm，右边水银面上升1cm时，两边水银面高度差是74 cm，故右边的铜导线端点应在右边标尺的11 cm处（图中水银面高度差是76 cm，右边水银面已在标尺10 cm处，只要右边水银面再升高1 cm就能使水银面高度差变为74 cm）．
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（2）气压计右边水银面随着大气压升高而下降，随大气压下降而升高，实现水银面与铜导线断开接触——随气压变化而通断的“开关”．通过这个“开关”，控制电磁铁通断电，再通过“动静触点”这个“开关”实现原电路的通断．在连接时，将气压计这个“开关”接入控制电路，将“动静触点”这个开关接入工作电路，且“相线下来接开关”的原则仍需注意．
答案：（1）11
（2）如图所示．
例4、如图所示．当开关S闭合时，螺线管与左边始终静止的磁铁互相吸引．在图中画出螺线管的绕线；当滑动变阻器的滑片P由左端向右端滑动时，左端磁铁所受的摩擦力将________（填“变大”、“变小”或“不变”）．
解析：该题考查了螺线管的绕法以及静摩擦力的知识．因螺线管始终与磁铁相互吸引，所以螺线管左端为S极，运用安培定则画出绕法如图所示．又滑片P向右端滑动时，它连入电路的电阻变大，电路中电流变小，螺线管的磁性减弱，对磁铁的吸引力减小．分析磁铁的受力，水平方向所受地面给它的静摩擦力和螺线管对磁铁的吸引力相平衡，所以静摩擦力也将随之变小．
答案：如图所示 变小
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例5、图所示是检验磁场对通电导体作用的实验装置．当导线ab中有某方向的电流通过时，它受到磁场的作用力向上．
（1）如果仅将两磁极对调位置，导线ab受力向__________．
（2）如果磁极位置不变，仅改变ab中的电流方向，导线ab受力向_________．
（3）如果同时对调磁极位置和改变电流方向，导线ab受力向__________．
解析：磁场对电流作用力的方向与磁场方向和导体运动方向有关，二者有一个改变，导体受力方向改变，如两者同时改变，受力方向不变．
答案：（1）下 （2）下 （3）上
例6、（宿迁市）小明在研究性学习活动中，查阅到一种热敏电阻的阻值随温度变化的规律如下表，并将该型号的热敏电阻应用于如图所示由“控制电路”和“工作电路”组成的恒温箱电路中．
温度/℃
…
30
40
50
60
70
…
热敏电阻阻值/Ω
…
350
300
250
210
175
…
“控制电路”由热敏电阻R1、电磁铁（线圈阻值R0=50Ω）、电源U1、开关等组成，当线圈中的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合，右边工作电路则断开；
“工作电路”由工作电源U2（U2=10V）、发热电阻R2（R2=5Ω）、导线等组成．问：
（1）工作电路工作时的电流为多大?电阻R2的发热功率为多大?
（2）若发热电阻R2需提供1.2×104J的热量，则工作电路需工作多长时间（不计热量的损失）?
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（3）若恒温箱的温度最高不得超过50℃，则控制电路的电源电压U1最小值为多大?
解析：（1）工作电路工作时的电流；
电阻R2的发热功率P2=U2I2=10 V×2 A=20 W．
（2）∵W2=P2t=Q，
（3）当R1温度为50℃时，其阻值R1=250Ω
∵R1和R0串联，
∴R总=R1＋R0=250Ω＋50Ω=300Ω
因此，控制电路的最小电压为：U1=I1R总=0.02 A×300Ω=6 V．
例7、下列说法中正确的是（ ）
A．磁感线是磁场中实际存在的曲线
B．磁感线是从磁体的S极出来回到磁体的N极
C．小磁针N极在磁场中某点所受磁力的方向跟该点的磁场方向相反
D．磁场的基本性质是它对放入其中的磁体产生磁力的作用
解析：磁场是一个较抽象的概念，看不见也摸不着，但我们能够通过它产生的一些效应来反映和认识它．磁场的基本性质是对放入其中的磁极有磁力的作用．磁体有两个极，分别叫南北极用S、N表示．磁场有方向性，可以用磁感线来形象地描述，因此磁感线是假想的一系列曲线，放入磁体的小磁针静止时北极所受力的方向跟磁场方向一致，磁感线是从磁体的北极出发，回到磁体的南极．选项ABC均错，只有D点正确的．
答案：D
例8、（山西省太原市中考试题）如图所示，是套在木杆上的四个磁环，其中a、b、c三个磁环都悬浮，若c环上端为S极，则下端为N极的磁环是（ ）
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A．a、c B．b、c
C．a、b D．a、b、c
解析：因a、b、c三个磁环均悬浮，而它们自身的重力均又向下，因此磁环受到的磁力均向上．由磁极间的相互作用原理：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，b、c相斥，b的下端为S极，上端N极，b、c相斥，b受到向上的斥力，a、b相斥，a受到向上的斥力，a的下端为N极，即a、c的下端为N极．选项A正确．
答案：A
例9、（陕西省中考试题）图所示为四位同学判断通电螺线管极性时的做法，正确的是（ ）
解析：图所示是用安培定则判断通电螺线管的磁场方向．应用右手螺旋即用右手判断，让四指弯曲方向指向电流方向，则拇指所指的是螺线管磁场的N极．图中BD用的是左手，显然是错误的．C中四指没指向电流方向，只有A是正确的．
答案：A
例10、（烟台市中考试题）如图，能够在铝框中产生感应电流的是（ ）
A．铝框不动，磁铁上下移动
B．铝框不动，磁铁左右移动
C．磁铁不动，铝框上下移动
D．磁铁和铝框一起向右移动
解析：当闭合回路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，回路中就有感应电流产生．选项A、C、D有磁铁和线圈的运动，但没有“切割”磁感线，不会产生感应电流，只有B选项中铝框不动，磁铁左右运动，才有铝框中的左方导体切割了磁感线，回路中才会有感应电流产生．
答案：B
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例11、下面关于直流电动机和发电机的几种说法中，正确的是（ ）
A．电动机是把机械能转化为电能的装置
B．电动机是利用通电导体在磁场中要受到力的作用这一现象工作的
C．发电机是把电能转化为机械能的装置
D．发电机是利用电流有磁效应工作
解析：发电机是利用电磁感应现象制成的，将机械能转化为电能．而电动机是将电能转化为机械能的装置，它利用通电导体（线圈）在磁场中受力转动而工作的．选项B正确，ACD错误．
答案：B
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