2018届中考物理基础知识手册第十九章电与磁.doc

1 第十九章 电与磁 知识网络构建 高频考点透析 序号 考点 考频 1 磁极间的相互作用规律 ★★ 2 磁体周围磁感线的分布及磁场方向 ★★★ 3 通电螺线管的磁场及安培定则 ★★★ 4 影响电磁铁磁性强弱的因素 ★★★ 5 电磁继电器的应用 ★★ 6 电动机的工作原理 ★★★ 7 产生感应电流的条件 ★★★ 8 发电机的工作原理 ★★★ 第一讲 磁现象和磁场 （一）磁性与磁体 1．磁性：磁铁能吸引铁、钴、镍等物质的性质。 2．磁体：具有磁性的物体，也称磁铁。 3．磁极：磁体上磁性最强的部分。条形磁体的磁极在它的两端。 4．磁体的指向性：在水平面内可以自由转动的磁体，静止后总是一个磁极指南，另一个磁 S N                   磁体和磁性 磁极的规定简单的磁现象 磁极 磁极间的相互作用规律 磁化 基本性质及方向磁场 磁感线 地磁场：地磁的南( ) 、北( ) 极及磁偏角 奥斯特实验 磁场方向与电流方向有关通电螺线管的磁场 安培定则 电流的磁场 影响电磁铁磁性强弱的因素：电流的大小、 线圈的匝数、铁芯 电磁铁的应用 构造及实质电磁继电器 工作原理及应用 电与磁                                                          通电导体的受力方向与电流方向、磁场方向有关 电动机 能量转化：电能转化为机械能 应用：直流电动机 定义 导体是闭合电路的一部分产生感应电流的条件电磁感应 导体做切割磁感线运动 能量转化：机械能转化为电能 应用：交、直流发电机2 极指北，指南的磁极叫南极(S 极)，指北的磁极叫北极(N 极)。 5．磁极间的相互作用规律 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 （二）磁化和去磁 1．磁化 一些物体在磁体或电流的作用下会获得磁性，这种现象叫做磁化。最容易磁化的物质是铁磁 性物质，如软铁、硅钢等。 注意： 不是所有的物质都会被磁化。例如，磁体不能吸引铜、铝、玻璃等，说明这些物质不能被磁 化，不具有磁性。 2．去磁 使原来有磁性的物体失去磁性的过程叫做去磁。 （三）软磁体和硬磁体 软磁体：铁棒被磁化后，磁性很容易消失，称为软磁体。 硬磁体：钢棒被磁化后，磁性能够长期保持，称为硬磁体或永磁体。目前人们使用的永磁体 大部分是用钢在强磁场中磁化得到的。 （四）磁性材料 铁、钴、镍等物质，或含有铁、钴、镍的合金，这些材料统称为磁性材料。 1．磁体吸引磁性材料，不需要直接接触，甚至隔着某些物体，磁体仍能吸引磁性材料，如 磁体隔着玻璃、纸片也能吸引小铁钉。 2．磁性材科的应用：磁性材料已经在现代生活和科学技术中具有广泛的应用。如指南针、 磁带、计算机、磁卡、磁盘和磁浮列车等。 （五）磁场和磁感线 1．磁场 磁场是一种存在于磁体或电流周围的看不见、摸不着的特殊物质。磁极间的相互作用和磁化 现象、磁体与电流间的作用、电流与电流间的作用都是通过磁场发生的。 (1)磁场的基本性质：磁场对放人其中的磁体产生力的作用。我们常用小磁针是否受到磁力 的作用来检验小磁针所在的空间是否存在着磁场。 (2)磁场的方向：磁场不但有强弱，而且有方向。在磁场中的某一点，可自由转动的小磁针 静止时北极所指的方向就是该点的磁场方向。 2．磁感线 磁场是存在于磁体周围的一种真实存在的物质，但我们看不见、摸不着。为了研究问题的方 便，人们把铁屑或小磁针在磁场中的排列情况用一些带箭头的曲线画出来，可以直观、形象 地描述磁场，并且任何一点的曲线方向都跟放在该点的小磁针静止时北极所指的方向一致， 这样的曲线叫做磁感线。 几种常见的磁体周围的磁感线分布如图所示。3 理解磁感线时应注意以下几点。 (1)磁感线是人们为了直观、形象地描述磁场的方向和分布情况而引入的带方向的曲线，它 并不是客观存在于磁场中的真实曲线。 (2)磁感线是有方向的，曲线上任何一点的切线方向就是该点的磁场方向。 (3)磁感线分布的疏密程度可以表示磁场的强弱。磁体两极处的磁感线最密，表示其两极处 的磁场最强。 (4)磁感线是一些闭合的曲线。磁体周围的磁感线都是从磁体的北极出来，回到磁体的南极； 在磁体的内部，磁感线都是从磁体的南极指向北极。 (5)磁体周围磁感线的分布是立体的，而不是平面的。我们在画图时，因受纸面的限制，而 只画了一个平面内的磁感线分布情况。 (6)任何两条磁感线绝对不会相交，因为磁场中任何一点只有一个确定的磁场方向。如果某 一点有两条磁感线相交，那么该点就有了两个磁场方向，这是不可能的。 （六）地磁场和磁偏角 1．地磁场 地球是一个既复杂又巨大的磁体，在地球周围的空间里存在着磁场，叫做地磁场。地磁北极 在地，理南极附近，地磁南极在地理北极附近，地磁场的磁感线从地磁北极出发到地磁南极 （如图），能自由转动的小磁针静止时指南北方向，就是因为受到地磁场的作用。 注意：地理北极附近上空的地磁场方向竖直抬向下，地理南极附近上空的地磁场方向竖直指 向上。磁偏角指南针给人“指南”的印象，实际上磁针所指的方向与地理上的南北方向还有 一定的角度，这个角度叫做磁偏角。地球上各处磁偏角的大小常有一定的规律，我们要精确 测定方向，就需要考虑磁偏角所造成的误差。 世界上最早准确记述磁偏角的是我国宋代学者沈括，比西方早了 400 多年。 解题方法技巧 （一）判断物体有无磁性 判断物体是否具有磁性的四种方法： 1．根据磁体的吸铁性判断：将被测物体靠近铁、钻、镍等物质，若能够吸引这类物质，说 明该物体具有磁性，否则便没有磁性。 2．根据磁体的指向性判断：把被测物体用细线吊起，若静止时总是指南北方向，说明该物 体具有磁性，否则便没有磁性。 3．根据磁极的磁性最强判断：如有 A、B 两个外表完全相同的钢棒，已知一个有磁性，一个 没有磁性，区分它们的方法是：将 A 的一端从 B 的左端向右滑动，若在滑动过程中发现吸引4 力的大小不变，则说明 A 有磁性，若发现吸引力先变小再变大，则说明 B 有磁性（如图所 示）。 4．根据磁极间的相互作用规律判断：将被测物体的一端分别靠近静止小磁针的两极，若发 现有一端发生排斥现象，说明该物体具有磁性，否则便没有磁性。 （二）磁体周围的磁感线分布 磁体周围昀磁感线都是从 N 极出发回到 S 极，磁场中的小磁针静止时 N 极的指向跟该点磁感 线方向一致。即磁场中某点的磁场方向、磁感线方向、可自 由转动的小磁针在该点静止时 N 极的指向是一致的。 （三）地磁场 地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近，说明磁感线是从地球南极附近发出， 回到地球北极附近，其方向由南指向北。 （一）判断物体有无磁性时易出错 磁体具有磁性，能够吸引铁、钻、镍等物质，而两个磁体的异名磁极靠近时也相互吸引。因 此在判断物体有无磁性时，不能根据两个物体相互吸引来断定哪个物体具有磁性。只有当两 个物体靠近时发生排斥现象，才可以断定两个物体均有磁性，且相互靠近端为同名磁极。 （二）对磁感线概念的认识 不理解磁感线的概念，往往误认为磁感线是真实存在的曲线，或磁感线就是铁屑排列而成的， 或磁感线只分布在磁体外部。 要明确磁感线实际上并不存在，是为了描述磁场而假想引入的，磁感线是假想的物理模型。 物理思想方法 （一）转换法 磁场是看不见、摸不着的物质，可以通过它对其他物体的作用来认识，即进行“转换”，这 是一种科学的思维方法，应在学习过程中逐步渗透。运用物理学中常用的研究方法——转换 法来感知磁场的存在及其方向性。 （二）理想模型法 磁感线实际上并不存在，是为了描述磁场而假想引入的。磁感线是假想的物理模型，用磁感 线描述磁场的这种方法叫“理想模型法”。磁感线上某一点的切线方向代表该点的磁场方向， 磁感线密的地方表示磁场强，磁感线疏的地方表示磁场弱。利用这种方法的还有光线的引入。 中考考点链接 （一）中考考点解读 磁极间的相互作用，磁场的基本性质，磁场、磁感线作图等相关内容是本讲在中考中的重点， 常以选择题、填空题、作图题的形式呈现。 （二）中考典题剖析 1．磁体磁极的判断 2．利用磁感线的方向判断磁场 3．磁性材料的应用 第二讲 电与磁 知识能力解读 （一）电流的磁场 1．奥斯特实验5 1820 年，丹麦物理学家奥斯特用实验证实通电导体周围存在磁场。 实验探究 现象 分析 导线通入电流，小磁针发生偏 转 小磁针发生偏转，说明小磁针 受到磁场的作用。（因为磁体 间力的作用是通过磁场来完 成的） 导线中无电流通过时，小磁针 不发生偏转 小磁针不发生偏转，说明小磁 针没有受到磁场的作用，没有 电流也就没有磁场 改变导线中通入电流的方向， 小磁针的偏转方向相反 小磁针的偏转方向相反，说明 磁场的方向发生改变，磁场的 方向与电流的方向有关 奥斯特实验表明：通电导线和磁体一样，周围存在磁场，即电流的磁场，且电流的磁场方向 跟电流的方向有关。 2．通电螺线管 (1)通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场十分相似。通电螺线管的两端相当于条形磁体 的两个磁极，它们的极性可以由实验中小磁针的指向来确定。 (2)通电螺线管的极性跟电流方向的关系可以用安培定则（右手螺旋定则）来判定。 (3)安培定则的具体内容为：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，如图所示。 注意：①运用安培定则不仅可以判断通电螺线管的 N、S 极，也可以反过来判断通电螺线管 中的电流方向。具体做法是：用右手握住螺线管，拇指指向通电螺线管的 N 极，则四指弯曲 的方向就是电流的方向。 ②安培定则的应用一般有以下几种：一是由螺线管中的电流方向判断通电螺线管的 N、S 极； 二是已知通电螺线管的 N、S 极判断螺线管中电流的方向；三是根据通电螺线管的 N、S 极以 及电源的正、负极，画出螺线管的绕线方向。 （二）电磁铁 1．电磁铁的构造：把螺线管紧密地套在一个铁芯上，就构成了一个电磁铁。 2．电磁铁的工作原理：利用电流的磁效应和通电螺线管中插入铁芯后磁性大大增强。 注意：电磁铁的铁芯要用软铁棒，如果用钢棒，线圈失去磁性后，钢棒由于是硬磁性材料将 保留磁性，这是不允许的。6 3．电磁铁的特点 (1)电磁铁通电时有磁性，断电时无磁性。 (2)匝数一定时，通入的电流越大，电磁铁的磁性越强。 (3)在电流一定时，外形相同的螺线管，线圈的匝数越多，电磁铁的磁性越强。 4．电磁铁的应用：电磁起重机、电铃、电磁继电器、全自动洗衣机中的进水徘水阀门、卫 生间里感应式冲水器的阀门等。 （三）电磁继电器 1．电磁继电器的主要部件：电磁铁、衔铁、弹簧、触点（分动触点和静触点）。 2．电磁继电器构成的电路由两部分组成，如图所示。 (1)低压控制电路：它是由电磁继电器中的电磁铁、低压电源、衔铁和开关组成的。 (2)高压工作电路：它是由电磁继电器中的触点、用电器（如电动机）和高压电源组成的。 3．电磁继电器的工作原理：电磁铁通电时，把衔铁吸下来，将工作电路的触点接通，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。 4．电磁继电器的几种主要应用 (1)通过低压控制电路（或弱电流）的通断间接地控制高压工作电路（或强电流）的通断。 (2)可实现远距离控制。 (3)与其他元件配合使用，实现温度或光等自动控制。 （四）扬声器 扬声器是把电信号转换成声信号的一种装置。图甲是扬声器的外形结构图，图乙是扬声器的 构造示意图，它主要由固定的永久磁体、线圈和锥形纸盆构成。当线圈中通有图中所示的电 流时，线圈受到永久磁体的吸引向左运动；当线圈中通有相反方向的电流时，线圈受到永久 磁体的排斥向右运动。由于通过线圈的电流是交变电流，所以它的方向不晰变化，线圈就不 断地来回运动，带动纸盆来回振动，于是扬声器就发出了声音。 甲 乙7 （五）磁场对通电导线的作用 1．通电导线在磁场中要受到力的作用，所受力的方向跟电流方向和磁场方向有关。当电流 方向或磁场方向其中之一变得与原来的方向相反时，通电导线受力的方向也变得与原来的方 向相反；当电流方向和磁场方向同时变得与原来的方向相反时，通电导线受力的方向不变。 2．通电导线和通电线圈在磁场里受到力的作用而发生运动，电能转化为机械能。 （六）磁场对通电线圈的作用 把一个线圈放在磁场里，接通电源，让电流通过线圈，线圈将在磁场里发生转动。 如图甲所示，通电线圈的 ab 边和 cd 边在磁场里受到力的作用，而 ab 边和 cd 边中的电流方 向相反，所以受到力的方向相反且不在一条直线上，在这两个力的作用下线圈就转动起来。 如图乙所示，通电线圈的 ab 边和 cd 边受的力大小相等、方向相反、在同一条直线上，此时 通电线圈因受平衡力而不转动，线圈此时所处的位置称为平衡位置。 拓展：(1)用左手定则判断通电导体在磁场里受力的运动方向。 左手定则内容：伸出左手，让大拇指跟其余四指垂直并在同一平面内，然后放入磁场中，让 手心对准 N 极（或磁感线垂直穿入手心），四指指向导体中的电流方向，则大拇指所指的方 向就是通电导体在磁场里受力运动的方向。如图所示。 (2)通电导体的受力方向与磁场方向和电流方向的关系。 通电导体在磁场中的受力方向垂直于磁场方向和电流方向。 （七）直流电动机 1．构造：电动机主要由定子和转子组成。能够转动的部分叫转子，固定不动的部分叫定子。 2．原理：通电线圈在磁场中受力而转动。 3．工作过程：如图所示。8 4．换向器的作用：每当线圈转过平衡位置时，换向器能自动改变线圈中的电流方向，使线 圈持续转动。 5．改变电动机转向的方法：改变线圈中的电流方向或改变磁场的方向。 6．改变电动机转速的方法：改变电流的大小或改变磁场的强弱。 （八）电动机的优点及应用 1．优点：(1)构造简单、控制方便、体积小、效率高、功率可大可小；(2)价格便宜、无污 染。 2．生活中的电动机 (1)电动机把电能转化为机械能。 (2)电风扇、洗衣机等家用电器多使用交流电动机。 (3)电动玩具、录音机等小型电器多使用直流电动机。 （九）电磁感应 1．电磁感应现象 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，这种由于导体在 磁场中运动而产生电流的现象叫做电磁感应现象，产生的电流叫做感应电流。如图所示。 2．产生感应电流必须满足两个条件：(1)闭合电路的一部分导体；(2)做切割磁感线运动。 3．导体中感应电流的方向跟导体运动方向和磁场方向有关。当这两个方向中的任何一个与 原来方向相反时，感应电流的方向改变；若两个方向都反向时，则感应电流的方向不变。 4．在电磁感应现象中机械能转化为电能。 （十）发电机 1．发电机的工作原理。发电机是利用电磁感应原理制成的，它是把机械能转化为电能的装 置。 2．发电机可分为直流发电机和交流发电机。交流发电机主要由转子和定子两部分组成，另 外还有铜环、电刷等。实际用的发电机是线圈不动，磁极旋转的旋转磁极式发电机。不管是9 直流发电机还是交流发电机，线圈中产生的都是交流电。 3．交流发电机的工作过程（如图所示） 当线圈平面与磁感线垂直时，ab 边和 cd 边运 动方向和磁感线方向平行，不做切割磁感线 运动，线圈中不能产生感应电流 当线圈平面与磁感线平行时，ab 边向下运动， cd 边向上运动，都做切割磁感线运动，线圈 中就会产生感应电流，外部电流方向是从 K→ A 灵敏电流表→B→L 当线圈平面再次与磁感线垂直时，ab 边和 cd 边运动方向与磁感线平行，不做切割磁感线 运动，线圈中不能产生感应电流 当线圈平面再次与磁感线平行时，ab 边向上 运动，cd 边向下运动，都做切割磁感绒运动， 线圈中就会产生感应电流，外部电流方向是 从 L→B→灵敏电流表→A→K 4．交流电。周期性地改变方向的电流叫做交流电。我国供生产和生活用的是交流电，周期 为 0.02 s，频率是 50 Hz，电流方向每秒钟改变 100 次。 （十一）动圈式话筒 1．构造：细漆包线绕成的线圈和环形的永磁体（如图所示）。 2．原理：动圈式话筒是利用电磁感应原理制成的。 3．作用：将声信号转换成电信号的装置。 4．工作过程：当对着话筒说话或唱歌时，产生的声音使膜片振动，与膜片相连的线圈也跟 着一起振动。线圈在磁场中的这种运动，能产生随着声音的变化而变化的电流，经放大后， 通过扬声器还原成声音。 解题方法技巧 （一）有关奥斯特实验的问题10 解答时应注意：(1)通电导体周围存在磁场；(2)磁场方向跟电流方向有关，当电流方向改变 时，磁场方向也随之改变。 （二）安培定则的运用 安培定则的运用是中考常考内容，常以填空题、选择题、作图题方式考查。解答时要注意四 点：(1)弯曲四指的指向跟通电螺线管中的电流方向一致；(2)大拇指所指的那端是通电螺线 管的 N 极；(3)通电螺线管外部的磁感线分布情况跟条形磁体外部的磁感线分布情况相似；(4) 要用右手。 其具体运用可分为三类。 1．判定通电螺线管两端的极性。 可先在线圈中标明电流方向，让四指指向电流方向，则大拇指所指的那端就是通电螺线管的 N 极。 2．判定通电螺线管磁感线的方向。 先用安培定则判断通电螺线管两端的极性，再根据其周围磁感线跟条形磁体相似进行作图。 3．判定通电螺线管中的电流方向或电源的正、负极。 先根据磁极间的相互作用规律判定通电螺线管的 N、S 极，再用安培定则判定通电螺线管中 的电流方向，最后根据电流方向判定电源的正、负极。 （三）电磁铁及其应用 中考主要考查两个方面的问题，一是影响电磁铁磁性强弱的因素，二是电磁铁的应用。 1．影响电磁铁磁性强弱的因素 解答这类问题时应从电流大小、线圈匝数等因素入手。 2．电磁继电器 电磁铁磁性的有无可以由通、断电来控制。利用这一点可制成电磁继电器。当电磁继电器所 在的控制电路接通时，电磁铁产生磁性吸引衔铁，使工作电路接通或断开。使用电磁继电器 可实现用低电压、弱电流控制高电压、强电流，进行自动控制及远距离控制等。解答时应从 其原理或实际应用等方面考虑。 （四）磁场对电流的作用 1．影响通电导体在磁场中的受力方向的有关因素 通电导体在磁场中受力的方向跟电流方向和磁场方向都有关系，当这两个方向中的任何一个 与原来方向相反时，都会改变通电导体的受力方向；当电流方向和磁场方向同时反向时，通 电导体的受力方向不变。 2．关于电动机的问题 解答时应从电动机的原理或换向器的作用方面考虑，另外还要注意线圈的转动方向跟电流方 向和磁场方向有关。工作时将电能转化为机械能。 （五）关于电磁感应的问题 1．产生感应电流的条件 要产生感应电流，必须同时满足两个条件：一是导体必须是闭合电路的一部分，二是导体必 须做切割磁感线运动（包括两种情况：磁极不动导体运动或导体不动磁极运动）。 2．影响感应电流方向的因素 感应电流方向跟磁场方向和导体运动方向有关，这两个方向任何一个与原来方向相反，感应 电流的方向都会与原来方向相反。若两个方向同时与原来方向相反，则感应电流的方向不变。 跨越思维误区 （一）在安培定则的运用中，电流方向、四指所指的方向、螺线管的 N 极、大拇指所指的方 向的结合存在困难 利用安培定则判断通电螺线管的 N、S 极时，容易出错的地方：一是左右手混淆；二是四指11 指向和大拇指指向混淆；三是由电流的方向和其 N、S 极不会判断螺线管上导线的绕法；四 是由螺线管的 N、S 极及其导线绕法不会判断电流的方向。 要培养立体感，把平面图和实物结合起来考虑。 要注意四指所指的方向就是电流方向，大拇指所指的方向为螺线管的 N 极。 （二）对产生感应电流的条件理解不透彻，误认为只要导体在磁场中运动就会产生感应电流， 或只有导体运动才会切割磁感线 正确理解产生感应电流的条件： (1)必须是闭合电路的一部分导体； (2)导体必须切割磁感线； (3)电路必须是闭合的，如果电路不闭合，即使是一部分导体正在做切割磁感线运动，也不 会产生感应电流。 （三）将电磁感应和磁场对电流的作用的实验装置图混淆，或将发电机和电动机的模型图混 淆 电磁感应和磁场对电流的作用的实验装置图很相似，都是闭合电路的一段导体在磁场中，区 别是：电磁感应现象的实验装置中没有电源，电流是由于导体做切割磁感线运动而产生的， 导体靠外力作用而运动，能量由机械能转化为电能；磁场对电流的作用的实验装置中有电源， 电流是由电源提供的，导体由于受到磁场力的作用而运动，能量由电能转化为机械能。 物理思想方法 转换法和控制变量法 对于不易研究或不好直接研究的物理问题，通过研究其表现出来的现象、效应、作用效果来 间接研究物理问题的方法，叫转换法。比如电磁铁磁性的强弱可以通过吸引大头针的多少来 判断，吸引的大头针越多，磁性越强。此外，电磁铁的磁性强弱与铁芯、线圈匝数的多少、 电流的大小均有关系，故在探究过程中应采用控制变量法。 中考考点连接 （一）中考考点解读 通电螺线管及电磁铁是本讲在中考中的重点，另外电动机、电磁感应及发电机在近几年的中 考中也屡有出现。一般以选择题、填空题、作图题等方式呈现。 （二）中考典题剖析 1．安培定则的应用 2．电与磁的综合题 3．探究产生感应电流的条件