沪科版九年级物理第十七章从指南针到磁浮列车

第十七章 从指南针到磁浮列车 第一节 磁是什么 公元 843 年，在水天一色的茫茫大海上，一只帆船正在日夜不停地航行，没有航标，没有明确的航道，船上一些聪明的中国人利用手中的仪器指示的方向，开辟了浙江温州到达日本嘉值岛的航线，这个神奇的仪器，就是罗盘，也就是我们现在所说的指南针，指南针是我国古代的四大发明之一。   今天，在我们的日常生活、工业生产乃至高科技领域里，用到磁的地方真是不胜枚举： “磁招铁，或引之也。” 有吸引铁、钴、镍等物质（铁磁性材料）的性质叫磁性。 钴 镍 我们把铁磁性物质（铁、钴、镍）与磁极接触或靠近时显出磁性的过程叫做磁化。 什么是磁化？   将一块磁体“分割”成若干块小磁体，不论分成的小磁体有多少块，每一块小磁体均有两个异名的磁极。   如果一块磁体摔成了两块，是不是这两块各自成为一个磁极呢？ 1 、磁体间存在相互作用： 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 2 、磁性分布： 磁体两端磁性最强 , 中间最弱。 三个规律 3 、磁体的指向性：将磁体悬挂起来，让它在水平面内自由转动，静止后总是一端指南，一端指北。 1833 年，英国科学家法拉第把磁体周围的这种物质命名为“磁场”，它是由磁体产生的。 小磁针周围有磁体时，能使小磁针指向改动，说明小磁针与磁体间存在着物质。 磁体的周围有什么 感受磁场   磁针受到了力的作用。    1 ．磁体周围存在一种看不见、摸不着的物质，这种物质被称为磁场。   将磁针放到磁体附近，磁针指向发生偏转，说明什么？   力是物体对物体的作用，磁体和磁针没有接触，怎么会有力的作用呢？ 思考   将几个小磁针放在条形磁体周围的不同地方。    2 ．物理学中把磁场对小磁针作用力的方向，即小磁针静止时北极所指的方向规定为该点的磁场方向。 实验 1 （ 1 ）磁针所指的方向相同吗？ （ 2 ）小磁针所受磁力的方向相同吗？ （ 3 ）这样的现象反映了磁场有什么性质？   在磁体上面放一块有机玻璃，玻璃上均匀地撒一些铁屑，轻敲玻璃，观察。 实验 2   磁化后的铁屑就像一个个小磁针，在磁场的作用下，形象地显示出磁场的分布。   我们把小磁针在磁场中的排列情况，用一根带箭头的曲线画出来，形象地描述磁场，这样的曲线叫做磁感线。   磁感线 —— 一种描述磁场的方法 磁感线分布规律 a. 在磁场外部磁感线总是从磁体的Ｎ极发出，最后回到Ｓ极。 b. 磁感线上任何一点的切线方向，就是该点的磁场方向，即小磁针静止时北极的指向。 c. 磁感线分布越密的地方，磁场越强；磁感线分布越疏的地方，磁场越弱。   f. 磁场的方向（规定）：磁场中某一点小磁针静止时北极所指的方向就是该点的磁场方向。    d. 磁场是真实存在的，而磁感线本身并不存在，是人为画的，是用来描述磁场某些特征和性质的曲线。   e. 磁场是分布在整个磁体周围的立体空间里的。 条形磁铁的立体磁感线   磁针受力转动是磁场作用的结果，那么指南针在世界各地都能够指南北又是谁的磁场在施加作用呢？    1 ．地球周围存在的磁场叫做地磁场。    2 ．研究表明地磁场的形状与条形磁体的磁场很相似。 思考   地磁场 地磁 N 极在地理的南极附近；地磁 S 极在地理的北极附近。   地理两极与地磁两极相反，且并不完全重合。 3 ．地磁场特点 这一现象最早由我国宋代学者沈括记述。 沈括的这一发现比西方早了四百多年。 2.科学家认为鸽子是利用地球磁场的作用来识别飞行路线的。 1.指南针放在地球的任何位置都受到地磁场的作用，指南针的S极总会指向地磁的北极，即地理的南极。 地磁场的应用 甲、乙两根外形完全相同的钢棒，乙棒的一端能吸甲棒的中间，如图所示，由此可判断（ ） A. 甲、乙都有磁性 B. 甲一定没有磁性，乙一定有磁性 C. 甲一定有磁性，乙一定没有磁性 D. 乙一定有磁性，甲有无磁性无法判断 甲 乙 D 磁性 磁体 磁极及磁极间的相互作用 磁化 磁场：方向、分布 ( 磁感线 ) 地磁场 磁是什么 第十七章 从指南针到磁浮列车 第二节 电流的磁场 电现象 磁现象 1 带电体能吸引 ________ 磁体能吸引 _____ ___ 等物质 2 自然界中存在 ___ 电荷和 ____ 电荷 磁体上存在 ____ 极和 ____ 极 3 同种电荷相互 _____ ，异种电荷相互 _____ 同名磁极相互 ，异名磁极相互 。 轻小物体 铁、钴、镍 正 负 南 北 排斥 排斥 吸引 吸引 电现象与磁现象的相似之处 电流的磁场 科学家们基于这种想法，一次又一次地寻找电与磁的联系。 带电体和磁体这些相似的性质，是一种巧合呢？还是它们之间存在着某些联系呢？ （ 1 ） 磁针会转动吗？   如图所示，将一枚磁针放置在直导线下，使导线和电池触接，连通电路，观察小磁针的变化。 磁针发生转动。 演示1 奥 斯 特 实 验 （ 2 ） 磁针转动说明了什么？ 通电后磁针转动，说明电流周围有磁场。 磁针转动方向相反。 （ 2 ） 说明什么？ （ 1 ） 磁针会转动吗？   改变电流的方向，观察磁针的变化。 演示 2   电流的磁场方向跟电流方向有关。    1 ．电流的周围存在磁场，电流的磁场方向跟电流方向有关。    2 ．通电导线周围存在与电流方向有关的磁场，这种现象叫做电流的磁效应。 1820 年丹麦物理学家奥斯特用实验证实通电导体的周围存在着磁场。这一重大发现轰动了科学界，使电磁学进入一个新的发展时期。   螺线管：将导线绕在圆筒上，做成螺线管（也叫线圈）。通电后各圈导线磁场产生叠加，磁场增强。 螺线管 通电螺线管的磁场 实验：探究通电螺线管的磁场特点   1.在硬纸板上均匀地撒满铁屑。通电后轻敲纸板，观察铁屑的排列情况。 通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场相似     2.按下图连接实验装置图，观察改变电流方向后小磁针指向的变化。   仔细观察螺线管的绕线方法，并画出示意图，并判断螺线管中电流方向，标示在示意图上。 预想可能的不同种情况，小组间交流。 N S N S N S N S   通过实验，判断螺线管的 N 、 S 极，并标在图中。 通电螺线管两端的极性与其中的电流方向有关。    你能用一个巧妙的方法把通电螺线管两端的极性与其中的电流方向的关系表述出来吗？ 猴子用右手把一个大螺线管夹在腋下，说：如果电流沿着我右臂所指的方向流动，N 极就在我的前方。 蚂蚁沿着电流方向绕螺线管爬行，说：N 极就在我的左边。   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。 右手螺旋定则 线圈 铁芯 演示电磁铁的工作 1 ．插入铁芯的通电螺线管称为电磁铁。 2 ．有电流通过时有磁性，没有电流时失去磁性。 电磁铁及其应用 电磁起重机 电铃 电磁阀门 电磁锁 电磁铁的应用 电磁选矿机示意图   磁悬浮列车所用的磁体大多是通有强大电流的电磁铁。是一种靠安装在车厢和轨道上的磁体的相互作用悬浮和高速运动的，由于磁力使其悬浮在轨道上方几厘米高度，行走时不需接触轨道，因此只受来自空气的阻力。磁悬浮列车的最高速度可达每小时 500 km 以上。    2003 年，上海浦东机场到市区的磁悬浮铁路成为我国第一条正式投入运营的磁悬浮铁路。 磁悬浮列车 电磁铁磁性大小跟哪些因素有关呢？ 应用电流磁效应，与电流大小有关。 线圈是主要部件，与线圈的形状、匝数有关。 电磁铁的磁性 匝数一定时，通入的电流越大，电磁铁的磁性越强。 电磁继电器的构造 电磁继电器主要由电磁铁、衔铁、 弹簧和触点 组成。 电磁继电器的工作过程 低压控制电路：低压电源、开关、电磁铁 高压工作电路：高压电源、用电器、触点 电磁继电器的工作过程 奥斯特实验 通电螺线管的磁场 右手螺旋定则、电磁铁、电磁继电器 第十七章 从指南针到磁浮列车 第三节 科学探究：电动机为什么会转动 现象1：导线通电后使磁针偏转，断电后磁针回到原位置 说明：通电导线周围存在磁场 现象2：改变电流方向，磁针偏转方向改变 说明：磁场方向跟电流方向有关 一、奥 斯 特 实 验 二、通电螺线管的磁场 １ . 通电螺线管的外部磁场和条形磁体磁场相似。 ２ . 通电螺线管的极性与管中电流的方向有关。 3.安培定则：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N极。 电动机通电后为什么能够转动呢？ 观察桌上的电动机模型，思考： 它主要由哪几部分组成？ 磁体 线圈 线圈组 一组线圈 一个线圈 单根导线 线圈在磁体内的运动情况 直导线在蹄形磁体内的运动情况 电动机为什么转？ 实验：通电导线在磁场中受到力的作用 使用电扇、电车、电力机车等离不开电动机。电动机工作的基本原理是什么呢？让我们通过实验来研究这个问题。既然磁场对磁极有作用力，那么磁场对电流有没有作用力呢？ 实验 ： 将一根导体棒 AB 放在一个蹄形磁铁的磁场里，给导体棒 AB 通电时，观察实验现象。 磁场对通电导线有力的作用 I F S N 实验表明：磁场对电流作用力的方向跟电流方向和磁场方向有关。 S N I F F S N S N I I F 磁场对通电线圈的作用 N I F F S 通电线圈在磁场中会发生转动 N F F S 但是当线圈的平面与磁场垂直时，就会停止转动…… 改变电流方向 N S F F 如果在线圈靠惯性越过平衡位置的瞬间，立刻改变其中的电流方向，线圈就会继续转动下去。 能够完成这一任务的装置叫做 换向器 。 彼此绝缘的两个半圆环 一对与电源连接的电刷 换向器的作用 当线圈刚越过平衡位置时 , 换向器自动改变电流的方向，使线圈能持续地转动下去。 直流电动机工作原理 直流电动机的工作原理 通电导线在磁场中受力运动 N S 换向器可以及时改变电流方向 通电线圈在磁场中受力转动 你知道电动机为什么会转了吗？ 直流电动机 电动机是把电能转化为机械能的动力机器。 使用直流电的电动机叫做直流电动机。 小知识 方向不变的电流叫做直流电，如干电池、蓄电池提供的电流都是直流电。 直流电动机的基本组成部分 磁体 线圈（电枢） 换向器 转子 定子 直流电动机的优点 ： 转速可以连续调节。 小结 你学到了什么？ 还有什么疑惑？