三個實驗幫你理解《電與磁》

□姜桂祥

三個實驗幫你理解《電與磁》

□姜桂祥

在《電與磁》這一章中，通過三個實驗講述了電生磁、磁生電以及如何將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程，下面我們通過比較這三個實驗的異同點，帶大家理解電與磁的有關(guān)知識點.

探究實驗一：奧斯特實驗

實驗的內(nèi)容：將一根通電的直導(dǎo)線平行地放在靜止小磁針的上方，則當(dāng)導(dǎo)線中有電流通過時，磁針將發(fā)生偏轉(zhuǎn).這一現(xiàn)象由丹麥物理學(xué)家奧斯特于1820年7月通過試驗首先發(fā)現(xiàn).

實驗的過程：

目的：探究電流產(chǎn)生磁場.

裝置：導(dǎo)線若干，小磁針一個，電源一個.

步驟1.將磁針放置在導(dǎo)線旁，導(dǎo)線通電時磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn).

2.切斷電流時，磁針又回到原位.

3.改變電流方向，磁針向相反方向偏轉(zhuǎn).

4.切斷電流時，磁針又回到原位.

實驗結(jié)論：奧斯特實驗首次揭示了電和磁之間的聯(lián)系，實驗表明：（1）通電導(dǎo)體周圍存在著磁場；（2）通電導(dǎo)體周圍磁場的方向與電流的方向有關(guān).

命題點：考查奧斯特實驗的結(jié)論，會應(yīng)用這個結(jié)論介紹有關(guān)電磁現(xiàn)象.

例1如圖1所示，把小磁針放在桌面上，將一根直導(dǎo)線平行架在靜止的小磁針上方，當(dāng)導(dǎo)線中有電流通過時，小磁針就會發(fā)生偏轉(zhuǎn).請運用場的觀點解釋小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因：.

解析：從圖中可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)導(dǎo)線中有電流通過時，小磁針才發(fā)生轉(zhuǎn)動，這說明小磁針的轉(zhuǎn)動是磁場作用的結(jié)果，因此通電導(dǎo)線周圍存在磁場.小磁針處在這個磁場中會受到磁場力的作用，從而發(fā)生偏轉(zhuǎn).

答案：通電導(dǎo)體周圍存在磁場，處于磁場中的小磁針受到磁場力的作用.

點評：解答此題的關(guān)鍵是要掌握奧斯特實驗的內(nèi)容.

探究實驗二：通電導(dǎo)體在磁場中受到力的作用

實驗的內(nèi)容：借助如圖2所示的實驗裝置，探究通電導(dǎo)體在磁場中會受到力的作用，導(dǎo)體在磁場中受力的方向與電流的方向、磁場的方向有關(guān).

實驗的過程：

目的：探究磁場對通電導(dǎo)體的作用.

裝置：導(dǎo)線若干，導(dǎo)體ab一個，電源一個，開關(guān)一個.

圖1

圖2

步驟：1.把導(dǎo)體放在磁場里，接通電源，讓電流通過導(dǎo)體ab，觀察它的運動方向；

2.把電源的正負(fù)極對調(diào)后接入電路，使通過導(dǎo)體的電流方向與原來相反，觀察它的運動方向；

3.保持電源的正負(fù)極不變，對調(diào)磁體的磁極，使磁場的方向與原來相反，觀察導(dǎo)體的運動方向；

4.若增加電源電壓或增強(qiáng)磁體的磁性，導(dǎo)體的運動速度會“加快”.

實驗結(jié)論：（1）通電導(dǎo)體在磁場中要受到力的作用，而且受力的方向跟電流的方向和磁場的方向都有關(guān)系；（2）力的大小跟電流的大小和磁場強(qiáng)弱有關(guān).

命題點：通過對實驗《通電導(dǎo)體在磁場中會受到力的作用》的考查，使同學(xué)們知道通電導(dǎo)體在磁場中受力的方向與電流的方向、磁場的方向有關(guān)；同時知道直流電動機(jī)的工作原理是通電導(dǎo)體在磁場中受力而運動；知道電動機(jī)在工作過程中將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能.

例2如圖3的線圈abcd位于磁場中.

（1）通電后，cd段導(dǎo)線的電流方向（選填“由c到d”或“由d到c”）.

（2）cd段導(dǎo)線受磁場力的方向如圖3所示，在圖中畫出ab段導(dǎo)線受磁場力的方向.

圖3

圖4

解析：（1）根據(jù)圖示信息，電流從電源的正極出發(fā)回到負(fù)極，所以線圈中cd段導(dǎo)線的電流方向由c到d；（2）根據(jù)cd段導(dǎo)線受磁場力的方向如圖3所示，ab段的電流方向和cd電流方向相反，磁感線方向不變，則可以判斷ab段導(dǎo)線受磁場力的方向與cd段相反，則ab段受力方向豎直向上，如圖4所示.

答案：（1）由c到d（2）如圖4所示

點評：此題考查學(xué)生關(guān)于通電導(dǎo)體在磁場中受力方向與電流方向和磁感線方向有關(guān)的理解和掌握.

探究實驗三：探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件

實驗的內(nèi)容：英國物理學(xué)家法拉第經(jīng)過10年左右的探索才發(fā)現(xiàn)了利用磁場產(chǎn)生電流的條件和規(guī)律，根據(jù)這個現(xiàn)象發(fā)明了發(fā)電機(jī)，使人類大規(guī)模用電成為了可能，開辟了電氣化的時代.

實驗的過程：

目的：探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件.

裝置：導(dǎo)線若干，線圈abcd一個，電源一個，開關(guān)一個，磁體N、S一對.

圖5

步驟：1.在實驗中，通過觀察電流表指針是否偏轉(zhuǎn)來判斷電路是否有感應(yīng)電流.

2.通過比較圖5甲和圖5丙可知，產(chǎn)生感應(yīng)電流的一個條件是電路要閉合；通過比較圖5甲和圖5乙可知，產(chǎn)生感應(yīng)電流的另一個條件是導(dǎo)體要在磁場中作切割磁感線運動.

3.若圖5甲中AB棒不動，磁鐵左右水平運動，電路有感應(yīng)電流.

4.上述實驗中由于導(dǎo)體在磁場中運動而產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)現(xiàn)象，它的最直接的應(yīng)用是發(fā)電機(jī)，開辟了人類電氣化的時代.

實驗結(jié)論：閉合電路的一部分導(dǎo)體，在磁場中做切割磁感線運動時，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流.

命題點：通過對實驗《產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件》的考查，使同學(xué)們知道電磁感應(yīng)現(xiàn)象及發(fā)電機(jī)的工作原理.

例3完成下面的探究性試驗：

探究導(dǎo)體在磁場中運動時產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件.

如圖6所示，實驗時，控制磁場方向相同，改變導(dǎo)體ab的運動方向.

步驟一：導(dǎo)體水平左右運動，如圖6甲所示，電流計指針，這是因為.

步驟二：導(dǎo)體豎直上下運動，如圖6乙所示，電流計指針，這是因為.

步驟三：導(dǎo)體水平左右運動，如圖6丙所示，電流計指針偏轉(zhuǎn)，電路中有電流產(chǎn)生.

綜合上面實驗現(xiàn)象，可以得出感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是：.

答案：不發(fā)生偏轉(zhuǎn)開關(guān)沒有閉合；不發(fā)生偏轉(zhuǎn)導(dǎo)體沒有作切割磁感線運動；閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動

點評：電磁感應(yīng)現(xiàn)象的條件有兩個：一為閉合回路；二為部分導(dǎo)體切割磁感線，兩者缺一不可.

圖6