刺探電流磁場的奧妙

華慶富

1知識回訪

1.1電流磁效應

任何通有電流的導線，都可以在其周圍產(chǎn)生磁場的現(xiàn)象，稱為電流的磁效應。通電導體周圍存在磁場，電流的磁場方向和電流方向有關。

1.2通電螺旋管

1.2.1定義

通電螺線管外部的磁感線是從螺線管的北極發(fā)出并回到南極。但是，在通電螺線管內(nèi)部的磁場方向是從螺線管的南極指向北極。通電螺線管對外相當于一個條形磁鐵，通電螺線管外部的磁場與條形磁鐵的磁場相似。

1.2.2安培定制

通電螺線管的磁極極性可用安培定則（右手螺旋定則）來判定：用右手握螺線管，讓四指彎向螺線管中電流的方向，則大拇指所指的那端就是螺線管的N極。

1.2.3記憶方法

以通電螺線管正面電流為例，電流向上，N極在左端；電流向下，N極在右端，可簡化為“上左，下右”。

1.3電磁鐵

電磁鐵就是內(nèi)有鐵芯的通電螺旋管。

（1）優(yōu)點：磁性的有無由電流的通斷來控制；磁性的強弱由電流的大小來改變；極性的變換由電流的方向來改變。

（2）用途：可用于電磁起重機、電鈴、電磁繼電器、聽筒等。

1.4電磁繼電器

（1）定義：電磁繼電器是通過電磁鐵，利用低電壓、弱電流的通斷，來控制高電壓、強電流電路的裝置。

（2）實質(zhì)：電磁繼電器的實質(zhì)是一個由電磁鐵控制的開關。

（3）工作原理：電磁鐵通電時，把銜鐵吸下來，使動觸點和靜觸點接觸，工作電路閉合；電磁鐵斷電時，電磁鐵失去磁性，彈簧把銜鐵拉起來，切斷工作電路。電磁繼電器工作原理如圖1所示。

2試題解析

2.1奧斯特實驗

例1（2017·淮安）：1820年4月的一天，奧斯特講課時突發(fā)奇想，在沿____方向的導線下方放置1枚小磁針，保證導線和小磁針能____放置進行實驗，接通電源后發(fā)現(xiàn)小磁針明顯偏轉(zhuǎn)。隨后奧斯特花了3個月時間，做了60多個實驗證明電流的確能使磁針偏轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為____，奧斯特的發(fā)現(xiàn)，拉開了研究電磁間本質(zhì)聯(lián)系的序幕。

解析：奧斯特實驗證明了電流的周圍存在磁場，這是第一個發(fā)現(xiàn)了電和磁存在聯(lián)系的實驗，奧斯特因這個貢獻而載入物理史冊。

在奧斯特實驗中，開關閉合時，即當導線中有電流通過時，發(fā)現(xiàn)導線下面的小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明通電導體周圍存在著磁場。奧斯特講課時突發(fā)奇想，在沿電流方向的導線下方放置1枚小磁針，保證導線和小磁針能平行放置進行實驗，接通電源后發(fā)現(xiàn)小磁針明顯偏轉(zhuǎn)，證實了電流的確能使磁針偏轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為電流的磁效應。

答案：電流；平行；電流的磁效應。

點撥：熟悉物理學的相關歷史以及奧斯特實驗的細節(jié)，是解題關鍵。

2.2螺線管

例2（2017·山西）：小明在一塊有機玻璃板上安裝了一個用導線繞成的螺線管，在板面上均勻撒滿鐵屑，通電后輕敲玻璃板，鐵屑的排列如圖2所示，下列說法正確的是（ ）。

A.圖中P、Q兩點相比，P點處的磁場較強

B.若只改變螺線管中的電流方向，P、Q兩點處的磁場會減弱

C.若只改變螺線管中的電流方向，P、Q兩點處的磁場方向會改變

D.若只增大螺線管中的電流，P、Q兩點處的磁場方向會改變

解析：由圖2可以看出通電螺線管的磁場和條形磁體的磁場一樣，并且可以看到Q點鐵屑的分布比P點密集，由此可以確定Q點的磁場比P點強，故A選項錯誤。只改變電流方向，則磁場方向發(fā)生改變，但通電螺線管的磁場強弱不變，故B選項錯誤，C選項正確。只增大螺線管中的電流，則磁場的強弱發(fā)生改變，但磁場方向不變，故D選項錯誤。

答案：C。

點撥：對通電螺線管磁場有一個基本的認識，對通電螺線管磁場強弱因素有一個全面的理解，是解題關鍵。

2.3電磁鐵

例3（2017·金華）：在探究影響電磁鐵磁性強弱的因素時，小科設計了如圖3所示的電路，下列相關說法不正確的是（ ）。

A.電磁鐵A、B上方都是S極

B.通過電磁鐵A和B的電流相等

C.電磁鐵A的磁性強于電磁鐵B的磁性

D.向右移動滑片P，電磁鐵A、B磁性都減弱

解析：由安培定則可知，電磁鐵A的上方為N極，B的上方為S極，故A選項錯誤。由圖3可知，電磁鐵A和B串聯(lián)接入電路中，所以電流相等，故B正確。電磁鐵A和B的電流相同，由圖3可知A的線圈匝數(shù)多于B的線圈匝數(shù)，A的磁性強于B的磁性，故C選項正確。向右移動滑片P，滑動變阻器接入電路的電阻變大，根據(jù)歐姆定律可知，電流減小，電磁鐵A、B磁性都減弱，故D選項正確。

答案：A。

點撥：此對電磁鐵磁性強弱影響因素的了解和掌握，以及對滑動變阻器在電路中的作用的理解，是解題突破口，解題中要注意控制變量法的熟練運用。

2.4電磁繼電器

例4（2017·武漢）：如圖4所示是一種水位自動報警器的原理圖。水位沒有達到金屬塊A時，燈____亮；水位達到金屬塊A時，由于一般的水是____，燈____亮。

解析：電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的作用力下回到原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，控制了電路的導通、切斷。

當水位下降沒有達到金屬塊A時，控制電路斷開，電磁鐵失去磁性，彈簧拉著銜鐵使動觸點與上面的靜觸點接觸，工作電路接通，則L₁燈亮。

當水位上漲時，水與金屬A接觸，由于水是導體，控制電路接通，電磁鐵吸引銜鐵，使動觸點與下面的靜觸點接觸，工作電路接通，則L₂燈亮。

答案：L₁；導體；L₂。

點撥：熟悉電磁繼電器的工作原理和過程，是解題的突破口。電磁繼電器在實際生活中經(jīng)常用于自動控制水位報警器、溫度報警器等。由水位的變化導致控制電路的通斷，進一步?jīng)Q定電磁鐵磁性的有無，從而控制工作電路的動觸點的位置的變化，改變工作電路的連接情況。

2.5電生磁綜合應用

例5（2017·杭州）：圖5為熱敏電阻的.R-T圖像，圖6為用此熱敏電阻R和繼電器組成的恒溫箱的簡單溫控電路。繼電器線圈的電阻為150Ω，當線圈中電流大于或等于28mA時，繼電器的銜鐵被吸合，為繼電器線圈供電電池的電壓為6V，圖6的“電源”是恒溫箱加熱器的電源。

（1）從圖6中可知，50℃時熱敏電阻的阻值為____Ω。

（2）恒溫箱的加熱器應接在AB端還是CD端？

（3）若恒溫箱內(nèi)的溫度達到100℃時，請計算分析恒溫箱加熱器是否處于工作狀態(tài)。

（4）若在原控制電路中，串聯(lián)接入一個可變電阻，當該電阻增大時，所控制的恒溫箱內(nèi)的最高溫度將____（選填“變大”“不變”或“變小”）。

解析：（1）分析圖5可知，50℃時熱敏電阻的阻值為90Ω。

（2）當溫度較低的時候，熱敏電阻的電阻值較大，電路中的電流較小，此時繼電器的銜鐵與AB部分連接，此時是需要加熱的，恒溫箱內(nèi)的加熱器要工作，所以該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在AB端。

（3）當溫度達到100℃時，據(jù)圖5可知，此時的電阻是50Ω，繼電器線圈的電阻為150Ω，所以該電路的電流是：

由于I>28mA，故恒溫箱不處于工作狀態(tài)。（4）據(jù)題意可知“當線圈中電流大于或等于28mA時，繼電器的銜鐵被吸合”，即恒溫箱會停止工作，故可知若在控制電路中串聯(lián)一個電阻，電路電阻變大，同樣情況下，使得電路電流變小，故控制電路達到28mA時所用的時間會更長，保溫箱的加熱時間會更長，故保溫箱內(nèi)的溫度會更高。

答案：90；恒溫箱的加熱器應接在AB端；若恒溫箱內(nèi)的溫度達到100℃時，通過計算分析恒溫箱加熱器不處于工作狀態(tài)；變大。

點撥：在解答本題的時候要分析清楚，控制電路和加熱電路是兩個不同的電路，只有當溫度較低，需要加熱的時候，加熱電路才會工作，而控制電路是一直通電的。