□姜桂祥

三個(gè)實(shí)驗(yàn)幫你理解《電與磁》

□姜桂祥

在《電與磁》這一章中，通過三個(gè)實(shí)驗(yàn)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(gè)實(shí)驗(yàn)的異同點(diǎn)，帶大家理解電與磁的有關(guān)知識點(diǎn).

探究實(shí)驗(yàn)一：奧斯特實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(yàn)首先發(fā)現(xiàn).

實(shí)驗(yàn)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(gè)，電源一個(gè).

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

2.切斷電流時(shí)，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(shí)，磁針又回到原位.

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：奧斯特實(shí)驗(yàn)首次揭示了電和磁之間的聯(lián)系，實(shí)驗(yàn)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(diǎn)：考查奧斯特實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，會(huì)應(yīng)用這個(gè)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(shí)，小磁針就會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn).請運(yùn)用場的觀點(diǎn)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(shí)，小磁針才發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，這說明小磁針的轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)磁場中會(huì)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(diǎn)評：解答此題的關(guān)鍵是要掌握奧斯特實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容.

探究實(shí)驗(yàn)二：通電導(dǎo)體在磁場中受到力的作用

實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容：借助如圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置，探究通電導(dǎo)體在磁場中會(huì)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(shí)驗(yàn)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(gè)，電源一個(gè)，開關(guān)一個(gè).

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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)方向；

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

實(shí)驗(yàn)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(diǎn)：通過對實(shí)驗(yàn)《通電導(dǎo)體在磁場中會(huì)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(shí)知道直流電動(dòng)機(jī)的工作原理是通電導(dǎo)體在磁場中受力而運(yùn)動(dòng)；知道電動(dòng)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)三：探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件

實(shí)驗(yàn)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(gè)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(shí)代.

實(shí)驗(yàn)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(gè)，電源一個(gè)，開關(guān)一個(gè)，磁體N、S一對.

圖5

步驟：1.在實(shí)驗(yàn)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(gè)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(gè)條件是導(dǎo)體要在磁場中作切割磁感線運(yùn)動(dòng).

3.若圖5甲中AB棒不動(dòng)，磁鐵左右水平運(yùn)動(dòng)，電路有感應(yīng)電流.

4.上述實(shí)驗(yàn)中由于導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)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(shí)代.

實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.

命題點(diǎn)：通過對實(shí)驗(yàn)《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(yàn)：

探究導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件.

如圖6所示，實(shí)驗(yàn)時(shí)，控制磁場方向相同，改變導(dǎo)體ab的運(yùn)動(dòng)方向.

步驟一：導(dǎo)體水平左右運(yùn)動(dòng)，如圖6甲所示，電流計(jì)指針，這是因?yàn)?

步驟二：導(dǎo)體豎直上下運(yùn)動(dòng)，如圖6乙所示，電流計(jì)指針，這是因?yàn)?

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

綜合上面實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)；閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)

點(diǎn)評：電磁感應(yīng)現(xiàn)象的條件有兩個(gè)：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