第二十章 电与磁-人教版九年级《物理》知识清单

PAGE1第二十章电与磁（知识清单）思维导图第1节磁现象磁场一、磁现象1.磁性、磁体和磁极（1）磁性：如果物体能够吸引由铁、钴、镍等制成的物品，就说其具有磁性。（2）磁体：具有磁性的物体（3）磁极①定义：磁体的两端磁性最强，中间部分磁性最弱，几乎没有磁性。我们把磁体上吸引能力最强的两个部位叫作磁极。②磁极的规定：能够自由转动的磁体，静止时指南的那个磁极叫做南极或S极，指北的那个磁极叫做北极或N极。2.磁极间相互作用的规律同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。3.磁化（1）磁化现象：把原来不显磁性的物质，在磁体或电流的等方式作用下使其显出磁性的过程叫做磁化。（2）磁化的方法：①接触或靠近磁体；②用一个磁体在磁性物体上沿一个方向摩擦，就可使这个物体变成磁体；③利用充磁机对磁性材料充磁。钢被磁化后能长时间保持磁性，铁则不能。人造磁体就是将钢进行磁化而制成的。（3）磁化的应用：磁化在生活中的应用主要体现在信息存储、驱动设备、家电配件等方面。（4）磁化的影响：日常生活中，磁化会对生活用品产生一些不利的影响。二、磁场1.磁场（1）磁场：磁体周围存在一种看不见、摸不到的物质，称为磁场。磁体两极磁场最强，中间磁场最弱，离磁体越远，磁场越弱。（2）磁场的基本性质：对放入其中的磁体产生力的作用。磁体间的相互作用就是通过磁场发生的。（3）磁场方向①实验：研究磁体周围磁场的方向在条形磁体周围放置一些小磁针，如图所示，观察小磁针N极的指向，画出各点的磁场方向。磁场的分布是否有规律？磁场中不同点，小磁针静止时，N极总是指向不同方向。在磁体外部放置越多、越小的磁针，就能越清楚地看出磁场的分布情况。如图所示，在条形磁体上面放一块玻璃板，在玻璃板上撒一层铁屑，铁屑被条形磁体磁化，就变成一枚枚“小磁针”。轻轻敲打玻璃板，你看到了什么？磁化后的铁粒，在磁场的作用下，首尾相连，有序的排列起来。①磁场方向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。磁场中某一点磁场方向决定了放在该点的小磁针静止时N极的指向。2.磁感线（1）概念：用一些带箭头的曲线，方便、形象地描述磁场，该曲线叫作磁感线。为帮助人们想象磁场空间分布情况，科学家借用磁感线来形象地描绘磁场。磁感线是假想的物理模型，实际并不存在。但磁场是真实存在的。（2）磁场的磁感线分布（3）磁感线的方向磁感线是有方向的曲线，曲线上箭头的方向表示磁感线的方向，也是该点磁场的方向，磁体外部的磁感线都是从磁体的N极出发，回到S极。磁感线方向就是磁场方向。（4）磁感线的疏密表示磁场的强弱。磁感线分布越密的地方，其磁场越强；磁感线分布越疏的地方，其磁场越弱。任何两条磁感线都不会相交。因为磁场中某点的磁场方向只有一个确定的方向。（5）归纳：磁感线的特点①磁感线实际并不存在，但磁场是客观存在的；②磁感线布满磁体周围的整个空间，磁感线的疏密表示磁场的强弱；③磁感线方向就是磁场方向，也是磁场中的小磁针的北极所指的方向；④在磁体外部，从磁体N极出发回到S极；在磁体内部，从S极回到N极为闭合曲线；⑤任何两条磁感线都不会相交。因为磁场中某点的磁场方向只有一个确定的方向。三、地磁场1.地磁场（1）概念：地球周围空间存在的磁场叫作地磁场。地球本身相当于一个巨大的磁体，指南针可以指示方向，正是受地磁场作用的结果。（2）地磁场的特点：①地磁的N极在地理的南极附近；地磁的S极在地理的北极附近。②地磁的两极和地理的两极并不重合。（3）地磁场的重要性地磁场对人类的生产、生活都有重要意义，有些动物能够感觉到磁场，如绿海龟、鸽子等，它们能利用地磁场“导航”。地磁场还是地球生命的“保护伞”。从太阳或其他星体发射出来的高速带电粒子流，在接近地球时，地磁场会改变其运动方向，使其偏离地球，对地球起到了保护作用。第2节电生磁一、电流的磁效应1.奥斯特的发现1820年丹麦物理学家奥斯特在做实验时终于发现：当导线中通过电流时，它下方的磁针会发生偏转。这个发现令奥斯特极为兴奋，他怀着极大的兴趣又继续做了许多实验，终于证实电流的周围存在着磁场，在世界上第一个发现了电与磁之间的联系。他的发现，揭示了电与磁的联系，打开了电磁学领域的一扇大门，使人类对磁与电现象的研究进入了一个新的发展时期。2.电流的磁效应大量实验表明，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。电流的磁场方向跟电流方向有关。二、通电螺线管的磁场1.螺线管将导线绕在圆筒上，即做成螺线管(也叫线圈)。通电后各圈导线产生的磁场叠加在一起，磁场就会增强得多。2.实验：探究通电螺线管外部磁场的方向实验目的：①探究通电螺线管外部磁场分布的特点。②探究通电螺线管外部磁场的方向。实验思路：首先观察通电螺线管外部的磁场与哪种磁体相似，然后找出通电螺线管的极性与环绕电流方向之间的关系。实验器材：螺线管、电源、开关、导线、有机玻璃板、铁屑和小磁针等。实验步骤：①在一块玻璃板上安装导线绕成的螺线管，板面上均匀地撒满铁屑。②按照你设计的电路图，将螺线管等器材连接起来，然后闭合开关，给螺线管通电，轻轻敲击玻璃板面，观察玻璃板面上铁屑的分布情况。③仔细观察螺线管的结构，把螺线管用导线跟电源连接，弄清螺线管导线中电流的环绕方向。在螺线管的一端放一个小磁针，用小磁针判断通电螺线管的N极和S极。改变螺线管导线中电流的环绕方向，再次判断螺线管的N极和S极。实验结论：①通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场相似。②通电螺线管两端的极性跟螺线管中电流的方向有关。三、安培定则1.内容：通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场相似，通电螺线管的两端相当于条形磁体的两极。对于通电螺线管的极性跟电流方向之间的关系，我们可以用安培定则来表述：用右手握住螺线管，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。2.安培定则的应用（1）根据通电螺线管中电流的方向，判断螺线管的极性。（2）由通电螺线管两端的极性，判断螺线管中电流的方向（及电源正负极）第三节电磁铁电磁继电器一、电磁铁1.实验：增强螺线管磁性强弱的方式如图所示，用导线在塑料管上绕成一个螺线管。接通电路，分别将木棒、铜棒和铁棒插入塑料管内，通过吸引小铁钉(或大头针)的数量判断螺线管磁性强弱的变化情况。实验表明，通电螺线管内插入铁棒时，其磁性明显增强。2.电磁铁（1）电磁铁的概念：把导线绕成螺线管，再在螺线管内插入铁芯，当有电流通过时，会有较强的磁性，没有电流时就失去磁性，我们把这种磁体叫作电磁铁。（2）电磁铁工作原理电磁铁是利用电流的磁效应来工作的。通电后，铁芯被螺线管的磁场磁化，两磁场叠加，使电磁铁的磁性增强。3.实验：探究影响电磁铁磁性强弱的因素猜想与假设：①电流的大小可能会影响电磁铁磁性的强弱。②线圈的形状和匝数可能会影响电磁铁的磁性强弱。实验器材：大铁钉、漆包线、电流表、电源、开关、滑动变阻器、大头针、铁架台等。实验方法：（1）控制变量法：①控制电磁铁线圈的匝数相同，改变线圈中电流的大小。②控制电磁铁线圈的电流相同，改变线圈匝数。（2）转换法：判断磁性强弱方法：根据吸引大头针、曲别针等的多少来判断螺线管的磁性强弱。实验过程：（1）电磁铁的磁性强弱跟电流大小的关系：将滑动变阻器、电流表和电磁铁串联起来，闭合开关，此时电磁铁线圈匝数一定，调节滑动变阻器，改变通过线圈的电流大小，观察电磁铁吸引大头针的数目变化。结论一：当匝数一定时，通过电磁铁的电流越大，电磁铁的磁性越强。（2）电磁铁的磁性跟线圈匝数的关系：把三个匝数不同的电磁铁，与滑动变阻器、电流表串联在电路中，闭合开关，此时电路中电流大小一定，观察电磁铁吸引大头针的数目变化。结论二：当电流一定时，电磁铁线圈的匝数越多，磁性越强。总结归纳：影响电磁铁磁性强弱的因素：电磁铁通电时有磁性，断电时磁性消失；线圈的匝数一定时，通过电磁铁的电流越大，电磁铁的磁性越强；当电流一定时，电磁铁线圈的匝数越多，磁性越强。4.电磁铁的优缺点（1）电磁铁磁性的有无可由电流的通断来控制。（2）电磁铁的磁性强弱，可用电流大小、线圈匝数多少来控制。（3）电磁铁的极性变换，可通过改变电流方向来实现。5.电磁铁的应用电磁铁在生活、生产和科学技术中有很广泛的应用。从家里的全自动洗衣机到电动汽车，从磁悬浮列车到三峡水库的发电站，各种大小的电磁铁无处不在。二、电磁继电器1.电磁继电器概念电磁继电器是利用低电压、弱电流电路的通断，来间接地控制高压电、强电流电路通断，来控制工作电路的一种开关的装置。电磁继电器实质上是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。2.电磁继电器的结构由电磁铁、衔铁、弹簧、触点（动触点和静触点）等组成。工作时的电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成。3.电磁继电器的工作原理控制电路中开关S闭合时，电磁铁的线圈有电流通过产生磁性，衔铁B被吸下来，动触点D与静触点E接触，高压电路闭合，电动机M工作。反之控制电路开关S断开时，线圈没有电流通过磁性消失，衔铁B被弹簧弹起，动触点D与静触点E脱离，高压电路断开，电动机M停止工作。4.电磁继电器的作用及实质作用用控制低电压弱电流电路的通断，来间接控制高电压强电流电路的通断。实质电磁继电器的实质就是一种利用电磁铁，来控制工作电路通断的开关。5.电磁继电器的应用电磁继电器是一种常用的电子控制开关，在特定情况下关闭或开启，它可以避免工作人员直接操纵含有高电压、强电流的工作电路，从而确保操作安全。电磁继电器被广泛地应用于自动控制和通信领域。（1）利用电磁继电器可以通过控制低电压、弱电流电路的通断来间接地控制高电压、强电流工作电路的通断，使人远离高压环境；（2）利用电磁继电器可以使人远离高温、有毒等环境，实现远距离控制；（3）在电磁继电器控制电路中接入对温度、压力或光照敏感的元件，利用这些元件操纵控制电路的通断，可以实现对温度、压力或光的自动控制，如电铃、防盗报警、防汛报警、温度自动控制、空气开关自动控制等。第四节电动机一、磁场对通电导线的作用1.实验：探究通电导体棒在磁场中运动（1）如图所示，把一根直导体ab放在磁场中的金属轨道上，接通电路，观察直导体ab的运动情况。结论一：通电导体在磁场中会受到力的作用。（2）断开开关，调整电路，把电源的正、负极对调后接入电路，使通过直导体ab的电流方向与原来的相反。接通电路，观察直导体ab的运动情况。结论二：磁场方向一定时，改变电流方向，磁场中导体运动方向改变。（3）保持通过直导体ab的电流方向不变，把蹄形磁体的两个磁极对调，使磁场方向与原来相反，观察直导体ab的运动情况。结论三：电流方向一定时，改变磁场方向，磁场中导体运动方向改变。（4）同时改变通过直导体ab电流方向和磁场方向，接通电路，观察直导体ab的运动情况。结论四：电流方向和磁场方向同时改变时，磁场中导体运动方向不变。总结归纳：①通电导线在磁场中受到力的作用。②力的方向跟电流的方向、磁场的方向都有关系：当电流的方向或者磁场的方向改变时，通电导线受力的方向改变。当电流的方向和磁场的方向同时改变时，通电导线受力的方向不改变。2.实验：通电线圈在磁场中转动（1）如图所示，把使线圈位于磁体两个磁极间的磁场中。接通电源，让电流通过，观察它的运动，并分析线框的受力情况。通电线圈在磁场中可以转过一个角度，但不能持续转动。（2）当线圈转到平衡位置时，立即改变电流的方向，观察线圈的转动情况。通过实验可知，线圈不能连续转动，是因为线圈越过了平衡位置以后，受到的力阻碍它的转动。如果在线圈越过了平衡位置后，设法改变线圈中电流的方向，线圈将会继续转动2.换向器实际的电动机可以通过换向器来实现持续转动。通过换向器可以改变线圈中的电流方向，每半周改变一次。（1）换向器的构造：两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两个半环中间断开，彼此绝缘。A和B是电刷，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路。（2）换向器的作用：当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。如图所示，无论线圈的哪个边，只要它处于靠近磁体S极的一侧，其中的电流都是从读者这边朝纸内的方向流去，这时它的受力方向总是相同的(向上)，线圈就可以不停地转动下去了。二、电动机1.电动机的构造电动机主要由线圈和磁体两部分组成。能够转动的部分（线圈）叫作转子；固定不动的部分（磁体）叫作定子。电动机工作时，转子在定子中转动。2.直流电动机的工作原理电动机线圈的两端各连着的换向器，随线圈一起转动。电源的正、负极分别通过电刷与换向器接触，使电源和线圈形成闭合电路。3.实