應用物理知識競賽專題講座

電與磁部分的物理知識應用非常廣泛，賽點幾乎涉及課程標準中這部分知識的各個知識點，下面分知識點選取例題進行講解.

一、磁現象、磁極間的相互作用

磁體能夠吸引鋼鐵一類物質，磁體兩極吸引鋼鐵的能力最強.磁極之間的相互作用規律是：同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引.

例1福州科技館展出的磁動輪是根據異名磁極相互吸引的原理制成的，每個輪的邊緣裝有12個側放的柱形磁體，如圖1所示.當推動A輪轉動時，其他3個輪會隨之轉動.如果A輪磁體外側是N極，則C輪磁體外側是極.如果A輪順時針轉動，C輪將時針轉動，D輪將時針轉動.（后兩個空均填“順”或“逆”）

解析:普通的齒輪傳動裝置是依靠相鄰齒輪的齒與齒的嚙合傳遞動力的，而磁動輪則是根據異名磁極間相互吸引的原理依靠磁場傳遞動力的.相鄰齒輪同側的磁極不同.如果A輪磁體外側是N極，則與A輪相鄰的C輪磁體外側是S極，與C輪相鄰的D輪和B輪磁體外側是N極.磁動輪中各齒輪之間轉動方向的關系與普通齒輪傳動裝置相同.如果A輪順時針轉動，C輪將逆時針轉動，D輪和B輪將順時針轉動.

參考答案： S逆順

點評:磁體的周圍存在著磁場，磁極之間的相互作用力就是通過磁場發生的.磁體對放入磁場中的鐵磁性物質作用的磁力，是物體間即使不互相接觸也可以相互作用的力.

二、電流的磁場、地磁場

電流的周圍存在著磁場.通電螺線管的磁場方向與電流方向的關系，可以根據安培定則來判定.電流磁場的方向為右手拇指所指的方向，電流方向為右手四指所指的方向.

例2根據通電螺線管周圍存在磁場（如圖2）的實驗事實，某同學對地磁場產生的原因提出了一個假說：地磁場是由繞地球的環形電流引起的.下圖中符合其假說的模型是() .

解析: 在如圖2所示的通電螺線管中，磁場的方向為右手拇指所指的方向，電流方向為右手四指所指的方向.地球周圍存在著磁場——地磁場，地磁的北極（N極）在地理的南極附近.根據安培定則，右手拇指指向N極，則四指所指的電流方向沿緯線由東向西.A選項正確.

點評: 符合“地磁場是由繞地球的環形電流引起的”這一假說的模型為A選項.這一假說是否能成立，還需要經過進一步實驗驗證.

三、電磁鐵、電磁繼電器

在通電螺線管中插入一根鐵芯就成了一個電磁鐵，由于鐵芯被通電螺線管的磁場磁化且磁場方向與通電螺線管的磁場方向一致，所以電磁鐵的磁性更強.電磁繼電器實際就是利用電磁鐵來控制工作電路的一種開關.

利用某種方式來操縱電磁繼電器控制電路的通、斷，就可以實現對工作電路的自動控制.

例3如圖3所示，將一對磁性材料制成的彈性舌簧密封于玻璃管中，舌簧端面互疊，但留有間隙，就制成了一種磁控元件——干簧管，以實現自動控制.某同學自制了一個線圈，將它套在干簧管上，制成一個干簧繼電器，用來控制燈泡的亮滅，如圖4所示.干簧繼電器在工作中所利用的電磁現象不包括() .

A. 電流的磁效應

B. 磁場對電流的作用

C. 磁極間的相互作用

D. 磁化

解析:如圖4所示，工作電路由交流電源、燈泡和干簧管內的兩片舌簧組成，控制電路由直流電源、繞在干簧管上的通電螺線管和一個開關組成.當開關閉合時，螺線管中有電流通過，通電螺線管的磁場將兩片舌簧磁化，被磁化了的兩片舌簧靠中間的一端為異名磁極，異名磁極相吸引使兩片舌簧靠中間的一端互相接觸，工作電路為通路，燈泡亮.當開關斷開時，螺線管中沒有電流通過，兩片舌簧磁性消失，靠中間的一端斷開，工作電路為斷路，燈泡滅.在工作中所利用的電磁現象包括A選項、C選項和D選項，不包括B選項.選B.

點評：將通電螺線管繞在干簧管上就成為干簧繼電器.由控制電路的開關通過干簧繼電器實現對工作電路上燈泡亮滅的控制.

四、發電機、電動機

發電機的工作原理是電磁感應原理，發電機是將機械能轉化為電能的裝置.電動機的工作原理是通電導體在磁場中受力運動（或通電線圈在磁場中受力轉動），電動機是將電能轉化為機械能的裝置.

例4汽車上的直流電機有兩種功能：一是用于汽車發動機啟動時帶動其轉動；二是在汽車行駛時給汽車上的蓄電池充電.當汽車發動機啟動時，直流電機充當了機；當汽車行駛時，直流電機充當了機.

解析: 利用磁場對電流的作用，可以使通電導體運動，把電能變成機械能.電動機就是根據這一原理制成的.當汽車上的直流電機用于汽車發動機啟動時，將電能轉化為機械能，充當了電動機；當汽車上的直流電機在汽車行駛時給汽車上的蓄電池充電時，將機械能轉化為電能，充當了發電機.

點評:直流電動機與直流發電機的結構相同，工作原理不同.可以從能量轉化的角度區分電動機與發電機.

責任編輯程哲