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化為機械能的過程，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知識點.

探究實驗一：奧斯特實驗

實驗的內容：將一根通電的直導線平行地放在靜止小磁針的上方，則當導線中有電流通過時，磁針將發生偏轉.這一現象由丹麥物理學家奧斯特于1820年7月通過試驗首先發現.

實驗的過程：

目的：探究電流產生磁場.

裝置：導線若干，小磁針一個，電源一個.

步驟1.將磁針放置在導線旁，導線通電時磁針發生偏轉.

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.

4.切斷電流時，磁針又回到原位.

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

命題點：考查奧斯特實驗的結論，會應用這個結論介紹有關電磁現象.

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

解析：從圖中可以發現當導線中有電流通過時，小磁針才發生轉動，這說明小磁針的轉動是磁場作用的結果，因此通電導線周圍存在磁場.小磁針處在這個磁場中會受到磁場力的作用，從而發生偏轉.

答案：通電導體周圍存在磁場，處于磁場中的小磁針受到磁場力的作用.

點評：解答此題的關鍵是要掌握奧斯特實驗的內容.

探究實驗二：通電導體在磁場中受到力的作用

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

實驗的過程：

目的：探究磁場對通電導體的作用.

裝置：導線若干，導體ab一個，電源一個，開關一個.

圖1

圖2

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

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

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

4.若增加電源電壓或增強磁體的磁性，導體的運動速度會“加快”.

實驗結論：（1）通電導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系；（2）力的大小跟電流的大小和磁場強弱有關.

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

例2如圖3的線圈abcd位于磁場中.

（1）通電后，cd段導線的電流方向（選填“由c到d”或“由d到c”）.

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

圖3

圖4

解析：（1）根據圖示信息，電流從電源的正極出發回到負極，所以線圈中cd段導線的電流方向由c到d；（2）根據cd段導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：此題考查學生關于通電導體在磁場中受力方向與電流方向和磁感線方向有關的理解和掌握.

探究實驗三：探究產生感應電流的條件

實驗的內容：英國物理學家法拉第經過10年左右的探索才發現了利用磁場產生電流的條件和規律，根據這個現象發明了發電機，使人類大規模用電成為了可能，開辟了電氣化的時代.

實驗的過程：

目的：探究產生感應電流的條件.

裝置：導線若干，線圈abcd一個，電源一個，開關一個，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來判斷電路是否有感應電流.

2.通過比較圖5甲和圖5丙可知，產生感應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，產生感應電流的另一個條件是導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，電路有感應電流.

4.上述實驗中由于導體在磁場中運動而產生電流的現象叫電磁感應現象，它的最直接的應用是發電機，開辟了人類電氣化的時代.

實驗結論：閉合電路的一部分導體，在磁場中做切割磁感線運動時，導體中就會產生感應電流.

命題點：通過對實驗《產生感應電流的條件》的考查，使同學們知道電磁感應現象及發電機的工作原理.

例3完成下面的探究性試驗：

探究導體在磁場中運動時產生感應電流的條件.

如圖6所示，實驗時，控制磁場方向相同，改變導體ab的運動方向.

步驟一：導體水平左右運動，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：導體水平左右運動，如圖6丙所示，電流計指針偏轉，電路中有電流產生.

綜合上面實驗現象，可以得出感應電流產生的條件是：.

答案：不發生偏轉開關沒有閉合；不發生偏轉導體沒有作切割磁感線運動；閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動

點評：電磁感應現象的條件有兩個：一為閉合回路；二為部分導體切割磁感線，兩者缺一不可.

圖6