三个实验帮你理解《电与磁》

□姜桂祥

三个实验帮你理解《电与磁》

□姜桂祥

在《电与磁》这一章中，通过三个实验讲述了电生磁、磁生电以及如何将电能转化为机械能的过程，下面我们通过比较这三个实验的异同点，带大家理解电与磁的有关知识点.

探究实验一：奥斯特实验

实验的内容：将一根通电的直导线平行地放在静止小磁针的上方，则当导线中有电流通过时，磁针将发生偏转.这一现象由丹麦物理学家奥斯特于1820年7月通过试验首先发现.

实验的过程：

目的：探究电流产生磁场.

装置：导线若干，小磁针一个，电源一个.

步骤1.将磁针放置在导线旁，导线通电时磁针发生偏转.

2.切断电流时，磁针又回到原位.

3.改变电流方向，磁针向相反方向偏转.

4.切断电流时，磁针又回到原位.

实验结论：奥斯特实验首次揭示了电和磁之间的联系，实验表明：（1）通电导体周围存在着磁场；（2）通电导体周围磁场的方向与电流的方向有关.

命题点：考查奥斯特实验的结论，会应用这个结论介绍有关电磁现象.

例1如图1所示，把小磁针放在桌面上，将一根直导线平行架在静止的小磁针上方，当导线中有电流通过时，小磁针就会发生偏转.请运用场的观点解释小磁针发生偏转的原因：.

解析：从图中可以发现当导线中有电流通过时，小磁针才发生转动，这说明小磁针的转动是磁场作用的结果，因此通电导线周围存在磁场.小磁针处在这个磁场中会受到磁场力的作用，从而发生偏转.

答案：通电导体周围存在磁场，处于磁场中的小磁针受到磁场力的作用.

点评：解答此题的关键是要掌握奥斯特实验的内容.

探究实验二：通电导体在磁场中受到力的作用

实验的内容：借助如图2所示的实验装置，探究通电导体在磁场中会受到力的作用，导体在磁场中受力的方向与电流的方向、磁场的方向有关.

实验的过程：

目的：探究磁场对通电导体的作用.

装置：导线若干，导体ab一个，电源一个，开关一个.

图1

图2

步骤：1.把导体放在磁场里，接通电源，让电流通过导体ab，观察它的运动方向；

2.把电源的正负极对调后接入电路，使通过导体的电流方向与原来相反，观察它的运动方向；

3.保持电源的正负极不变，对调磁体的磁极，使磁场的方向与原来相反，观察导体的运动方向；

4.若增加电源电压或增强磁体的磁性，导体的运动速度会“加快”.

实验结论：（1）通电导体在磁场中要受到力的作用，而且受力的方向跟电流的方向和磁场的方向都有关系；（2）力的大小跟电流的大小和磁场强弱有关.

命题点：通过对实验《通电导体在磁场中会受到力的作用》的考查，使同学们知道通电导体在磁场中受力的方向与电流的方向、磁场的方向有关；同时知道直流电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力而运动；知道电动机在工作过程中将电能转化为机械能.

例2如图3的线圈abcd位于磁场中.

（1）通电后，cd段导线的电流方向（选填“由c到d”或“由d到c”）.

（2）cd段导线受磁场力的方向如图3所示，在图中画出ab段导线受磁场力的方向.

图3

图4

解析：（1）根据图示信息，电流从电源的正极出发回到负极，所以线圈中cd段导线的电流方向由c到d；（2）根据cd段导线受磁场力的方向如图3所示，ab段的电流方向和cd电流方向相反，磁感线方向不变，则可以判断ab段导线受磁场力的方向与cd段相反，则ab段受力方向竖直向上，如图4所示.

答案：（1）由c到d（2）如图4所示

点评：此题考查学生关于通电导体在磁场中受力方向与电流方向和磁感线方向有关的理解和掌握.

探究实验三：探究产生感应电流的条件

实验的内容：英国物理学家法拉第经过10年左右的探索才发现了利用磁场产生电流的条件和规律，根据这个现象发明了发电机，使人类大规模用电成为了可能，开辟了电气化的时代.

实验的过程：

目的：探究产生感应电流的条件.

装置：导线若干，线圈abcd一个，电源一个，开关一个，磁体N、S一对.

图5

步骤：1.在实验中，通过观察电流表指针是否偏转来判断电路是否有感应电流.

2.通过比较图5甲和图5丙可知，产生感应电流的一个条件是电路要闭合；通过比较图5甲和图5乙可知，产生感应电流的另一个条件是导体要在磁场中作切割磁感线运动.

3.若图5甲中AB棒不动，磁铁左右水平运动，电路有感应电流.

4.上述实验中由于导体在磁场中运动而产生电流的现象叫电磁感应现象，它的最直接的应用是发电机，开辟了人类电气化的时代.

实验结论：闭合电路的一部分导体，在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生感应电流.

命题点：通过对实验《产生感应电流的条件》的考查，使同学们知道电磁感应现象及发电机的工作原理.

例3完成下面的探究性试验：

探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件.

如图6所示，实验时，控制磁场方向相同，改变导体ab的运动方向.

步骤一：导体水平左右运动，如图6甲所示，电流计指针，这是因为.

步骤二：导体竖直上下运动，如图6乙所示，电流计指针，这是因为.

步骤三：导体水平左右运动，如图6丙所示，电流计指针偏转，电路中有电流产生.

综合上面实验现象，可以得出感应电流产生的条件是：.

答案：不发生偏转开关没有闭合；不发生偏转导体没有作切割磁感线运动；闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动

点评：电磁感应现象的条件有两个：一为闭合回路；二为部分导体切割磁感线，两者缺一不可.

图6