【学习要求】

1.通过实验，了解通电导线在磁场中会受到力的作用，知道力的方向与哪些因素有关.

2.知道直流电动机的工作原理，探究并了解直流电动机换向器的原理.

3.通过实验，探究并了解导体在磁场中运动时产生感应电流的条件.

4.知道交流发电机的工作原理，知道机械能可以转化为电能.

5.能区分交流电和直流电.

6.了解电磁感应在生产、生活中的应用.

【知识网络】

【知识要点】

1.磁场对电流的作用

（1）通电导体在磁场中要受到力的作用.

（2）磁场力的方向：

通电导体在磁场里受力的方向，不仅跟导体中的电流方向有关，还跟磁感线的方向有关.

若磁感线的方向不变，使导体中的电流方向相反，则导体受力的方向相反；若导体中的电流方向不变，使磁感线的方向相反，则导体受力的方向也相反.

当导体中的电流与磁感线平行时，磁场对导体没有力的作用.

（3）能量转化情况：通电导体在磁场中受力而发生运动的过程就是电能转化为机械能的过程.

（4）应用：直流电动机就是根据磁场对通电线圈的转动作用制造而成的.换向器能自动改变线圈中电流的方向，使线圈在磁场中绕一个方向不断地旋转.

2.电磁感应

闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就产生电流.这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流.

电磁感应现象是英国科学家法拉第经过十余年坚持不懈的努力，通过大量实验发现的.

（1）产生感应电流的条件：

导体所在的电路是闭合的，导体做切割磁感线运动.

（2）感应电流的方向：

导体中感应电流的方向，不仅跟导体切割磁感线运动的方向有关，还跟磁感线的方向有关.若磁感线的方向不变，使导体运动方向相反，则导体中感应电流的方向相反；若导体运动方向不变，而磁感线的方向相反，则导体中感应电流的方向也相反.

（3）电磁感应现象的应用：

发电机是利用电磁感应现象制成的.通过发电机把机械能转化为电能.

3.电磁现象归纳

三种电磁现象比较：

4.交流电和直流电

交流电：电流的大小和方向随时间作周期性变化.

直流电：电流方向保持不变.

5.直流电动机和交流发电机的比较

6.换向器的作用

直流电动机线圈的两端各连一个铜制半环E、F，它们彼此绝缘，并随线圈一起转动，它们分别跟电刷B、A接触，使电源和线圈组成闭合电路.这两个半环就是换向器.如图10-17所示.

图　10-17

每当线圈转过平衡位置（与磁感线方向垂直的平面位置），换向器就能自动改变线圈中电流的方向（若电刷A、B原来分别与半环F、E相连，则线圈转到平衡位置时，两电刷恰好接触两半环间的绝缘部分，线圈由于惯性继续转动，转过平衡位置后，电刷A、B则分别和半环E、F相连，线圈中的电流即改变方向），使得线圈可以连续旋转，这就是换向器的作用.

【典型例题】

图　10-18

例1　在磁场中悬挂一根直导线，导线的两端分别连接在灵敏电流计Ⓖ的两个接线柱上，组成一个闭合电路，如图10-18所示.当导线沿着图示的方向运动时，有两个运动方向能使灵敏电流计指针偏转，这两个运动方向是（　　）.

A.向右或向左　　B.向右或向下

C.向左或向上　　D.向上或向下

点拨　先根据磁极的位置，确定磁场的分布情况，从而进一步确定磁感线的分布情况，再根据感应电流产生的条件，判断导线如何运动才能做切割磁感线运动.

例2　如图10-19所示，关于图（a）、（b）两图说法正确的是（　　）.

图　10-19

A.图（a）是研究电磁感应现象的装置，利用该实验的原理可以制成发电机

B.图（b）是研究磁场对电流作用的装置，利用该实验的原理可以制成发电机

C.图（a）是研究磁场对电流作用的装置，利用该实验的原理可以制成电动机

D.图（b）是研究电磁感应现象的装置，利用该实验的原理可以制成电动机(www.daowen.com)

点拨　对于本题，既可以从发电机和电动机的工作原理的角度进行分析判断，也可以从能量转化的角度进行分析判断.

【例题解析】

例1：我们知道，磁感线总是从磁体的N极出来进入S极的，所以本题中磁极间的磁感线方向应该是竖直向下的.闭合电路中的部分导体必须在磁场中做切割磁感线运动，才会产生感应电流，即导线必须向右或者向左运动.故应选A.

例2：方法一：图10-19（a）中，开关闭合后，导体ab中有电流通过，受到磁场对它的力的作用.当ab导体受到磁场的作用力大于摩擦力时发生运动.由此可知，图（a）是研究磁场对电流作用的装置，利用这个原理可制成电动机.而图（b）中开关闭合后，导体ab在磁场中做切割磁感线运动时，电流表指针发生偏转，这表明闭合电路中产生了感应电流.所以，图（b）是研究电磁感应现象的装置，利用这个原理可制成发电机.经过分析可知选项C正确.

方法二：从能量转化的角度来分析此题：发电机是“动”在先，“电”在后，它是机械能转化为电能；而电动机是“电”在先，“动”在后，它是电能转化为机械能.观察图（a）中有电源，显然是提供电能的装置，即“电”在先，所以图（a）应是电动机的原理.

自我评估

一、填空题

1.英国物理学家________发现了电磁感应现象，从而导致了________的发明.

2.直流电动机的转动方向与__________和__________有关，若使通入直流电动机的电流增大，它的转动速度将变__________.

3.直流电动机是利用通电线圈在________________的原理制成的，它利用了________装置来自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈连续转动.

4.如图10-20（a）所示，在安装直流电动机模型的实验中，要改变线圈的转动方向，除了改变磁场方向外，还可以采用的方法是______________.完成以上实验后，取下电源换上小灯泡，在模型的转轴上绕上细线，如图（b）所示，然后快速拉动细线，使线圈转动起来，结果小灯泡发光，此时这模型就相当于________________________________________________.

图　10-20

二、选择题

5.关于电磁感应现象，下列说法中正确的是（　　）.

A.导体在磁场中运动一定会产生感应电流

B.导体中感应电流的方向，只跟导体的运动方向有关

C.导体中感应电流的方向，只跟磁感线的方向有关

D.在电磁感应现象中，机械能转化为电能

6.图10-21中的“○”表示垂直于纸面的一根导体，它是闭合电路的一部分，当它在磁场中按如图中箭头所指的方向运动时，不产生感应电流的情况是（　　）.

图　10-21

7.小华安装好直流电动机模型，通电后电动机正常运转，她还想使电动机的转速增大，可采用的方法是（　　）.

A.增大电流　　B.减小电流

C.对调电源正负两极　　D.对调磁体南北两极

8.法拉第发现的电磁感应现象，是物理学史上的一个伟大发现，它使人类从蒸汽机时代步入了电气化时代.下列设备中，根据电磁感应原理制成的是（　　）.

A.汽油机　　B.发电机

C.电动机　　D.电熨斗

9.在电磁感应现象中（　　）.

A.导体自身产生了电能，不需消耗其他的能量

B.消耗了机械能，得到了电能，但不遵循能量守恒定律

C.消耗了电能，得到了机械能，但不遵循能量守恒定律

D.消耗了机械能，得到了电能，且实际中获得的电能小于消耗的机械能

图　10-22

三、实验和应用题

10.如图10-22所示，在观察奥斯特实验时，小明注意到置于通电直导线下方小磁针的N极向纸内偏转.小明由此推测：若电子沿着水平方向平行地飞过小磁针上方时，小磁针也将发生偏转，请你说出小明推测的依据是：___________________________________________，你认为小磁针的N极会向________（选填“纸内”或“纸外”）偏转.

11.电与磁的联系可以由三个重要实验所证实，这三个实验的装置分别如图10-23（a）、（b）、（c）所示.

图　10-23

（1）如图（a）所示实验表明了_________________________________________________.应用举例：____________________________________________________________________.

（2）如图（b）所示实验表明了__________________________________________________.应用举例：____________________________________________________________________.

（3）如图（c）所示实验表明了_________________________________________________.应用举例：____________________________________________________________________.

12.如图10-24所示是研究电磁感应现象的实验，比较图（a）、（b）可以得出感应电流方向与_________有关；比较图（b）、（c）可知，感应电流方向还与_____________有关.

图　10-24

13.很长一段时间里，人们认为电现象和磁现象是互不相关的，但也有人注意到电和磁之间有许多相似之处，他们相信两者之间存在着某种内在的联系.许多科学家为寻找这种联系进行了不懈的努力.

（1）1820年4月，丹麦物理学家奥斯特首先发现了________现象；1831年，英国科学家法拉第又发现了__________现象，实现了“磁生电”.这两个重要的发现，揭示了电和磁之间确实存在不可分割的联系.

（2）你一定也发现了电和磁之间存在很多相似之处，下表将电现象和磁现象的某些相似点作出对比，请仿照示例完成该表.

结合上表，对比“电生磁”“磁生电”两个实验的物理内涵，不难发现电和磁之间呈现出一种有趣而优美的对称关系，这种对称关系促使人们进一步认识到，各种自然现象之间是相互联系的.

①我们知道，一块磁体无论被分割得多么小，总是有南极和北极.是否存在只有一个磁极的磁体——磁单极子？1931年，英国物理学家迪拉克在他建立的“电和磁完全对称的理论”中就预言了磁单极子的存在.请猜想迪拉克预言所依据的事实是什么？

②实际上，迪拉克是运用类比的方法为科学研究提出了一个新的课题.直到现在，寻找磁单极子的工作仍在进行之中.类比是一种重要的思维方法，它将看似无关的两个事物或现象联系起来，根据两者之间在某些方面的相同或相似，推出它们在其他方面也可能相同或相似.回顾你的物理学习历程，列举一个由类比的方法打开思路并获得成功的学习案例，具体说明你的学习过程.