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磁

电与磁:电流生磁、磁生动电

Electromagnetism · 电动机与发电机
前面学电,前面也学磁,这一章发现它俩是一对亲兄弟:电流能让磁针偏转(奥斯特),磁能让线圈转起来(电动机),动线圈又能生出电(发电机)。现代社会的电,几乎全靠这套电磁互变。
①
磁体磁场

N/S极 磁感线

②
电生磁

奥斯特 安培定则

③
磁场对电流作用

电动机

④
磁生电

电磁感应 发电机

开场场景:通电导线旁的小磁针竟然转了——奥斯特 1820 年那一眼,把电和磁连在了一起。原来电流周围自带磁场,电和磁从来不是两家人。

卡必背公式 / 记忆口诀
磁体有 N、S 极;同名相斥、异名相吸;磁感线从 N 出发回到 S
奥斯特实验:通电导线周围存在磁场(电生磁)
安培定则(右手螺旋):右手握导线,拇指指电流方向,四指指磁场方向
电磁感应(法拉第):闭合电路部分导体切割磁感线→产生感应电流(磁生电,发电机)
口诀:电生磁用安培定则;磁生电是发电机;通电导体在磁场中受力是电动机

义是什么:电和磁互相转化

大白话:磁体周围有看不见的磁场,用磁感线描述(密的地方磁场强)。地球本身是个大磁体,地磁南极在地理北极附近,所以指南针 N 指北。

电生磁:导线通电,周围就出现环形磁场。螺线管+铁芯=电磁铁,磁性强弱可由电流大小、线圈匝数控制——电磁起重机、电铃、扬声器都用它。

磁场对通电导体有力的作用:通电线圈在磁场里受力转动,这就是电动机(电能→机械能)。

磁生电:闭合电路一部分导体在磁场里切割磁感线,电路中产生感应电流——这就是发电机(机械能→电能)。

路怎么想到:发电机和电动机的区别

电动机:先通电,线圈在磁场中受力转动——电能→机械能,要外接电源。发电机:先靠外力(水流、蒸汽、风)让线圈在磁场里转、切割磁感线,产生电流——机械能→电能,不用外接电源反而对外供电。

感应电流方向跟磁场方向和导体运动方向有关;导体不切割磁感线(顺着磁感线运动)就不产生电流。

例题:判断方向与应用

例1:电磁铁磁性强弱与什么有关?
审题:电磁铁控制变量。
电流越大、线圈匝数越多、有铁芯,磁性越强。
例2:电动机工作时能量怎么转化?
审题:通电转动。
电能→机械能。
例3:发电机原理是什么?
审题:法拉第发现。
电磁感应:闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电流;机械能→电能。

生活中的物理

生活:扬声器

音频电流通过线圈在磁场里来回受力振动,带动纸盆发声——电→声。

电网:三峡发电机

水流冲击巨大线圈在强磁场中旋转,切割磁感线发出几十万千瓦交流电。

展往哪儿长

初中:电与磁 → 信息传递 → 能源。高中:洛伦兹力、法拉第电磁感应定律定量、交流电。现代:磁悬浮列车、MRI 核磁共振、无线充电。

防坑警示

电动机和发电机别混:看接不接电源——接电源转的是电动机,被外力转而发电的是发电机。切割磁感线才生电,顺着走不生。地磁南北极与地理南北极相反(地磁 S 极在地理北极附近)。

练习

基础:奥斯特实验说明什么?

查看解答通电导线周围存在磁场(电生磁)。
做对了?很好,下一题/下一章走起。
错了或卡壳?回到本章对应段落,把例题再顺一遍。

进阶:电磁铁相比永磁体有什么优点?

查看解答磁性有无可控(通断电)、强弱可调(电流匝数)、磁极可换(电流方向)。
做对了?很好,下一题/下一章走起。
错了或卡壳?回到本章对应段落,把例题再顺一遍。

奥数:动圈式话筒和动圈式扬声器原理各是什么?

查看解答话筒:声音振膜带动线圈切割磁感线→电磁感应生电;扬声器:音频电流过线圈在磁场中受力→振动发声。
做对了?很好,下一题/下一章走起。
错了或卡壳?回到本章对应段落,把例题再顺一遍。

证教材级补充:安培定则两种用法

直导线:右手握导线,大拇指指向电流方向,弯曲四指指向就是磁感线环绕方向。螺线管:右手握螺线管,四指指向电流环绕方向,大拇指所指那端就是螺线管的 N 极。

电磁铁在生活中无处不在:电磁起重机吊废钢铁(通电吸、断电放)、电磁继电器(用弱电流控制强电流开关)、电铃、空气开关脱扣器。电动机里用换向器(两个半铜环)在线圈刚转过平衡位置时自动改变电流方向,让线圈持续朝一个方向转。

例题:通电螺线管旁边小磁针 N 极被吸引,那端是螺线管什么极?异名相吸,那端是螺线管 S 极。
做对了?很好,下一题/下一章走起。
错了或卡壳?回到本章对应段落,把例题再顺一遍。
例题:感应电流方向与哪两个因素有关?磁场方向和导体切割磁感线的运动方向;改变其一,电流方向反向。
做对了?很好,下一题/下一章走起。
错了或卡壳?回到本章对应段落,把例题再顺一遍。
记
小结卡

① 磁体有 N/S,同名相斥异名相吸;磁场用磁感线描述。

② 电生磁(奥斯特/安培定则);通电导体在磁场中受力=电动机。

③ 电磁感应=发电机;机械能⇄电能互变。

费曼学习法:讲给别人听
合上书本,假装对面坐着一个初二的小孩,把这三件事说清楚——说不清楚的地方,就是你没真懂。
  1. 用自己的话讲:本章核心是「电与磁:电流生磁、磁生动电」,合上书用自己的话讲一遍,不许照抄。
  2. 举个反例 / 什么时候最容易错:"为什么话筒能把声音变成电信号?"——你说话推动话筒里的小线圈在永磁铁前来回动,线圈切割磁感线就感应出随声音变化的电流;播放时电流反过来推动线圈带动纸盆振动,又变回声音。
  3. 哪里还卡壳(标记你的薄弱点):哪一句你要翻书才说得顺?那个地方就是你的薄弱点,拿笔圈出来。