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专题19 电与磁
一、思维导图
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二、新课标要求
2.4.2 了解通过实验，认识磁场。知道地磁场。
2.4.3 通过实验，了解电流周围存在磁场。探究并了解通电螺线管外部磁场的方向。
2.4.4 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。
2.4.5 探究并了解导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。了解电磁感应在生产生活中的应
用。
4.2.9 探究通电螺线管外部磁场的方向
4.2.10 探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件
三、知识梳理与典例
一、磁现象 磁场
1. 磁现象
（1）磁性和磁体
①磁性：物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。
②磁体：具有磁性的物体叫磁体。
磁体的分类：按存在方式可分天然磁体、人造磁铁；按形状分为条形磁体、蹄形磁体、针形磁
体；按保存磁性时间长短分为硬磁体、软磁体。
（2）磁极及相互作用
①磁极：每个磁体上都有两个磁性最强的部位叫做磁极。能够自由转动的磁体，例如悬吊着的
磁针，静止时指南的那个磁极叫做南极或S极，指北的那个磁极叫做北极或N极。
②磁极间相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
（3）一个磁体截成两半，每一半都有单独的N极和S极；两个条形磁体异名磁极相互接触，
变成一个整体，则接触部分变成新磁体的中间，是磁性最弱的部分。
（3）磁化
①磁化：一些物体在磁体或电流的作用下会获得磁性，这种现象叫做磁化。
②磁化的方法
将磁铁的一极靠近或接触磁性材料；将磁铁的一极在磁性材料上沿同一方向重复摩擦几次；利
用充磁机对磁性材料充磁。人造磁体就是将钢进行磁化而制成的。
③磁化的危害：机械手表被磁化后走时不准，彩色电视机显像管被磁化后色彩失真等。
④磁化的应用：磁带和磁盘上都含有磁性物质，利用它上面的磁性物质可以存储声音、图像和
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文字信息。
（4）磁性材料
①磁性材料：铁、钴、镍和含有铁、钴、镍的合金或这几种金属的氧化物统称为磁性材料。
②软磁体和硬磁体：铁棒被磁化后，磁性容易消失，称为软磁体。钢棒被被磁化后，磁性能长
期保持，称为硬磁体。
2. 磁场及其方向
（1）磁场：磁体周围存在着一种看不见、摸不着的物质，我们称其为磁场。磁体间的相互作
用是通过磁场发生的。
（2）磁场的基本性质：磁场的基本性质是对放入其中的磁体产生力的作用。
（3）磁场的方向：在磁场中的某一点，小磁针北极静止时所指的方向就是该点磁场的方向。
3. 磁感线
（1）磁感线的作用：用来形象直观地描述磁场的分布情况。
（2）磁感线的概念：把小磁针在磁场中的排列情况，用一些带箭头的曲线画出来，可以方便、
形象地描述磁场，这样的曲线叫做磁感线。
（3）磁感线的方向
磁感线是有方向的曲线，曲线上箭头的方向表示磁感线的方向，也是该点磁场的方向，磁体外
部的磁感线都是从磁体的N 极出发，回到S 极。
磁感线上某点的切线方向与放在该点的小磁针静止时北极的指向一致，如图所示。
（4）五种基本磁场的磁感线描述
①条形磁铁的磁感线 ②蹄形磁铁的磁感线 ③异名磁极的磁感线
①条形磁铁的磁感线；②蹄形磁铁的磁感线；③同名磁极的磁感线（N、N极之间）；④同名
磁极的磁感线（S、S极之间）；⑤异名磁极的磁感线。
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N S
④同名磁极的磁感线（S、S极之间） ⑤异名磁极的磁感线
（4）磁感线的性质
①磁感线是用来描述磁场的一些假想曲线，实际上不存在（选填“存在”或“不存在”）。磁
感线上任意一点的切线方向为该点的磁场方向。磁场越强的地方，磁感线分布越密；磁场越弱的地
方，磁感线分布越疏。
②磁感线为封闭的、立体的曲线，在磁体的外部，磁感线的方向是从N极指向S极，而在内部，
是从S 极指向N 极。
③在同一磁场中，任何两根磁感线都不会相交。这是因为在同一磁场中任何一点的磁场方向只
有一个确定的方向，如果在某一点有两条磁感线相交，就意味着该点有两个磁场方向，就与某点磁
场方向的唯一性相悖。
4. 研究方法
（1）模型法：描述磁场用到磁感线，这种方法叫模型法（或建模法）。
（2）转换法：磁场看不见、摸不着，通过对放入其中的小磁针产生力的作用来认识磁场，这
种研究方法叫转换法。
5. 地磁场
（1）定义：地球周围空间存在的磁场叫地磁场。
（2）地磁场的特点：地球本身是一个巨大的磁体，在地球的周围空间存在着地磁场，地磁场
类似于条形磁体的磁场，地磁场的南极在地理的北极附近，地磁场的北极在地理的南极附近。
（3）磁偏角
地磁的南极在地理的北极附近，地磁的北极在地理的南极附近，它们之间有一个偏差角度，我
们称为磁偏角。我国宋代学者沈括第一个发现磁偏角。
（4）指南针的工作原理：由于受到地磁场的作用，小磁针静止时S极总是指向地理的南极，N
极总是指向地理的北极。
【例题1】东汉学者王充在《论衡》中记载我国最早的指南针是司南，“司南之杓，投之于地，
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其柢（长柄）指南”。下列说法中正确的是（ ）
A．司南长柄是指南针的北极 B．司南长柄是指南针的南极
C．司南长柄指向地磁的南极 D．司南的“地盘”由铁制成
【答案】B。
【详解】ABC．由“其柢（长柄）指南”，指的是司南长柄指向地球的南极，所以司南长柄是
指南针的南极，故AC错误，B正确；
D．司南是由磁铁做成的，“地盘”由铜盘制成，司南之杓能自由转动，所以“地盘”不是由
铁制成，故D错误。
故选B。
【例题2】关于磁体、磁场和磁感线，以下说法中正确的是（ ）
A．铜、铁和铝都能够被磁体所吸引
B．磁感线是磁场中真实存在的曲线
C．磁体之间的相互作用都是通过磁场发生的
D．物理学中，把小磁针静止时S极所指的方向规定为该点磁场的方向
【答案】C。
【详解】A．铜和铝都不是磁性材料，磁体都不能吸引，A不符合题意；
B．磁感线在磁场中不是真实存在的，只是为了便于研究磁场，人为画的一些曲线，B不符合
题意；
C．磁体间的相互作用是通过磁场发生的，C符合题意；
D．物理学中，把小磁针静止时N极所指的方向规定为该点磁场的方向，小磁针静止时S极所
指的方向与该点磁场的方向相反，D不符合题意．
故选C。
【例题3】物理学是美的，许多物理现象都具有对称美、平衡美和曲线美。下列优美的曲线中，
用磁感线描述磁体外部磁场正确的是（ ）
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【答案】A。
【详解】A．磁感线是为了描述空间磁场假想的一些闭合曲线，在磁体的外部磁感线是从磁体
的N极出来回到S极的，故A正确；
B．U形磁体周围磁感线一样是从N极出来回到S极，图中磁感线方向画反了，故B错误；
CD．对于相互靠近的两个磁极，如果是异名磁极，磁感线是从N极出来进入S极的，箭头指
向S极，故CD错误。
故选A。
【例题4】地球周围存在着磁场，如图所示，图中虚线部分为地磁场的磁感线分布情况，请在
图中用箭头标出地磁场的磁感线方向。
【答案】见右图。
【详解】地磁场的北极在地理南极附近，地磁场的南极在地理北极附近，磁感线在磁体外部从
N极回到S极，如图所示。
二、电生磁
1. 奥斯特实验
（1）内容：1820年，丹麦物理学家奥斯特通过实验证实通电导体和磁体一样，周围存在磁场，
磁场的方向与电流的方向有关。
（2）奥斯特实验的基本要求
为了让实验现象明显，能完成实验探究，实际操作中，要注意两点:
①实验前先让水平面内能自由转动的小磁针静止；
②导线与小磁针平行，且导线与小磁针间距离较小。通电导线的磁场强弱与距离有关，若导经
磁针距离太远，现象就会不明显。
（3）电流的磁效应
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通电导体周围存在与电流方向有关的磁场，这种现象叫做电流的磁效应。奥斯特实验揭示了电
和磁之间存在着联系，即“电生磁”。
2. 通电螺线管的磁场
（1）螺线管：将导线绕在圆筒上，即做成螺线管（也叫线圈）。通电后各圈导线产生的磁场
叠加在一起，磁场就会增强得多。
甲 铁屑的排列情况 乙 小磁针的排列情况
（2）通电螺线管的磁场特点
①通电螺线管外部的磁场与条形磁体外部的磁场相似，通电螺线管的两端相当于条形磁体的两
个磁极。
②通电螺线管两端的极性跟螺线管中电流的方向有关。
3. 安培定则
（1）安培定则：用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向与螺线管中的电流方向一致，
则大拇指所指的那端就是通电螺线管的N极。
（2）安培定则的应用
①根据通电螺线管中电流的方向，判断螺线管的极性.
②由通电螺线管两端的极性，判断螺线管中电流的方向.
③根据通电螺线管的N、S极以及电源的正、负极，画出螺线管的绕线.
（3）提示
①决定通电螺线管两端极性的根本因素是螺线管中电流的方向，电流的方向一致则通电螺线管
两端的极性就相同。
②N极和S极一定在通电螺线管的两端。
③判断时必须让右手弯曲四指所指的方向与螺线管中电流的方向一致。
【例题1】如图所示是著名的奥斯特实验。
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（1）实验探究的是通电导线周围是否存在_________。
（2）实验前小磁针的N极应指向地磁场的_______极.
（3）接通电路后，观察到小磁针发生偏转，改变导线中的电流方向，小磁针偏转方向也发生
改变，这表明通电导线周围磁场的方向与________的方向有关.
（4）实验中小磁针的作用是___________________。
【答案】（1）磁场；（2）S；（3）电流；（4）检验磁场是否存在。
【详解】（1）实验探究的是通电导线周围是否存在磁场.
（2）实验前小磁针的N极应指向地磁场的S极；
（3）接通电路后，小磁针发生偏转，改变导线中的电流方向，小磁针偏转方向也发生改变，
表明通电导线周围磁场的方向与电流的方向有关.
（4）实验中小磁针的作用是检验磁场是否存在。
【例题2】如图所示，将一根直导线放在静止小磁针的正上方，并与小磁针平行。
（1）闭合开关后，观察到小磁针偏转，说明____________。若此时移去小磁针，上述结论是
否还成立______（选填“成立”或“不成立”）
（2）改变直导线中的电流方向，小磁针的偏转方向也发生改变，这表明_________；
（3）实验中小磁针的作用是_________；
（4）该实验中用到的一种重要的科学研究方法是_____；
A．类比法 B．转换法 C．控制变量法 D．等效替代法
【答案】（1）电流周围存在磁场，成立；（2）电流周围的磁场方向与电流方向有关 ；（3）
验证电流周围是否存在磁场；（4）B。
【详解】（1）实验中，开关闭合时，小磁针发生偏转，说明通电导体周围存在磁场；若接通
电路后移去小磁针，上述结论仍然成立。
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（2）改变电流方向，小磁针的偏转方向发生改变，说明电流周围的磁场方向与电流方向有关。
（3）小磁针受到磁场力的作用能够发生偏转，故小磁针的作用是验证电流周围是否存在磁场。
（4）小磁针可以检测磁场的存在，用到了转换法。
【例题3】如图所示，请根据图中信息标出电源的正极，用箭头标出A点磁感线的方向。
【答案】见右图。
【详解】由同名磁极相排斥可知，通电螺线管的右端为N极，由安培定则可知，电流从通电螺
线管的左端流入，从通电螺线管的右端流出，所以电源的左端为正极；由于规定磁感线从N极出发，
回到S极，所以A点磁感线的方向沿磁感线向上，如图所示。
三、电磁铁、电磁继电器
1. 电磁铁
（1）概念：内部插有铁芯的螺线管，在有电流通过时有磁性，没有电流时就失去磁性，这种
磁体叫做电磁铁。
（2）工作原理：电磁铁是利用电流的磁效应来工作的。在螺线管的内部插入铁芯通电后，铁
芯在螺线管的磁场中被磁化，两磁场叠加，使电磁铁的磁性大大增强。
（3）电磁铁磁极极性的判断：电磁铁的磁极极性与通电螺线管的磁极极性是一致的，可运用
安培定则来判定。
2. 电磁铁的磁性
（1）影响电磁铁磁性强弱的因素
电磁铁磁性的强弱与 电流 的 大小和线圈匝数有关。
如图乙、丙所示，线圈匝数一定时，通入的电流越大，电磁铁的磁性越强；如图丁所示，电流
一定时，外形相同的螺线管，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。
（2）电磁铁的优点
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①可以通过电流的通断来控制其磁性的有无。
②可以通过改变电流的方向来改变其磁极的极性。
③可以通过改变电流的大小或线圈匝数的多少来控制其磁性的强弱。
3. 电磁铁的应用
（1）电磁铁可以直接吸引对磁性物质。主要应用在电铃、电磁起重机、电磁刹车装置和许多
自动控制装置上。全自动洗衣机的进水、排水阀门，卫生间里感应式冲水器的阀门，也都是由电磁
铁控制的。
（2）产生强磁场。现代技术上很多地方需要的强磁场都是由电磁铁提供的，如磁浮列车、电
动机、发电机、磁疗设备、测量仪器、研究微观粒子用的加速器等。
4. 电磁继电器
（1）电磁继电器：电磁继电器是利用低电压、弱电流电路的通断，来间接地控制高电压、强
电流电路通断的装置。电磁继电器实质上是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。
（2）电磁继电器的主要构造
①控制电路：电磁铁、衔铁、弹簧、低压电源、开关等；
②受控电路：高压电源、电动机、动、静触点。
（3）电磁继电器的工作原理
闭合低压控制电路中的开关S，电流通过电磁铁的线圈产生磁性，把衔铁B吸下来，使动触点
D 与静触点E 接触，受控的高压工作电路闭合， 电动机 M 工作。
断开开关S，线圈中的电流消失，电磁铁的磁性消失，衔铁B在弹簧的作用下与电磁铁分离，
使触点 D 、 E 脱开，受控电路断开，电动机停止工作.
（4）电磁继电器的应用
①利用电磁继电器可以通过控制低电压、弱电流电路的通断来间接地控制高电压、强电流工作
电路的通断，使人远离高压环境；
②利用电磁继电器可以使人远离高温、有毒等环境，实现远距离控制；
③在电磁继电器控制电路中接入对温度、压力或光照敏感的元件，利用这些元件操纵控制电路
的通断，可以实现对温度、压力或光的自动控制，如电铃、防盗报警、防汛报警、温度自动控制、
空气开关自动控制等。
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【例题1】如图所示是小李探究电磁铁磁性强弱与什么因素有关的实验装置．下列措施中能使
电磁铁磁性增强的是（ ）
A．滑片P向右移动，其他条件不变 B．滑片P向左移动，其他条件不变
C．开关S由1扳到2，其他条件不变 D．电源的正负极对调，其他条件不变
【答案】B.
【解析】电磁体的磁性强弱与下列3种因素有关：（1）电流强弱；（2）线圈匝数；（3）有
无铁芯。A中P向右滑动时电阻增大，电流变小，磁性变小．B中P向左移动时电阻减小，电流增
大，磁性增大．C线圈匝数变少，磁性减弱．D电源正负极的对换不影响磁性大小。故选B.
【例题2】为实现节能和智能控制，空调内部用到了传感器和电磁继电器，下图是启动或停止
空调压缩机的电路示意图，电磁继电器是利用电磁铁控制工作电路通断的_______ （选填“用电
器”、“电源”或“开关”），夏天，空调制冷，房间温度降低，热敏元件的电阻增大，控制电路
的电流减小，电磁铁的磁性_______，低于设定温度时，工作电路就断开，停止制冷。
【答案】开关，减弱。
【详解】电磁继电器是利用电磁铁控制衔铁的吸下或弹起从而控制工作电路的通断，相当于开关。
电磁铁的磁性与通过电磁铁的电流大小有关，当控制电路的电流减小时，电磁铁的磁性将会减弱。
【例题3】某款无接触式的热风干手器，手伸向出风口时可吹出温度为35℃～45℃的热风，内
部电路由控制电路和工作电路两部分构成，简化电路如图所示，控制电路中R为光敏电阻。闭合
S，当手伸向出风口时，R的阻值会_______（选填“增大”“不变”或“减小”），衔铁被吸下，
工作电路开始工作。若干手器的加热电阻丝的阻值为44Ω，在额定电压下，烘干一次手用时10s，
则烘干手的过程中加热电阻产生的热量为_________J。
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【答案】减小，1.1×104.
【解析】控制电路的电磁继电器主要是利用了电流的磁效应，手伸向出风口时，衔铁被吸下，
工作电路开始工作，说明电路中的电流增大导致电磁铁的磁性增强。因为电源电压一定，由I=U/R
可知，R的阻值会减小。
加热电阻丝与电动机并联，加热电阻两端电压为电源电压，则加热电阻产生的热量为
U2t (220V)2×10s
Q=W= = =1.1×104J
R 44Ω
加热
四、电动机
1 . 磁场对通电导线的作用
（1）磁场对通电导线的作用
通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁感线（磁场）的方向都有关系。
当电流的方向或者磁感线的方向变得相反时，通电导线受力的方向也变得相反；当电流的方向与磁
感线的方向同时变得相反时，通电导线受力的方向不变。
（2）磁场对通电线圈的作用
如图所示，把线框放在磁场里，接通电源，让电流通过，可以看到，通电线框在磁场中可以转
过一个角度，但不能（选填“能”或“不能”）持续转动。
分析通电矩形线圈在磁场中不能连续转动的原因
①在如图甲所示位置时，通电线圈的两边在磁场中都受力，ab边受力方向竖直向上，cd边受
力方向竖直向下，方向相反，发生顺时针转动。
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甲 乙
②当线圈的平面与磁场垂直时（图乙），通电线圈ab边与cd边受平衡力作用，达到平衡位置。
这时由于惯性，线圈还会继续转动。
丙 丁
③如图丙所示，线圈靠惯性越过平衡位置后，ab边受力方向竖直向上，cd边受力方向竖直向
下，方向相反，磁场力作用的结果使线圈又逆时针旋转。
④通电线圈最后静止在平衡位置（图丁）。
2. 电动机模型
制作模型电动机的关键就是对线圈的处理：将粗漆包线制成一个线圈，把一端的绝缘漆全部刮
掉，另一端只刮半周。
这种设计，线圈每转一周，只有半周获得动力，在另半周线圈没有电流通过，线圈不受力，但
由于惯性继续转动，当转过这半周后，又回到原来的状态，线圈又受到向同方向转动的力，线圈就
可以持续转动下去。
3. 电动机的基本构造
（1）电动机的组成
电动机主要由两部分组成：能够转动的线圈，也叫转子；固定不动的磁体，也叫定子；电动机
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工作时，转子在定子中飞快地转动。
（2）换向器
①换向器的构造：两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，
彼此绝缘。A和B是电刷，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路（甲图）。
甲 换向器 乙 换向器原理
②换向器的作用：当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。
如图乙所示，无论线圈的哪个边，只要它处于靠近磁体S极的一侧，其中的电流都是从读者这
边朝纸内的方向流去，这时它的受力方向总是相同的（向上），线圈就可以不停地转动下去了。
4 直流电动机的工作原理
（1）如图甲所示，通电线圈在磁场中，ab、cd两边电流方向相反，受力方向相反，顺时针转动。
甲 乙
（2）如图乙所示，线圈转到平衡位置，电刷接触到换向器中间绝缘部分，不受力，利用惯性
线圈转过平衡位置。
（3）如图丙所示，线圈越过平衡位置后，利用换向器改变了电流方向，线圈受力方向改变，
仍然顺时针转动。
（4）如图丁所示，线圈利用惯性转过平衡位置后，改变了电流方向和受力方向，线圈继续转
动。
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丙 丁
5. 实际的电动机
（1）实际的电动机有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动过程
中受力的方向都能使它朝同一方向转动。
（2）电动机工作时，把电能转化为机械能。
（3）改变电动机转动方向的办法：只让线圈中电流方向与原来相反或只让磁场方向与原来相反。
（4）改变电动机转速的方法：改变线圈中电流的大小，或改变磁场的磁性强弱。
6. 扬声器的发声
（1）扬声器的作用：它是把电信号转变为声音信号的装置。
（2）扬声器的主要结构：线圈、永久磁体、锥形纸盆。
（3）扬声器的发声原理
扬声器的线圈中通入携带声音信息、时刻变化的电流，由于线圈中的电流方向是不断的变化，
线圈就不断的来回振动，带动纸盆也不断地来回振动，于是扬声器就发出了声音。
扬声器的发声原理 例题1图
【例题1】如图所示，两根绝缘细线悬挂着的导体 ，放在U形磁铁中央， 两端连接着导线。
若要探究电动机的工作原理，虚线方框中接入的实验器材是（ ）
A．电源 B．电压表 C．灵敏电流计 D．滑动变阻器
【答案】A.
【详解】电动机是根据通电导体在磁场中受力的作用原理制成的，在虚线框中接入电源时，通
电导体在磁场中会受到力的作用，与电动机的原理相同。 故选A.
【例题2】下图为直流电动机的两个不同时刻的工作原理图，下列分析不正确的是（ ）
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A．导线ab在这两个时刻受到的磁场力方向不同
B．甲乙两图中的线圈再转动90度角，都能到达平衡位置
C．由上往下看，线圈中电流均为顺时针方向
D．如果电动机持续转动，则电动机内外流的都是直流电
【答案】D。
【详解】A．由图可知，导线ab在这两个时刻电流方向不同，由于导体受力方向与磁场方向和
电流方向有关，所以两次导线ab的受力方向不同，故A正确，不符合题意；
B．平衡位置是指线圈平面与磁感线垂直的位置，图中磁感线从左向右，故甲乙两图中的线圈
再转动90度角，都能到达平衡位置，故B正确，不符合题意；
C．读图由左手定则可知：电源的左侧为正极，从上往下看，线圈中电流都是顺时针方向，故
C正确，不符合题意；
D．电动机之所以能转动，是因为换向器每当转过平衡位置就会改变线圈中电流的方向，即电
动机线圈外是直流电，线圈内是交流电，故D错误，符合题意。
所以选D。
【例题3】小明为观察磁场对通电线圈的作用。用漆包线做成线圈，线圈两端的漆全部刮去，
放在接有电源的金属支架上并放入磁体中（如图所示）。闭合开关后，看到线圈_______ （“持续
转动”/“左右摆动”/“静止不动”）。为了使线圈能持续转动，正确的刮漆方法应该是下列哪两
种______ 。
A．两侧全刮 B．一侧全刮，另一侧刮半周
C．两侧均刮上半周 D．一侧刮上半周，一侧刮下半周
【答案】左右摆动；BC.
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【详解】由图可知，闭合开关后，通电线圈在磁场中受力运动；线圈受力的方向与磁场的方向
和电流的方向有关；当线圈转过平衡位置时，线圈受到的磁场力发生变化，使得线圈在平衡位置摆
动几次后很快就停下来，故闭合开关后，看到线圈左右摆动。
为了使线圈能持续转动，正确的刮漆方法应该是将线圈两端的漆皮，一端全部刮掉，另一端只
刮半周，或两侧均刮上半周；按这两种方法刮漆，线圈转到平衡位置时，线圈中没有电流，线圈
由于惯性能够按原方向持续转动，故BC符合题意，AD不符合题意。
故选BC。
【例题4】研究磁场对电流有力的作用。
（1）利用如图甲所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，应在 “a”、 “b”之间接入
______，根据该原理可制成________；
（2）若要继续研究导体受力的大小与电流大小的关系，可在上述电路中再串联一个_____，改
变电流大小后，根据_____________可初步判断受力的大小是否发生改变；
（3）乙、丙两个图中，_______图的线圈恰好处于平衡位置；
（4）丁图中的线圈可以持续转动，是因为它加装了________，该装置能在线圈_________（选
填“刚转到”“即将转到”或“刚转过”）平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。
【答案】（1）电源，电动机；（2）滑动变阻器，导体棒摆动的幅度；（3）丙；（4）换向器，
刚转过.
【详解】（1）因为通电导体在磁场中受力会运动，观察图可知缺少一个电源，应在
“a”、“b”之间接入电源，根据此原理制成了电动机。
（2）要研究导体受力的大小与电流大小的关系，可在上述电路中再串联一个滑动变阻器；根
据导体棒偏动幅度可初步判断受力的大小是否改变。
（3）当通电线圈所在平面与磁感线垂直时，线圈处于平衡状态，此时线圈受力平衡，所以图
丙的线圈恰好处于平衡位置，另一个图中线圈左右两边所受力不满足二力平衡条件中的不在同一直
线上。
（4）丁图中加装了换向器，所以线圈可以持续转动，它能在线圈刚转过平衡位置时，自动改
变线圈中的电流方向。
五、磁生电
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1. 电磁感应
（1）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。
（2）导体中产生感应电流的条件
导体是闭合电路的一部分；导体在磁场中做切割磁感线运动。
（3）对“切割磁感线运动”的理解
导体运动方向与磁感线方向垂直或有一定的角度，但不能平行。磁体不动，导体ab左右运动
能产生感应电流；若ab不动，磁体左右运动，仍能切割磁感线产生感应电流。
（4）电磁感应现象中的能量转化：在电磁感应现象中，机械能转化为电能。
（5）感应电流大小的影响因素：导体切割磁感线运动的速度、磁场的强弱、切割磁感线运动
的导体的有效长度和线圈的匝数等。
2. 手摇发电机
（1）手摇发电机的构造
磁铁形状是蹄形磁铁；线圈是通过电刷与灯泡（或二极管）串联的；摇把是通过皮带带动线圈
转动起来的。
（2）手摇发电机的原理：根据电磁感应现象发电的。
（3）手摇发电机转速对小灯泡亮度的影响
用不同的转速摇动转轮，发现摇动转轮的转速越大，灯泡发光越亮。
（4）检验手摇发电机电流方向的变化
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两个二极管极性相反并联 二极管交替发光
用两个发光二极管极性相反地并联起来，并与发电机串联。转动摇把，二极管交替发光，说明
产生的电流方向不停在改变。
结论：手摇发电机产生的电流的大小和方向是变化的；电流的大小与发电机的转速有关，转速
越快，电流越大。
3. 交变电流
电流的大小和方向周期性变化，这样的电流叫做交变电流，简称交流。交变电流的频率在数值
上等于电流在每秒内周期性变化的次数。我国电网以交流供电，频率为50Hz。
4. 交流发电机
（1）交流发电机主要构造：磁铁、线圈abcd、铜环K与L、电刷A与B等。
（2）主要部件作用
①磁铁：用来产生磁场；
②线圈：线圈abcd转动时，切割磁感线，产生感应电流；
③铜环：两个铜环随线圈一起转动，与外部电路组成一闭合回路；
④电刷：感应电流通过电刷流出。
（3）交流发电机工作原理示意图
①图甲和图丙中导线运动方向和磁感线方向平行，不切割磁感线，没有电流产生。
②图乙和丁中导线切割磁感线，有电流产生，但切割磁感线的方向相反，所以电流方向相反。
每当经过磁感线与线圈平面垂直的位置时，线圈中的电流方向改变一次，线圈转一周，电流方向改
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变两次。
③线圈不停转动，产生的电流交替往复，形成持续的电流。
5. 实际发电机的构造与能量转化
（1）构造
定子 转子
实际的发电机比模型式发电机复杂得多，但仍是由转子（转动部分）和定子（固定部分）两部
分组成的。大型发电机发的电，电压很高、电流很强，一般采取线圈不动、磁极旋转的方式来发电
（叫旋转磁极式发电机），为了得到较强的磁场，要用电磁铁代替永磁体。
（2）发电机发电的过程是能量转化的过程
实际的发电机靠内燃机、水轮机、汽轮机等机械的带动，把燃料中的化学能或者水库中水流的
动能转化为电能。
6. 电动机和发电机是两种不同的装置，其对比如表：
直流电动机 交流发电机
原理 通电线圈在磁场中受力而转动 电磁感应现象
构造 与电刷接触的是换向器 与电刷接触的是两个滑环
能量转化 电能→机械能 机械能→电能
在电路中的作用 用电器 电源
7. 磁记录
（1）软磁性材料和硬磁性材料
①磁化：铁棒和钢棒本来不能吸引钢铁，当磁体靠近它或者与它接触时，它便有了吸引钢铁的
性质，也就是被磁化了。
②软磁性材料：软铁磁化后，磁性很容易消失，称为软磁性材料。
③硬磁性材料：钢等物质在磁化后，磁性能够保持，称为硬磁性材料。硬磁性材料可以做成永
磁体，还可以用来记录信息。
（2）录音机的原理
录音机的磁带上附有一层硬磁性材料制成的小颗粒。录音时，声音先转变成强弱变化的电流，
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这样的电流通过录音磁头，产生了强弱变化的磁场。磁带划过磁头时，磁带上的小颗粒被强弱不同
地磁化，于是记录了一连串有关磁性变化的信息。
放音时，磁带贴着放音磁头运动，磁性强弱变化的磁带使放音磁头中产生变化的感应电流，电
流经放大后使扬声器发声，这便“读”出了录音带中记录的信息。
3. 磁记录的应用
随着技术的不断进步，磁记录与人们的关系越来越密切。录音带、录像带，电脑中的磁盘，打
电话的磁卡，银行的信用卡，还有磁卡式车票等等，都是用磁来记录信息的。磁记录技术提高了工
作效率，给生活带来了很大的方便。
【例题1】经过十年的不懈探索，法拉第发现了电磁感应现象。下图中可以探究产生感应电流
条件的装置是（ ）
【答案】C.
【详解】A．是奥斯特实验，说明电流周围存在磁场，故A不符题意；
B．可以探究通电导体在磁场中受力的作用，故B不符题意；
C．此装置可以探究什么情况下磁可以生电，即产生感应电流的条件，故C符合题意；
D．可探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数多少的关系，故D不符题意。
故选C.
【例题2】POS刷卡机的广泛应用给人们的生活带来了便利。POS机的刷卡位置有一个绕有线
圈的小铁环制成的检测头（如图所示）。在使用时，将带有磁条的信用卡在POS机指定位置刷一
下，检测头的线圈中就会产生变化的电流，POS机便可读出磁条上的信息。下图中能反映POS刷
卡机读出信息原理的是（ ）
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【答案】B。
【详解】根据题意，将带有磁条的信用卡在POS机指定位置刷一下，检测头的线圈中就会产
生变化的电流，类似于发电机原理，即闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，就会
产生感应电流，此过程中将机械能转化为电能，故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。
【例题3】图示是探究电磁感应的实验装置，关于电磁感应现象，下列说法正确的是（ ）
A．奥斯特发现了电磁感应现象
B．利用电磁感应现象制作了电动机
C．导线在磁场中沿不同方向运动，导线中都会有感应电流产生
D．如果磁感线和切割磁感线方向都变得相反，导线中感应电流的方向不发生改变
【答案】D.
【详解】A．法拉第发现了电磁感应现象，故A错误；
B．利用电磁感应现象制作了发电机，故B错误；
C．导线在磁场中沿与磁感线平行的方向运动，导线中不会有感应电流产生，故C错误；
D．如果磁感线和切割磁感线方向都变得相反，由右手定则得，导线中感应电流的方向不发生
改变，故D正确。
所以选D.
【例题4】如图所示，小成同学利用两块磁铁、一个线圈等材料制作了一台小型发电机，并用
两个LED灯（发光二极管左边为正极，右边为负极）进行了如图连接实验探究。
（1）小成接好电路后，以一定的速度连续转动线圈，当线圈转动到如图所示位置时，_____
（选填“AB”或“BC”）段在做切割磁感线运动，在电路中产生了感应电流，这一现象叫
_______现象；
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（2）连续转动线圈，在实验中将会看到两LED灯交替发光，说明线圈中产生的电流方向
___________（选填“不变”或“周期性改变”）。若将一直流电源代替两LED灯接入电路，闭合
开关，则线圈_____（选填“能”或“不能”）持续转动。
【答案】（1）AB，电磁感应；（2）周期性改变，不能.
【详解】（1）磁感线是由N极出来，回到S极，即磁感线是水平向右的，当线圈转动到如图
所示位置时，AB段在切割磁感线。
闭合电路部分导体在磁场中切割磁感线，产生电流的现象叫做电磁感应现象。
（2）LED灯具有单向导电性，实验中看到两LED灯交替发光，说明线圈中产生的电流方向周
期性改变。
若将一直流电源代替两LED灯接入电路，闭合开关，就形成了一个直流电动机，因为电流方
向和磁场方向均不发生变化，故线圈受力方向不变，所以不能持续转动。
四、实验专题
一、探究通电螺线管外部磁场的方向
1. 探究通电螺线管外部磁场的分布
（1）实验一
如图所示，用铜导线穿过硬纸板，绕成螺线管（或用螺线管演示器），在纸板上均匀地撒满铁
屑，给螺线管通电后，轻敲纸板，观察铁屑的排列情况。
实验现象与分析：如图所示，可以看到小铁屑有规则地排列起来。从铁屑的分布情况来看，通
电螺线管外部的磁场和条形磁体相似。
实验一 实验二
（2）实验二
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将小磁针放到通电螺线管周围不同的位置，包括螺线管内部，在纸板上记下小磁针在各个位置
时的N极指向。
实验现象：看到周围小磁针的N极指向不同，内部小磁针N极指向相同，如图所示。
现象分析：从小磁针N极指向来看，通电螺线管外部的磁感线是从通电螺线管一端出来回到另
一端；内部磁感线的方向与外部磁感线的方向相反，如图所示。
（3）实验三
在上面的实验中，改变螺线管中的电流方向，对照上次实验中的现象，观察小磁针的N极指向
与原来是否相同。
实验现象：小磁针的N极指向与上次实验刚好相反。
现象分析：小磁针的N极指向改变，说明磁场方向改变了，即通电螺线管两端磁极的极性改变
了。由此可知，通电螺线管的磁场方向与电流方向有关。
（4）探究归纳：
①通电螺线管外部的磁场与条形磁体外部的磁场相似，通电螺线管的两端相当于条形磁体的两
个磁极。
②通电螺线管两端的极性跟螺线管中电流的方向有关。
2. 探究通电螺线管两端的极性与环绕螺线管的电流方向间的关系
（1）设计并进行实验
取绕向不同的螺线管，向螺线管内通入不同方向的电流，用小磁针验证它的N、S极，实验现
象如图所示。
（2）实验现象分析
①甲、乙（或丙、丁）两个螺线管的绕法不同，螺线管中电流的方向相同，通电螺线管两端的
极性相同；
②甲、丙（或乙、丁）两个螺线管的绕法相同，螺线管中电流的方向不同，通电螺线管两端的
极性不同。
（3）探究归纳：
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通电螺线管两端的极性与环绕螺线管的电流方向有关。通电螺线管的绕法可能不同，电流流入
的端点可能不同，但只要环绕螺线管的电流方向相同，通电螺线管两端的极性就相同。
二、探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件
【提出问题】什么情况下磁场里的导线中能够产生电流？
【猜想与假设】
（1）能够产生电流，导线要连成闭合电路。
（2）通电导线在磁场中受力运动，那么反过来，让导线在磁场中运动，可能会产生电流。
【设计实验】
（1）用蹄形磁体提供磁场。
（2）用灵敏电流计检验电路中是否有电流。
（3）产生电流的条件可能有多个，采用控制变量法进行探究。
（4）在蹄形磁体的磁场中放置一根导线，导线的两端跟电流表连接，如图所示。进行如下操
作，注意观察电流表指针是否发生偏转。
【进行实验】
（1）闭合开关，让导线 （2）让导线在磁场中沿竖直方向
实验操作
AB在磁场中静止 上下运动（与磁感线平行）
示意图
实验现象 指针不偏转 指针不偏转
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（3）让导线在磁场中沿水平方 （4）让导线在磁场中沿水平方向左右运
实验操作
向里外运动（与AB平行） 动（切割磁感线）
示意图
实验现象 指针不偏转 指针偏转
（5）让导线在磁场中斜向上 （6）断开开关，让导线在磁场中沿水平
实验操作
运动（或斜向下） 方向左右运动（切割磁感线）
示意图
实验现象 指针偏转 指针不偏转
【探究分析】
如果把磁感线想象成一根根实实在在的线，把导线想象成一把刀表达起来可能会方便些。
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（1）由实验（1）、（2）、（3）可知，电路闭合，导体在磁场中不做切割磁感线运动时，电
流表的指针不偏转，表明没有电流产生。
（2）由实验（4）、（5）可知，电路闭合，导体在磁场中做切割磁感线运动时，电流表的指
针偏转，表明产生了电流。
（3）由实验（6）可知，电路断开，导体在磁场中做切割磁感线运动时，电流表的指针不偏转，
表明无电流产生。
【实验结论】
（1）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。
（2）导体中产生感应电流的条件：
①导体是闭合电路的一部分；②导体在磁场中做切割磁感线运动。
【拓展】探究影响感应电流方向的因素
【进行实验】
（1）闭合开关让导体向左运动，观察实 （2）闭合开关让导体向右运动，观察实
验现象，发现电流表指针向右偏转。 验现象，发现电流表指针向左偏转。
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（3）将磁体的N、S极对调，闭合开关， （4）将磁体的N、S极对调，闭合开关，
让导体向左运动，电流表指针向左偏转。 让导体向右运动，电流表指针向右偏转。
【探究分析】
（1）比较实验（1）与（2）或（3）与（4）可知，在磁场方向不变时，导体做切割磁感线运
动的方向相反，感应电流的方向相反，说明感应电流的方向与导体切割磁感线运动的方向有关。
（2）比较（1）与（3）或（2）与（4）可知，在导体做切割磁感线运动的方向相同时，调换
磁体N、S极的位置，感应电流的方向相反，说明感应电流的方向与磁场的方向有关。
（3）比较（1）与（4）或（2）与（3）的实验可知，磁极和导体切割磁感线的方向均发生了
改变，但感应电流的方向不变，说明同时使磁场方向和导体做切割磁感线运动的方向反向时，感应
电流方向不变。
【实验结论】
在电磁感应中，感应电流的方向跟导体在磁场中做切割磁感线运动的方向和磁场方向有关。只
改变磁场的方向或导体做切割磁感线运动的方向，感应电流的方向改变；若同时将磁场的方向和导
体做切割磁感线运动的方向改变，则感应电流的方向不变。
【例题1】小思在“探究通电螺线管外部磁场分布”实验中，采用如图所示实验装置。
（1）在有螺线管的硬纸板上均匀地洒上铁屑，给螺线管接上电源通电后，观察到只有少量铁
屑发生移动；若想使铁屑在磁场力的作用下有规律地排列，应进行的操作是_________ ；
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（2）根据铁屑的排布可以得出的结论是：通电螺线管外部的磁场与_____周围的磁场相似；
（3）若要通过实验判断通电螺线管外部的磁场方向，需要再增加的一种器材是_______；
（4）为增强通电螺线管的磁场，实验时可采取的有效措施有____ （ 写出一种方法即可）。
【答案】（1）轻敲纸板 ；（2）条形磁铁 ；（3）小磁针；（4）增大通电螺线管的电流.
【详解】（1）给螺线管接上电源通电后，铁屑会被磁化，但是由于其与纸板之间摩擦力太大，
故只有少量铁屑发生移动，为了减小铁屑与纸板之间的摩擦力，需要轻轻敲动纸板，使纸屑在磁场
力作用下有规律的排列起来。
（2）由铁屑的分布情况可知，通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似，都有两个磁极。
（3）探究通电螺线管外部的磁场方向时，可以将小磁针放在通电螺线管外部，小磁针静止时
N极所指的方向即为该点处磁场的方向。
（4）通电螺线管的磁场的强弱与电流大小有关，为了增强通电螺线管的磁场，可以增大通电
螺线管的电流。
【例题2】在探究“通电螺线管外部的磁场分布”的实验中：
（1）按照图甲布置实验器材，螺线管通电后小磁针发生偏转，说明通电螺线管的周围存在
_______；小磁针放在螺线管四周不同位置，在图上记录了磁针_______极的方向，这个方向就是该
点的磁场方向；
（2）小明做了如图乙所示的实验，由实验现象得出：通电螺线管的磁极极性与_____有关。
【答案】（1）磁场，N（北）；（2）电流方向.
【详解】（1）按照图甲布置实验器材，螺线管通电后小磁针发生偏转，说明通电螺线管的周
围存在磁场，是小磁针受力发生偏转。小磁针静止时N极所指的方向为该点的磁场方向，故把小磁
针放到螺线管四周不同位置，螺线管通电后记录小磁针N极的方向，这个方向就是该点的磁场方向。
（2）如图所示的实验，由实验现象得出：通电螺线管周围磁场方向与电流方向有关，当电流
方向改变时，磁场方向也会发生改变。
【例题3】如图所示，小明和小刚利用蹄形磁体、灵敏电流计、开关、导体AB和若干导线等
器材来探究感应电流产生的条件。闭合开关，他们完成操作，将观察到的现象记入表格：
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序号 导体AB的运动情况 有无感应电流
① 左右运动 有
② 上下运动 无
③ 前后运动 无
④ 斜向上、斜向下运动 有
（1）分析①、②两次实验现象，小明说：“闭合电路的一部分导体在磁场中的运动方向与磁
场方向垂直时，电路中就会产生感应电流。”小刚认为不准确，因为导体AB 运动时，其
运动方向也与磁场方向垂直，但无感应电流；
（2）采纳小刚意见后，小明又说：“闭合电路的一部分导体在磁场中垂直切割磁感线时，电
路中才会产生感应电流”，小刚认为不全面，因为导体AB 运动时，也有感应电流；
（3）从能量的角度来分析，感应电流的产生过程是将 能转化为电能；如果将图中的灵
敏电流计换成 ，可以探究磁场对电流的作用。
【答案】（1）前后；（2）斜向上/斜向下；（3）机械，电源.
【解析】（1）小明的说法是错误的。因为导体AB前后运动时，其运动方向也与磁场方向垂
直，但无感应电流；
（2）根据表格现象发现，导体AB在磁体中斜向上或斜向下运动时，此时虽然不是垂直切割
磁感线，但也有感应电流，小明说：“闭合电路的一部分导体在磁场中垂直切割磁感线时，电路中
才会产生感应电流”是不全面的。
（3）闭合电路的一部分导体在磁场切割磁感线运动时，从而产生感应电流，从能量的角度来
分析，感应电流的产生过程是将机械能转化为电能。
要探究磁场对电流的作用，电流中需要有电源，所以可将图中的灵敏电流计换成电源。
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