高中物理 第1章 電磁感應 第1節(jié) 磁生電的探索 認識磁生電與電生磁素材 魯科版選修3-2

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1、認識“磁生電”與“電生磁” 　　磁是什么？一般提起磁，有些人都覺得磁是較為少見的，好像主要就是磁石或磁鐵吸引鐵，情況真是這樣嗎？現(xiàn)代科學的發(fā)展已經表明這樣的看法是不對的。現(xiàn)代科學研究和實際應用已經充分證實：任何物質都具有磁性，只是有的物質磁性強，有的物質磁性弱；任何空間都存在磁場，只是有的空間磁場高，有的空間磁場低。所以說包含物質磁性和空間磁場的磁現(xiàn)象是普遍存在的。 　　電和磁是不可分割的，它們始終交織在一起。簡單地說，就是電生磁、磁生電。 　　一、磁生電 　　如果把一個螺線管兩端接上檢測電流的檢流計，在螺線管內部放置一根磁鐵。當把磁鐵很快地抽出螺線管時，可以看到檢流計指

2、針發(fā)生了偏轉，而且磁鐵抽出的速度越快，檢流計指針偏轉的程度越大。同樣，如果把磁鐵插入螺線管，檢流計也會偏轉，但是偏轉方向和抽出時相反。 　　為什么會發(fā)生這種現(xiàn)象呢？我們已經知道，磁鐵會向周圍的空間發(fā)出磁力線。如果把磁鐵放在螺線管中，那么磁力線就會穿過螺線管。這時，如果把磁鐵抽出，磁鐵遠離了螺線管，將造成穿過螺線管的磁力線數(shù)目減少（或者說線圈內部的磁通量減少）。正是這種穿過螺線管的磁力線數(shù)目（也就是磁通量）的變化使得螺線管中產生了感生電動勢。如果線圈閉合，就產生電流，稱為感生電流。如果磁鐵是插入螺線管內部，這時穿過螺線管的磁力線增多，產生的感生電流和磁鐵抽出時相反。 　　那么，如

3、何決定線圈中感生電動勢的大小和方向呢？從上面的實驗我們知道，磁鐵抽出的快慢決定檢流計指針的偏轉程度，這實際上是說，線圈中的感生電動勢的大小與線圈內部磁通量的變化率成正比。這稱為法拉第定律。 　　通過實驗我們可以證實，如果磁鐵抽出，導致線圈中的磁通量減少，那么在線圈中產生的感生電流的方向是它所產生的磁通量能夠補償由于磁鐵抽出引起的磁通量降低，也就是說，感生電流所產生的磁通量總是阻礙線圈中磁通量的變化。這稱為楞次定律。如圖所示，如果磁鐵從線圈中向上抽出，將使得線圈中的磁通量減少，這時如果線圈是閉合的，線圈中產生感生電流，該感生電流的方向是：它產生的磁力線的方向也指向下方，以補償由于磁

4、鐵抽出導致的磁通量減少。 　　變化的磁場可以在線圈中感應出電流，這就是發(fā)電機和麥克風的基本原理。 　　二、電生磁 　　如果一條直的金屬導線通過電流，那么在導線周圍的空間將產生圓形磁場。導線中流過的電流越大，產生的磁場越強。磁場成圓形，圍繞導線周圍。磁場的方向可以根據(jù)“右手定則”（如圖）來確定：將右手拇指伸出，其余四指并攏彎向掌心。這時，拇指的方向為電流方向，而其余四指的方向是磁場的方向。實際上，這種直導線產生的磁場類似于在導線周圍放置了一圈N、S極首尾相接的小磁鐵的效果。 圖3??右手定則 如果將一條長長的金屬導線在一個空心筒上沿一個方向纏繞起來，形成的物體我們稱

5、為螺線管。如果使這個螺線管通電，那么會怎樣？通電以后，螺線管的每一匝都會產生磁場，磁場的方向如圖中的圓形箭頭所示。那么，在相鄰的兩匝之間的位置，由于磁場方向相反，總的磁場相抵消；而在螺線管內部和外部，每一匝線圈產生的磁場互相疊加起來，最終形成了如圖所示的磁場形狀。也可以看出，在螺線管外部的磁場形狀和一塊磁鐵產生的磁場形狀是相同的。而螺線管內部的磁場剛好與外部的磁場組成閉合的磁力線。在圖中，螺線管表示成了上下兩排圓，好像是把螺線管從中間切開來。上面的一排中有叉，是表示電流方向垂直指向熒光屏里；下面的一排中有一個黑點，表示電流方向垂直流向熒光屏外。 圖4 ?螺旋管電磁場 　　電

6、生磁的一個應用實例是實驗室常用的電磁鐵。為了進行某些科學實驗，經常用到較強的恒定磁場，但只有普通的螺線管是不夠的。為此，除了盡可能多地繞制線圈以外，還采用兩個相對的螺線管靠近放置，使得它們的N、S極相對，這樣兩個線包直接就產生了一個較強的磁場。另外，還在線包中間放置純鐵（稱為磁軛），以聚集磁力線，增強線包中間的磁場，如圖所示。 圖5　電磁鐵 圖6 ?電磁鐵磁極 　　對于一個很長的螺線管，其內部的磁場大小用下面的公式計算：H=nI 　　在這個公式中，I是流過螺線管的電流，n是單位長度內的螺線管圈數(shù)。 　　如果有兩條通電的直導線相互靠近，會發(fā)生什么現(xiàn)象？我們首先假設兩條導線的通電電流方向相反，圖（a）所示。那么，根據(jù)上面的說明，兩條導線周圍都產生圓形磁場，而且磁場的走向相反。在兩條導線之間的位置會是說明情況呢？不難想象，在兩條導線之間，磁場方向相同。這就好像在兩條導線中間放置了兩塊磁鐵，它們的N極和N極相對，S極和S極相對。由于同性相斥，這兩條導線會產生排斥的力量。類似地，如果兩條導線通過的電流方向相同，圖（b）所示，它們會互相吸引。 圖7 ?通電導線的磁場 　　如果一條通電導線處于一個磁場中，由于導線也產生磁場，那么導線產生的磁場和原有磁場就會發(fā)生相互作用,使得導線受力。這就是電動機和喇叭的基本原理。