初中物理人教版九年级全册第二十章 电与磁综合与测试导学案

《电与磁》全章复习与巩固（基础）

【学习目标】
1.知道磁感线可用来形象地描述磁场，知道磁感线的方向是怎样规定的。
2.知道通电导体周围存在着磁场；通电螺线管的磁场与条形铁相似；电磁铁的特性和工作原理；了解电磁继电器和扬声器的结构和工作原理。
3.了解磁场对通电导线的作用。

4. 认识电动机的构造和原理。

5.知道电磁感应现象；知道产生感应电流的条件；知道发电机的原理；能说出发电机为什么能发电；知道什么是交流电；知道发电机发电过程是能量转化的过程。

【知识网络】
   

【要点梳理】

要点一、磁

1.磁现象：

(1)磁性：物体能够吸引铁、钴、镍等物质的性质叫做磁性。

(2)磁体：具有磁性的物体叫做磁体。

(3)磁极：磁体上磁性最强的部分叫做磁极。任何磁体都有两个磁极（磁北极和磁南极），将磁体水平悬挂起来，当它静止时，指北的一端叫做磁北极（N极），指南的一端叫做磁南极（S极）。

(4)磁极间的相互作用：同名磁极之间相互排斥，异名磁极之间相互吸引。

(5)磁化：使原来没有磁性的物体获得磁性的过程叫做磁化。一根没有磁性的大头针，在接近条形磁体下端的N极时，大头针上端就出现了S极，下端出现了N极，也就是说大头针具有了磁性。

2.磁场：

(1)磁场的存在：在磁体的周围和通电导体的周围存在着磁场，这可以利用小磁针来检验。小磁针在一般情况下是指南、北的，若小磁针指向忽然发生变化，则小磁针的周围必定有其它的磁场存在。
(2)磁场的方向:磁场具有方向性，当小磁针放在磁场各点不同处，小磁针N极的指向不同，这说明磁场各点方向是不同的，我们规定：在磁场中的某一点，小磁针静止时北极所指的方向就是这一点的磁场方向。
(3)磁场的性质:磁场的基本性质是它对放入其中的磁体产生磁力的作用，磁体间的相互作用就是通过磁场而产生的。放在磁场中的小磁针能发生偏转，就是因为磁针受到了磁场的作用。磁场虽然看不见、摸不着，但我们可以根据它对放在其中的磁体所产生的作用来感知它、认识它。

(4)磁感线:磁感线是形象地研究磁场的一种方法。在磁场中画一些有方向的曲线，任何一点的曲线方向都是跟放在该点的小磁针北极所指的方向一致的，这样的曲线叫磁感线，磁体周围的磁感线都是从磁体的N极出来回到磁体的S极。利用这些曲线可以形象地表示磁场中各点的磁场方向和磁场的强弱。

(5)地磁场：地球本身就是一个巨大的磁体，地球周围空间存在的磁场叫做地磁场。地磁场的N极在地理南极附近，S极在地理北极附近。地磁的两极与地理的两极并不重合。

要点二、电生磁

1.电生磁：

(1)奥斯特实验：

①意义：揭示了电现象和磁现象之间的密切联系。

②结论：a.通电导体周围存在磁场；b.电流的磁场方向与电流方向有关

(2)通电螺线管的磁场：

①螺线管：用导线绕成的螺旋形线圈叫做螺线管。

②安培定则：用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中电流的方向，则拇指所指的那端就是螺线管的N极。

2、电磁铁：

（1）电磁铁：内部有铁芯的螺线管叫做电磁铁。电磁铁在电磁起重机、电铃、发电机、电动机、自动控制上有着广泛的应用。

（2）电磁铁的特点：

①电磁铁磁性的有无，完全可以由通断电来控制。
②电磁铁磁性的强弱可以由电流的大小、线圈匝数控制。

③电磁铁产生的磁场方向是由通电电流的方向决定的。

3、电磁继电器：

①结构：具有磁性的电磁继电器由控制电路和工作电路两部分组成。控制电路包括低压电源、开关和电磁铁，其特点是低电压、弱电流的电路；工作电路包括高压电源、用电器和电磁继电器的触点，其特点是高电压、强电流的电路。

②原理：电磁继电器的核心是电磁铁。当电磁铁通电时，把衔铁吸过来，使动触点和静触点接触（或分离），工作电路闭合（或断开）。当电磁铁断电时失去磁性，衔铁在弹簧的作用下脱离电磁铁，切断（或接通）工作电路。从而由低压控制电路的通断，间接地控制高压工作电路的通断，实现远距离操作和自动化控制。电磁继电器的作用相当于一个电磁开关。

要点诠释：

1.通电螺线管的磁场方向与电流方向满足安培定则。
   
   安培定则：用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中电流的方向，则拇指所指的那端就是螺线管的N极。

2.电磁铁是根据电流的磁效应和通电螺线管中插入铁芯后磁场大大增强的原理来工作的。
3.电磁铁的优点是：磁性强弱可控（电流大小、线圈匝数），磁性有无可控（通断电），磁极方向可控，因此把它用在一些自动控制电路中。
4.电磁铁的铁芯是用软铁制成的，而不是用钢制成的，这是因为软铁容易磁化，也容易失去磁性，而钢磁化后不易去磁。

要点三、电动机

1. 磁场对通电导线的作用

(1)力的方向和电流方向有关。

(2)力的方向与磁感线方向有关。

2.电动机的基本构造

（1）转子：能够转动的部分。

（2）定子：固定不动的部分。

3. 直流电动机为什么需装换向器？

当线圈转到如图所示位置时，ab边和cd边受的磁场力恰好在同一条直线上，而且大小相等，方向相反，线圈在这个位置上受到相互平衡的两个磁场力的作用，所以不能连续转动下去。如何才能使线圈连续转动下去呢？我们设想线圈由于惯性而通过平衡位置，恰在这时使线圈与电源线的两个接头互换，则线圈中的电流方向改变，它所受的磁场力的方向变成与原来的方向相反，从而可使线圈沿着原来旋转方向继续转动。因此，要使线圈连续转动，应该在它由于惯性刚转过平衡位置时，立刻改变线圈中的电流方向。能够完成这一任务的装置叫做换向器。其实质是两个彼此绝缘铜半环。

要点诠释：

通电直导线在磁场中受到力的作用。力的方向与磁场方向、导线电流方向有关。磁场对通电导线和通电线圈作用而运动过程中，把电能转化为机械能，电动机就是从这一理论设计制造出来的。

(1)磁场对电流的作用中磁场方向、电流方向、导体受力方向三者应互相垂直，同时改变其中两个方向另一个方向不变，若首先改变其中一个方向而另一个方向不变，则第三者方向一定改变。
(2)当通电直导线的方向与磁感线的方向平行时（如图甲所示），磁场对通电直导线（图甲中直导线ab）没有力的作用。当通电直导线的方向与磁感线的方向不平行（斜交）时，磁场对通电直导线（图乙中直导线ab）有力的作用（垂直纸面向内）。当通电直导线的方向与磁场的方向垂直时，磁场对通电导线（图丙中直导线ab）的作用力最大（方向垂直纸面向内）。
　　　　　　　　　　　
　　在图丙中，保持磁感线B的方向不变，而使直导线ab内电流方向相反时，ab受力的方向也相反；保持直导线内电流方向不变，而使磁感线B的方向相反时，ab受力的方向也相反。
但如果在图丙中，同时使磁感线B的方向及ab内电流方向都变为相反，则直导线ab的受力方向不发生变化。

要点四、磁生电

1.电磁感应：闭合电路的部分导体在磁场中切割磁感线运动就会产生感应电流的现象。

2. 产生感应电流必须同时满足三个条件：

（1）电路是闭合的；

（2）导体要在磁场中做切割磁感线的运动；

（3）切割磁感线运动的导体只能是一部分，三者缺一不可。如果不是闭合电路，即使导体做切割磁感线运动，导体中也不会有感应电流产生，只是在导体的两端产生感应电压。

3.感应电流的方向：感应电流的方向跟导体切割磁感线运动方向和磁感线方向有关。因此要改变感应电流的方向，可以从两方面考虑，一是改变导体的运动方向，即与原运动方向相反；二是使磁感线方向反向。但是若导体运动方向和磁感线方向同时改变，则感应电流的方向不发生改变。

4.发电机

发电机的原理是电磁感应，发电机的基本构造是磁场和在磁场中转动的线圈。其能量转换是把机械能转化为电能。

要点诠释：

.学完三种电磁现象，容易混淆，为了记忆和理解，特列表如下：

说明：判定方法中的右手定则和左手定则，在初中物理暂不做要求。

三种电磁现象的重要应用对比如下：

【典型例题】

类型一、基本概念辨析

1. 关于磁感线，正确的说法是（　　）

A．磁感线确实存在于磁场中

B．在磁体内磁感线是从N极到S极

C．将磁铁放在硬纸上，周围均匀地撒上铁粉，然后轻轻地敲打几下，我们就看到了磁铁周围的磁感线

D．磁感线密集的地方磁场强，磁感线稀疏的地方磁场弱，任何两条磁感线都不可能相交

【思路点拨】熟记一些基本概念、规律，物理好多模型就是为了方便研究，所以课下多多了解，是解题关键。

【答案】D

【解析】磁体的周围存在着看不见、摸不着但又客观存在的磁场，为了描述磁场，在实验的基础上，利用建模的方法想象出来的磁感线，磁感线并不客观存在，A错误；磁感线在磁体的周围是从磁体的N极出发回到S极；在磁体的内部，磁感线是从磁体的S极出发，回到N极，故B错误；在该实验中，我们看到的是铁粉形成的真实存在的曲线，借助于该实验，利用建模的思想想象出来磁感线，但这不是磁感线，故C错误；磁感线最密集的地方，磁场的强度最强，反之磁场最弱。磁场中的一点，磁场方向只有一个，若两条磁感线可以相交，则交点处就可以做出两个磁感线的方向，即该点磁场方向就会有两个，这与理论相矛盾，因此磁感线不能相交。故D正确。
【总结升华】此题考查了磁感线的引入目的，磁场方向的规定，记住相关的基础知识，对于解决此类识记性的题目非常方便。

举一反三：

【变式】（2015•安徽中考）一个能绕中心转动的小磁针在图示位置保持静止。某时刻开始小磁针所在的区域出现水平向右的磁场，磁感线如图所示，则小磁针在磁场出现后（　　）

A．两极所受的力是平衡力，所以不会发生转动

B．两极所受的力方向相反，所以会持续转动

C．只有N极受力，会发生转动，最终静止时N极所致方向水平向右

D．两极所受的力方向相反，会发生转动，最终静止时N极所指方向水平向右

【答案】D

【解析】某时刻开始小磁针所在的区域出现水平向右的磁场，小磁针将会受到磁场力的作用，且N极受力方向与与磁场方向相同，水平向右；S极受力方向与磁场方向相反，水平向左。所以小磁针会发生转动，最终小磁针在磁场中静止，N极指向水平向右，所以ABC错误，D正确。故选D。

2. 如图所示的装置中，要使电流计的指针发生偏转，下列办法中可行的是（　　）

A．闭合开关，使导体AB竖直向上移动

B．闭合开关，使导体AB水平向外移动

C．闭合开关，使导体AB水平向左移动

D．断开开关，使导体AB斜向后移动

【思路点拨】（1）闭合电路的一部分导体，在磁场中做切割磁感线运动时，就会在导体中产生感应电流；
（2）磁体周围的磁感线从N极到S极，本题中分析磁感线方向和导体运动方向的关系，只要是切割磁感线运动就会产生感应电流。

【答案】B

【解析】A、磁感线方向由上到下，闭合开关，导体竖直向上运动，不属于切割磁感线运动，导体中不会产生感应电流，不符合题意；B、磁感线方向由上到下，闭合开关，导体水平向外运动，属于切割磁感线运动，导体中会产生感应电流，符合题意；C、磁感线方向由上到下，闭合开关，导体水平向左运动，不属于切割磁感线运动，导体中不会产生感应电流，不符合题意；D、磁感线方向由上到下，导体斜向后运动，虽切割磁感线运动，但开关没有闭合，故导体中不会产生感应电流，不符合题意；故选B。

【总结升华】判断是否产生感应电流是要牢牢抓住“闭合”、“切割”两个关键字，在分析时要牢牢把握住这两个方面。

举一反三：

【变式】如图所示，a表示垂直于纸面的一根导线，它是闭合电路的一部分，它在磁场中沿箭头方向运动，则不能产生感应电流的是（　　）

A． B． C． D．

【答案】C

类型二、作图题

3.在图中，根据通电螺线管N、S极，在螺线管上标出电流的方向，在电源上标出它的正负极。

【答案】

【解析】用右手螺旋定则得出电流的方向，然后根据在电源外部，电流从电源的正极流出负极流入，判断出电源的正负极。

【总结升华】本题考查了右手螺旋定则的使用。利用右手螺旋定则既可由电流的方向判定磁极磁性，也能由磁极极性判断电流的方向和线圈的绕法。

举一反三：

【变式】（2016•杨浦区一模）如图所示，小磁针甲、乙处于静止状态．根据标出的磁感线方向，可以判断出（　　）

A．螺线管的左端为N极                 B．电源的左端为负极

C．小磁针甲的右端为N极               D．小磁针乙的右端为N极

【答案】C

【解析】A、在磁体的周围，磁感线从磁体的N极流出，回到S极，所以利用磁感线的方向，可以确定螺线管的右端为N极，左端为S极，故A错误；
B、根据螺线管的左端为N极结合图示的线圈绕向，利用安培定则可以确定电流从螺线管的右端流入左端流出，所以电源的左端为正极，右端为负极，故B错误；
C、根据异名磁极相互吸引的理论可以确定小磁针甲右端为N极，故C正确；
D、小磁针静止时，N极的指向跟通过该点的磁感线方向一致，S极跟通过该点的磁感线方向相反，所以乙的右端为S极，故D错误。故选C。

4.如图所示，请用笔画线代替导线将实物图补充完整。要求：

①小磁针的指向满足如图所示方向；

②滑动变阻器的滑片向右端移动后，通电螺线管的磁性减弱；

③原有导线不得更改。

【答案】

【解析】

试题分析：（1）根据磁极间的作用判断螺线管的磁极；根据安培定则判断电流方向。

（2）通电螺线管的磁性强弱跟电流大小和匝数有关。在匝数一定时，电流越小，磁性越弱。在电流一定时，匝数越少，磁性越弱。

（3）滑动变阻器有四个接线柱，选择一上一下接入电路，滑动变阻器接入电路的电阻越大，电流越小。

①如图，根据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，所以螺线管的右端是S极，左端是N极；根据安培定则判断电流从螺线管的右端进入，从左端流出。

②在匝数一定时，电流越小，磁性越弱。滑片向右端移动后，通电螺线管的磁性减弱，螺线管的电流减小，滑动变阻器接入电路的电阻增大，所以滑动变阻器一定接入左端下面接线柱。

【总结升华】本题把磁极间的作用、滑动变阻器的使用、欧姆定律、螺线管磁性强弱的影响因素有机的结合起来，综合性很强，是一个好题。

类型三.知识应用

5.如图是一个中间有抽头的电磁铁的示意图，小明为了研究外形相同的电磁铁磁性的强弱与通电电流的大小及线圈匝数的关系，他做了如下实验，实验步骤为：

（1）先连接好如图甲所示的电路图，调整滑动变阻器的滑片使电流表示数减小，记为I1，发现电磁铁吸引的大头针的数目较少；

（2）调整滑动变阻器滑片使电流表的示数增大到I2，发现电磁铁吸引住的大头针数目增加；

（3）再照图乙所示的电路图连接的电路，调整滑动变阻器的滑片使电流表的示数保持为I2，发现电磁铁上吸引住大头针的数目进一步增加。

从以上实验我们得出的结论是：

①                                          

②                                          

（4）在实验步骤（3）中为什么要强调电流表的示数与步骤（2）中电流表示数（I2）保持相同？

答：                                                                              

【思路点拨】实验中，我们是通过观察电磁铁吸引大头针数目的多少来判断磁性强弱的，吸引的大头针数目多，表明电磁铁的磁性强。由（1）和（2）我们可以得出电磁铁磁性强弱与电流大小有关；由（2）和（3）我们可以得出电磁铁磁性强弱与线圈匝数多少有关。对于多因素问题，我们要采用控制变量法去研究。

【答案】（3）①线圈匝数一定时，电流越大，电磁铁磁性越强；②电流一定时，线圈匝数越多，电磁铁磁性越强。

（4）保证在电流一定的条件下，研究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系。

【解析】①（1）和（2）控制的是线圈匝数一定，研究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系。当电流增大时，电磁铁吸引的大头针数目增多，表明磁性增强。结论：线圈匝数一定时，电流越大，电磁铁磁性越强；②（2）和（3）控制的是电流一定，研究电磁铁磁性强弱与线圈匝数多少的关系。当线圈匝数增多时，电磁铁吸引的大头针数目增多，表明磁性增强。结论：电流一定时，线圈匝数越多，电磁铁磁性越强。（4）因为电磁铁磁性强弱与电流大小和线圈匝数都有关系，所以在研究磁性强弱与线圈匝数的关系时，就一定要保证在电流一定的条件下去研究。

【总结升华】探究电磁铁磁性强弱的因素我们采用的是控制变量法，所以对于这类实验题，我们在解答时也同样要用控制变量的思想去分析。

6.如图甲，将玩具电动机、电池、小电灯、开关用导线连接起来．

（1）闭合开关，电动机转动，这是利用通电线圈在　  　里受力转动的原理工作的；如果想改变电动机的转动方向，我们可以采取的措施是　             　。

（2）刚闭合开关时，小电灯发出明亮的光，但随着电动机转得越来越快，小电灯的亮度逐渐减弱；当转速正常时，小电灯的亮度稳定不变，此时用手指轻轻捏住电动机的转轴，使电动机的转速减慢，你猜想这时小电灯的亮度将　    　（选填“变亮”“变暗”或“不变”），理由是　      　。

（3）如果将小电灯换成灵敏电流表，电路连接如图乙，当用手快速转动电动机转轴时，发现灵敏电流表指针偏转，这是　      　现象，它在生活中的应用有　       　（举出一例即可）。

【答案】（1）磁场；改变电流的方向；（2）变亮；电流变大；（3）电磁感应；发电机

【解析】（1）闭合开关，电动机转动，这是利用通电线圈在磁场里受力转动的原理工作的；如果想改变电动机的转动方向，我们可以采取的措施是：改变电流的方向或改变磁场的方向；（2）捏住电动机的转轴，会将电动机消耗的电能转化为内能，由非纯电阻电路转化为纯电阻电路，电源输出的所有功率都变为线圈电阻消耗的热功率了，而加在其上的电压不变，所以电流急剧上升，电动机线圈大量发热，此时电流变大，灯泡变亮；（3）电路连接如图乙，当用手快速转动电动机转轴时，发现灵敏电流表指针偏转，这是电磁感应现象，它在生活中的应用有发电机等。

【总结升华】本题考查电动机和发电机的原理，相对比较简单，属于基础题。

举一反三：

【变式】探究利用磁场产生电流的实验中，连接了如图所示的实验装置．

（1）实验中，通过观察　            　来判断电路中是否有感应电流。

（2）闭合开关后，钥匙电路中形成感应电流，铜棒ab应　   　运动（选填“上下”或“左右”），这是一种　      　现象，利用这一原理可制成　      　。

（3）要使电流表指针偏转方向发生改变，可以采取的方法有　                        　（答出一种方法即可）。

【答案】（1）电流表指针是否偏转；

（2）左右；电磁感应；发电机；

（3）调换N极、S极位置（或改变磁场方向）；改变ab运动方向。

【解析】（1）产生感应电流的条件是：电路应该是闭合的，部分导体做切割磁感线运动；

（2）影响感应电流方向的因素：一个是导体的运动方向，一个是磁场方向，这两个因素中其中一个因素发生变化时，感应电流的方向就会发生变化；若两个因素都发生变化时，感应电流的方向不会发生变化。

（1）实验中，通过观察电流表指针是否偏转来判断电路中是否有感应电流；

（2）要产生感应电流，必须同时满足两个条件：电路是闭合的；

导体做切割磁感线运动．因此要使电流表指针发生偏转，铜棒ab需向左或向右做切割磁感线运动；这是一种电磁感应现象，利用这一原理可制成发电机；

（3）要使电流表指针偏转方向发生改变，即改变流入电流表的电流方向，也就是要改变感应电流的方向，可以从影响感应电流方向的两个因素考虑，只改变其中一个因素时，感应电流的方向就会发生改变；故调换N极S极位置可改变磁场方向，或改变ab的运动方向。