16. 电磁转换

初中物理《电磁转换》知识点梳理：磁感线：为了描述空间磁场的分布情况,在磁场中画一些有方向的曲线,曲线上任何一点的切线方向都跟放在该点的小磁针静止时北极所指的方向一致,这样的曲线叫磁感线。

电磁转换

• 磁体与磁场
  • 认识磁体
    • 磁性与磁体
      • 概念
        • 在物理学中把物体能吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性,这种物体叫磁体
        • 分类
          • 天然磁体
          • 人造磁体
        • • 能长期保持磁性的磁体叫永磁体
      • 人造磁体
        • 通常是用钢或合金经过加工处理制成的,根据需要常制成各种不同的形状
    • 磁极
      • 磁体上磁性最强的部分叫磁极
      • 磁体有两个磁极
        • 南极（S极）
        • 北极（N极）
      • • 任何一个磁体都有两个磁极,即使从中间击碎,分开之后的两个磁体都有各自的南、北极
        • • 只有单个磁极的磁体在自然界里是不存在的
    • 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
      • • 可以通过磁体的吸铁(钴、镍)性、南北指向性和磁极间的相互作用规律来判断一个物体是否具有磁性
        • 磁体具有指南北的性质,常用来制作指南针
    • 磁体周围存在的磁场
      • 磁体间的相互作用就是通过它们的磁场发生的
      • • 磁场是一种看不见、摸不着的物质，对放入其中的其他磁体有力的作用
    • 磁化
      • 使原来不显磁性的物体在磁场中获得磁性的过程
  • 磁体周围的磁场
    • 磁场具有方向
      • 将小磁针放在磁场中的某一点,小磁针静止时,N极所指的方向就是该点的磁场方向
    • 磁感线
      • 为了描述空间磁场的分布情况,在磁场中画一些有方向的曲线,曲线上任何一点的切线方向都跟放在该点的小磁针静止时北极所指的方向一致,这样的曲线叫磁感线
      • 磁体周围的磁感线都是从磁体北极出发,回到磁体南极
    • 磁感线的性质
      • 磁感线不是直实存在的，它是为了形象地描述磁场而画出的一些假想的曲线
      • 磁感线是有方向的，曲线上任意一点的切线方向就是该点的磁场的方向
      • 磁感线分布的疏密可以表示磁场的强弱
        • 磁体两极处磁感线最密，表示其两极处磁场最强
      • 磁感线是一些闭合的曲线
        • 即磁体周围的磁感线都是从磁体的北极出发,回到磁体的南极;
        • 在磁体的内部,都是从磁体的南极指向北极
      • 空间任何两条磁感线绝对不会相交,因为磁场中任何一点的磁场只有一个确定的方向
    • 常见磁体的磁感线分布
  • 地球的磁场
    • • 地球本身是一个巨大的磁体
      • 地球周围的磁场叫地磁场
      • 地磁场的北极在地里南极附近，地磁场的南极在地里北极附近
      • 磁针受到地磁场的作用，一端指南另一端指北
• 电流的磁场
  • 通电直导线周围的磁场
    • 电流的磁效应
      • 通电导线周围存在磁场，其方向与电流方向有关
      • • 点流周围存在磁场的现象称为电流的磁效应,1820年由丹麦物理学家奥斯特首先发现
    • • 通电直导线周围的磁场分布在垂直于通电直导线的平面内,它的磁感线是以电流为中心的一系列同心圆
    • 探究通电直导线周围的磁场
  • 通电螺线管周围的磁场
    • • 把导线绕在圆筒上就做成了螺线管
      • 通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场相似,通电螺线管的两端相当于条形磁体的两极
    • 通电螺线管的极性
      • 通电螺线管两端的极性由环绕电流方向决定,它们的关系可用安培定则来判断
    • 安培定则
      • • 用右手握螺线管,让弯曲的四指所指的方向与螺线管中电流的方向一致,则大拇指所指的那端就是螺线管的N极
  • 电磁铁
    • 定义
      • 电磁铁是带有铁芯的螺线管
    • 电磁铁磁性强弱的影响因素
      • 通过电磁铁线圈的电流越大，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强
    • 电磁铁的优点
      • 电磁铁磁性的有无,可由电路的通断来控制
      • 电磁铁磁性的强弱，可由电流大小和线圈匝数来控制
      • 电磁铁的极性位置,可由电流方向来控制
  • 电磁继电器
    • 构造
      • 主要部分
        • 电磁铁、衔铁、触点开关、弹簧
    • 实质
      • 是由电磁铁控制工作电路通断的开关
    • 工作原理
      • 电磁铁通电时，把衔铁吸下来，将工作电路的触点接通，工作电路闭合
      • 电磁铁断电时失去磁性，弹簧把衔铁拉起来，切断工作电路
    • 主要应用
      • 利用低电压、弱电流电路的通断来安全地控制高电压、强电流电路的通断
      • 可实现远距离控制，与其他元件配合实现自动控制
• 磁场对电流的作用 电动机
  • 磁场对电流的作用
    • 磁场对通电导体有力的作用,力的方向与电流方向和磁场方向有关
    • 受力方向
      • 当电流方向或磁场方向中的一个发生改变时,导体的受力方向随之改变;
      • 若电流方向和磁场方向同时改变,则导体的受力方向不变
    • 受力大小
      • 导体中的电流越大,所在处的磁场越强,导体在磁场中受到的力越大
  • 直流电动机的原理
    • 原理
      • 通电线圈在磁场中受力转动
      • • • 线圈处于此位置时,电流如图,线圈的AB边受到一个向上的力,CD边受到一个向下的力
        • • 线圈转至平衡位置时,两电刷与两个半圆铜环间的绝缘部分接触,线圈中无电流,不再受力的作用,由于惯性线圈会越过平衡位置
        • • 线圈越过平衡位置后,电流如图,线圈仍绕轴沿顺时针方向转动。
        • • 线圈又转至平衡位置时,其情况与图乙相似。线圈由于惯性越过平衡位置后,其情况又和甲一样
        • 概括来说，直流电动机的基本原理
          • 利用磁场对电流的作用使线圈转动,利用换向器及时改变线圈中电流的方向, 以保持线圈的持续转动
    • 组成
      • 定子
        • 固定不动的部分
      • 转子
        • 转动的部分
    • 直流电动机换向器的作用
      • 作用
        • 每当线圈刚转过平衡位置时,换向器能自动改变线圈中的电流方向
    • 能的转化
      • 电动机工作时，将电能转化为机械能
• 安装直流电动机模型
  • 组装
    • • 1.把③线圈固定在转轴上
      • 2.先将⑤支架固定在⑧底座上,然后将④转轴安装在支架上,注意使线圈和转轴能较好地转动
      • 3.用螺钉把⑦电刷(铜片)固定在底座上,同时使电刷与转轴上的⑥换向器接触(注意:电刷与换向器间的压力要适当,以保证转轴能正常转动)
      • 4.从固定电刷的两个螺钉上引出两根导线
      • 5.分别把两个②弧形铁片的一端用螺钉固定在底座上,另一端用磁体夹住
  • 实验与现象
    • 实验探究
      • 把电动机、滑动变阻器、电源、开关串联起来,接通电路,电动机正常运转后,通过实验探究如何改变电动机的转向与转速
    • 电路图
    • 实验现象
  • 实验结论
    • 当通过直流电动机的电流方向发生改变或线圈所处的磁场方向发生改变时,电动机转动的方向发生改变;当通过直流电动机电流的大小发生变化或线圈所处的磁场强弱发生变化时,电动机转动的速度改变
• 电磁感应 发电机
  • 电磁感应现象
    • 发现
      • 英国物理学家法拉第在1831年发现了电磁感应定律
    • 电磁感应现象
      • 利用磁场产生电流的现象
      • 电磁感应中产生的电流叫感应电流
      • • 闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动,在导体中就会有感应电流产生
        • 磁场运动和导体运动效果是等同的
    • 能量转化
      • 机械能转化为电能
    • 感应电流产生的条件
      • 电路必须是闭合的
      • 一部分导体在磁场中
      • 在磁场中的那部分导体做切割磁感线运动
    • 理解
      • 要有一部分导体做切割磁感线运动
        • 是闭合电路的“一部分导体”，而不是“整个电路”
        • “做切割磁感线运动”，就是把磁感线“切断”这就是说,导体的运动方向一定要与磁感线方向成一定角度,而不是与磁感线平行,否则磁感线是“切不断”的
      • 电路应该是闭合的而不是断开的,即组成电路的各个元件连接成一个电流的通路
        • 如果是不闭合电路,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,只是在导体两端产生电压,因为电路不闭合就形不成电荷定向移动的通路,当然电路中就没有电流
    • • 闭合电路的一部分导体在磁场中运动,小圆圈表示导体的横截面,箭头表示导体的运动方向,如图甲、乙、丙
        • 甲、丙有“切割”,乙“不切割”,故甲、丙有电流,乙无电流
  • 发电机
    • 原理
      • 发电机是利用电磁感应原理来发电的
    • 交变电流
      • 线圈在磁场中转动时,产生的感应电流的大小和方向随时间作周期性变化,这种电流叫交变电流
      • 我国供生产、生活用的交变电流每秒钟完成50个周期性变化,即周期为0.02 s,频率为50 Hz
    • 能的转化
      • 发电机工作时主要将机械能转化为电能
      • • 由于线圈存在电阻及转动系统存在摩擦，因此还有部分能量转化为内能
    • 电动机与发电机的对比

电磁转换

• 磁体与磁场
  • 认识磁体
    • 磁性与磁体
      • 概念
        • 在物理学中把物体能吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性,这种物体叫磁体
        • 分类
          • 天然磁体
          • 人造磁体
        • • 能长期保持磁性的磁体叫永磁体
      • 人造磁体
        • 通常是用钢或合金经过加工处理制成的,根据需要常制成各种不同的形状
    • 磁极
      • 磁体上磁性最强的部分叫磁极
      • 磁体有两个磁极
        • 南极（S极）
        • 北极（N极）
      • • 任何一个磁体都有两个磁极,即使从中间击碎,分开之后的两个磁体都有各自的南、北极
        • • 只有单个磁极的磁体在自然界里是不存在的
    • 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
      • • 可以通过磁体的吸铁(钴、镍)性、南北指向性和磁极间的相互作用规律来判断一个物体是否具有磁性
        • 磁体具有指南北的性质,常用来制作指南针
    • 磁体周围存在的磁场
      • 磁体间的相互作用就是通过它们的磁场发生的
      • • 磁场是一种看不见、摸不着的物质，对放入其中的其他磁体有力的作用
    • 磁化
      • 使原来不显磁性的物体在磁场中获得磁性的过程

电磁转换

• 磁体与磁场
  • 磁体周围的磁场
    • 磁场具有方向
      • 将小磁针放在磁场中的某一点,小磁针静止时,N极所指的方向就是该点的磁场方向
    • 磁感线
      • 为了描述空间磁场的分布情况,在磁场中画一些有方向的曲线,曲线上任何一点的切线方向都跟放在该点的小磁针静止时北极所指的方向一致,这样的曲线叫磁感线
      • 磁体周围的磁感线都是从磁体北极出发,回到磁体南极
    • 磁感线的性质
      • 磁感线不是直实存在的，它是为了形象地描述磁场而画出的一些假想的曲线
      • 磁感线是有方向的，曲线上任意一点的切线方向就是该点的磁场的方向
      • 磁感线分布的疏密可以表示磁场的强弱
        • 磁体两极处磁感线最密，表示其两极处磁场最强
      • 磁感线是一些闭合的曲线
        • 即磁体周围的磁感线都是从磁体的北极出发,回到磁体的南极;
        • 在磁体的内部,都是从磁体的南极指向北极
      • 空间任何两条磁感线绝对不会相交,因为磁场中任何一点的磁场只有一个确定的方向
    • 常见磁体的磁感线分布
  • 地球的磁场
    • • 地球本身是一个巨大的磁体
      • 地球周围的磁场叫地磁场
      • 地磁场的北极在地里南极附近，地磁场的南极在地里北极附近
      • 磁针受到地磁场的作用，一端指南另一端指北

电磁转换

• 电流的磁场
  • 通电直导线周围的磁场
    • 电流的磁效应
      • 通电导线周围存在磁场，其方向与电流方向有关
      • • 点流周围存在磁场的现象称为电流的磁效应,1820年由丹麦物理学家奥斯特首先发现
    • • 通电直导线周围的磁场分布在垂直于通电直导线的平面内,它的磁感线是以电流为中心的一系列同心圆
    • 探究通电直导线周围的磁场
  • 通电螺线管周围的磁场
    • • 把导线绕在圆筒上就做成了螺线管
      • 通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场相似,通电螺线管的两端相当于条形磁体的两极
    • 通电螺线管的极性
      • 通电螺线管两端的极性由环绕电流方向决定,它们的关系可用安培定则来判断
    • 安培定则
      • • 用右手握螺线管,让弯曲的四指所指的方向与螺线管中电流的方向一致,则大拇指所指的那端就是螺线管的N极

电磁转换

• 电流的磁场
  • 电磁铁
    • 定义
      • 电磁铁是带有铁芯的螺线管
    • 电磁铁磁性强弱的影响因素
      • 通过电磁铁线圈的电流越大，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强
    • 电磁铁的优点
      • 电磁铁磁性的有无,可由电路的通断来控制
      • 电磁铁磁性的强弱，可由电流大小和线圈匝数来控制
      • 电磁铁的极性位置,可由电流方向来控制
  • 电磁继电器
    • 构造
      • 主要部分
        • 电磁铁、衔铁、触点开关、弹簧
    • 实质
      • 是由电磁铁控制工作电路通断的开关
    • 工作原理
      • 电磁铁通电时，把衔铁吸下来，将工作电路的触点接通，工作电路闭合
      • 电磁铁断电时失去磁性，弹簧把衔铁拉起来，切断工作电路
    • 主要应用
      • 利用低电压、弱电流电路的通断来安全地控制高电压、强电流电路的通断
      • 可实现远距离控制，与其他元件配合实现自动控制

电磁转换

• 磁场对电流的作用 电动机
  • 磁场对电流的作用
    • 磁场对通电导体有力的作用,力的方向与电流方向和磁场方向有关
    • 受力方向
      • 当电流方向或磁场方向中的一个发生改变时,导体的受力方向随之改变;
      • 若电流方向和磁场方向同时改变,则导体的受力方向不变
    • 受力大小
      • 导体中的电流越大,所在处的磁场越强,导体在磁场中受到的力越大
  • 直流电动机的原理
    • 原理
      • 通电线圈在磁场中受力转动
      • • • 线圈处于此位置时,电流如图,线圈的AB边受到一个向上的力,CD边受到一个向下的力
        • • 线圈转至平衡位置时,两电刷与两个半圆铜环间的绝缘部分接触,线圈中无电流,不再受力的作用,由于惯性线圈会越过平衡位置
        • • 线圈越过平衡位置后,电流如图,线圈仍绕轴沿顺时针方向转动。
        • • 线圈又转至平衡位置时,其情况与图乙相似。线圈由于惯性越过平衡位置后,其情况又和甲一样
        • 概括来说，直流电动机的基本原理
          • 利用磁场对电流的作用使线圈转动,利用换向器及时改变线圈中电流的方向, 以保持线圈的持续转动
    • 组成
      • 定子
        • 固定不动的部分
      • 转子
        • 转动的部分
    • 直流电动机换向器的作用
      • 作用
        • 每当线圈刚转过平衡位置时,换向器能自动改变线圈中的电流方向
    • 能的转化
      • 电动机工作时，将电能转化为机械能

电磁转换

• 安装直流电动机模型
  • 组装
    • • 1.把③线圈固定在转轴上
      • 2.先将⑤支架固定在⑧底座上,然后将④转轴安装在支架上,注意使线圈和转轴能较好地转动
      • 3.用螺钉把⑦电刷(铜片)固定在底座上,同时使电刷与转轴上的⑥换向器接触(注意:电刷与换向器间的压力要适当,以保证转轴能正常转动)
      • 4.从固定电刷的两个螺钉上引出两根导线
      • 5.分别把两个②弧形铁片的一端用螺钉固定在底座上,另一端用磁体夹住
  • 实验与现象
    • 实验探究
      • 把电动机、滑动变阻器、电源、开关串联起来,接通电路,电动机正常运转后,通过实验探究如何改变电动机的转向与转速
    • 电路图
    • 实验现象
  • 实验结论
    • 当通过直流电动机的电流方向发生改变或线圈所处的磁场方向发生改变时,电动机转动的方向发生改变;当通过直流电动机电流的大小发生变化或线圈所处的磁场强弱发生变化时,电动机转动的速度改变

电磁转换

• 电磁感应 发电机
  • 电磁感应现象
    • 发现
      • 英国物理学家法拉第在1831年发现了电磁感应定律
    • 电磁感应现象
      • 利用磁场产生电流的现象
      • 电磁感应中产生的电流叫感应电流
      • • 闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动,在导体中就会有感应电流产生
        • 磁场运动和导体运动效果是等同的
    • 能量转化
      • 机械能转化为电能
    • 感应电流产生的条件
      • 电路必须是闭合的
      • 一部分导体在磁场中
      • 在磁场中的那部分导体做切割磁感线运动
    • 理解
      • 要有一部分导体做切割磁感线运动
        • 是闭合电路的“一部分导体”，而不是“整个电路”
        • “做切割磁感线运动”，就是把磁感线“切断”这就是说,导体的运动方向一定要与磁感线方向成一定角度,而不是与磁感线平行,否则磁感线是“切不断”的
      • 电路应该是闭合的而不是断开的,即组成电路的各个元件连接成一个电流的通路
        • 如果是不闭合电路,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,只是在导体两端产生电压,因为电路不闭合就形不成电荷定向移动的通路,当然电路中就没有电流
    • • 闭合电路的一部分导体在磁场中运动,小圆圈表示导体的横截面,箭头表示导体的运动方向,如图甲、乙、丙
        • 甲、丙有“切割”,乙“不切割”,故甲、丙有电流,乙无电流
  • 发电机
    • 原理
      • 发电机是利用电磁感应原理来发电的
    • 交变电流
      • 线圈在磁场中转动时,产生的感应电流的大小和方向随时间作周期性变化,这种电流叫交变电流
      • 我国供生产、生活用的交变电流每秒钟完成50个周期性变化,即周期为0.02 s,频率为50 Hz
    • 能的转化
      • 发电机工作时主要将机械能转化为电能
      • • 由于线圈存在电阻及转动系统存在摩擦，因此还有部分能量转化为内能
    • 电动机与发电机的对比