第十八章 磁及其相互作用（知识清单）物理沪科版2024九年级全一册

第十八章 磁及其相互作用（知识清单） 思维导图 第一节 磁的奥秘 一、磁现象 1. 磁性和磁体 （1）磁性：物体能够吸引铁、钴、镍等物质的性质称为磁性；它是物质的一种属性。 （2）磁体：具有磁性的物体称为磁体。磁体的分类： ①按磁体的来源分为天然磁体、人造磁体。 ②按磁性保持时间的长短分为硬磁体、软磁体等。 ③按磁体的形状分为条形磁体、蹄型磁体、针形磁体、环形磁体等。 2. 磁极及磁极间的相互作用 （1）磁极 磁体上磁性最强的部分叫做磁极。将一个磁体悬挂起来，当它静止时，指南的那个磁极叫做南（S）极，指北的那个磁极叫做北（N）极。 （2）磁极间相互作用的规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 （3）每块磁体都有两个磁极。 3. 磁场 （1）磁场：磁体的周围存在着一种看不见、摸不着的物质，人们将其称为磁场。磁体之间的相互作用正是通过磁场发生的。 （2）磁场方向：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。磁场中各点的磁场方向一般不同（选填“相同”或“不相同”）。 4. 磁化 （1）磁化：把原来不显磁性的物质通过靠近或接触磁体等方式使其显出磁性的过程叫做磁化。被磁化后，具有较强磁性的物质叫做铁磁性物质，如铁、钴、镍等。 （2）磁化的方法 ①将磁铁的一极靠近或接触磁性材料； ②将磁铁的一极在磁性材料上沿同一方向重复摩擦几次； ③利用充磁机对磁性材料充磁。钢被磁化后能长时间保持磁性，铁则不能。人造磁体就是将钢进行磁化而制成的。 二、磁体周围的磁场 1. 探究磁体周围的磁场 （1）用小磁针探究磁体周围的磁场：在磁场中的不同点，小磁针N极所指的方向不同，说明磁体周围各点的磁场方向不同。 （2）用铁屑探究磁体周围的磁场：将玻璃板平放在磁体上，并在玻璃板上均匀地撒上一层铁屑，轻轻敲击玻璃板，可以看到小铁屑排列成一条条有规律的曲线。 条形磁体周围的小磁针分布 条形磁体周围铁屑的分布 2. 磁感线 （1）磁感线：为了形象直观地描述磁场，物理学中用磁感应线（简称磁感线），即带箭头的曲线来描述磁场的某些特征和性质。这是一种理想模型法，磁感线实际上并不存在。 （2）磁感线的方向：在磁体的外部，磁感线总是从磁体的N极发出，最后回到S极。磁感线上任何一点的切线方向，即放在该点的小磁针静止时的N极指向，就是该点的磁场方向。 （3）磁感线描述磁场的强弱：磁感线分布越密的地方，磁场越强；分布越疏的地方，磁场越弱。 （4）在同一磁场中，任何两根磁感线都不会相交（选填“会”或“不会”）。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（选填“一个”或“多个”），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。 （5）五种基本磁场的磁感线描述 如图所示，图①是条形磁铁的磁感线；图②是蹄形磁铁的磁感线；图③是同名磁极的磁感线（N、N极之间）；图④是同名磁极的磁感线（S、S极之间）；图⑤是异名磁极的磁感线。 ①条形磁铁的磁感线 ②蹄形磁铁的磁感线 ③异名磁极的磁感线 ④同名磁极的磁感线（S、S极之间） ⑤异名磁极的磁感线 三、地磁场 1. 地球的磁场 （1）地球周围空间存在的磁场称为地磁场。地磁N极在地理南极附近，地磁S极在地理北极附近，地磁场的磁感线也是从N极出发，回到S极。 （2）磁偏角：地磁场的磁极与地理两极并不重合，所以磁针所指的方向不是地理的正南、正北方向，而是稍微有点偏离，出现磁偏角。我国宋代学者沈括是世界上最早发现这一现象的人。 二、探究：通电螺线管外部磁场的方向 一、奥斯特实验 1. 奥斯特实验 （1）实验与结论：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。 二、通电螺线管外部磁场的方向 1. 通电螺线管外部磁场的方向 通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似；通电螺线管的磁极与电流的方向有关。 通电螺线管周围的磁场 条形磁体周围的磁场 2. 右手螺旋定则（安培定则） （1）对于通电螺线管磁极的极性跟电流方向之间的关系，我们可以用右手螺旋定则来表述。 （2）右手螺旋定则：用右手握住螺线管，让四指弯曲的方向跟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。 （3）右手螺旋定则的应用 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。 （4）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。 三、电磁铁 1. 构造：带铁芯的通电螺线管称为电磁铁。 2. 特点 （1）有电流通过时有磁性，没有电流时就失去磁性。 （2）电磁铁的N、S极是由线圈中的电流方向决定的。 （3）影响电磁铁磁性强弱的因素：电磁铁的磁性强弱与线圈的匝数及通过的电流大小有关。线圈的匝数越多，电流越大，电磁铁的磁性就越强。 4. 应用：电磁继电器、电磁起重机、电磁选矿机、磁浮列车、电动机、发电机等。 四、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A、衔铁B、弹簧C、低压电源U1、开关S等； （2）受控电路：高压电源U2、电动机M、静触点E、动触点D。 3. 电磁继电器的工作原理 闭合控制电路中的开关S，电流通过电磁铁A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，受控电路闭合，电动机工作。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C的作用下与电磁铁A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 利用电磁继电器，用低电压、弱电流的控制电路来控制高电压、强电流的工作电路，能实现遥控和生产自动化。电磁继电器被广泛地应用于自动控制和通信领域，在电冰箱、汽车、电梯、机床里的控制电路中都有电磁继电器的身影。 三、磁场对通电导线的作用 一、通电导线在磁场中的受力情况 1. 通电导线在磁场中的受力情况 磁场对通电导线具有力的作用，其作用力的方向与磁场的方向、电流的方向有关。 磁场对通电直导线的作用 平衡位置 2. 通电线圈导线在磁场中的受力情况 通电线圈在磁场中会发生转动，但是当线圈的平面与磁场垂直时，就会停止转动。线圈平面与磁感线垂直时，这个位置叫平衡位置。 3. 通电导线在磁场中受力原理的应用 （1）扬声器：扬声器俗称喇叭，是一种将电信号转换成为声音的器件。如图所示，动圈式扬声器主要由线圈、永久磁体、锥形纸盆等构成。线圈处在永久磁体的磁场中，当线圈中有电流通过时，就会受 到磁场的作用力而运动。由于扬声器工作时通过线圈的电流是随声音而变化的, 所以线圈受到的力也是变化的，从而带动纸盆来回振动发出声音。 动圈式扬声器结构示意图 电磁弹射技术 （2）电磁弹射技术：电磁弹射技术利用通电导体在磁场中受力使物体加速，只要保证足够的电流输入，便能在发射装置内产生足够大的推力，使物体达到更高的速度。我国完全自主设计建造的首艘弹射型航空母舰——福建舰，采用了先进的电磁弹射技术，比传统的蒸汽弹射系统更加先进，使舰载机的起飞更加高效和可靠。 二、直流电动机 1. 原理：根据通电导线在磁场中会受力的作用的原理制成的。 2. 换向器的作用：当线圈每转到平衡位置时，自动改变线圈中电流方向（每半周改变一次），从而实现了线圈的持续转动。 3. 能量转化：电动机工作时将电能转化为机械能。 4. 电动机的优点：构造简单、控制方便、体积小、效率高，而且对环境污染很小。 5. 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。 （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。 甲 乙 丙 丁 （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。 三、观察并研究直流电动机的结构 1. 直流电动机模型的主要部件 直流电动机模型的主要部件有：①蹄形磁体，②弧形铁片，③线圈，④转轴，⑤支架，⑥换向器，⑦电刷，⑧底座。此外还有电源、滑动变阻器、开关、导线等。 2. 直流电动机的组装 （1）把线圈固定在转轴上。 （2）先将支架固定在底座上，然后将转轴安装在支架上，注意使线圈和转轴能较好地转动。 （3）用螺钉把电刷（铜片）固定在底座上，同时使电刷与转轴上的换向器接触（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）分别把两个弧形铁片的一端用螺钉固定在底座上，另一端用磁体夹住。 3. 实验与观察 （1）把电动机、滑动变阻器、电源、开关串联起来，接通电路，观察线圈的转动情况。 （2）改变通过线圈的电流方向，线圈的转动方向是否改变? （3）将蹄形磁体的两个磁极对调，改变线圈所在处的磁场方向，线圈的转动方向是否改变? （4）移动滑动变阻器的滑片，改变通过线圈的电流大小，线圈转动的速度是否改变?怎样改变? （5）实验结论 ①当通过直流电动机线圈的电流方向发生改变时，电动机转动的方向发生改变； ②将蹄形磁体的两个磁极对调，改变线圈所在处的磁场方向，电动机转动的方向发生改变； ③当通过直流电动机电流的大小发生变化时，电动机的转速发生改变。电流越大，转速越快。 4. 故障原因与排除方法 实验过程中，遇到故障比较多的是通电后电动机不转动，故障原因与排除方法参考如下： 故 障 故 障 原 因 电路故障 断路 电刷与换向器之间太松，接触不良 磁场故障 磁场太弱 电路中电流太小、磁体的磁性太弱 力学故障 摩擦力过大 电刷与换向器之间太紧、线圈转子与 定子之间的间隙太小，摩擦力太大 特殊位置 线圈处于平衡位置 21 / 27 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十八章 磁及其相互作用（知识清单） 思维导图 第一节 磁的奥秘 一、磁现象 1. 磁性和磁体 （1）磁性：物体能够吸引 、 、 等物质的性质称为磁性；它是物质的一种 。 （2）磁体：具有磁性的物体称为 。磁体的分类： ①按磁体的来源分为天然磁体、人造磁体。 ②按磁性保持时间的长短分为硬磁体、软磁体等。 ③按磁体的形状分为条形磁体、蹄型磁体、针形磁体、环形磁体等。 2. 磁极及磁极间的相互作用 （1）磁极 磁体上磁性最强的部分叫做 。将一个磁体悬挂起来，当它静止时，指南的那个磁极叫做 （S）极，指北的那个磁极叫做 （N）极。 （2）磁极间相互作用的规律：同名磁极相互 ，异名磁极相互 。 （3）每块磁体都有 个磁极。 3. 磁场 （1）磁场：磁体的周围存在着一种看不见、摸不着的 ，人们将其称为磁场。磁体之间的相互作用正是通过 发生的。 （2）磁场方向：将小磁针放在磁场中的某一点，小磁针静止时， 极所指的方向就是该点的磁场方向。磁场中各点的磁场方向一般 （选填“相同”或“不相同”）。 4. 磁化 （1）磁化：把原来不显磁性的物质通过靠近或接触 等方式使其显出磁性的过程叫做磁化。被磁化后，具有较强磁性的物质叫做铁磁性物质，如 、 、镍等。 （2）磁化的方法 ①将磁铁的一极靠近或接触磁性材料； ②将磁铁的一极在磁性材料上沿同一方向重复摩擦几次； ③利用充磁机对磁性材料充磁。钢被磁化后能长时间保持磁性，铁则不能。人造磁体就是将钢进行磁化而制成的。 二、磁体周围的磁场 1. 探究磁体周围的磁场 （1）用小磁针探究磁体周围的磁场：在磁场中的不同点，小磁针N极所指的方向不同，说明磁体周围各点的 方向不同。 （2）用铁屑探究磁体周围的磁场：将玻璃板平放在磁体上，并在玻璃板上均匀地撒上一层铁屑，轻轻敲击玻璃板，可以看到小铁屑排列成一条条有规律的曲线。 条形磁体周围的小磁针分布 条形磁体周围铁屑的分布 2. 磁感线 （1）磁感线：为了形象直观地描述磁场，物理学中用磁感应线（简称磁感线），即带箭头的曲线来描述磁场的某些特征和性质。这是一种理想模型法，磁感线实际上并不 。 （2）磁感线的方向：在磁体的外部，磁感线总是从磁体的N极发出，最后回到S极。磁感线上任何一点的切线方向，即放在该点的小磁针静止时的N极指向，就是该点的磁场方向。 （3）描述磁场的强弱：磁感线分布越密的地方，磁场越 ；分布越疏的地方，磁场越 。 （4）在同一磁场中，任何两根磁感线都 相交（选填“会”或“不会”）。这是因为在同一磁场中任何一点的磁场方向只有 确定的方向（选填“一个”或“多个”），如果在某一点有两条磁感线相交，就意味着该点有 个磁场方向，就与某点磁场方向的唯一性相悖。 （5）五种基本磁场的磁感线描述 如图所示，图①是条形磁铁的磁感线；图②是蹄形磁铁的磁感线；图③是同名磁极的磁感线（N、N极之间）；图④是同名磁极的磁感线（S、S极之间）；图⑤是异名磁极的磁感线。 ①条形磁铁的磁感线 ②蹄形磁铁的磁感线 ③异名磁极的磁感线 ④同名磁极的磁感线（S、S极之间） ⑤异名磁极的磁感线 三、地磁场 1. 地球的磁场 （1）地球周围空间存在的 称为地磁场。地磁N极在地理 极附近，地磁S极在地理 极附近，地磁场的磁感线也是从N极出发，回到S极。 （2）磁偏角：地磁场的磁极与地理两极并不重合，所以磁针所指的方向不是地理的正南、正北方向，而是稍微有点偏离，出现 角。我国宋代学者 是世界上最早发现这一现象的人。 二、探究：通电螺线管外部磁场的方向 一、奥斯特实验 1. 奥斯特实验 （1）实验与结论：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 ，磁场的方向与 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。 二、通电螺线管外部磁场的方向 1. 通电螺线管外部磁场的方向 通电螺线管外部的磁场与 磁体的磁场相似；通电螺线管的磁极与 的方向有关。 通电螺线管周围的磁场 条形磁体周围的磁场 2. 右手螺旋定则（安培定则） （1）对于通电螺线管磁极的极性跟电流方向之间的关系，我们可以用 来表述。 （2）右手螺旋定则：用右手握住螺线管，让四指弯曲的方向跟螺线管中的 方向一致，则大拇指所指的那端就是通电螺线管的 极。 （3）右手螺旋定则的应用 ①根据通电螺线管中电流的方向，判断螺线管的 。 ②由通电螺线管两端的极性，判断螺线管中 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 。 （4）提示 ①决定通电螺线管两端极性的根本因素是螺线管中 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。 三、电磁铁 1. 构造：带 的通电螺线管称为电磁铁。 2. 特点 （1）有电流通过时有磁性，没有电流时就失去磁性。 （2）电磁铁的N、S极是由线圈中的 方向决定的。 （3）影响电磁铁磁性强弱的因素：电磁铁的磁性强弱与线圈的 及通过的 大小有关。线圈的匝数越多，电流越大，电磁铁的磁性就越强。 4. 应用：电磁继电器、电磁起重机、电磁选矿机、磁浮列车、电动机、发电机等。 四、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 电压、 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 。 2. 电磁继电器的主要构造 （1）控制电路： A、衔铁B、弹簧C、低压电源U1、开关S等； （2）受控电路：高压电源U2、 M、静触点E、动触点D。 3. 电磁继电器的工作原理 闭合控制电路中的开关S，电流通过电磁铁A的线圈产生磁性，把 B吸下来，使动触点D与静触点E接触，受控电路闭合， 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 C的作用下与电磁铁A分离，使触点D、E脱开，受控电路断开， 停止工作。 4. 电磁继电器的应用 利用电磁继电器，用低电压、弱电流的控制电路来控制高电压、强电流的工作电路，能实现遥控和生产自动化。电磁继电器被广泛地应用于自动控制和通信领域，在电冰箱、汽车、电梯、机床里的控制电路中都有电磁继电器的身影。 三、磁场对通电导线的作用 一、通电导线在磁场中的受力情况 1. 通电导线在磁场中的受力情况 磁场对通电导线具有力的作用，其作用力的方向与 的方向、 的方向有关。 磁场对通电直导线的作用 平衡位置 2. 通电线圈导线在磁场中的受力情况 通电线圈在磁场中会发生 ，但是当线圈的平面与磁场 时，就会停止转动。线圈平面与磁感线垂直时，这个位置叫 位置。 3. 通电导线在磁场中受力原理的应用 （1）扬声器：扬声器俗称喇叭，是一种将电信号转换成为声音的器件。如图所示，动圈式扬声器主要由线圈、永久磁体、锥形纸盆等构成。线圈处在永久磁体的磁场中，当线圈中有电流通过时，就会受 到磁场的作用力而运动。由于扬声器工作时通过线圈的电流是随声音而变化的, 所以线圈受到的力也是变化的，从而带动纸盆来回振动发出声音。 动圈式扬声器结构示意图 电磁弹射技术 （2）电磁弹射技术：电磁弹射技术利用通电导体在磁场中受力使物体加速，只要保证足够的电流输入，便能在发射装置内产生足够大的推力，使物体达到更高的速度。我国完全自主设计建造的首艘弹射型航空母舰——福建舰，采用了先进的电磁弹射技术，比传统的蒸汽弹射系统更加先进，使舰载机的起飞更加高效和可靠。 二、直流电动机 1. 原理：根据通电导线在磁场中会受力的作用的原理制成的。 2. 换向器的作用：当线圈每转到平衡位置时，自动改变线圈中 方向（每半周改变一次），从而实现了线圈的持续转动。 3. 能量转化：电动机工作时将 能转化为 能。 4. 电动机的优点：构造简单、控制方便、体积小、效率高，而且对环境污染很小。 5. 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。 （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。 甲 乙 丙 丁 （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。 三、观察并研究直流电动机的结构 1. 直流电动机模型的主要部件 直流电动机模型的主要部件有：① ，②弧形铁片，③ ，④转轴，⑤支架，⑥ ，⑦ ，⑧底座。此外还有电源、滑动变阻器、开关、导线等。 2. 直流电动机的组装 （1）把线圈固定在转轴上。 （2）先将支架固定在底座上，然后将转轴安装在支架上，注意使线圈和转轴能较好地转动。 （3）用螺钉把电刷（铜片）固定在底座上，同时使电刷与转轴上的换向器接触（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）分别把两个弧形铁片的一端用螺钉固定在底座上，另一端用磁体夹住。 3. 实验与观察 （1）把电动机、滑动变阻器、电源、开关串联起来，接通电路，观察线圈的转动情况。 （2）改变通过线圈的电流方向，线圈的转动方向是否改变? （3）将蹄形磁体的两个磁极对调，改变线圈所在处的磁场方向，线圈的转动方向是否改变? （4）移动滑动变阻器的滑片，改变通过线圈的电流大小，线圈转动的速度是否改变?怎样改变? （5）实验结论 ①当通过直流电动机线圈的电流方向发生改变时，电动机转动的方向 改变； ②将蹄形磁体的两个磁极对调，改变线圈所在处的磁场方向，电动机转动的方向 改变； ③当通过直流电动机 的大小发生变化时，电动机的转速发生改变。电流越大，转速越快。 4. 故障原因与排除方法 实验过程中，遇到故障比较多的是通电后电动机不转动，故障原因与排除方法参考如下： 故 障 故 障 原 因 电路故障 断路 电刷与换向器之间太松，接触不良 磁场故障 磁场太弱 电路中电流太小、磁体的磁性太弱 力学故障 摩擦力过大 电刷与换向器之间太紧、线圈转子与 定子之间的间隙太小，摩擦力太大 特殊位置 线圈处于平衡位置 21 / 27 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $