第14章 电与磁（复习课件）物理新教材沪科版（五四学制）九年级下册

该初中物理课件系统梳理了“电与磁”单元核心知识，涵盖磁场、电流的磁场、磁场对电流的作用及电磁感应四大模块，通过概念辨析（如磁极、磁化）、实验现象分析（奥斯特实验、电磁感应实验）和应用实例（电动机、发电机）串联知识点，构建完整知识网络。 其亮点在于采用“实验探究-模型建构-应用拓展”路径，如“探究感应电流条件”的学生实验培养科学探究能力，用磁感线模型描述磁场分布体现科学思维，对比电动机与发电机表格强化科学推理，助力学生深化物理观念，教师可精准把握复习重点，提升教学效率。

沪科版（五·四学制） 九年级下册 第14章 电与磁 单元复习 01 02 03 04 05 CONTENTS 磁场 电流的磁场 通电导线在磁场中 受到的作用力 电磁感应 PART ONE 磁场 早在2 000多年前，我们的祖先就发现了一 种能吸引铁质物体的天然矿石—磁石。《淮南 子 · 说山训》记载“慈石能引铁，及其于铜则不行也”。磁石可以吸引铁，但不能吸引铜。我们把物体能够吸引铁、钴、镍等物质的性质叫做磁性，具有磁性的物体叫做磁体。 磁性 磁体 注意：磁体不能吸引铝、铜等。 磁体 铁 钴 镍 依据形状划分： 依据来源划分： 条形磁体 针形磁体 U形磁体 （蹄形磁体） 圆柱形磁体 天然磁体 人造磁体 磁体的种类 磁体磁性强弱的分布 由于磁体不同部位的磁性强弱不同，我们把磁体上磁性最强的部分叫做磁极，磁体都有两个磁极。将磁体悬挂起来，如图 14-1-3 所示，当磁体静止时， 指北的一端叫做磁体的北极或 N 极， 指南的一端叫做磁体的南极或 S 极。 图14-1-3 悬挂后静止的条形磁体沿南北方向 磁极 磁性较强（磁极） 磁性较强（磁极） 磁性较弱 大量实验表明： 磁体间存在相互作用。同名磁极相互排斥， 异名磁极相互吸引。 原来没有磁性的回形针由于靠近磁极获得了磁性，从而能够吸引其他回形针。使原来没有磁性的物体获得磁性的过程叫做磁化，能够被磁化的物质统称为磁性材料。 很多含铁、钴、镍的材料可以被磁化，有些材料磁化后的磁性不容易保留，另一些材料磁化后的磁性则能长期保留。能长期保留磁性的磁体叫做永磁体，如条形磁体。有些磁性材料通过 加热或猛烈撞击后，磁性会减弱甚至消失。而橡胶、塑料、铝、铜、金、银等材料既不能被磁化，也不能被磁体吸引。 条形磁体（永磁体） 这是由于磁体周围存在某种能使小磁针发生偏转的物质。我们把磁体周围存在的这种看不见、摸不着的特殊物质叫做磁场。磁体之间正是通过磁体周围存在的磁场发生相互作用的。 条形磁体接近小磁针时，小磁针会发生偏转。这说明小磁针受到了作用力，但条形磁体与小磁针之间并没有直接接触，怎么会有力的作用呢？ 磁场 在条形磁体周围的多个不同位置放置小磁针，如图14-1-7 所示。观察不同位置的小磁针静止时N极的指向。 图14-1-7 处于磁场中的小磁针 物理学中把放入磁场中某点的小磁针静止时 N 极所指的方向规定为该点磁场的方向。在磁场的不同位置，小磁针静止时N极的指向不同， 反映了这些位置的磁场方向不同（如下图蓝色箭头所示）。 研究发现，放入同一磁场中同一点的小磁针 静止时，它的N极（或S极）的指向总是不变的， 这说明对于磁场中的某一确定点，磁场对小磁针磁极作用的方向是确定的，即磁场是有方向的。 磁场方向 磁体周围放置的磁针越多、越小，就能越清楚地看出磁场的分布情况。 把铁屑均匀地撒在玻璃板上，将玻璃板放在条形磁体上，轻轻敲击玻璃板，可以看到铁屑有 规则地排列起来，如图 14-1-8 所示。试着在白纸上用一些曲线描画出铁屑的排列情况。 图 14-1-8 处于磁场中的铁屑 自主活动 撒在磁体周围的铁屑被磁化后，相当于一个个 “小磁针”，这些“小磁针”在磁体周围磁场的作用下规则地排列，形象地反映了磁场的分布情况。 为了直观地描述磁场，人们按照“小磁针” 的排列在磁场中画出一条条带箭头的假想曲线， 曲线上任意点的箭头表示该点的磁场方向，这样的曲线叫做磁感线。 条形磁体周围磁场的分布情况，用磁感线描 述如图 14-1-9 所示。 图 14-1-9 条形磁体周围的磁感线 磁感线上任意一点的磁场方向就是小磁针静 止在该点时N极所指的方向，即沿着磁感线上该点的切线方向。 蹄形磁体周围的铁屑排列情况如图14-1-10 （a）所示。蹄形磁体周围磁场的分布情况，用磁感线描述如图14-1-10（b）所示。 可以看出，在磁体的外部，磁感线总是从磁体的N极出发，由S极进入磁体。在同一磁场中，磁场强的地方磁感线分布密。 实际上，磁体周围的磁场分布在整个空间， 不局限于某一平面内。 图14-1-10 蹄形磁体周围的铁屑排列和磁感线 将几个可自由转动的小磁针放在水平桌面上，可以发现，静止时小磁针 N 极都指向北方， 这是由于地球本身相当于一个巨大的磁体。地球周围空间存在的 磁场叫做地磁场。静止的小磁针N极指北，说明地磁场的磁感线在地面附近是由南指向北的。 图14-1-11 地磁场 研究表明，地磁场的N极在地理的南极附近，地磁场的S极在地理的北极附近（图 14-1-11 ）。 地磁场 1.地磁N极在地理的南极附近；地磁S极在地理的北极附近。 2.地理的两极和地磁的两极并不重合。它们之间存在一个角度，叫做磁偏角。 地理北极 地磁北极 磁偏角 地磁南极 地理南极 地磁场的特点 我国古代四大发明之一的指 南针，就是利用了磁针在地磁场的作用下沿南北指向这一特点，为人们指明方向。据古籍《韩非子》《论衡》记 载，我国在古代就制成了最早的指南工具—司南。后来人们将指南针应用于航海，对人类文明的进步产生了重大影响。 图14-1-1中，鸽子识途归巢正是利用了地磁场才得以准确导航，把小磁体绑在鸽子身上会 干扰鸽子周围的磁场，使其失去定向能力。绿海龟、鳗鲡等一些动物也能利用地磁场导航。 不过，地理的两极和地磁场的两极并不完全重合。指南针的指向与地理的南、北极方向间存在着一个夹角，叫做磁偏角。我国宋代学者沈括（ 1031— 1095）在《梦溪笔谈》（图 14-1-12 ） 中指出，指南针所指的方向“常微东偏，不全南也”，也就是指南针所指的方向稍微偏离南北方向，这比西方发现这一现象早了 400 多年。 图 14-1-12 明刻本《梦溪笔谈》 PART TWO 电流的磁场 在历史上，人们在相当长的一段时间里都认为电和磁是互不相关的。1820年，丹麦物理学家奥斯特（H. C.Oersted ，1777-1851）发现： 电路通电时，导线下方的小磁针会转动。 奥斯特实验 奥斯特 奥斯特在深入研究该现象后指出，电流周围也存在着磁场，这一现象叫做电流的磁效应。正是电流周围的磁场，影响了下方小磁针的指向。 电流周围存在着磁场 磁场对磁体的作用 下方的小磁针会转动（影响指向） 电流的磁效应 自主活动 如图14-2-2所示，将导线平行架设在小磁针的上方，闭合开关，观察小磁针的偏转情况。将电源的正、负极对调， 闭合开关，观察小磁针的偏转情况。 图 14-2-2 通电导线使小磁针偏转 现象：闭合开关后小磁针发 生偏转；若改变通电直导线中电流的方向，小磁 针的偏转方向发生了改变。 说明：通电导线产生的磁场方向与导线中电流的方向有关。 电流磁效应的发现进一步激发了科学家们的探索热情，他们让电流通过不同形状的导线，研究电流周围产生的磁场。如图14-2-3 所示，将导线绕制成螺旋形的线圈，做成螺线管，通电螺线管周围的磁场会强得多。 螺线管 思考：通电螺线管的磁场是怎样的呢？ 图14-2-3 螺线管 与研究磁体周围磁场的方法相同，我们也利用小磁针和铁屑来探究通电螺线管外部的磁场。 在玻璃板上均匀地撒一些铁屑，给螺线管通电后，轻轻敲击玻璃板，观察铁屑的排列情况，如图 14-2-4 所示，可以看出通电螺线管外部的磁场分布与条形磁体周围的磁场分布相似。 图14-2-4 通电螺线管、条形磁体周围的铁屑排列 通电螺线管外部磁场的分布 思考：通电螺线管的哪一端相当于条形磁体的N极？ 大量实验表明：通电螺线管外部的磁场分布情况与条形磁体的磁场相似；改变通电螺线管中电流的方向，通电螺线管外部的磁场方向也相应发生改变。 图14-2-5 条形磁体、通电螺线管周围的磁感线 就像用磁感线描述条形磁体的磁场一样，我们可以用磁感线描述通电螺线管的磁场，如图14-2-5所示。 通电螺线管外部磁场的方向 法国物理学家安培又进一步做了大量实验， 研究了通电螺线管磁场方向与电流方向之间的关系，并总结出了右手螺旋定则，如图14-2-6所示。 右手螺旋定则 图14-2-6 右手螺旋定则 右手螺旋定则：用右手握住通电螺线管，弯曲的四指指向电流方向，那么大拇指所指的那端就是通电螺线管的N极。 特点：有电流通过时有磁性，没有电流时就失去磁性。 内部带有铁芯的螺线管在通电时磁性会更 强，我们把内部带有铁芯的螺线管叫做电磁铁， 图 14-2-7 所示的装置就是最简单的电磁铁。 电磁铁 图14-2-7 电磁铁 27 利用电流的磁效应工作。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。 电磁铁的工作原理 28 （1）同一个电磁铁，流过的电流越大，磁性越强。 （2）电流一时，外形相同的电磁铁，线圈匝数越多，磁性越强。 电磁铁的优点: （1）电磁铁磁性有无，可用电流通断来控制； （2）电磁铁磁性强弱，可用电流大小、线圈的匝数来控制； （3）电磁铁的极性变换，可用电流方向来控制。 实验表明，电磁铁的磁性强弱与线圈的匝数、线圈中的电流大小等有关。 电磁铁的磁性强弱的影响因素 由于电磁铁磁性的有无、强弱和磁场的方向都可以由电流来方便地控制，电磁铁在生产生活中有着广泛的应用。 电磁铁最直接的应用之一是电磁起重机。电磁铁安装在吊车上，通电后一次可以吸起几吨钢材，如图14-2-8 所示，移动到指定位置后切断电流，即可放下钢材。 图14-2-8 大型电磁起重机 利用电磁铁控制电路通断的开关称为电磁继电器。如图14-2-10所示，虚线框内的电磁铁、 衔铁、弹簧、触点等部件组成电磁继电器。当闭合控制电路中的开关S时，有较小的电流通过电磁铁的线圈，电磁铁就获得了磁性从而吸引衔 铁，使触点接通工作电路。 通过电磁继电器控制工作电路，可以达到安全、智能的目的。变电站、电梯、数控机床里的控制电路，一般都使用电磁继电器。 图14-2-10 电磁继电器的原理图 PART THREE 通电导线在磁场中 受到的作用力 如图14-3-2所示，将直导线ab放在两根平行的导体轨道上，并静置于蹄形磁体中间，导体轨道与电源、开关串联。闭合开关接通电路，观察直导线ab是否运动。 自主活动 图14-3-2 通电直导线置于磁场中 现象：实验中观察到直导线ab通电后由静止变为运动。 结论：说明通电导线在磁场中受到了力的作用。 图14-3-2 通电直导线置于磁场中 通电导线在磁场中会受到力的作用。我们知道，磁场是有方向的，可以猜想：通电导线在磁场中的受力方向可能与电流的方向、磁场的方向都有关系。 下面，我们参考图14-3-2所示的实验装置继续研究。 通电导线在磁场中的受力方向与哪些因素有关？ 自主活动 探究通电导体在磁场中受力方向与电流方向是否有关 1. 保持下面视频中蹄形磁体N极和S极位置不变，把电源的正、 负极对调后重新接入电路，使通过直导线ab的电流方向与原来相反， 观察直导线ab如何运动。 点击播放 F S I N F 改变电流方向前 F S I N F 改变电流方向后 结论一：通电导体在磁场中受力方向与电流方向有关。 自主活动 探究通电导体在磁场中受力方向与磁场方向是否有关 2. 保持下面视频中电源的正、负极不变，把蹄形磁体N极和S极位置对换，使直导线ab所处磁场的方向与原来相反，接通电路后，观察直导线ab如何运动。 点击播放 F S I N F 改变磁场方向后 改变磁场方向前 I F N S 结论二：通电导体在磁场中受力方向与磁场方向有关。 1.通电导线在磁场中要受到力的作用。 2.通电导线在磁场中受到的作用力的方向与电流方向、磁场方向都有关。 电视机、音响等设备中的扬声器（喇叭）发出声音时，离不开通电导线在磁场中受到的力的作用。 通电导线在磁场中受到力的作用的应用 电视机中的扬声器 音响中的扬声器 图14-3-3是动圈式扬声器的示意图，它主要由固定的永磁体、线圈和锥形纸盆等构成。当线圈中通以携带声音信息、大小和方向不断变化的电流时，线圈在永磁体的磁场中受到力的作用而振动， 从而带动纸盆振动，于是扬声器就发出了声音。 生活中小巧的耳塞式耳机基本都是动圈式扬声器，只是将大纸盆换成了小音膜。 图14-3-3 动圈式扬声器示意图 固定不动的磁体 换向器 1.转动的线圈：能够转动的部分。 2.固定不动的磁体：固定不动的部分。 3.换向器 (1) 两个铜制的彼此绝缘的半环E、F. (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，从而实现了线圈的持续转动。 能够转动的线圈 电刷（A、B） 4.直流电动机： 利用直流电源供电的电动机叫做直流电动机 电动机是利用通电导线在磁场中受到力的作 用把电能转化为机械能的装置。电动机主要由两部分组成：能够转动的线圈和固定不动的磁体。 如图14-3-4所示，将线圈按图示方式置于磁体两磁极间的磁场中，并将线圈与电源、开关串联。闭合开关接通电源，线圈会发生转动。 图14-3-4 通电线圈在磁场中转动 在电动机中，还需要通过换向器适时改变线圈中的电流方向，使线圈持续同方向转动下去，这就是电动机工作的基本原理，如图14-3-5所示。 图14-3-5 电动机工作的原理示意图 ↻ ↻ 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。 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，利用惯性转过平衡位置。 ↻ 线圈越过平衡位置后，利用换向器改变了电流方向，受力方向改变，仍然顺时针转动。 线圈利用惯性转过平衡位置后，又改变了电流的方向和受力方向，继续转动。 1 2 3 4 直流电动机的工作原理 实际使用的电动机是比较复杂的。如图14-3-6所示，洗衣机中的电动机有多个线圈。 有些电动机直径只有几毫米，图14-3-7所示为用于智能手机的微型电动机。电动机具有效率高、噪声小等优点，被广泛应用于工业、交通运输、家用电器等领域，并且随着技术的进步，电动机的应用会越来越广泛。 图14-3-6 洗衣机电动机的线圈 实际使用的电动机 图14-3-7 智能手机中的微型电动机 PART FOUR 电磁感应 奥斯特发现电流的磁效应，揭示了电现象与磁现象是有联系的。许多科学家开始思考：既然电能产生磁，那么磁能否产生电呢？ 奥斯特 法拉第 英国物理学家法拉第经过十多年的研究，终于取得了突破，于1831年发现了利用磁场产生电流的规律。 磁生电 磁 电 奥斯特 法拉第 如图14-4-2所示，用绝缘细线将直导线ab悬挂起来，使其置于蹄形磁体的磁场中，直导线ab与灵敏电流计、开关串联。闭合开关后， 保持直导线 ab静止， 观察灵敏电流计的指针是否发生偏转； 将直导线 ab沿图示箭头方向来回移动， 观察灵敏电流计的指针是否发生偏转。 自主活动 图14-4-2 直导线在磁场中运动 现象：闭合开关后，直导线 ab沿图示方向来回移动时灵敏电流计的指针发生偏转。 结论：表明导体在磁场中运动时产生了电流。 这种电流叫做感应电流。 在上述实验中，我们还发现，闭合开关后， 直导线静止时灵敏电流计的指针没有偏转，说明导体不运动（静止）就没有电流产生。 产生感应电流的条件是什么？ 提出问题 学生实验 探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件 只要导体在磁场中运动，一定能产生感应电流吗？提出你的猜想并简述猜想的依据。 猜想：①闭合回路的一部分导体；②在磁场中做切割磁感线运动。 图14-4-2 直导线在磁场中运动 搜集证据 器材 单根直导线 ab、蹄形磁体、灵敏电流计、开关、导线若干。 方案 实验装置与图14-4-2所示相同。闭合开关后，尝试用不同方式移动直导线 ab或磁体，观察并记录灵敏电流计指针的偏转情况。 记录 根据上述实验方案，设计表格，记录实验过程及现象。 实验次数 磁铁放置情况 导体 AB 运动方向 电流计指针偏转情况 1 上 N 下 S 上下运动 不偏转 2 向左运动 向右偏转 3 向右运动 向左偏转 4 上 S 下 N 向左运动 向左偏转 5 向右运动 向右偏转 闭合开关，导体 AB 、灵敏电流计组成闭合回路，进行实验，实验方案及现象如下表所示：： (1)比较1、2、3次实验，可以得出感应电流产生的条件是：闭合电路的一部分导体在磁场中做       运动。 (2)比较       两次实验可知，感应电流的方向与磁场方向有关； (3)某同学又做了第6次实验，他将磁铁“上S下N”放置，保持导体AB不动，而将磁铁向右运动，则灵敏电流计的指针向        偏转； (4)若将上述实验装置中的灵敏电流计换成电源，闭合开关瞬间，导体AB将会       （选填“保持静止”或“运动”）。 切割磁感线 2和4（或3和5） 左 运动 作出解释 分析 画出实验中蹄形磁体两极间的磁感线，如果把直导线ab看作一把“小刀” 的话，分析以上各实验情况中，这把“小刀”有没有切割磁感线？  结论 由上述实验可得，导体在磁场中运动时产生感应电流的条件是：____________________________________________.   当闭合回路的一部分导体在磁场中做切割磁 感线运动时，导体中会产生感应电流 将本小组的实验记录、分析和结论，与其他小组交流。用条形磁体替代蹄形磁体，能否产生感应电流？ 交流反思 能 如图14-4-3所示，导体在磁场中切割磁感线产生感应电流，这个装置可以看作一个最简单的发电机。发电机就是利用电磁感应把机械能转化为电能的装置。 图14-4-3 导体在磁场中切割磁感线 发电机 图14-4-4是实验室用的手摇发电机。线圈静止时，观察小灯泡是否发光？ 摇动手柄使线圈在磁场中转动，观察小灯泡是否发光。 图14-4-4 手摇发电机 否 是 自主活动 上述实验中，当摇动手柄使线圈在磁场中转动时，连续转动的线圈代替直导线切割磁感线产生的感应电流使小灯泡发光。发电机的原理如图14-4-5所示。 图14-4-5 发电机原理示意图 1．交流电(AC) (1)概念：大小和方向随时间周期性变化的电流，叫交变电流，简称交流电 (2)频率：电流在1秒内周期性变化的次数。单位是赫兹，符号是Hz；我国电网交流电频率为50Hz。 (3)周期：交流周期性变化一次的时间。单位：s；我国电网交流 供电，周期为0.02S 。 2.直流电(DC):方向不变的电流叫直流电。 交流电与直流电 交流发电机的工作过程： 当线圈转到与磁感线垂直时，线圈没有切割磁感线，线圈中不产生电流 当线圈转过平衡位置时，线圈切割磁感线，线圈中产生电流 当转子继续向下旋转到达与磁感线垂直位置时，线圈没有切割磁感线，线圈中不产生电流 当线圈继续旋转，线圈转过了180度以后，线圈的每条边的运动方向正好相反，故它们产生感应电流的方向也会相反 水力发电通过水流冲击使转轮转动从而带动发电机发电，图14-4-6所示为水轮发电机的转轮。风力发电中，风驱动风车带动发电机发电。 图14-4-6 水轮发电机的转轮 电动机 发电机 原理 通电线圈在磁场中受力转动 电磁感应现象 原理图 能量的转化 电能转化为机械能 机械能转化为电能 线圈转动原因 通电线圈受力转动 在外力作用下转动 线圈中电流来源 由电源提供 线圈产生感应电流 电路中作用 用电器 电源 电动机和发电机的联系与区别 感谢观看 THANK YOU FOR WATCHING Lavf56.15.100 Lavf56.15.100 $