第九章：电与磁

第九章 电与磁磁场与磁感线的师生对话生：磁体的磁极相互靠近时，为什么会产生力的作用？师：这说明磁体虽然没有直接接触，可磁体周围的一种物质却己经接触，并发生相互作用了。

生：为什么我没有看见磁体周围有什么东西呢？师：自然界中物质的种类是很多的，有的我们能看到，有的却看不到。

像电流就是看不见模不到的东西，但我们可通过它的一些效应来认识它；像空气也是看不见模不到的，我们也可以通过它的流动——“风”来认识它。

生：那么我们怎样认识磁场呢？师：磁场的重要性质就是在磁场中放一个小磁针，小磁针会受到一定方向的力的作用，致使它指向一定的方向。

于是我们就用小磁针来认识它，如果某个空间对放入其中的小磁针有力的作用，我们就能说这个空间一定存在磁场。

生：噢!条形磁体周围放置一个小磁针时，在某点，磁针的N 极总指向一个方向，这说明条形磁体周围存在着磁场。

如果换一个小磁针放在该处，N 极的指向会发生变化吗？师：你试一试。

生：噢!不会变化。

师：这说明磁场中该点是有一定方向的，我们就把磁场中小磁针的N 极所指的方向规定为磁场方向。

生：我还对磁场没有整体印象，到底磁体周围的磁场是什么样子呢？师：一个小磁针的受力方向只能代表某一点的磁场性质，如果我们将众多的小磁针放入磁场中，磁场的规律不就显示出来了吗？生：对!那怎样放置这些小磁针呢？师：要看这些小磁针在磁场中宏观上的排列有什么样的规律。

我们可以在磁体周围用铁屑充当小磁针，在磁场中撒入铁屑后，这些被磁化的铁屑就是一个个的小磁针，看它们的排列规律就行了。

生：真神奇，找的这个替身既简单又能说明问题。

快撒上，让我看看。

啊!小磁针的分布这么漂亮，如图所示的样子像一条条的线一样。

虽然现在看出宏观的排列规律了，但如何描述它们呢？师：我们可以将该规律图用一些带箭头的线画出来，从而能形象地看出磁场的分布情况。

这些线，我们就叫磁感线。

生：为什么非要带箭头呢？师：箭头可以表示磁场的方向。

生：看来这些线并不存在，只是为了描述磁场的分布而人为假设的，但画的时候为什么用实线画呢？师：因为磁感线的作用主要是为了能反映磁场的分布情况及它的方向，磁场是实际存在的，为的描述这种物质性，用实线比用虚线更能说明问题，虚线总给人一种不存在的感觉。

生：好!别打搅我，让我把这个图示用实线画下来，还要标上方向。

动 手 动 脑 学 物 理地磁异常与百慕大三角区一百多年来，许多的飞机、船只在大西洋中段西部的百慕大群岛——佛罗里达半岛——波多黎各岛的三角形海域失事。

当机、船进入这个海域，人们会看到奇异的闪光、罗盘会快速转动，操纵系统失灵，与地面的无线电联系中断，死亡之神神奇地降临，使得人们将这一区域称为百慕大魔鬼三角区。

这是什么原因造成的呢？经考察，这里的磁场强度要比其它地区高得多，也就是该处地磁异常。

为什么这里的地磁会发生异常现象呢？回答这个问题，我们还得从磁铁的性质说起，条形磁铁的两端磁性最强，中间的磁性最弱。

如果磁铁从中间分开，那么在断裂处就会形成新的磁极，该处的磁性会大大增强。

如右图所示。

对地球来说，它就是一个大磁体，地球的南、北两极附近分别是地磁场的N 、S 极，在2.2亿年到1.8亿年前的4000万年的漫长时间内，地球大陆裂开了好几条大缝，有的陆地往南漂移，有的陆地往北漂移，有的往东，有的往西，直至现在变成七大洲四大洋的模样。

在大陆分裂前只有北磁极和南磁极，地壳岩石也都有一定的磁性，只是比两极的磁力小得多。

可现在大陆分成了好多块，而且还不仅是南北向裂开，还有东西向裂开的，这就像一根磁棒不但中间被折断，而且在纵方向也给劈开似的。

折断处就产生了新的强磁力地区，这些地区的磁力要比其他地区大得多，虽不如南北磁极的强，然而对局部地区来说，它就成了一个强磁异常区。

就是这些地壳断口处的异常磁性把人们搅得鸡犬不宁，百慕大魔鬼三角区就属于其中之例。

地球上像这样的地磁异常区还有许多，如大西洋中段东部的加那利群岛和西地中海区、阿富汗山区和波斯湾、日本野岛崎海区、夏威夷北部海区、南非东部等等不下十几处。

我们正在逐步用科学知识揭开这些“神秘”现象的面纱，只有认识了它的本质我们才能巧妙地利用它。

动物靠什么识途？世界上众多迁陟动物每年可旅行几千千米，它们在漫长的旅行中，始终认识自己回家的路，它们依靠什么识途呢？研究人员曾认为，它们只依靠河海岸线以及中视界标作引导而己。

也曾有人推测，这类动物是靠“感觉导航”，即让特殊的嗅觉和听觉指引它们抵达目的地。

然而，这两项技能并非总是适用的，特别是在汪洋大海的上空或在阴天，乃至在夜幕笼罩着大地的时刻。

那么动物究竟靠什么识途呢？结果显示，众多飞禽走兽竟应用“复合导航系统”。

它们既凭藉的是气流、水流、温度的变化、可视界标和各种气味。

夜间迁陟的候鸟，如黄莺和萨凡纳雀等，起飞之前就曾使自己适应落日晚霞现象，以便向正西飞，同时与旧时的海员一样，它们还查看北极星和一些星座的方位。

蜜蜂和信鸽则把太阳用作判断方向的罗盘。

太阳每日的位移，是其飞行数据的一部分。

这样做，得借助于自身的跟踪地球日夜周期的体内时钟。

科学家现己查明，蜜蜂具有“体内里程计”，它们知道自己究竟飞了多远。

在匆忙赶路之际，它们还随时勘测界标。

海龟、鲸鱼、候鸟、有些鱼和瞎鼠，则凭借地磁场走南闯北。

其“接收器”为位于颅内的一种磁体——磁铁石晶体。

像磁性金属屑那样，磁性晶粒能让自身与磁场对齐，从而可向脑发出关于方向的信号。

此外，动物应适应磁倾角，磁倾角可以帮助它们测定精确的位置。

生物学家发现，连笨拙的海龟也在使用一种“磁倾角罗盘”。

幼龟在佛罗里达沿岸出壳后，随即游入大海。

它们在大西洋生活多年，直到长成才回到出生时的岸边去交配和巢居。

在往返过程中，要是离开正道，过于偏南或偏北，便难免冻死途中，多亏了了“磁倾角罗盘”，笨拙的海龟得以走在正道上，准确地回到故乡。

注重推理，灵活改变电磁铁的磁性插有铁芯的螺线管叫做电磁铁。

由于影响电磁铁磁性强弱的因素主要有两个，即电流的大小和线圈匝数的多少，所以我们在改变电磁铁磁性强弱时要特别注意对这两个因素的改变。

一、改变电流的方法（1）将滑动变阻器(或电阻箱)连入电路中，通过改变电路中电阻的大小，从而改变电路中电流的大小。

（2）通过增加(或减少)电池的个数改变电压，从而改变电路中的电流大小。

例1、(2006年杭州)如图1所示，若要使滑动变阻器的滑片P 向右移动时，弹簧秤的读数变小，则变阻器接入电路的方式可以是( )A ．C 接E ，D 接FB ．C 接E ，B 接FC ．A 接E ，D 接F D ．A 接E ，B 接F分析：首选我们要判断电磁铁通电后的极性，由电流方向可以发现：电磁铁上端为S 极，下端为N 极；要使弹簧秤的读数变小，则电磁铁的磁性应该增大一些，使电磁铁与其上的磁体产生较大的斥力；欲使电磁铁的磁性增大，则电路中的电流应该增大，电阻要减小；要使变阻器的滑片P 向右移动时电阻减小，则应该将D 、B 或C 、B 接线柱接入电路中，故B 是正确的。

二、改变线圈匝数的方法（1）分别绕制成不同匝数的单层线圈。

（2）使用有中间抽头、能改变线圈匝数的己绕制好的电磁铁。

例2、（2005年河池）如图2所示实验装置，弹簧测力计下面挂着条形磁铁，螺线管中插有铁心，开关S 拨在触点②位置。

要使弹簧测力计的示数变大，下列操作方法能够实现的是( )A ．滑片P 向b 端滑动B ．将S 拨到①位置C ．将铁心从螺线管中取出D ．将螺线管往上移动分析：通过对图示中电磁铁电流的观察，我们发现，电磁铁的上端是N极，欲使弹簧测力计的示数变大，应该使其磁性减弱才行，即让通过它的电流减小，或匝数减少，或将铁心从中取出等都可以。

这样就要使变阻器的滑片P 向a 移动，或开关S 拨到3位置，或者将铁心去掉等。

故C 的说法是正确的。

可见，涉及电磁铁磁性强弱的判断题容易与前面的知识相结合而体现较强的综合性，其实解这类综合题关键是题中的推理过程，它们一般排列紧密，环环相扣，要求我们审题时就要特别注意题中的每个细节。

如在弹簧测力计下吊的是一个条形磁铁还是铁块，吊磁铁后与电磁铁间产生的是斥力还是引力，是通过什么方法改变电流的，是通过什么方法改变线圈匝数的等等。

在处理这些问题时，贵在灵活些。

图1 图2巧用关联思想，轻松应对作图电和磁的作图是中考中的重要内容，主要涉及磁感线的画法、螺线管的绕法、小磁针的指向、电流方向的判断等；思维上主要突出关联思想，强调知识间的联系；效果上体现大方、美观等。

例1、如图1所示，根据小磁针静止时的位置，标出磁体的磁极并在磁极间画出两条以上磁感线。

分析：由小磁针静止时的位置可以看出该点的磁场方向为水平向左，还可以判断出这是异名磁极间的磁场；故磁体的左端为S 极，右端为N 极，磁感线方向向左，如图2所示。

磁感线画成实线、虚线均可。

点评：磁场中的磁场方向、磁感线方向和磁场中小磁针N 极的指向三者是一致的。

例2、 (2006年镇江市)小磁针静止时的指向如图3所示，请画出通电螺线管的绕线情况。

分析：由小磁针的指向可判断出螺线管的左端为S 极，右端为N 极，由电源正负极(电流方向)和磁场方向根据右手螺旋定则即可判断线圈的绕线方向，如图4所示。

画线时，线的上下与骨架间应该有点距离，以增加线圈的立体感。

点评：在通电螺线管中，电流方向、螺线管的绕线方向和所产生的磁场方向三者有唯一的对应关系。

例3、（2007年桂林）如图5所示，请画出开关闭合后通电螺线管和小磁针静止时的N 、S 极。

分析：因为已知电流方向、螺线管绕线方向，由右手螺旋定则可判断出左端为N 极，右端为S 极；螺线管上端小磁针处的磁场方向为水平向右，故小磁针静止时右端为N 极，左端为S 极。

如图6所示。

点评：放在磁场中的小磁针N 极所受力方向与磁场方向一致，使得小磁针最终沿该力的方向排列。

例4、（2007年南京）在图7中，闭合开关S 后，通电螺线管与磁极间的磁感线形状如图所示，在图中用箭头标明磁感线的方向，并用“+”、“一”号标出电源的正、负极。

分析：由右端的磁极为S 极及磁感线的分布情况可看出二者是异名磁极，故可得出通电螺线管右端为N 极，磁感线方向向右；又由螺线管的绕向可判断出电源的右端为“+”极，左端为“一”极，如图8所示。

点评：注重知识间的关联，由一点可以发生链锁反应，将其他知识也可相应地推出来。

小练习：1、(2007年上海)在图 9中，标出通电螺线管和小磁针的 N 、S 极及磁感线的方向。

2、(2007年烟台)当给螺线管通电时，小磁针N 极的指向如图10所示。

试在图中标出螺线管的极性及电流方向。

S N 图1 图2 N S 图4 N S 图3 S 图5 图6 N S + － 图7 图8 图93、（2007年咸宁）图11中两个螺线管通电后互相排斥，而且电流表的连接正确，请在图中画出螺线管B 的绕法。