人教版初中物理九年级全一册 第20章 《电与磁》知识清单（学生+教师版）

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第二十章 电与磁（知识清单）第1节 磁现象 磁场一、磁现象 1. 磁性与磁体（1）磁性：物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。（2）磁体：具有 的物体叫磁体。磁体的分类：按存在方式可分天然磁体、人造磁铁；按形状分为条形磁体、蹄形磁体、针形磁体；按保存磁性时间长短分为硬磁体、软磁体。2. 磁极及相互作用（1）磁极：每个磁体上都有 个磁性最强的部位叫做磁极。能够自由转动的磁体，例如悬吊着的磁针，静止时指南的那个磁极叫做 极或S极，指北的那个磁极叫做 极或N极。（2）磁极间相互作用规律：同名磁极相互 ，异名磁极相互 。（3）一个磁体截成两半，每一半都有单独的N极和S极；两个条形磁体异名磁极相互接触，变成一个整体，则接触部分变成新磁体的中间，是磁性最弱的部分。3. 磁化（1）磁化：一些物体在磁体或电流的作用下会获得 ，这种现象叫做磁化。（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。人造磁体就是将钢进行磁化而制成的。（3）磁化的危害：机械手表被磁化后走时不准，彩色电视机显像管被磁化后色彩失真等。（4）磁化的应用：磁带和磁盘上都含有磁性物质，利用它上面的磁性物质可以存储声音、图像和文字信息。（5）消磁：通过撞击、煅烧等手段使磁体失去磁性的过程。消磁可以看成是磁化的逆过程，是将磁体内部原来排列整齐有序的磁分子打乱，使其变得杂乱无章。4. 磁性材料（1）磁性材料：铁、钴、镍和含有铁、钴、镍的合金或这几种金属的氧化物统称为磁性材料。（2）软磁体和硬磁体：铁棒被磁化后，磁性容易消失，称为 磁体。钢棒被被磁化后，磁性能长期保持，称为 磁体。5. 磁现象与电现象的对比 磁现象电现象磁体能吸引铁、钴、镍等物质带电体能吸引轻小物体磁极有两种：北（N）极和南（S）极电荷有两种：正电荷和负电荷同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引碰极不接触也能相互作用（磁场）电荷不接触也能相互作用（电场）摩擦可使铁、钴、镍类物体磁化摩擦可使物体带电二、磁场1. 磁场（1）磁场的概念：磁体周围存在着一种看不见、摸不着的物质，我们称其为磁场。磁体间的相互作用是通过 发生的。（2）磁场的基本性质：磁场的基本性质是对放入其中的磁体产生 的作用。（3）磁场的方向：在磁场中的某一点，小磁针 极静止时所指的方向就是该点磁场的方向。2. 磁感线（1）磁感线的作用：用来形象直观地描述磁场的 情况。（2）磁感线的概念：把小磁针在磁场中的排列情况，用一些带 的曲线画出来，可以方便、形象地描述磁场，这样的曲线叫做磁感线。（3）五种基本磁场的磁感线描述条形磁铁的磁感线 蹄形磁铁的磁感线 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同名磁极的磁感线（N、N极之间）；④同名磁极的磁感线（S、S极之间）；⑤异名磁极的磁感线。同名磁极的磁感线（S、S极之间） 异名磁极的磁感线 （4）磁感线的性质①磁感线是用来描述磁场的一些假想曲线，实际上 （选填“存在”或“不存在”）。磁感线上任意一点的切线方向为该点的磁场方向。磁场越强的地方，磁感线分布越 ；磁场越弱的地方，磁感线分布越 。②磁感线为封闭的、立体的曲线，在磁体的外部，磁感线的方向是从N极指向S极，而在内部，是从 极指向 极。③在同一磁场中，任何两根磁感线都不会 。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，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。3. 研究方法 （1）模型法：描述磁场用到磁感线，这种方法叫模型法（或建模法）。（2）转换法：磁场看不见、摸不着，通过对放入其中的小磁针产生力的作用来认识磁场，这种研究方法叫转换法。三、地磁场1. 定义：地球周围空间存在的 叫地磁场。2. 地磁场的特点：地球本身是一个巨大的磁体，在地球的周围空间存在着地磁场，地磁场类似于条形磁体的磁场，地磁场的南极在地理的 极附近，地磁场的北极在地理的 极附近。3. 磁偏角地磁的南极在地理的北极附近，地磁的北极在地理的南极附近，它们之间有一个偏差角度，我们称为 。我国宋代学者 第一个发现磁偏角。4. 指南针的工作原理：由于受到地磁场的作用，小磁针静止时S极总是指向地理的南极，N极总是指向地理的北极。第2节 电生磁一、电流的磁效应1. 奥斯特实验（1）内容：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。2. 电流的磁效应通电导体周围存在与电流方向有关的磁场，这种现象叫做电流的 效应。奥斯特实验揭示了电和磁之间存在着联系，即“电生磁”。二、通电螺线管的磁场（1）探究通电螺线管的磁场①如图所示，可以看到细铁屑在通电螺线管外部和内部有规则地排列起来。从细铁屑的分布情况来看，通电螺线管外部的磁场和 相似。铁屑的排列情况 小磁针的排列情况②如图所示，在通电螺线管外部周围小磁针的N极指向 ，内部小磁针N极指向 （均选填“相同”或“不相同”）。从小磁针N极指向来看，通电螺线管外部的磁感线是从通电螺线管一端出来回到另一端；内部磁感线的方向与外部磁感线的方向相反。 ③在上面的实验中，改变螺线管中的电流方向，小磁针的N极指向与上次实验刚好相反。由此可知，通电螺线管的磁场方向与 方向有关。（2）通电螺线管的磁场特点①通电螺线管外部的磁场与条形磁体外部的磁场相似，通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个磁极。②通电螺线管两端的极性跟螺线管中电流的方向有关。 3. 通电螺线管两端的极性与环绕螺线管的电流方向间的关系（1）设计并进行实验 取绕向不同的螺线管，向螺线管内通入不同方向的电流，用小磁针验证它的N、S极，实验现象如图所示。（2）实验现象分析 ①甲、乙（或丙、丁）两个螺线管的绕法不同，螺线管中电流的方向相同，通电螺线管两端的极性 （选填“相同”或“不相同”）；②甲、丙（或乙、丁）两个螺线管的绕法相同，螺线管中电流的方向不同，通电螺线管两端的极性 （选填“相同”或“不相同”）。（3）探究归纳：通电螺线管两端的极性与环绕螺线管的 方向有关。切记通电螺线管两端的极性与螺线管的绕法 ，与电流由哪端流入 （均选填“有关”或“无关”）！三、安培定则1. 安培定则用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向与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。2. 安培定则的应用（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 . 3. 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。 （2）N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。第3节 电磁铁 电磁继电器一、电磁铁1. 概念：内部插有 的螺线管，在有电流通过时有磁性，没有电流时就失去磁性，这种磁体叫做电磁铁。2. 特点：有电流通过时 磁性，没有电流时就 磁性（选填“有”或“无”）。3. 工作原理：电磁铁是利用电流的磁效应来工作的。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。4. 电磁铁磁极极性的判断：电磁铁的磁极极性与通电螺线管的磁极极性是一致的，可运用 来判定。二、电磁铁的磁性1. 探究电磁铁磁性强弱的影响因素（1）实验方法 ①控制变量法：控制电磁铁线圈的匝数不变，改变线圈中电流的大小；控制电磁铁线圈的电流不变，改变线圈匝数。②转换法：根据电磁铁吸引铁钉或曲别针等 的多少来判断电磁铁的磁性强弱。（2）实验设计①按照电路图，把滑动变阻器、电流表和一定匝数的电磁铁串联起来，移动变阻器的滑片P，改变电路中的电流，观察电磁铁吸引曲别针的数目有什么变化。 ②把匝数不同的电磁铁串联在电路中，观察电磁铁吸引曲别针的数目有什么变化。（3）实验结论线圈匝数一定时，通入的电流越大，电磁铁的磁性越 ；电流一定时，外形相同的螺线管，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越 。2. 电磁铁的优点（1）可以通过电流的通断来控制其磁性的有无。（2）可以通过改变电流的 来改变其磁极的极性。（3）可以通过改变电流的 或 的多少来控制其磁性的强弱。 3. 电磁铁的应用（1）电磁铁可以直接对磁性物质有吸引力的作用 主要应用在电铃、电磁起重机、电磁刹车装置和许多自动控制装置上。全自动洗衣机的进水、排水阀门，卫生间里感应式冲水器的阀门，也都是由 控制的。（2）电磁铁的另一个应用是产生强磁场。现代技术上很多地方需要的强磁场都是由 提供的，如磁浮列车、电动机、发电机、磁疗设备、测量仪器、研究微观粒子用的加速器等。三、电磁继电器1. 电磁继电器概念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：电磁铁、衔铁、弹簧、低压电源、开关等；（2）受控电路：高压电源、电动机、动、静触点。3. 电磁继电器的工作原理闭合低压控制电路中的开关S，电流通过电磁铁的线圈产生 ，把衔铁B吸下来，使动触点 与静触点 接触，受控的高压工作电路闭合， 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 的作用下与电磁铁分离，使触点 脱开，受控电路断开，电动机停止工作.4. 电磁继电器的应用（1）利用电磁继电器可以通过控制低电压、弱电流电路的通断来间接地控制高电压、强电流工作电路的通断，使人远离高压环境；（2）利用电磁继电器可以使人远离高温、有毒等环境，实现 控制；（3）在电磁继电器控制电路中接入对温度、压力或光照敏感的元件，利用这些元件操纵控制电路的通断，可以实现对温度、压力或光的自动控制，如电铃、防盗报警、防汛报警、温度自动控制、空气开关自动控制等。第4节 电动机一、磁场对通电导线的作用 1. 探究磁场对通电导线的作用（1）实验器材：电源、开关、直导线、蹄形磁铁等。（2）实验原理图（3）实验步骤①把导线ab放在磁场里，接通电源，让电流通过导线ab，观察它的运动方向。②在实验①中，去掉蹄形磁体，接通电源，观察导线ab是否运动。③保持磁体N极、S极位置不变，把电源的正、负极对调后接入电路，使通过直导线ab的电流方向与原来相反，接通电源，观察它的运动方向。④保持直导线ab中的电流方向与实验①中相同，把磁体的两个磁极对调，让磁感线方向与原来方向相反，接通电源，观察它的运动方向。⑤在实验①中，同时改变直导线ab中的电流方向和磁感线方向，接通电源，观察它的运动方向。（4）实验现象 ①导线ab放在磁场里，接通电源，发生运动，去掉蹄形磁体，接通电源，导线ab不运动；②导线ab 放在磁场里，接通电源，ab向左运动；把电源的正负极对调，ab向右运动；③保持电流方向与①一样，把蹄形磁铁的磁极调换一下，ab向右运动。④同时改变直导线ab中的电流方向和磁感线方向，通电导线运动的方向不变。（5）实验结论 通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向跟 的方向、 的方向都有关系。当电流的方向或者磁感线的方向变得相反时，通电导线受力的方向也变得相反；当电流的方向与磁感线的方向同时变得相反时，通电导线受力的方向不变。2. 探究磁场对通电线圈的作用（1）如图所示，把线框放在磁场里，接通电源，让电流通过，可以看到，通电线框在磁场中可以转过一个角度，但 （选填“能”或“不能”）持续转动。 （2）通电矩形线圈在磁场中不能连续转动的原因①在如图甲所示位置时，通电线圈的两边在磁场中都受力，ab边受力方向竖直向上，cd边受力方向竖直向下，方向相反，发生顺时针转动。 甲 乙②当线圈的平面与磁场垂直时（图乙），通电线圈ab边与cd边受平衡力作用，达到平衡位置。这时由于惯性，线圈还会继续转动。丙 丁③如图丙所示，线圈靠惯性越过平衡位置后，ab边受力方向竖直向上，cd边受力方向竖直向下，方向相反，磁场力作用的结果使线圈又逆时针旋转。④通电线圈最后静止在平衡位置（图丁）。3. 让线圈转起来——电动机模型制作模型电动机的关键就是对线圈的处理：将粗漆包线制成一个线圈，把一端的绝缘漆全部刮掉，另一端只刮半周。这种设计，线圈每转一周，只有半周获得动力，在另半周线圈没有电流通过，线圈不受力，但由于惯性继续转动，当转过这半周后，又回到原来的状态，线圈又受到向同方向转动的力，线圈就可以持续转动下去。全部刮掉刮掉半周二、电动机的基本构造1. 电动机的组成电动机主要由两部分组成：能够转动的线圈，也叫转子；固定不动的磁体，也叫定子；电动机工作时，转子在定子中飞快地转动。2. 换向器（1）换向器的构造：两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此绝缘。A和B是电刷，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路。 （2）换向器的作用：当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中的 。 如图所示，无论线圈的哪个边，只要它处于靠近磁体S极的一侧，其中的电流都是从读者这边朝纸内的方向流去，这时它的受力方向总是相同的（向上），线圈就可以不停地转动下去了。3. 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。甲 乙 （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。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。4. 实际的电动机 （1）实际的电动机有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动。（2）电动机工作时，把电能转化为机械能。（3）改变电动机转动方向的办法：只让线圈中电流方向与原来相反或只让磁场方向与原来相反。（4）改变电动机转速的方法：改变线圈中电流的大小，或改变磁场的磁性强弱。三、扬声器的发声1. 扬声器的作用：它是把 信号转变为 信号的装置。2. 扬声器的主要结构：线圈、永久磁体、锥形纸盆。3. 扬声器的发声原理扬声器的线圈中通入携带声音信息、时刻变化的电流，由于线圈中的电流方向是不断的变化，线圈就不断的来回振动，带动纸盆也不断地来回振动，于是扬声器就发出了声音。 第5节 磁生电一、电流的磁效应1. 实验探究“什么情况下磁能生电”（1）实验器材：灵敏电流计、磁体、导线、导体。（2）实验过程如图所示，在蹄形磁铁的磁场中放一根导体ab，把它的两端和灵敏电流计用导线连接起来, 导体与灵敏电流计组成闭合电路。当导体分别上下、左右、前后各个方向运动时，观察灵敏电流计指针是否偏转，如果偏转，同时记录指针偏转的方向。（3）实验结论闭合电路的一部分导体在磁场中做 运动时，导体中就产生电流；电流的方向与 方向和 的方向有关。当改变导体运动方向或磁感线方向时，电流方向也会随着改变；若导体的运动方向和磁感线的方向同时变得相反时，电流的方向不变。2. 电磁感应（1）闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生电流，这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。（2）导体中产生感应电流的条件 是闭合电路的一部分；导体在磁场中做 运动。（3）对“切割磁感线运动”的理解导体运动方向与磁感线方向垂直或有一定的角度，但不能平行。磁体不动，导体ab左右运动能产生感应电流；若ab不动，磁体左右运动，仍能切割磁感线产生感应电流。3. 电磁感应现象中的能量转化：在电磁感应现象中， 能转化为 能。4.感应电流大小的影响因素：导体切割磁感线运动的 、磁场的 、切割磁感线运动的导体的有效长度和线圈的匝数等。 二、发电机1. 实验探究：手摇发电机的发电情况 （1）观察模型式手摇发电机磁铁形状是蹄形磁铁；线圈是通过电刷与灯泡（或发光二极管）串联的；摇把是通过皮带带动线圈转动起来的。（2）手摇发电机转速对小灯泡亮度的影响用不同的转速摇动转轮，发现摇动转轮的转速越大，灯泡发光越 。（3）检验手摇发电机电流方向的变化 两个二极管极性相反并联 二极管交替发光 用两个发光二极管极性相反地并联起来，并与发电机串联。转动摇把，二极管交替发光，说明产生的 方向不停在改变。 （4）探究结论 手摇发电机产生的电流的大小和方向是变化的；电流的大小与发电机的转速有关，转速越快，电流越大。2. 交变电流电流的大小和方向 变化，这样的电流叫做交变电流，简称交流。交变电流的频率在数值上等于电流在每秒内周期性变化的次数。我国电网以交流供电，频率为 Hz。3. 交流发电机 （1）交流发电机主要构造：磁铁、线圈abcd、铜环K与L、电刷A与B等。（2）主要部件作用 ①磁铁：用来产生磁场；②线圈abcd转动时，切割磁感线，产生感应电流；③铜环：两个铜环随线圈一起转动，与外部电路组成一闭合回路；④电刷：感应电流通过电刷流出。（3）交流发电机工作原理示意图①图甲和图丙中导线运动方向和磁感线方向平行，不切割磁感线，没有电流产生。②图乙和丁中导线切割磁感线，有电流产生，但切割磁感线的方向相反，所以电流方向相反。每当经过磁感线与线圈平面垂直的位置时，线圈中的电流方向改变一次，线圈转一周，电流方向改变两次。③线圈不停转动，产生的电流交替往复，形成持续的电流。4. 实际发电机的构造与能量转化（1）构造转子定子实际的发电机比模型式发电机复杂得多，但仍是由转子（转动部分）和定子（固定部分）两部分组成的。大型发电机发的电，电压很高、电流很强，一般采取线圈不动、磁极旋转的方式来发电（叫旋转磁极式发电机），为了得到较强的磁场，要用电磁铁代替永磁体。（2）发电机发电的过程是能量转化的过程 实际的发电机靠内燃机、水轮机、汽轮机等机械的带动，把燃料中的化学能或者水库中水流的动能转化为电能。5. 电动机和发电机是两种不同的装置，其对比如表：直流电动机交流发电机原理通电线圈在磁场中受力而转动电磁感应现象构造与电刷接触的是换向器与电刷接触的是两个滑环能量转化 能→ 能 能→ 能在电路中的作用用电器电源三、磁记录1. 软磁性材料和硬磁性材料（1）磁化：铁棒和钢棒本来不能吸引钢铁，当磁体靠近它或者与它接触时，它便有了吸引钢铁的性质，也就是被 了。（2）软磁性材料：软铁磁化后，磁性很容易消失，称为 磁性材料。（3）硬磁性材料：钢等物质在磁化后，磁性能够保持，称为 磁性材料。硬磁性材料可以做成永磁体，还可以用来记录 。2. 录音机的原理 录音机的磁带上附有一层硬磁性材料制成的小颗粒。录音时，声音先转变成强弱变化的 ，这样的电流通过录音磁头，产生了强弱变化的 。磁带划过磁头时，磁带上的小颗粒被强弱不同地磁化，于是记录了一连串有关磁性变化的信息。放音时，磁带贴着放音磁头运动，磁性强弱变化的磁带使放音磁头中产生变化的 ，电流经放大后使扬声器发声，这便“读”出了录音带中记录的信息。3. 磁记录的应用随着技术的不断进步，磁记录与人们的关系越来越密切。录音带、录像带，电脑中的磁盘，打电话的磁卡，银行的信用卡，还有磁卡式车票等等，都是用磁来记录信息的。磁记录技术提高了工作效率，给生活带来了很大的方便。