第1章 电与磁（电与磁及家庭电路知识梳理）

1.磁体和磁极
（1）物质具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性，具有磁性的物体叫做磁体。
（2）磁体上磁性最强的部位叫做磁极。每个磁体都有两个磁极，N极和S极。
磁体的分类：
A．按形状可以分为：针形磁铁、条形磁铁、蹄形磁铁等；
B．按保持磁性时间长短分为：硬磁体（又名永磁体）和软磁体；
C．按来源可以分为：天然磁体和人造磁体。
（4）磁体间的相互作用规律为：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
2.磁化
（1）使原来没有磁性的物体得到磁性的过程叫做磁化。
（2）软磁体：被磁化后，磁性容易消失；硬磁体（永磁体）：被磁化后，磁性能长期保持。钢棒被磁化后有长期保持磁性的性质，所以永磁体常用钢铁来制作。
注：不是所有的物体都能被磁化。如：磁铁不能吸引铜、铝、玻璃等，说明这些物体没有被磁化，不是磁体。
3.磁场
（1）定义：磁体周围存在着一种看不见、摸不着的特殊物质。磁极间的相互作用是通过磁场而发生的。
（2）基本性质：磁场对放入其中的磁体会产生力的作用。
（3）方向：小磁针静止时北极所指的方向规定为其所处位置的磁场方向。在磁体周围的不同位置，磁场方向不同。
4.磁感线
（1）为了形象地描述磁体周围的磁场分布，英国物理学家法拉第引入了磁感线这一模型。我们模仿细铁屑在磁场中的排列情况，用带箭头的的曲线表示出来，就可以形象地描述出磁场，这样的曲线叫磁感线。
（2）方向：磁体外部的磁感线都是从磁体的北极出来，回到磁体的南极。
磁感线可以表示：A．磁场的方向——箭头所指的方向；
B．强弱——曲线的疏密程度；
6.地磁场
（1）地球产生的磁场叫做地磁场。
（2）特点：地磁场与条形磁铁相似，它的北极在地理的南极附近，它的南极在地理的北极附近。
（3）磁偏角：地理的南北极与地磁的南北极之间的夹角。
如图所示，将大的条形磁铁中间挖去一块，放入一可以自由转动的小磁针，当小磁针静止时，它的N极应指向（　A　）
A．左边a
B．右边c
C．b边或d边
D．不能确定
1.直线电流的磁场
（1）1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，即通电导线周围存在磁场。
（2）直线电流周围的磁感线分布规律：以直导线上各点为圆心的一些同心圆，在垂直于导线的平面上，越靠近通电导线，磁场越强，磁感线越密。磁场方向与电流方向有关。
（3）直线电流周围磁场的方向：右手握住指导线，大拇指指向电流方向，那么四指弯曲所指的方向就是磁场的方向。（安培定则）
2.通电螺线管的磁场
（1）通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场相似，螺线管的两端相当于条形磁体的两极。在螺线管外部，磁感线从N极出发指向S极，在螺线管内部，磁感线从S极出发指向N极。改变电流方向，螺线管的磁极会发生变化。
（2）插入铁芯后，磁性变强，原因是铁芯在通电螺线管的磁场中被磁化后相当于一根磁体，通电螺线管产生的磁场与被磁化的铁芯的磁场叠加，产生了更强的磁场。
（3）右手螺旋定则（安培定则）：用右手握住螺线管，让四指弯向螺线管中电流的方向，大拇指的指向就是通电螺线管的N极。
（4）直线电流周围的磁场与通电螺线管的磁场的比较
大拇指
四指
直流电流
电流方向
磁场方向
通电螺线管
磁场北极
电流方向
3.影响通电螺线管磁性强弱因素的探究
（1）方法：控制变量法
（2）实验设计：通过吸引铁钉的多少表示磁性的大小（转换法），通过滑动变阻器改变电流的大小，通过开关的控制改变螺线管的匝数。
（3）结论：通电螺线管的线圈匝数越多，通过线圈的电流越强，线圈的磁性越强；插入铁芯，线圈的磁性大大增强。
如图，闭合开关，将滑动变阻器的滑片P向右移动时，弹簧测力计的示数变小．则下列分析正确的是（　D　）
电磁铁的上端为S极
电源左端为“+”极
断开开关，弹簧测力计的示数为零
若滑动变阻器的滑片P不动，抽去电磁铁铁芯，弹簧测力计的示数增大
带有铁芯的通电螺线管叫做电磁铁，铁芯能使螺线管的磁性大大增强。
1.电磁继电器
（1）电磁继电器主要由控制电路和工作电路两部分构成。它的实质是利用电磁铁来控制工作电路的一种自动开关。
（2）工作原理：闭合开关→控制电路接通→电磁铁有磁性→吸引衔铁→触点开关与下触点接通→电动机工作
（3）意义：电磁继电器的作用，一是可以实现低电压和弱电流来控制高电压和强电流；二是可以实现自动控制和远距离控制。
2.水位自动报警器
3.电铃
（1）主要结构：电磁铁、弹簧片、衔铁、铃碗等；
（2）工作原理：电路闭合，电磁铁产生磁性，吸引弹性片，使铁锤向铁铃方向运动，铁锤打击铁铃而发出声音，同时电路断开，电磁铁失去了磁性，铁锤又被弹回，电路闭合。如此不断重复，电铃发出了持续的铃声。
4.磁悬浮列车
磁悬浮列车是利用列车轨道上的强电磁铁对列车上的电磁铁的磁极的相互吸引或排斥而使列车悬浮起来，使列车与轨道没有接触，消除了列车与轨道之间的摩擦。磁悬浮列车的阻力很小，因此运行速度很快。
5.信息的磁记录
利用磁性材料的磁化，记录语言、音乐、图像、数据等信息，应用广泛。如：录像带、磁带、计算机硬盘、U盘、各式银行卡等。
6.电话
（1）基本结构：话筒和听筒是电话的两个基本组成部分。
（2）工作原理：话筒把声音信号转化为变化的电流，听筒把变化的电流转化为声音信号。
【例3】小安利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示．将热敏电阻R1安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响．图甲中继电器的供电电压U1=3V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30Ω．当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响．图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图象．
（1）由图乙可知，当环境温度升高时，热敏电阻阻值将　_____减小____　，继电器的磁性将　_____增大____　（均选填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）图甲中警铃的接线柱C应与接线柱　______B___　相连，指示灯的接线柱D应与接线柱　____A_____　相连（均选填“A”或“B”）．
（3）图甲中线圈下端P的磁极是　______S___　极（选填“N”或“S”）．
（4）请计算说明，环境温度在什么范围内时，警铃报警．
超过80℃报警
【拓1】如图为双线并绕的螺线管a、b、c、d为螺线管的四个接线头,用同一电源供电，下列连接中磁性最强的接法是（
B
）
A．bc相连，ad分别接电源两极
B．ab相连，cd相连后分别接电源两极
C．cd相连，ab分别接在电源两极
D．ad相连，bc相连后分别接在电源两极
1.磁场对通电导体的作用
磁场对通电导线的作用
①通电导线在磁场中会受到力的作用，力的方向与电流方向及磁场方向有关。<一变二不变>
②受力大小与电流大小和磁场强弱有关：电流越大，磁场越强，受力越大。
③通电导线的电流方向与磁场方向平行时，导线不受磁场力的作用；当两者方向相互垂直时，导线受到的磁场力最大。
磁场对通电线圈的作用
图1
图2
①在图1位置时，线圈ab和cd两段受力方向相反且不在同一直线上，线圈就转动。
②在图2位置时，线圈ab和cd两段受力方向相反且在同一直线上，大小相等，成为一对平衡力，线圈就不转动。（平衡位置：线圈平面与磁场方向垂直）
当线圈继续转动到平衡位置时，能靠惯性转过平衡位置，但不能继续转动下去，它会在平衡位置附近摆地动几下后停下来。
2.直流电动机
电动机是利用通电线圈在磁场中受力而发生转动的原理制成的，用直流电源供电的叫直流电动机。
直流电动机的构造：主要由磁铁（定子）、线圈（转子）、换向器和电刷等构成。
（2）换向器的结构与作用
①结构：由两片相互绝缘的铜质半环构成，与电刷配合使用。
②作用：当线圈刚转过平衡位置时，能改变线圈中的电流方向，使线圈持续转动。
（3）工作原理：给磁场中的线圈通以直流电，线圈将发生转动，转到平衡位置时利用换向器改变电流方向，保持线圈持续转动。若把电源两极对调或磁铁的两极对调，直流电动机转动方向会发生改变。
①能量转换：电能转化为机械能。
②转动方向：与电流方向和磁场方向有关。只改变电流方向或只改变磁场方向，转动方向改变；电流方向和磁场方向同时改变，则转动方向不变。
<一变二不变>
③转动速度：与电流大小和磁场强弱有关。电流越大、磁场强度越大、转速越快。
【拓展】如果装好通电后电动机不转动，主要原因有几点：线圈的位置处于平衡位置；电流太小；
某些地方接触不良；摩擦太大，如线圈与半圆形金属环之间。
3.交流电动机
日常生活中由于电网供电是交流电，所以家用电器中的电动机是交流电动机。
【例4】图是“线圈不能连续转动”的三幅实验图，下列表达错误的是（
D
）
A．三图中，导线ab与cd所受的磁力方向不同
B．乙图中，线圈能够连续往下转动变成丙图所示，是由于惯性
C．如果通电时间较长，线圈abcd最终会停止在乙图所示的位置
D．只要开关始终闭合，线圈abcd一定会在乙图的平衡位置左右摆动
1.电磁感应现象——法拉第
闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫做电磁感应现象。产生的电流叫感应电流。
2.产生感应电流的条件：闭合电路
+
切割磁感线
。
感应电流的方向：与导体切割磁感线的方向和磁场方向有关。
影响感应电流大小的因素：磁场强弱、导体切割磁感线的速度的大小等。
5.能量转化：机械能电能。
6.运用比较法区别磁场对电流的作用力与电磁感应现象
磁场对电流的作用
电磁感应现象
原因
通电导线（线圈）在磁场中
闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动
结果
通电导线受到力的作用
电路中产生电流
能量转化
电能转化为机械能
机械能转化为电能
力的性质
磁力
外力
导体中电流
由电源供给
感应电流
应用
电动机
发电机
发电机是根据电磁感应原理制成的。它是一种能把机械能转化为电能的装置。
1.基本结构：磁铁（定子）、矩形线圈（转子）、铜环、电刷等。
2.交流发电机的原理
（1）当线圈平面和磁感线垂直时，两边的运动方向和磁感线平行，不切割磁感线，线圈中无感应电流。
（2）当线圈平面和磁感线平行时，两边的运动方向和磁感线垂直，切割磁感线，线圈中有感应电流。
（3）线圈在磁场中转动一周，感应电流方向改变两次。
（4）实际使用的大型交流发电机，一般采用线圈不动，磁极旋转的方式来发电（线圈是由多匝铜线绕制而成的，因此很重）。为了得到较强的磁场，还要用电磁铁代替永磁铁。
交流电与直流电
（1）周期性改变方向的电流叫交流电。方向不变的电流叫直流电。电池产生的电流方向是不变的，是直流电。
（2）我国供生产和生活的交流电的是周期0.02秒，频率是50赫兹，电流方向每秒改变100次。
（3）交流发电机发电时，线圈内是交流电，对外供应也是交流电；直流发电机发电时，线圈内是交流电，对外部供电是直流电。因为直流发电机安装了换向器，能将线圈中产生的交流电转化为直流电输送出去。
（4）发电机和电动机的结构本质上是一样的。因此电动机也可以做发电机。
直流电动机与交流发电机
直流电动机
交流发电机
原理
利用通电线圈在磁场中
受力转动的原理制成
利用电磁感应原理制成
电路中作用
用电器
电源
电路中有无其他电源
有
无
能量转化
电能转化为机械能
机械能转化为电能
5.话筒和扬声器
1.家庭电路
家庭电路的组成
①进户线→电能表→闸刀开关→熔断器（保险盒，内含保险丝）→插座、用电器和开关
家庭电路总的进户线一般有两根，一根是火线，一根是零线。它们之间的电压正常值为220V。
②安装灯泡的记忆：火线零线并排走，零线直接入灯座，火线先过保险盒，再过开关入灯座。
测电笔
①作用：辨别火线和零线。
②使用方法：用手接触测电笔的笔尾金属体，笔尖金属体接触待测导线，若氖管发光，则所测导线为火线；若氖管不发光，则所测导线为零线。
③用测电笔判断零线断开：正常情况下，测电笔接触火线时才能发光，如果用测电笔检测电灯两端，均能发光，说明家庭电路中进户零线断开。
用测电笔判断火线断开：如果用测电笔检测插座的双孔，均不能发光，说明家庭电路中与此插座相连的火线断开。
2.熔断器和断路器
熔断器
①选用原则：保险丝的额定电流等于或稍大于电路中正常工作时的电流。
②作用：当电路中的电流过大时，保险丝会自动熔断，切断电路起到保护电路的作用。
③材料：一般是用熔点较低的合金材料制成。
【注】a．在家庭电路中切勿用铜丝或铁丝代替保险丝；b．保险丝应与所保护的电路串联。
断路器（空气开关——低压断路器）
①作用：当流过断路器的电流超过额定电流时，断路器可以自动切断电路，从而起到保护电路的作用。
②连接：断路器一般串联在火线上。
③优点：断路器能手动复位，接通电路；也能手动切断电路。
④工作原理
家庭电路中电流过大（保险丝熔断或断路器会断开）的原因：
发生短路；②用电器的总功率过大：a．使用了大功率的用电器。如空调、热水器等；
b．使用的用电器过多。
插座
（1）分类：两孔式插座和三孔式插座。
（2）记忆技巧：两孔式，左零右火；三孔式，左零右火上接地。
（3）接外壳的脚稍长的目的:在用电器通电前，现将金属外壳接地，起到安全和保护的作用。
【例5】小茜家新购住房刚装修完毕，家中部分照明电路如图所示。验收工程时，小茜闭合了开关S（家中其他用电器均处于断开状态），白炽灯L亮了一段时间后熄灭了，她用测电笔分别测试了图中插座的两个孔，发现测电笔都发光。她断开开关S，再次用测电笔测试插座的两个孔，她将观察到（假设故障只有一处）（
D
）
A．测试两孔时测电笔都发光
B．测试两孔时测电笔都不发光
C．只有测试左面的孔时测电笔才发光
D．只有测试右面的孔时测电笔才发光
【例6】右图是居民家中的部分电路，开始时各部分工作正常，将电饭煲的插头插入三孔插座后，正在烧水的电热壶突然不能工作，但电灯仍正常工作，拔出电饭煲的插头，电热壶仍然不能工作，把测电笔分别插入插座的左、右插孔，氖管仍能发光，若电路中仅有一处故障，则（
D
）
A．电热壶所在电路的、两点间断路
B．插座的接地线断路
C．插座左、右插孔短路
D．电路的、两点间导线断路
【例7】家庭电路中需要安装一个“一开三孔”开关(即一个开关和一个三孔插座连在一起)，要求插座能单独使用，开关能控制电灯且符合安全用电原则。从实物正面观察，如图所示的几种接线中符合要求的是（
C
）
A.
B.
C.
D.
1.触电事故
触电指通过人体的电流达到一定值时对人体造成的伤害事故。
一般情况下，通过人体的安全电流不超过30毫安；36伏以下的电压才是安全的。
2.触电形式
（1）低压触电：单线触电和双线触电。
（2）高压触电：高压电弧触电和跨步电压触电。
安全用电常识
（1）原则：不接触低压带电体，不靠近高压带电体。
（2）安全用电常识：
将插头插入插座时，手不要接触金属插脚
不要用湿的手触摸电器、插座和开关
防止电线的绝缘层老化或破损
不要在高压线旁钓鱼或放风筝
不要使插座超负荷
避免在浴室使用用电器
导线旁不要放发热物体
不要同时使用大量大功率用电器
（3）触电的急救措施
①首先要切断电源（断开总开关），在无法切断电源的情况下，用绝缘的干木棍、竹竿等将电线挑开，使人体与带电体分离。如果贸然用手直接去拉触电者，则不但不能救人，自己反而也会触电。
②将人体与带电体分开后，进行现场抢救或拨打求救电话。
③如果用电时引发火灾，要先切断电源，绝不能向带电体泼水救火。
【例8】如图是某家庭电路的一部分，下列说法正确的是（　B　）
A．电冰箱接入三孔插座后电灯与电冰箱是串联
B．电冰箱接入三孔插座能使电冰箱金属外壳接地
C．若在图中甲、乙两处分别装电灯或开关，甲处应装电灯，乙处应装开关
D．断开开关S时，站在地上的人接触A点或B点都不会触电
【例9】电工师傅常用一只标有“220V
40W”的灯泡（检验灯泡）取代保险丝来检查新安装的照明电路中每个支路的情况，如图所示．当只闭合S、时不亮；当只闭合S、时，和都呈暗红色；当只闭合S、时，正常发光．由此可以判断（
C
）
A．所在的支路短路
B．所在的支路断路
C．所在的支路短路
D．各支路均完好