刺探电流磁场的奥妙

华庆富

1知识回访

1.1电流磁效应

任何通有电流的导线，都可以在其周围产生磁场的现象，称为电流的磁效应。通电导体周围存在磁场，电流的磁场方向和电流方向有关。

1.2通电螺旋管

1.2.1定义

通电螺线管外部的磁感线是从螺线管的北极发出并回到南极。但是，在通电螺线管内部的磁场方向是从螺线管的南极指向北极。通电螺线管对外相当于一个条形磁铁，通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场相似。

1.2.2安培定制

通电螺线管的磁极极性可用安培定则（右手螺旋定则）来判定：用右手握螺线管，让四指弯向螺線管中电流的方向，则大拇指所指的那端就是螺线管的N极。

1.2.3记忆方法

以通电螺线管正面电流为例，电流向上，N极在左端；电流向下，N极在右端，可简化为“上左，下右”。

1.3电磁铁

电磁铁就是内有铁芯的通电螺旋管。

（1）优点：磁性的有无由电流的通断来控制；磁性的强弱由电流的大小来改变；极性的变换由电流的方向来改变。

（2）用途：可用于电磁起重机、电铃、电磁继电器、听筒等。

1.4电磁继电器

（1）定义：电磁继电器是通过电磁铁，利用低电压、弱电流的通断，来控制高电压、强电流电路的装置。

（2）实质：电磁继电器的实质是一个由电磁铁控制的开关。

（3）工作原理：电磁铁通电时，把衔铁吸下来，使动触点和静触点接触，工作电路闭合；电磁铁断电时，电磁铁失去磁性，弹簧把衔铁拉起来，切断工作电路。电磁继电器工作原理如图1所示。

2试题解析

2.1奥斯特实验

例1（2017·淮安）：1820年4月的一天，奥斯特讲课时突发奇想，在沿____方向的导线下方放置1枚小磁针，保证导线和小磁针能____放置进行实验，接通电源后发现小磁针明显偏转。随后奥斯特花了3个月时间，做了60多个实验证明电流的确能使磁针偏转，这种现象称为____，奥斯特的发现，拉开了研究电磁间本质联系的序幕。

解析：奥斯特实验证明了电流的周围存在磁场，这是第一个发现了电和磁存在联系的实验，奥斯特因这个贡献而载入物理史册。

在奥斯特实验中，开关闭合时，即当导线中有电流通过时，发现导线下面的小磁针发生偏转，说明通电导体周围存在着磁场。奥斯特讲课时突发奇想，在沿电流方向的导线下方放置1枚小磁针，保证导线和小磁针能平行放置进行实验，接通电源后发现小磁针明显偏转，证实了电流的确能使磁针偏转，这种现象称为电流的磁效应。

答案：电流；平行；电流的磁效应。

点拨：熟悉物理学的相关历史以及奥斯特实验的细节，是解题关键。

2.2螺线管

例2（2017·山西）：小明在一块有机玻璃板上安装了一个用导线绕成的螺线管，在板面上均匀撒满铁屑，通电后轻敲玻璃板，铁屑的排列如图2所示，下列说法正确的是（ ）。

A.图中P、Q两点相比，P点处的磁场较强

B.若只改变螺线管中的电流方向，P、Q两点处的磁场会减弱

C.若只改变螺线管中的电流方向，P、Q两点处的磁场方向会改变

D.若只增大螺线管中的电流，P、Q两点处的磁场方向会改变

解析：由图2可以看出通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场一样，并且可以看到Q点铁屑的分布比P点密集，由此可以确定Q点的磁场比P点强，故A选项错误。只改变电流方向，则磁场方向发生改变，但通电螺线管的磁场强弱不变，故B选项错误，C选项正确。只增大螺线管中的电流，则磁场的强弱发生改变，但磁场方向不变，故D选项错误。

答案：C。

点拨：对通电螺线管磁场有一个基本的认识，对通电螺线管磁场强弱因素有一个全面的理解，是解题关键。

2.3电磁铁

例3（2017·金华）：在探究影响电磁铁磁性强弱的因素时，小科设计了如图3所示的电路，下列相关说法不正确的是（ ）。

A.电磁铁A、B上方都是S极

B.通过电磁铁A和B的电流相等

C.电磁铁A的磁性强于电磁铁B的磁性

D.向右移动滑片P，电磁铁A、B磁性都减弱

解析：由安培定则可知，电磁铁A的上方为N极，B的上方为S极，故A选项错误。由图3可知，电磁铁A和B串联接入电路中，所以电流相等，故B正确。电磁铁A和B的电流相同，由图3可知A的线圈匝数多于B的线圈匝数，A的磁性强于B的磁性，故C选项正确。向右移动滑片P，滑动变阻器接入电路的电阻变大，根据欧姆定律可知，电流减小，电磁铁A、B磁性都减弱，故D选项正确。

答案：A。

点拨：此对电磁铁磁性强弱影响因素的了解和掌握，以及对滑动变阻器在电路中的作用的理解，是解题突破口，解题中要注意控制变量法的熟练运用。

2.4电磁继电器

例4（2017·武汉）：如图4所示是一种水位自动报警器的原理图。水位没有达到金属块A时，灯____亮；水位达到金属块A时，由于一般的水是____，灯____亮。

解析：电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的作用力下回到原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，控制了电路的导通、切断。

当水位下降没有达到金属块A时，控制电路断开，电磁铁失去磁性，弹簧拉着衔铁使动触点与上面的静触点接触，工作电路接通，则L₁灯亮。

当水位上涨时，水与金属A接触，由于水是导体，控制电路接通，电磁铁吸引衔铁，使动触点与下面的静触点接触，工作电路接通，则L₂灯亮。

答案：L₁；导体；L₂。

点拨：熟悉电磁继电器的工作原理和过程，是解题的突破口。电磁继电器在实际生活中经常用于自动控制水位报警器、温度报警器等。由水位的变化导致控制电路的通断，进一步决定电磁铁磁性的有无，从而控制工作电路的动触点的位置的变化，改变工作电路的连接情况。

2.5电生磁综合应用

例5（2017·杭州）：图5为热敏电阻的.R-T图像，图6为用此热敏電阻R和继电器组成的恒温箱的简单温控电路。继电器线圈的电阻为150Ω，当线圈中电流大于或等于28mA时，继电器的衔铁被吸合，为继电器线圈供电电池的电压为6V，图6的“电源”是恒温箱加热器的电源。

（1）从图6中可知，50℃时热敏电阻的阻值为____Ω。

（2）恒温箱的加热器应接在AB端还是CD端？

（3）若恒温箱内的温度达到100℃时，请计算分析恒温箱加热器是否处于工作状态。

（4）若在原控制电路中，串联接入一个可变电阻，当该电阻增大时，所控制的恒温箱内的最高温度将____（选填“变大”“不变”或“变小”）。

解析：（1）分析图5可知，50℃时热敏电阻的阻值为90Ω。

（2）当温度较低的时候，热敏电阻的电阻值较大，电路中的电流较小，此时继电器的衔铁与AB部分连接，此时是需要加热的，恒温箱内的加热器要工作，所以该把恒温箱内的加热器接在AB端。

（3）当温度达到100℃时，据图5可知，此时的电阻是50Ω，继电器线圈的电阻为150Ω，所以该电路的电流是：

由于I>28mA，故恒温箱不处于工作状态。（4）据题意可知“当线圈中电流大于或等于28mA时，继电器的衔铁被吸合”，即恒温箱会停止工作，故可知若在控制电路中串联一个电阻，电路电阻变大，同样情况下，使得电路电流变小，故控制电路达到28mA时所用的时间会更长，保温箱的加热时间会更长，故保温箱内的温度会更高。

答案：90；恒温箱的加热器应接在AB端；若恒温箱内的温度达到100℃时，通过计算分析恒温箱加热器不处于工作状态；变大。

点拨：在解答本题的时候要分析清楚，控制电路和加热电路是两个不同的电路，只有当温度较低，需要加热的时候，加热电路才会工作，而控制电路是一直通电的。