三、电生磁　解题指导

多向互动，突破难点

1．通电螺线管与条形磁铁的异同

通电螺线管周围存在着磁场，通电螺线管周围的磁场分布与条形磁铁很相似，但与条形磁铁有本质的区别。

（1）相同点：①它们都有吸附铁类物质的性质；②把条形磁铁和螺线管悬挂起来都具有指南北的性质；③条形磁铁的磁极和通电螺线管的磁极位置相同，磁感线的形状也相同；磁极间相互规律也相同。

（2）不同点：①条形磁铁属永磁体，而通电螺线管只有在通电时才具有磁性；②条形磁铁的南、北极是固定不变的，而通电螺线管的南北极与电流的方向有关；③条形磁铁的磁性强弱是固定的，而通电螺线管的磁性强弱由电流的大小决定。

2．为什么电磁铁的铁芯要用软铁制成，而不用钢制成？插入铁芯后的螺线管磁性为什么会大大增强？

电磁铁的铁芯用软铁做，不是用钢做的，这是因为电磁铁要求其磁性的强弱要随所通入电流大小发生明显变化，且通电时有磁性，无电时没有磁性，只有软铁制成的铁芯才能满足这个要求，而钢一但被磁化后，将长期保持磁性而不能退磁，则磁性的强弱就不能用电流的大小来控制，这就失去子电磁铁具有的优点，人们使用起来就不方便。

那么插入铁芯后，螺线管的磁性为什么会大大增强呢？原来，铁芯插入后，铁芯被除数通电螺线管的磁场磁化了，磁化后的铁芯也就变成了一个磁体，这样由于两个磁场互相迭加，从而使螺线管的磁性大大增强。

3．影响电磁铁磁性强弱的因素

电磁铁是由插入铁芯的通电螺线管构成的。影响它磁性强弱的因素有：

①铁芯的插入。未插入铁芯时，通电螺线管周围有磁场；插入铁芯后，铁芯被磁化，也要产生磁场，于是通电螺线管周围既有电流产生的磁场，又有铁芯磁化为磁铁产生的磁场，两者磁场方向相同，因而磁场大大增强了。

②通电电流的大小。根据安培定则，通电导线周围有磁场且磁场的强弱跟电流大小有关，电流越大产生的磁场越强。

③线圈的匝数。当线圈中的电流大小不变时，增加线圈的匝数（外形相同），每匝线圈中电流形成的磁场不变，但数目增多，因而共同的磁场增强了。或者我们把通电螺线管中的电流整体观察，等效电流应等于匝数乘以每匝流过的电流，当匝数增加时，整体等效电流增大了，因而磁场增强了。

方法展示，探究规律

1.判断通电螺线管周围的磁场方向的方法：

螺线管通有电流后，其周围的磁场分布情况与条形磁铁产生的磁场类似。应用安培定则可判断通电螺线管周围的磁场方向和电流方向间的关系，而电流在螺线管上的环绕方向又取决于电源的正、负极和导线的绕法。因此，用安培定则可判断通电螺线管周围的磁场方向与电源正、负极以及导线绕法这三者间的关系，知道其中二者的情况，可确定第三者。

例1　如图所示，通电螺线管上方小磁针静止时所指的方向如图，在图中：

（1）标出螺线管的N、S极；

（2）画出磁感线并标出其方向；

（3）画出螺线管的绕法，并标出电流方向；

（4）标出电源的正、负极。

【解析】由图所示的小磁针静止时所指的方向知，小磁针所在处磁感线的方向水平向右，由此可判断通电螺线管左端为N极，右端为S极。根据安培定则，螺线管左端线圈中向着读者一面的电线中的电流方向应从左到右，而右端则应从右向左，由此决定螺线管的绕法和电源的正、负极。

解答：由于题中电源的正、负极及螺线管的绕法均未知,故通电螺线管左端为N极，右端为S极的情况有两种:

【点拨】螺线管周围的磁场方向决定于电流的环绕方向，但是判断螺线管周围的磁场方向既可根据电流的环绕方向，也可根据小磁针的北极指向。

2.探究电磁铁特点的方法：

探究影响电磁铁磁性的因素，常常采用控制变量法。其实验设计如下：

例2　为探究电磁铁的磁性跟哪些因素有关，小丽同学作出以下猜想：

猜想A：电磁铁通电时有磁性，断电时没有磁性

猜想B：通过电磁铁的电流越大，它的磁性越强

猜想C：外形相同的螺线管，线圈的匝数越多，它的磁性越强

为了检验上述猜想是否正确，小丽所在实验小组通过交流与合作设计了以下实验方案：用漆包线（表面涂有绝缘漆的导线）在大铁钉上绕制若干圈，制成简单的电磁铁。如图所示的a、b、c、d为实验中观察到的四种情况。

根据小丽的猜想和实验，完成下面填空：

（1）通过观察电磁铁吸引大头针数目的多少的不同，来判断它 的不同。

（2）通过比较 两种情况，可以验证猜想A是正确的

（3）通过比较 两种情况，可以验证猜想B是正确的

（4）通过比较d中甲、乙两电磁铁，发现猜想C不全面，应补充 。

【解析】这是一道通过实验，研究电磁铁特性的题。解答这道题，应据其提供的实验条件和实验事实（现象），通过识图、比较、判断、实验、得出结论。

解：（1）磁性强弱 （2）ab（或ac、ad） （3）bc （4）电流相同时

【点拨】解答这类问题的关键是：①认真分析实验条件，找出实验结果发生变化的原因；②认真看图识图，比较分析答案的正误；③合理运用“控制变量法”这种物理实验的基本方法。

【创新学习】拓展视野，综合创新

例3　根据如图示的条件画出通电螺线管的绕线情况

【解析】　根据小磁针静止时N极的指向，就能判断出通电螺线管内部的磁感线方向，从而就找出了螺线管的南北极（下端为N极，上端为S极）；再根据电流方向和螺线管的磁极，由安培定则就确定了螺线管的绕线情况（答案如图所示）。

【剖析】本题的关键是找出螺线管的N、S极，然后由安培定则确定螺线管的绕线情况。本题容易出错的地方在于根据小磁针N极的指向确定管的N、S极，而小磁针又恰好放在螺线管内部，在螺线管内部磁感线是从S极指向N极，这跟平常大家熟悉的磁感线从Ｎ极出发回到Ｓ极相反，容易错误地认为下端为Ｓ极，上端为Ｎ极。

【拓展】如图所示，一个与毛皮摩擦过的橡胶圆环，让它顺时针旋转起来时，在其内部的可自由转动的小磁针静止时，N极指向何方？

例4　如图所示，Ａ为永磁体，Ｂ、Ｃ为并联在同一电路的两个电磁铁，标出图中磁感线的方向及各磁极名称，画出Ｂ、Ｃ符合要求的线圈绕法，并连成电路（连接线不交叉）。

【解析】本题综合了永磁体的磁场、通电螺线管的磁场在电路连接中的应用知识。

　永磁体Ａ与电磁铁Ｂ之间的磁感线分布特点说明，Ａ的右端与Ｂ的左端是同名磁极，由小磁针静止时的指向说明磁感线方向由磁极向外出来，所以Ａ、Ｂ之间应同为Ｎ极。

电磁铁Ｂ的左端既然是Ｎ极，Ｂ的右端则应是Ｓ极；由Ｂ、Ｃ之间的磁感线分布特点可知，Ｂ的右端与Ｃ的左端是异名磁极，则Ｃ的左端是Ｎ极，Ｃ的右端是Ｓ极。

　电磁铁Ｂ与Ｃ的两端极性已知，按题意要求，将电磁铁Ｂ、Ｃ并联连接。

　根据电磁铁Ｂ、Ｃ的两端极性及电流方向，应用右手螺旋定则，画出电磁铁Ｂ与Ｃ的绕线方法。

连接的电路图及绕线方法和磁感线方向，如图所示。　

【剖析】上例题的解题步骤必须先由小磁针的指向确定磁感线的方向，进而确定永磁体Ａ和电磁铁Ｂ、Ｃ的磁极性质；在将电磁铁Ｂ与Ｃ并联之后，最后再由右手螺旋定则画出电磁铁Ｂ与Ｃ的绕线方法。如果思路不清晰，造成方法不正确使顺序颠倒，则很容易发生错误。

【拓展】在图中，开关Ｓ闭合后，小磁针Ｎ极指向Ｌ_１，且两个通电螺线管之间相互排斥，标出电源的“＋”、“－”极，并画出螺线管Ｌ_２的绕法。

例5　在下图中把电磁铁接入你设计的电路中，要求

（1） 小磁针静止时，如左下图所示；（2）电磁铁的磁性强弱可调节。

【解析】由小磁针静止时的指向首先确定电磁铁的磁极名称，用安培定则确定电流方向，由此推断方框内，必须有电源，要调节磁性强弱则应改变电流的大小，由此判断方框内还有滑动变阻器。答案如右图。

【剖析】无论何种类型的电学黑箱题，都要紧扣题给要求，分析有几个应该满足的条件，满足这些条件的方式是怎样的，然后综合起来作图。

【拓展】某同学买了一个新型的全封闭镍镉电池，从铭牌上可知该电池的电压为6V，最大可连续供电电流为1A，电池的两个电极旁只涂了两种不同的颜色，并未标明“+”、“-”极，请你按下表要求设计试验（所用器材不限），辨别电池的正、负极。

提示：（1）电流表、电阻、开关。（2）电压表。（3）小灯泡、开关、二极管。

（4）CuSO₄溶液、碳棒。（5）螺线管、小磁针。