電生磁與磁生電的易混點(diǎn)

雷趙富

摘 要：結(jié)合電磁感應(yīng)電生磁和磁生電區(qū)別，例如實(shí)驗(yàn)裝置不同、感應(yīng)電流產(chǎn)生條件不同等，進(jìn)行科學(xué)性的分析，并列舉相關(guān)案例，希望能夠?yàn)橛嘘P(guān)學(xué)者提供良好借鑒。

關(guān)鍵詞：電生磁;磁生電;區(qū)別

引言：電生磁和磁生電的發(fā)現(xiàn)，是電磁學(xué)發(fā)展史中的重要里程碑，更加深入的分析了自然界電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象間的密切關(guān)系，推動(dòng)電磁理論的快速發(fā)展，同時(shí)，電生磁與磁生電的發(fā)現(xiàn)，為麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的提出奠定良好基礎(chǔ)，推動(dòng)電子技術(shù)的高速發(fā)展。但是，電磁感應(yīng)電生磁和磁生電存在一定差異，具體內(nèi)容如下。

1.電生磁原理

所謂電生磁，主要指的是利用金屬導(dǎo)線通過(guò)電流，在導(dǎo)線四周一定的范圍內(nèi)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)呈圓形分布，由于導(dǎo)線通過(guò)電流的不斷增大，其所產(chǎn)生磁場(chǎng)越來(lái)越強(qiáng)，磁場(chǎng)呈現(xiàn)圓形，在導(dǎo)線周?chē)o密?chē)@。通過(guò)在鐵釘上部纏繞線圈，若將線圈兩端，連接在同一個(gè)電池負(fù)極與正極上，電流會(huì)流過(guò)線圈，在這個(gè)過(guò)程之中，鐵釘能夠吸引鐵屑，鐵釘具備磁性。如果將連接在電池導(dǎo)線直接取消，經(jīng)過(guò)線圈電流直接切斷，鐵釘?shù)拇帕﹄S之消失，鐵屑逐漸掉落。由于線圈經(jīng)過(guò)電流，產(chǎn)生一定磁性，而一旦線圈電流切斷，沒(méi)有電流經(jīng)過(guò)，鐵釘失去磁性，該現(xiàn)象被稱作電生磁。

結(jié)合電工原理得知，安培定則的良好運(yùn)用，利用右手來(lái)握拳，保持拇指處于伸直狀態(tài)，進(jìn)而準(zhǔn)確判斷出磁場(chǎng)的具體方向，通過(guò)分析導(dǎo)體或線圈內(nèi)部電流的流向，能夠準(zhǔn)確判斷出磁場(chǎng)的具體方向[1]。若直金屬導(dǎo)線經(jīng)過(guò)電流，在導(dǎo)線四周空間會(huì)產(chǎn)生圓形的磁場(chǎng)，隨著導(dǎo)電內(nèi)部電流的不斷增大，磁場(chǎng)越來(lái)越強(qiáng)，磁場(chǎng)呈現(xiàn)出圓形，在導(dǎo)線四周?chē)@。要想準(zhǔn)確判斷磁場(chǎng)具體放線，學(xué)生可以利用右手定則，具體內(nèi)容如下：伸出右手拇指，剩余四指并攏向掌心彎曲，此時(shí)，四指所指出方向?qū)儆诖艌?chǎng)方向，拇指方向代表電流的方向。

2.磁生電原理

磁生電由英國(guó)科學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)，其原理比較簡(jiǎn)單，在閉合電路當(dāng)中，部分導(dǎo)體在做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中，導(dǎo)體會(huì)出現(xiàn)電流，該現(xiàn)象被稱作電磁感應(yīng)現(xiàn)象，所產(chǎn)生電流被稱作感應(yīng)電流，發(fā)電機(jī)主要是利用該原理制作而成。

通過(guò)將導(dǎo)體兩端直接接在電流表接線柱中，形成閉合電路，導(dǎo)體可以在磁場(chǎng)當(dāng)中運(yùn)動(dòng)，在向左或者向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)快速切割磁感線，此時(shí)電流表指針會(huì)出現(xiàn)一定偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明電路當(dāng)中產(chǎn)生電流，該電流又被稱為感應(yīng)電流[2]。眾所周知，穿過(guò)一定面積磁力線條數(shù)，也是該面積范圍內(nèi)的磁通量。若導(dǎo)體向左或者向右，進(jìn)行磁感線切割運(yùn)動(dòng)，閉合電路內(nèi)部面積會(huì)發(fā)生顯著的變化，表明該面積范圍內(nèi)的磁通量也發(fā)生一定的變化。

結(jié)合磁生電原理得知，導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電流的核心原因，主要是穿過(guò)閉合電流磁通量發(fā)生明顯變化。由此可以得知，如果穿過(guò)閉合電路磁通量發(fā)生較大的變化，閉合電路內(nèi)部肯定會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，此條件也是產(chǎn)生感應(yīng)電流的核心。在判斷感應(yīng)電流方向時(shí)，導(dǎo)體向左方向或者右方向運(yùn)動(dòng)，電流表的指針會(huì)發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明感應(yīng)電流方向和導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向存在較大聯(lián)系。若導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向保持不變，將磁極對(duì)調(diào)，通過(guò)調(diào)整磁力線方向，感應(yīng)電流方向也會(huì)發(fā)生變化。因此，感應(yīng)電流具體方向和導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向，以及磁力線方向有較大聯(lián)系?？衫糜沂侄▌t，進(jìn)行準(zhǔn)確的判定，右手保持伸開(kāi)狀態(tài)，讓大拇指與四指保持垂直，同時(shí)與手掌處于相同平面，然后將右手放到磁場(chǎng)當(dāng)中，磁力線會(huì)垂直穿入到手心，此時(shí)，大拇指所指的方向?yàn)閷?dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向，其余四指所指向的方向?yàn)楦袘?yīng)電流方向[3]。

3.案例分析

3.1實(shí)驗(yàn)裝置識(shí)別問(wèn)題

問(wèn)題1：結(jié)合圖1甲、乙實(shí)驗(yàn)裝置得知，（）是分析磁場(chǎng)對(duì)電流作用，（）是分析電磁感應(yīng)。

解析：結(jié)合上述示意圖得知，甲和乙均為直導(dǎo)體處在磁場(chǎng)內(nèi)部，如果學(xué)生不了解實(shí)驗(yàn)條件，不明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，特別容易出現(xiàn)混淆。我們應(yīng)該知道，磁場(chǎng)對(duì)電流所產(chǎn)生的主要作用，通常指的是電導(dǎo)體在磁場(chǎng)當(dāng)中受力作用，通俗來(lái)講，導(dǎo)體內(nèi)部通電后，出現(xiàn)電流，才能夠在磁場(chǎng)當(dāng)中受力，從而發(fā)生一系列運(yùn)動(dòng)，該過(guò)程是消耗電能的，將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能[4]。

與上述過(guò)程中，電磁感應(yīng)主要指的是在閉合電路當(dāng)中，部分導(dǎo)體可以在磁場(chǎng)當(dāng)中進(jìn)行磁感線切割運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程當(dāng)中，導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。通俗來(lái)講，因?yàn)樘崆皼](méi)有電源為導(dǎo)體通電，導(dǎo)體在磁場(chǎng)內(nèi)部運(yùn)用，使得閉合電路出現(xiàn)電流，該過(guò)程需要消耗機(jī)械能，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能。在圖2中，甲缺乏電源，無(wú)電源為導(dǎo)體供電，在電路內(nèi)部，主要是接通檢流表，進(jìn)而檢測(cè)電路內(nèi)部是否出現(xiàn)電流，很明顯，該示意圖為電磁感應(yīng)裝置圖。乙缺乏電源給導(dǎo)體供電，主要是分析通電導(dǎo)體，在磁場(chǎng)當(dāng)中的受力情況，主要是分析磁場(chǎng)對(duì)電流產(chǎn)生作用，故為磁生電裝置。

3.2感應(yīng)電流產(chǎn)生條件不同

問(wèn)題2：小李同學(xué)根據(jù)圖2實(shí)驗(yàn)裝置，分析磁感應(yīng)現(xiàn)象，如果將實(shí)驗(yàn)裝置當(dāng)中的銅線ab通過(guò)導(dǎo)線，直接接到電流表中，如果ab快速向右運(yùn)動(dòng)，而電流表沒(méi)有出現(xiàn)顯著偏轉(zhuǎn)，則很可能是因?yàn)椋ǎ?/p>

A.感應(yīng)電流過(guò)小，指針無(wú)法出現(xiàn)顯著偏轉(zhuǎn)。

B.銅線ab過(guò)細(xì)，利用銅棒來(lái)實(shí)驗(yàn)，能夠讓電流表指針出現(xiàn)較大偏轉(zhuǎn)。

C.ab的運(yùn)動(dòng)方向不正確，需要將其改成以相同速度向左運(yùn)動(dòng)。

D.ab的運(yùn)動(dòng)方向不正確，需要將其改成相同速度上下運(yùn)動(dòng)。

解析：如果學(xué)生對(duì)電流表指針無(wú)顯著偏移出現(xiàn)片面理解，特別容易出錯(cuò)。在此題中，電流表的量程在0A到3A之間，將其接到電路當(dāng)中，沒(méi)有出現(xiàn)顯著偏轉(zhuǎn)，主要為以下兩個(gè)原因：（1）電路內(nèi)部沒(méi)有產(chǎn)生電流。（2）電路所產(chǎn)生的電流過(guò)小，電流表指針無(wú)法偏轉(zhuǎn)。要想準(zhǔn)確的判斷出導(dǎo)體內(nèi)部是都產(chǎn)生感應(yīng)電流，要具體以下條件：（1）電路一定是閉合的;（2）閉合電路內(nèi)部存在部分導(dǎo)體，并非閉合電路全部做磁感線切割運(yùn)動(dòng);（3）必須存在磁場(chǎng);（4）導(dǎo)體一定要做切割磁感線運(yùn)動(dòng)[5]。

磁感線切割運(yùn)動(dòng)，主要指的是導(dǎo)體在運(yùn)行過(guò)程中，其運(yùn)動(dòng)方向和磁感線方向不同。結(jié)合該題得知，如果將裝置內(nèi)部的銅線ab快速向右方向運(yùn)動(dòng)，電路處于閉合狀態(tài)，導(dǎo)體會(huì)在磁場(chǎng)當(dāng)中做磁感線切割運(yùn)動(dòng)，電路內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此，電路內(nèi)部的電流表指針沒(méi)有出現(xiàn)顯著偏轉(zhuǎn)，主要是由于電流過(guò)小導(dǎo)致的。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象當(dāng)中，感應(yīng)電流過(guò)小，主要是由于以下原因引起的：（1）磁場(chǎng)比較;（2）導(dǎo)體切割磁感應(yīng)線速度過(guò)小;（3）導(dǎo)體長(zhǎng)度過(guò)大。所以，如果將銅線換成銅棒，不會(huì)提高感應(yīng)電流，如果將ab改成以同一速度向左運(yùn)動(dòng)，電路內(nèi)部有的感應(yīng)電流方向會(huì)發(fā)生顯著變化，但是，感應(yīng)電流大小不會(huì)發(fā)生任何變化。如果將ab改成上下運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向和磁感線方向保持平行，不會(huì)出現(xiàn)磁感線切割現(xiàn)象，電路中也不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，故正確答案為A。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)電磁感應(yīng)電生磁和磁生電區(qū)別進(jìn)行有效的分析，并列舉兩個(gè)案例，能夠提高學(xué)生的物理素養(yǎng)，培養(yǎng)其科學(xué)思維，保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，確保各項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)的順利開(kāi)展。

參考文獻(xiàn)

[1]常偉斌，王飛奇，齊海迪，賈永凱，王桂民，韋依.基于磁生電原理的手搖式便攜加溫盒[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2019，16（11）：110-112.

[2]鄒劍飛，張開(kāi)驍.感生和動(dòng)生磁動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生和測(cè)量[J].科技風(fēng)，2019，（06）：163-165.

[3]顏輝.核心素養(yǎng)視域下增加高中物理課堂教學(xué)的熱量——以“磁生電的探索”教學(xué)為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2018，47（11）：39-41.

[4]翁慶雙.以學(xué)科觀念建構(gòu)為價(jià)值取向的初中科學(xué)教學(xué)——以“磁生電”課堂教學(xué)設(shè)計(jì)為例[J].物理教學(xué)，2017，39（09）：49-52.

[5]孫樹(shù)紅.初中物理新授課“實(shí)驗(yàn)的預(yù)設(shè)與驅(qū)動(dòng)”研究性教學(xué)課例——《磁生電》的課堂實(shí)錄[J].教育實(shí)踐與研究（B），2016，（11）：71-74.