Transcript 第 十二 章 電流與磁 12－1 磁鐵  磁鐵的簡史  戰國時期 『司南』  北宋時期 『指南魚』、『指南針』 司南 EXP小實驗 指南魚 指南針 用大頭針、保利龍仿製一個『指南魚（針）』？ 12－1 磁鐵  磁鐵的磁極  磁鐵意義  能吸引鐵器的物體  磁鐵磁極  以自由旋轉的磁鐵之指向判定 1.指北極：指向北方的一端 N 極 2.指南極：指向南方的一端 S 極 ◎

第 十二 章
電流與磁
12－1
磁鐵
 磁鐵的簡史
 戰國時期 『司南』
 北宋時期 『指南魚』、『指南針』
司南
EXP小實驗
指南魚
指南針
用大頭針、保利龍仿製一個『指南魚（針）』？
12－1
磁鐵
 磁鐵的磁極
 磁鐵意義  能吸引鐵器的物體
 磁鐵磁極  以自由旋轉的磁鐵之指向判定
1.指北極：指向北方的一端 N 極
2.指南極：指向南方的一端 S 極
◎ 指向並非剛好正南北向（地理上的南北極）
12－1
磁鐵
 磁鐵的性質圖說
 磁鐵磁性  同極相斥、異極相吸
12－1
磁鐵
 磁鐵的性質圖說
 磁場強度  二端磁極磁場強、中央弱
Q 小問題
棒形、馬蹄形甚至圓形的磁鐵如何決定N、S極？
12－1
磁鐵
 磁鐵的性質圖說
 磁鐵分割  N、S極必成對出現
◎ 切割方向
1.向N、S連線縱切  會產生新磁極
2.向N、S連線橫切  不會產生新磁極
N
N
N
S
S
S
1.縱切
2.橫切
12－1
磁鐵
 磁鐵分割  N、S極必成對出現
 有新磁極產生
 沒有新磁極產生
Q 小問題
折斷的磁鐵從斷面靠近，是會相吸引還是排斥呢？
12－1
磁鐵
 磁鐵的性質
 磁鐵磁性  同極相斥、異極相吸
 磁場強度  二端磁極磁場強、中央弱
 磁鐵分割  N、S極必成對出現（不單獨存在）
 磁力與電力之比較
1.相同： 皆有排斥與吸引力。
 皆屬『超距力』（非接觸力）。
2.相異：正、負電荷可單獨存在，
但N、S極必成對存在。
12－1
磁鐵
 磁化與磁性物質
 磁化  使物質具有磁性
 磁性保留之久暫
1.永久磁鐵（硬磁鐵）：鋼釘（鋼）
 不易磁化，但磁化後磁性不消失。
2.暫時磁鐵（軟磁鐵）：鐵釘（熟鐵）
 易磁化，但磁化後磁性即刻消失。
 磁性物質  含有鐵、鈷、鎳金屬元素
 可被磁化
◎ 非磁性物質：不可被磁化的物質
（不含有鐵、鈷、鎳金屬元素）
Q 小問題
電鈴構造中，打鈴聲的材質是鐵材？還是鋼材質？
12－1
磁鐵
 磁化與磁性物質圖說
磁化：
近端生異性極，
遠端生同性極
將釘子從中拔開，發生？
釘子是鐵？還是鋼材？
S
N
S
N
EXP小實驗


12－1
磁鐵
 磁鐵範例
eg1.兩根形狀、大小、長短均相同，而且沒有任何標記的金
屬棒。大雄不藉其他工具，判斷這兩根金屬棒是
否具有磁性，並能分辨出來，他的方法如下：
 將兩根金屬棒貼標籤，標明甲、乙。
 將兩根金屬棒互相靠近，發現兩棒僅能互相吸引，但
不能互相排斥。
 將兩棒排成如（a），可互相吸引而不脫落。
 將兩棒排成如（b）， 則不能相吸而脫落。
甲
則甲、乙兩棒何者具有磁性？
。
甲
（b）
乙
乙
（a）
12－1
磁鐵
 磁鐵範例
eg2. （ ）如圖為一棒形磁鐵折成兩段的情形，何者錯誤？
（A）一磁鐵折斷後的兩段磁力都消失了
（B）一磁鐵折斷後，變成兩個小磁鐵
（C）如圖，甲端為 N 極，乙端為 S 極
（D）一磁鐵被折斷後的磁力減弱
eg3. 手持一磁鐵，將其N 極靠近鐵釘，鐵釘下方再置一小磁
針，則甲為
極
，乙為
極，丙為
極。
eg4.（ ）將一磁鐵靠近一鐵棒，能
使鐵棒變成暫時磁鐵，此現象為？
（A）靜電感應
丙
（B）電磁感應
（C）電流的磁效應
（D） 磁化
12－2
磁場
 場的意義
 超距力作用的空間；磁場、電場、重力場。
 磁場
 磁場形成  有磁性者在其周圍建立磁場
 距離近，磁場強（F 與 r2 反比）。
 磁場影響
 只有磁性物質進入磁場中，才會受影響
12－2
磁場
 磁場的物像化一
 以鐵粉灑在磁場中，形成的圖樣比擬之
 磁力線
Q 小問題
只看鐵粉排列，能分出磁鐵哪一端是N、S極嗎？
12－2
磁場
 磁力線圖說
 從圖中，只看到鐵粉的排列情形
1
S
2
N
Q 小問題
S
N
S
N
N
S
圖1、2的磁極方向排列不同，磁力線的差異為何？
12－2
磁場
 磁場的物像化二 建立磁力的方向性
 以小磁針擺置磁場中，形成的圖樣比擬之
 定義：磁場的方向
 磁針在磁場中的 N 極指向為其受力方向
 磁力線上任一點的磁場方向為其切線方向
 由磁鐵 N 極指向S 極（磁鐵內部由S極指向N極）
12－2
磁場
 磁力線磁場方向圖說
 從圖中，只看到鐵粉的排列情形
A
C
D
B
Q 小問題 標示出圖中A、B、C、D四位置的磁場方向？
12－2
磁場
 磁力線磁場方向圖說
12－2
磁場
 磁力線性質
 封閉平滑曲線（形成立體結構）
 疏密程度表示磁場強弱
磁力線密集處，該處磁場強。
 任二條磁力線絕不相交
 磁場的方向：由 N 極指向 S 極（切線方向）
12－2
磁場
 地磁的存在
 假想地球內部有一個大磁鐵，這便是影響指
南針能指向南、北向的原因。
地磁北極
地理北極
S
N
地磁南極
地理南極
12－2
磁場
 地球磁場（注意：內部假想磁鐵的N、S極）
12－2
磁場
 磁場範例
eg1.一支鐵釘放在二支條形磁鐵附近，A、B、C、D分別為
兩磁鐵的磁極，箭頭表示磁力線方向，如圖所示，若於此
情況下，鐵釘的 E 極會吸引指南針的 S 極，則：
A是
極，B是
極，C是
極，D是
極。
eg2.磁力線分布情形，如圖，將A、B、C、D三磁針置於磁
場中，磁針N極的指向為何？
C
B
D
12－2
磁場
 磁場範例
eg3. （ ）地球具有磁場，何圖可表示地球之磁力線圖形？
eg4. 甲乙丙為磁力線圖樣，是由圖二的磁鐵排列而成，則：
 甲圖是
排列的。
 乙圖是
排列的。
 丙圖是
排列的。
（以a、b、c填答）
12－3
電流的磁效應
 歷史
西元1820年丹麥人厄司特發現
 意義
通有電流的導線，周圍有磁場產生
Q 小問題 鋁是非磁性金屬，通以電流。周圍會產生磁場？
12－3
電流的磁效應
 長直載流導線的磁場大小
 法國人安培發現：安培定律
  磁場強度（B）與導線的電流大小（I）成正比
 磁場強度與該點與導線間（r）的距離成反比
 磁力線封閉同心圓柱體
I
B
r
12－3
電流的磁效應
 長直載流導線的磁場方向
 安培右手定則判斷出 N 指向（逆時針或順時針）
 磁力線上任一位置的磁場方向是切線方向
12－3
電流的磁效應
 載流長直導線的磁場圖說（同心圓柱）
A B C
D
E
磁針在導線上方
磁針在導線下方
Q 小問題 如圖的A、B、C、D、E五位置的磁場強度順序？
12－3
電流的磁效應
 長直載流導線的磁場方向
 安培右手定則（右手握導線）
大拇指指向電流方向，四指彎曲的方向為磁場方向
（電流方向與磁場方向垂直）
12－3
電流的磁效應
 安培右手定則圖說（向著電流直視）
順時針方向
 表電流垂直射入紙內
逆時針方向
表電流垂直射出紙外
12－3
電流的磁效應
 載流長直導線的磁場圖說（同心圓柱）
N
N
S
I
N
N
S
S
I
I
Q 小問題 如圖的磁針指向，你會判斷？
S
I
12－3
電流的磁效應
 小磁針在磁場中的偏轉角度【補充】
 偏轉的方向是合力綜合的淨效果
 應考慮地磁 與電磁場
對磁針的影響
 磁針只受地磁時  指向南北向
N
N

S
S
 磁針受地磁與電磁時  合力指向對角線方向
N

S
12－3
電流的磁效應
 電流的磁效應 實驗12－2 圖說
視同心圓兩側的磁場
視同心圓上、下的磁場
Q 小問題
磁針偏轉角度受電流影響？如何增加電流大小？
12－3
電流的磁效應
 電流的磁效應範例
eg1. （
）下列各圖中磁力線的繪圖，何者正確？
eg2. 如圖，甲丙磁針放在導線正上方，乙磁針放在導線正下
方，當開關接通後：

磁針會順時針偏轉。

磁針偏轉角度最大。
 改變圖中導線匝數，雖然
匝數一直增加，但甲磁針
N極偏轉的角度最多不會超
過幾度？
。
12－3
電流的磁效應
 電流的磁效應範例
eg3. 導線垂直穿過水平紙板，紙板上
放置甲、乙、丙三磁針，當電路
接通後，則：
 三磁針的偏向如何？
 把甲磁針垂直上提至P點，
偏轉角度變化？
。
 可變電阻滑鍵往M滑動，
甲磁針的偏轉角度變化？
eg4. 羅盤置於導線束正上方，電路接
通後：
 磁針N極向
偏轉。
（
）五匝線束產生的偏轉
角度是單匝線束的偏轉角度
之五倍。（是非）
12－4
電磁鐵
 螺旋形線圈
 將長直導線彎曲，磁場增強。（磁力線密集）
 單位長度的匝數愈多，磁場愈強。
12－4
電磁鐵
 螺線形線圈的磁場
 磁力線（灑小鐵粉、再換小磁針 ）
 螺旋形線圈的磁場近似長棒狀磁鐵
S
N
S
N
 螺旋形線圈因電流磁效應，形成了電磁鐵
所以也具有N、S 極
12－4
電磁鐵
 如何增加螺線形線圈的磁場
  增加電流（增加電池數）（B  I）
 增加單位長度的匝數（B  N）
 線圈內部放入易於磁化的物質
A
B
C
D
H
F
G
E
Q 小問題 A ~ H 八個線圈的磁場強度順序？
12－4
電磁鐵
 決定螺線形線圈的 N、S 極
 右手握線圈，四指彎曲指向電流方向，大拇
指指向磁場方向（N 極方向）
（螺線形線圈右手定則與安培右手定則不同）
順時針電流
逆時針電流
12－4
電磁鐵
 電磁鐵的應用－電鈴
當通電時，附有鐵片的彈簧片
受電磁鐵吸引，而使鈴聲作響。
鈴聲敲響後，成為斷路，磁性
消失，彈簧片因彈力回復原位
置，再度形成通路。
12－4
電磁鐵
 電磁鐵範例
eg1. （
）如下左圖，線圈內插有軟鐵棒，當電路接通後，
則置於線圈左側之磁棒將（A）被排斥（B）被吸引（C）
不受影響（D）被吸住後再推開。
乙
eg2. 如上右圖，當按下開關，甲乙二磁針之N 極偏轉
方向為？甲
時針偏轉；乙
時針偏轉。
eg3. 使電磁鐵的磁場增強的方法有哪些？
eg4. 在一中空的線圈內分別插入木棒、鐵棒、鋼棒，何者之磁？
場最強？何者最弱？
12－5
馬達與電話
 馬達的意義：因電流磁效應，使物轉動。
 電風扇、吸塵器、吹風機、抽水機、洗衣機
 馬達的構思：二個磁場因同性相斥而轉動
 線圈轉動，但只轉了半圈（180度）即停止
 如何解決這個問題呢？
12－5
馬達與電話
 馬達的轉動：電動機
 線圈每轉半圈（180度）即要改變電流方向一次
 半圓形金屬環及電刷之設計（電流的流入方向不變）
12－5
馬達與電話
 馬達的結構 使用直流電  電能轉成力學能
1
2
3
4
微微接觸
1.場磁鐵：定子
（永久磁鐵）
2.電樞：轉子
（可轉動之線圈）
3.集電環
（半圓形金屬環）
4.電刷（碳刷）
（不隨之轉動）
12－5
馬達與電話
 導線在磁場中的受力（電流與磁場的交互作用）
 右手開掌定則
載流長直導線在磁場中的受力
 B與I平行  導線不受力
 B與I不平行  導線受力
其中以B與I成90度時受力
最大
B
I
F
四指為磁場方向，
大拇指為電流方向，
掌心所朝的方向即為
導線的受力方向
12－5
馬達與電話
 馬達的連續轉動過程
＋
＋
－
＋
－
＋
－
，
（甲）：直導線 A部分向上， B 部分向下
 合力矩為順時針，向順時針轉動
（乙）：線圈轉至鉛直面，因物體慣性
 向順時針轉動
（丙）：剛轉過90度，集電環接到另一電刷，線圈各
邊電流反向流動，此後每轉半圈，電流方向
反轉一次，直導線 A部分向下， B 部分向上
 合力矩為順時針，向順時針轉動
 直流電動機的圖示
螺線形線圈右手定則
12－5
馬達與電話
 電話的發明：1876 年 美國人 貝爾
 電話的原理
 藉話筒之碳粉調節電流大小，來影響聽筒
中電磁鐵的磁力，使金屬薄片振動。
聲音大，碳粉緊密，電阻小，電流大
聲音小，碳粉疏鬆，電阻大，電流小
12－5
馬達與電話
 電話的圖示：
聽筒
話筒
12－5
馬達與電話
 光纖通訊原理：
 利用雷射光發送訊號，光沿光纖線路反射訊號
至遠方（光行進符合光反射定律）
12－5
馬達與電話
馬達與電話範例
eg1. （
）圖為電話聽筒與話筒的構造示意圖，何者正確？
（A）聽筒與話筒內皆具有電磁鐵
（B）講話愈大聲，通過碳粉的電流愈小
（C）碳粉盒被壓縮得較為疏鬆時，電阻較大
（D）聽筒上的金屬薄片振動，能產生電流
eg2. 如圖（一）、圖（二）通電後，轉動情形？
（A）靜止不動
（B）轉動1/4圈即停止
（C）轉動1/2圈即停止（D）不停地轉動
圖一
圖二
12－6
磁可以產生電嗎？
 電能生磁  電流的磁效應
 磁能生電  1831年英國人法拉第發現
1.電磁感應：磁場發生變化時產生電流的現象
 磁場發生變化＝磁力線數目有增減（B  0）
2.感應電流：因電磁感應產生的電流
 實驗中，常以檢流計檢驗有無電流產生
檢流計 － G －
 刻度零位在中間
 偏轉方向是電子流的
方向
12－6
磁可以產生電嗎？
 電磁感應圖說一
磁鐵向右移動時，線圈內磁
場減少，有感應電流產生
B ＜0  I  0
磁鐵向左移動時，線圈內磁
場增加，有感應電流產生
B ＞0  I  0
12－6
磁可以產生電嗎？
 電磁感應圖說二
磁鐵向右移動時，線圈內磁
場減少，有感應電流產生
B ＜0  I  0
磁鐵靜置於線圈旁，線圈內
磁場不變，無感應電流產生
B ＝0  I＝0
Q 小問題 感應電流的有無如何判斷？電流方向如何判斷
12－6
磁可以產生電嗎？
 電磁感應圖說三
Q 小問題 圖中眼所見感應電流的方向是順時針或逆時針？
 電磁感應圖說
12－6
磁可以產生電嗎？
 電磁感應圖說四
※ 磁能生電的二角色： 磁鐵  迴路
電磁感應
原磁場
B  0
二者相對運動
使迴路產生感應電流，
迴路於是形成電磁鐵
感應磁場
12－6
磁可以產生電嗎？
 感應電流
1.有無  B  0
2.方向  冷次定律：產生新磁場恆反抗原磁場
 『線圈右手定則』反推電流方向
 法拉第定律
 感應電流大小與磁場變化速率成正比
 磁場變化速率愈快，感應電流愈大
 增加感應電流的方法
1.增加線圈圈數
2.使線圈內磁場變化速率加快
3.增加相對運動磁鐵的磁場
B
I
t
12－6
磁可以產生電嗎？
 發電機歷史：第一個發電機是法拉第製造的
 發電機原理：電磁感應原理
 以動力使線圈在兩極間轉動，以產生感應電流
 力學能轉成電能的裝置
1.場磁鐵：定子
（永久磁鐵）
2.電樞：轉子
（可轉動之線圈）
3.集電環
（半圓形金屬環）
4.電刷（碳刷）
（不隨之轉動）
 交流發電機圖說
12－6
磁可以產生電嗎？
 交流發電機圖說
 直流發電機圖說
12－6
磁可以產生電嗎？
 發電機與電動機比較
12－6
磁可以產生電嗎？
 範例
eg1. (
)如圖，線圈左端的磁鐵靜止不動時，有關線圈的
敘述，何者正確？
(A)線圈內磁場沒有變化
(B)有感應電流產生
(C)電流方向由A流向B
(D)線圈左端被感應成 N極
eg2. (
)把一磁棒自甲線圈內向右拉出，並插入乙線圈左
側(如圖)，則兩線圈之檢流計方向為何？
(A)甲、乙相同
(B)甲、乙不同
(C)甲、乙皆無電流
(D)無法得知
12－6
磁可以產生電嗎？
 範例
eg3. (
)如圖，一根磁棒由螺線形線圈上方落下穿過螺線
形線圈至下方，前後所產生的感應電流之比較為何？
(A)電流的大小相同，方向不同
(B)電流變小，方向相同
(C)電流的大小、方向均相同
(D)電流變大，方向不同
懂了嗎！
12－6
磁可以產生電嗎？
 範例
eg4. (
)下列線圈圖中感應電流的情況，何者敘述正確？
(A)(甲)(乙)感應電流方向相同
(B)(丙)(丁)感應電流方向相同
(C)(甲)(乙)(丙)(丁)皆有感應電流產生
(D)(丙)(丁)感應電流方向相反