靜川

靜 川：哈爾濱市第113中學物理教師。哈爾濱市骨干教師，道里區(qū)學科帶頭人，科研骨干教師。曾獲全國教學大賽一等獎；多節(jié)示范課已由中央廣播電視大學音像出版社正式出版發(fā)行。

知道生活中怎么可以找到磁鐵嗎？方法可能很多。不過，你可能想不到，如果你拆開一個廢舊的音箱，在揚聲器里定能有所收獲。揚聲器是播放聲音的，為什么要用到磁鐵呢？想要揭開這其中的奧秘，就讓我們從磁鐵說起吧！

找來各種面值新舊不同版本的硬幣，用磁鐵試一試哪些能夠被吸引？其實，磁鐵除了能吸引鐵之外，還能吸引鈷和鎳等物質。我們把像磁鐵一樣具有磁性的物體稱為磁體。磁體不同位置的磁性強弱是不同的，你可以將一個條形磁鐵平放在一堆大頭釘中，將條形磁體拿起來你會發(fā)現(xiàn)，兩端吸引的大頭釘最多，而中間幾乎不吸引。磁體上磁性最強的部分叫磁極，任何一個磁體都有N極和S極兩個磁極。你可以試一試，將兩個磁體的N極相對，再將一個磁體的N極和另一個磁體的S極相對，你會發(fā)現(xiàn)同名的磁極會相互排斥，而異名的磁極會相互吸引。很有趣吧！磁懸浮列車就是根據(jù)這個原理制造的。

我們生活中所使用的磁體有些是天然磁體，而有些則是按照我們的具體需要制成的各式各樣形狀的人造磁體，要制造人造磁體需要磁性材料。鐵被磁化后，磁性容易消失，稱為軟磁材料。鋼被磁化后，磁性能長期保持，稱為硬磁性材料。所以制造永磁體使用鋼，制造電磁鐵的鐵芯使用軟鐵。生活中我們所使用的銀行磁卡、錄音磁帶、存儲的磁盤等都應用了磁性材料。

在磁體周圍存在著一種我們看不見、摸不到的物質——磁場。磁場雖然看不見，但卻像我們身邊的桌椅一樣真實存在。不信，你可以用一塊磁鐵去靠近靜止在桌面上的小磁針，小磁針轉動了，這就是磁鐵周圍磁場對小磁針作用的結果。磁場既有大小也有方向，為了能夠直觀形象地描述磁場，我們可以在磁體周圍放一些小磁針，當小磁針靜止后，把小磁針所在位置用帶方向的曲線連接起來。任何一點的曲線方向都和放在該點的磁針北極所指的方向一致，我們把這些曲線稱為磁感線。磁感線如同光線一樣，并不是客觀存在的，而是我們建立的一種理想模型。利用這些立體的分布在磁體周圍的磁感線，我們就可以根據(jù)曲線的疏密知道磁場的強弱，而曲線上任一點的切線方向就是該點的磁場方向。

地球其實就是一個巨大的磁體，在地球周圍存在著地磁場。如果在地球附近放一個小磁針，小磁針在地磁場作用下，靜止后就有一個固定的指向性。由于地磁場的南極在地理北極附近，小磁針靜止后N極就會指向地理北極。我國古代的四大發(fā)明之一——指南針，就是這樣被發(fā)明出來的。信鴿能準確地辨別方向也是依靠地磁場。不過，關于地磁場的形成原因目前還沒有一個確切的定論，或許有一天，你就是揭開這一奧秘的人喲！

我們可以用磁鐵在廢棄的材料堆里將鋼鐵等材料挑選出來回收利用。不過，你想過嗎：磁鐵可以幫我們把鋼鐵吸引起來，但怎么才能放下來呢？有沒有一種磁鐵，它的磁性可以由我們自由掌控呢？電磁鐵的發(fā)明將這一想法變?yōu)榱爽F(xiàn)實，這還要感謝丹麥的物理學家奧斯特。在1840年的一天，奧斯特在實驗時發(fā)現(xiàn)，當導線中有電流通過時，放在導線旁邊的小磁針發(fā)生了偏轉，這一發(fā)現(xiàn)令他興奮不已。經(jīng)過他的反復實驗，終于證實了通電導體周圍存在磁場的事實。他證明了電和磁能相互轉化，這為電磁學的發(fā)展奠定了基礎。他的這一偉大發(fā)現(xiàn)為人類的發(fā)展開辟了一條嶄新之路。

你可以找來一根大鐵釘，將導線密繞在鐵釘上，一個簡易的電磁鐵就制成了。你現(xiàn)在可以在導線中通入電流，去試試看，它是否具有了磁性。如果斷開電流，磁性就會立即消失。而且，你在鐵釘上纏繞的線圈匝數(shù)越多，通過的電流越大，電磁鐵的磁性就會越強。當你改變導線中的電流方向時，電磁鐵的磁極也會隨之改變。怎么樣，電磁鐵的優(yōu)點還真不少吧！電磁鐵在我們的生活中發(fā)揮著重要的作用，電磁起重機、電鈴、磁懸浮列車等都有電磁鐵的應用。更重要的是由電磁鐵引發(fā)制造出來的電磁繼電器更是實現(xiàn)了人們自動控制電路和遠距離控制電路的夢想。

人類向前發(fā)展的腳步從未停止。當奧斯特揭開了電能生磁這一事實后，人們又怎能放棄用磁來生電的想法呢？英國的物理學家法拉第就是擁有這一想法的杰出代表。他一直認為，電和磁之間一定存在密切關系，而且可以相互轉化。他堅信磁也一定能產(chǎn)生電，并決心用實驗來證明它。開始的幾年中，他的各種努力都失敗了，但經(jīng)過近10年的時間，在他的不懈努力下，終于發(fā)現(xiàn)閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時，導體中就會產(chǎn)生電流，這就是著名的電磁感應原理。法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁感應原理是一個劃時代的偉大科學成就，它使人類獲得了打開電能寶庫的金鑰匙，開通了在電池之外大量產(chǎn)生電流的新道路。你一定見過市場上有一種不用電池的“環(huán)保手電”，里面的發(fā)電機就是根據(jù)電磁感應原理制成的。受此啟發(fā)，我相信你在很多設備中都能找到發(fā)電機的身影。

不過，為我們生活輸送電能的發(fā)電站所使用的發(fā)電機組就要復雜得多了。而且，發(fā)電場的發(fā)電機組為我們輸送的都是大小和方向發(fā)生周期性變化的電流，也就是我們常說的交流電?？纯醇抑械碾娔鼙砩鲜遣皇菢擞小?0Hz”的字樣？這就是交流電的頻率。“50Hz”表示一秒鐘要完成50個周期，電流方向要改變一百次。頻率越高，電流方向改變得越快?？纯茨銓W習時所用護眼臺燈的銘牌，頻率一定很高吧！

法拉第是幸運的，他在發(fā)現(xiàn)電磁感應原理的過程中，還找到了將電能轉化為機械能的方法。法拉第在奧斯特實驗中得到啟發(fā)，認為假如磁鐵固定，線圈就可能會運動。于是，他成功地發(fā)明了一種簡單的裝置，在磁場中放入一個線圈，只要有電流通過線圈，線圈就會繞著一塊磁鐵不停地轉動。事實上法拉第發(fā)現(xiàn)的通電線圈在磁場中可以受力轉動正是今天我們所使用電動機的制造原理。你不妨也自己親手制作一臺直流電動機，或許你的電動機并不能順利的連續(xù)轉動起來，那是因為要想讓線圈在磁場中連續(xù)轉動還需要有換向器的幫助。換向器并不是一個復雜的元件，你可以在電動玩具中拆開一個直流電動機，憑你的聰明才智一定能找到其中的奧妙。你能想象到一輛汽車上有多少個電動機嗎？——二三百個之多。你現(xiàn)在一定會對這些為我們創(chuàng)造今天幸福生活而不懈努力的科學家們感到由衷的敬佩吧！

隨著科學技術的不斷發(fā)展，電流的磁效應、電磁感應、磁場對電流的作用等這些電磁學的基本原理發(fā)揮著越來越大的作用。當你手拿電話與朋友聊天時，你可能不會想到電話與發(fā)電機和電動機有關吧。電話的基本原理：振動→強弱變化的電流→振動。如果從能量轉化的角度去思考，就是先將機械能轉化為電能，再將電能轉化為機械能，這種能量轉化的關系不正是與發(fā)電機和電動機一致嗎？所以，電話的話筒應用的是電磁感應原理，而聽筒則是應用了磁場對電流的作用這一原理。我們K歌時所用的麥克風則與話筒原理相同，音箱中的揚聲器則與聽筒是相同的原理?，F(xiàn)在你明白為什么揚聲器中會有磁鐵了吧！.

另外，我們現(xiàn)代生活更離不開傳感器。傳感器是將其他信息轉化為電信息的元件，是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。例如：遙控器中有紅外線傳感器，路燈有光感傳感器，電子秤有壓力傳感器……。傳感器早已滲透到工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源勘探、醫(yī)學診斷、生物工程，甚至文物保護等極其廣泛的領域。可以毫不夸張地說，從茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各種復雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目都離不開各種各樣的傳感器。

怎么樣，是不是對電與磁的知識產(chǎn)生了極大的興趣？其實，生活中有著太多太多的新奇等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)、去探索、去揭秘。如果你擁有一顆好奇的心，有對知識的無限渴望，有敢于動手實踐的勇氣，在科學的海洋中，你定能乘風破浪，向著更高的目標邁進。endprint