电磁现象与电磁感应
基础电流产生磁场，磁场对载流导体施力推动电动机；磁通量变化产生感生电动势令发电机运作；变压器按匝数比升降交流电压，高压输电减少线路损耗。
- 电流周围存在磁场，直导线磁场呈同心圆，方向用右手握拳定则判断
- 螺线管加软铁芯成电磁铁，磁力随电流、匝数与铁芯而增强，断电即消失
- 磁场对载流导体的作用力 F = BIL，方向由弗林明左手定则决定；直流电动机靠换向器维持转动
文体小知识：科学知识说明文——依「电生磁、磁生力、磁生电」的脉络讲解电磁现象，并以变压器与高压输电收结。
§课文原文 Passage
1电与磁原本被视为互不相干的两个领域，直至丹麦科学家奥斯特在一次课堂演示中发现，通电导线附近的磁针会偏转，人类才知道电流能产生磁场。直导线的磁场呈同心圆，方向用右手握拳定则判断：右手拇指指向电流方向，其余四指环绕的方向就是磁场方向。这个简单的发现，正式开启了电磁学的大门。
2把导线绕成螺线管，各圈磁场叠加，形状与条形磁铁相似，一端是北极一端是南极，极性随电流方向而变。管内加入软铁芯，磁场大增，便成为电磁铁：电流越大、匝数越多，磁力越强，断电后磁力基本消失。电磁铁用途广泛，电铃、电磁吊车、磁浮列车都靠它工作，是电与磁结合后最早的实用发明之一。
3反过来，磁场也会对通电导体施加作用力。导体与磁场垂直时，力的大小等于磁场强度、电流与导线长度三者的乘积，方向用弗林明左手定则判断：食指指磁场，中指指电流，拇指就是受力方向。把线圈放进磁场通电，两边受力方向相反，线圈便转动起来，这就是电动机的原理；换向器每半圈改变电流方向，令转动持续不停。
41831 年法拉第发现：只要穿过电路的磁通量发生变化，电路就会产生感生电动势，这是电磁感应。导体切割磁力线，或磁场本身强弱改变，都算磁通量变化；感生电流的方向由楞次定律决定，总是反对磁通量的变化。发电机正是利用线圈在磁场中转动发电，把机械能转换为电能，是现代文明的能源心脏。
5变压器把交流电的电压任意升降：原线圈与副线圈绕在同一铁芯上，电压比等于匝数比。它只对交流电有效，因为直流电的磁通量不变，副线圈不会有感生电动势。远距离输电先用变压器升压，电流随之减小，导线上发热损耗以平方倍下降，到达用户再逐级降压，最后变成家居的 220 伏特安全电压，完成了电力系统的整个旅程。
1重点摘要 Summary
电流产生磁场，磁场对载流导体施力推动电动机；磁通量变化产生感生电动势令发电机运作；变压器按匝数比升降交流电压，高压输电减少线路损耗。
2生字卡 Vocabulary
磁体或电流周围存在磁力作用的区域，可用磁力线表示，方向由北极指向南极。
电流周围产生磁场的现象，由奥斯特首先发现。
判断电流磁场方向的定则：拇指指电流方向，四指环绕方向即磁场方向。
绕成圆柱形的线圈，通电后磁场与条形磁铁相似。
带软铁芯的螺线管，磁力随电流与匝数增大，断电后基本消失。
判断磁场对载流导体作用力方向的定则：食指指磁场、中指指电流、拇指指受力。
穿过电路的磁通量变化时产生感生电动势的现象，由法拉第发现。
磁通量变化在电路中产生的电动势；电路闭合时才有感生电流。
感生电流的方向总是反对产生它的磁通量变化，是能量守恒的体现。
利用电磁感应改变交流电压的装置，Vs/Vp = Ns/Np，只适用于交流电。
3逐步讲解 Steps
- 第一步：电流的磁效应与右手握拳定则奥斯特发现通电导线令附近磁针偏转，证明电流周围存在磁场。直导线的磁力线是以导线为圆心的同心圆，离导线越远越疏；方向用右手握拳定则：拇指沿电流方向，四指环绕方向就是磁场方向。举个例子：在水平纸板上撒铁粉，让竖直导线通电，轻敲纸板，铁粉便排成一圈圈同心圆，磁场图案一目了然。判断磁场方向时，先确认电流方向，再用定则，多项选择题常考俯视图与侧视图的转换。
- 第二步：螺线管与电磁铁把导线绕成螺线管，各圈的磁场互相叠加，管外磁场与条形磁铁相似，管内磁场均匀而强；用右手握拳定则的变形，四指沿电流方向握住螺线管，拇指所指一端就是北极。加入软铁芯后磁场大幅增强，成为电磁铁：电流越大、匝数越多、铁芯越易磁化，磁力越强。举个例子：废料场的电磁吊车通电便吸起成吨废铁，断电即松手放下；门铃、继电器、扬声器内也有电磁铁，说明这项发明渗透生活每个角落。
- 第三步：磁场对载流导体的力载流导体放进磁场会受到作用力，导体与磁场垂直时力最大，F = BIL，B 是磁场强度、I 是电流、L 是磁场中的导线长度；方向用弗林明左手定则：左手食指指磁场（由北极到南极）、中指指电流、拇指就是受力方向。举个例子：扬声器内的音圈通过随声音变化的电流，在磁场中不停来回受力振动，带动纸盆发声。三个方向互相垂直，作图时画立体图并用符号标明方向，是答题拿分的关键细节。
- 第四步：直流电动机的运作把矩形线圈放进磁场通电，线圈两条边的电流方向相反，受力方向也相反，形成转动力矩令线圈旋转；转过半圈后若电流方向不变，力矩会倒转令线圈回摆，所以要用换向器（碳刷与半环）每半圈自动改变线圈内的电流方向，令力矩方向不变、转动持续。举个例子：电风扇、电动玩具车、电动窗帘内的小马达都是直流电动机，拆开可见线圈、磁铁与换向器三个部分。考试常问换向器的作用，答案要点出「改变电流方向以维持力矩方向」。
- 第五步：电磁感应与楞次定律法拉第发现：穿过电路的磁通量变化时，电路中产生感生电动势；电路闭合才有感生电流。导体切割磁力线、磁铁插入或抽出线圈、磁场强弱改变，都算磁通量变化；变化越快，感生电动势越大。方向由楞次定律决定：感生电流的效果总是反对磁通量的变化。举个例子：把磁棒快速插入线圈，检流计指针大幅偏转，抽出时向另一边偏转，插入越快偏转越大——这个实验几乎每年都出现在实验题里。弗林明右手定则可判断切割磁力线时的感生电流方向。
- 第六步：发电机——机械能变电能发电机与电动机结构相似，能量转换方向相反：外力带动线圈在磁场中旋转，磁通量不断变化，线圈产生感生电动势，把机械能转换为电能。输出交流电的用滑环，输出直流电的用换向器。举个例子：单车的摩擦发电机（小型交流发电机）靠车轮带动磁铁旋转，踩得越快，车灯越亮，正是「转速越大、感生电动势越大」的写照。发电厂的水轮机、汽轮机带动的也是同样原理的巨型发电机，只是规模大得多。
- 第七步：变压器与高压输电变压器由绕在同一软铁芯上的原线圈与副线圈组成：原线圈通入交流电，铁芯中磁通量不断变化，副线圈便产生感生电动势，电压比等于匝数比，Vs/Vp = Ns/Np。它只对交流电有效，直流电的磁通量不变，副线圈没有输出。举个例子：发电厂先把电压升至数十万伏特远距离输电，导线电流大减，发热损耗 P = I²R 以平方倍下降；到达城市再逐级降压为家居 220 伏特。长题目常给匝数求输出电压，或问高压输电的原因，公式与理由都要写齐。
4图解 Diagrams
5例题示范 Example
例题：一个理想变压器把 220 V 的市电降为 11 V，供门钟变压器使用。若副线圈有 50 匝，求：（一）原线圈的匝数；（二）原副线圈的匝数比；（三）简述为什么此变压器不能接直流电源。
- 写出变压器电压比公式：Vs/Vp = Ns/Np
- 代入数字：11 ÷ 220 = 50 ÷ Np，解得 Np = 50 × 220 ÷ 11 = 1000 匝
- 匝数比 Np : Ns = 1000 : 50 = 20 : 1，副线圈电压较低，是降压变压器
- 第（三）部分：直流电的磁通量不随时间变化，副线圈没有感生电动势；变压器依靠磁通量变化运作，所以只能使用交流电
- 答案：（一）原线圈 1000 匝。（二）匝数比 20 : 1。（三）直流电磁通量不变，副线圈无感生电动势，变压器失效，故必须用交流电。答题顺序：公式、代入、答案、解释，四步齐全便是满分格式。
6常见错误 Mistakes
75 题快测 Quick check
Q1右手握拳定则怎样使用？
Q2弗林明左手定则的三根手指分别代表什么？
Q3计算：变压器原线圈 500 匝接 220 V，要输出 22 V，副线圈需要多少匝？
Q4为什么远距离输电要使用高电压？
Q5发电机与电动机有什么分别？
8重点回顾 Recap
- 电流周围存在磁场，直导线磁场呈同心圆，方向用右手握拳定则判断
- 螺线管加软铁芯成电磁铁，磁力随电流、匝数与铁芯而增强，断电即消失
- 磁场对载流导体的作用力 F = BIL，方向由弗林明左手定则决定；直流电动机靠换向器维持转动
- 磁通量变化产生感生电动势（电磁感应），方向由楞次定律决定；发电机据此把机械能转为电能
- 变压器 Vs/Vp = Ns/Np 只适用于交流电；高压输电以小电流减少 I²R 线路损耗