第十二章 電流與磁
講義
12－1 磁鐵 12－2 磁場
12－3 電流的磁效應 12－4 電磁鐵
12－5 馬達與電話
12－6 磁可以產生電嗎？
第十二章 電流與磁
★12-1 磁鐵
一、 磁鐵：一般把可以吸引鐵器的物體稱為_______。
二、 磁鐵的性質：
(一)磁極：
1.以細線懸吊的棒形磁鐵轉動後會慢慢停止，此時磁鐵兩端會指在____、_____方向上。
2.指向北方的一端叫做磁鐵的________極或_____極；
指向南方的一端叫做磁鐵的_______極或____極。
3.正電荷或負電荷可以單獨存在，而磁鐵的 N 極和 S 極卻總是成對存在。
(二)磁性物質：可被磁鐵吸引的物體，大都由_____、______、______或其合金所構成。
(三)磁性強度：
1.磁鐵兩極磁力最強，中間部分則較弱。
2.磁鐵不需接觸磁性物質，即可產生作用力。
（重力、靜電力、磁力皆為非接觸力，又稱為超距力）。
(四)磁極間的交互作用：
1.兩磁鐵的 N 極（或 S 極）互相靠近時，會發生互相排斥的作用，
即同名磁極會互相排斥。
2.一磁鐵的 N 極靠近另一磁鐵的 S 極時，會發生互相吸引的作用，
即異名磁極會互相吸引。
(五)磁化：以磁鐵靠近磁性物質時，近端產生異名極，遠端產生同名極的作用。因此磁鐵可 以吸引磁性物質。
(六)暫時磁鐵與永久磁鐵
1.暫時磁鐵：當磁鐵移除後即無法保有磁性的物質，稱為軟磁鐵或暫時磁鐵。
例如：鐵釘、迴紋針等（此種材料較易被磁化）。
2.永久磁鐵：磁化後可長期保有磁性者，稱為硬磁鐵或永久磁鐵。
例如：鋼釘（此種材料較不易被磁化）。
三、如何保存磁鐵，使其磁性較不易消失？
答：將磁鐵的異名極並排或相吸，磁性較不易消失。
【自我挑戰】
1. 右圖中，以_____點磁性最強，_____點磁性最弱。
2. 磁鐵的兩極性質不同，同名極會互相_______，異名 極會互相______，這種力量稱為磁力。
3. 當磁針靜止時，指向南方的一端稱為指南極，或以英文字母____極表示；指向北方的一端 則以英文字母____極表示。
4. 將一支暫時磁鐵移近磁鐵的 N 極時，靠近 N 極的一 端生成____極，遠端生成_____極，這種現象稱為__
_____。
5. 某生取磁鐵、鐵釘、磁針、鐵粉分別作下列二個實驗：
(1) 右圖(一)中的鐵釘移近磁鐵的 N 極，但未接觸，
N S
A C B
此時二者間(A)沒有作用力(B)二者相吸(C)二者相斥。______
(2) 承(1)，鐵釘的甲端會磁化而生____極，下方磁針的乙端為____極。
(3) 右圖(二)中的鐵釘是否會吸引鐵粉？____；若將磁鐵移走，則鐵釘是否會吸引鐵粉？_
_____
★12-2 磁場
一、磁場
（一）有磁力作用的空間，稱為_______。
（二）磁鐵會在附近周圍空間建立磁場，藉由磁場對其他物體產生磁力作用。
（三）在磁場的範圍內，磁針____極所指的方向，就是磁場的方向。
（四）將羅盤放進磁場中，磁針就會受到磁鐵的磁力作用而發生偏轉。磁性物質進入磁場中
，會被磁化而具有磁性。
二、磁力線
（一）將鐵粉撒在磁鐵周圍，鐵粉顆粒所串連成的曲線，就是________。
（二）科學上規定構成磁力線各點上磁針____極的指向，即為磁場方向，也就是磁針 N 極 在磁場中所受磁力的方向。（在磁力線上任一點的切線方向，即該點所受磁力的方 向。）
（三）每一條磁力線都是封閉的平滑曲線；磁力線的方向，在磁鐵外部，是從___極指向__
_極；在磁鐵內部，則從____極指向____極。
（四）在磁鐵兩極處，鐵粉顯現的磁力線最密集，離兩極愈遠，磁力線愈疏鬆，表示磁力 線的疏密程度代表磁場的強弱，在磁鐵的兩極處，磁場最強，離磁極愈遠，磁場就 愈弱。
（五）磁力線之間彼此不相交。
（六）常見之磁力線圖形
三、 地磁：地球的周
圍空 間存在的磁場，
使指 南針指在南北向
上。
【自我挑戰】
1.有磁力作用的空間，稱為_______。
2.磁場是有方向性的，磁場的方向就是磁針____極所指的方向。
3.在磁極的附近，通過的磁力線較_____，磁場較_____。
4.指南針是受到______的作用，而指向南方。
5.將某一磁針放在磁場中，如右圖的平衡方向，則此磁針所受磁力的 方向為_____
6.右圖馬蹄形磁鐵的周圍磁場中，A 點的磁場方向應為_______；
B 點的磁場方向為______；C 點所受磁力的方向為_______。
（ ）7.地球上的磁力線方向大致上為
(1)由東向西(2)由西向東(3)由北向南(4)由南向北
（ ）8.磁場方向與所受磁力方向(1)垂直(2)一致(3)無關(4)視磁力大小而定
（ ）9.磁力線的敘述何者錯誤？(1)磁力線的疏密程度代表磁場的強弱(2)磁力線愈靠近兩極，
磁場愈弱(3)磁力線上任一點的切線方向即為磁場的方向(4)磁力線在磁鐵外部是由 N
極指向S 極
10.將三個磁鐵排列在一起，其磁力線分布如右圖，
則各點的磁性應該是：A 端_____極；B 端_____極；
C 端_____極；D 端____極；E 端_____極。
★12-3 電流的磁效應
一、電流的磁效應
厄司特發現：任何通有電流的導線，都可以在其周圍產生磁場的現象，稱為電流的磁效應，
其效果與磁鐵建立的磁場相同。
二、載流直導線的磁場
（一）現象：在通電流的長直導線周圍，會有磁場產生，其磁力線的形狀為一封閉的同心 圓，且磁場的方向與電流的方向互相_______。
（二）安培定律：通有電流的長直導線周圍所建立的磁場強弱
，和導線上的電流大小成____比，和導線間 的距離成____比。
（三）磁場（或磁力線）的方向：可由安培右手定則來決定，
如右圖。
1.電流方向：右手握住導線，大姆指指向電流的方向。
2.磁場（或磁力線）方向：四指所指的方向。
例1.下圖(1)中未通入電流，磁針 N 極皆指向北方；
下圖(2)中電流由上而下，磁針 N 極的指向沿順時鐘方向；
下圖(3)中電流由下而上，磁針 N 極的指向沿逆時鐘方向。
例2.一固定南北向之長直導線，
通以電流時，導 線附近的磁 針發生偏轉的情形如右圖所 示。
【自我挑戰】
1.將導線垂直穿過水平玻璃板，在板面上均勻地散布鐵屑，如右圖所示，
則：
(1)若導線內有電流通過，則鐵屑會排列成_________形。
(2)在實驗中，若鐵屑形狀不明顯，可以輕敲玻璃板，以減少鐵屑與玻 璃板的_______，即可比較明顯的看出鐵屑的形狀。
(3)若取一小磁針，檢驗導線周圍磁場的方向，可以發現當電流由上往下流 時，俯視觀察磁力線是____時鐘方向。
圖 (1) 圖 (2) 圖 (3)
2.將導線、羅盤、安培計、電池裝置如右圖，磁針在水平導線的上方，則：
(1)按下開關時，磁針 N 極向____方偏轉；若電池反接，則磁針 N 極向 ____方偏轉。
(2)若將磁針鉛直提離導線，則磁針的偏轉角度將變____（填大或小）。
(3)將電池數由一個變為兩個串聯，則磁針的偏轉角度將變____（填大 或小）。
(4)承(1)將導線由原來的一圈線圈換成五圈，通電後磁針偏轉之角度比(1)偏轉之角度____（大 或小）。
（ ）3.在右圖中，將羅盤置於右邊導線束的正上方，電路未接通時 磁針呈南北方向，接通後下列何者是錯誤的敘述？
(A)整束導線上的總電流是安培計上讀數的 5 倍
(B)5 匝導線束所造成的磁針之偏轉角度是單匝時的 5 倍 (C)磁針 N 極向西偏轉
(D)線束周圍產生環形的磁力線
★12-4 電磁鐵
一、單匝圓形線圈的磁場：一條長直導線彎成圓形，從磁力線的分布看來，很像一個圓盤形的 薄磁鐵所造成的磁場，以圓內磁場較大，圓外磁場較小。
二、螺線形線圈的磁場
（一）螺線形線圈相當於數十個圓盤形薄磁鐵之N 極與 S 極頭尾相 連所形成的磁場，就好像一個長圓柱形磁鐵所造成的磁場，
如右圖。
（二）通有電流的螺線形線圈繞得愈緊密，也就是說單位長度內的 匝
數愈多，則軸心處的磁場愈強。
（三）螺線形導線所繞的圓直徑愈小，其中心磁場愈大。
三、螺線形線圈磁場方向的判定：安培右手定則變化
（一）以右手握住線圈，四指彎曲指向電流方向，大拇指所 指
的方向即為線圈N 極的一端，也就是線圈內磁力線的 方向。
（二）在線圈內部，磁力線的方向是由____極指向____極，離 開線圈後，磁力線的方向是由____極指向____極。
四、 電磁鐵
（一）將鐵釘（或軟鐵）插入一螺線形線圈內部，則當線圈通有電流時，線圈內部的磁場 將使鐵釘磁化。
（二）鐵釘磁化後所生成的磁場，加上原有線圈內的磁場，使得總磁場強度大為增強。
（三）當電流切斷時，線圈及鐵釘的磁性隨即消失，利用這種方式得到的磁鐵，稱為電磁 鐵。電磁鐵可藉增大電流及增加線圈數，使其磁力遠大於天然磁鐵。
（四）商業用強力電磁鐵，通入大量電流時，可以吊運巨大的鋼板或廢棄汽車。安培計、伏 特計中也有電磁鐵。
【自我挑戰】
（ ）1.通有電流的螺線形線圈繞得愈緊密，其軸心處的磁場會有何變化？
(A)磁場愈強 (B)磁場愈弱(C)磁力線愈稀疏 (D)磁力線的方向會發生改變
（ ）2.下列各線圈中通以相同的電流，則何者的磁力最弱？(A)長度 10 公分，20 匝 (B)長度 5 公分，20 匝 (C)長度 10 公分，10 匝 (D)長度 5 公分，10 匝
（ ）3.下圖的線圈中，從磁場的分布來看，
與右列哪一個磁鐵相同？
（ ）4.將導線圍成一環放在平面上，如右圖所示，其中心處的磁場方向為何？(A) 向右 (B)向左 (C)垂直紙面向上 (D)垂直紙面向下
（ ）5.承上題，A 點在線圈內，B 點在線圈外，則何者的磁場較大？(A)A (B)B (C)相同 (D)不一定
（ ）6.螺線形線圈所產生的磁場大小，與下列何者無關？(A)線圈的直徑大小 (B)電流強度 (C) 線圈單位長度的圈數 (D)線圈的方向
（ ）7.右圖的線圈位於鉛直面上，則磁針的 N 極在導線通電後偏向 (A)東 (B)西 (C)南 (D)北。
（ ）8.在一載流螺線形線圈內部插入一支原本不具磁性的鐵釘，則 磁
場會有何變化？
(A)螺線形線圈磁場變小 (B)鐵釘會由軟鐵變硬鐵 (C)總磁場會比只有螺旋線圈磁場大 (D)沒有任何改變
（ ）9.以下哪一項不是利用電磁鐵而做成的工具？
(A)電話卡 (B)安培計 (C)伏特計 (D)電鈴
10.寫出下列各圖軟鐵棒右端的極名(N 或 S)分別為 (1)______ (2)______ (3)______ (4)______
11.如右圖，U 形軟鐵棒繞上線圈，通電後，A 端為磁棒的____極。
12.螺線形線圈中通電流時，每一圓形導線所建立的磁場均為_______(填同向或向)，
可以互相______ (填增強或減弱)，結果造成磁場和條形磁鐵完全相同。
★12-5 馬達與電話
一、馬達（又稱電動機）：是將電能轉變為動能的裝置，如右 圖。
（一） 構造：
1.線圈（電樞）和鐵芯：以細漆包線在鐵芯外 部纏繞成線圈，以線圈連接轉軸可以自由轉 動。此為電磁鐵。
2.場磁鐵：為永久磁鐵，置於線圈外圍。
3.集電環（半圓形金屬環）：漆包線兩端引線各 連接在兩個緊貼轉軸的半圓形金屬環上。
4.電刷：與集電環微微接觸，電源提供的電流由電刷輸入或自線圈輸出。
（二） 原理：
1.直流電源流入電磁鐵的線圈中，電磁鐵產生磁場，並與場磁鐵的磁場產生排斥。
2.每轉______度，必須改變電流方向，線圈極性隨之改變，使電磁鐵與外圍磁場始 終
保持，排斥狀態，才能讓線圈持續轉動。
3.電源提供的電流經由電刷進入線圈，但電刷與集電環只有微微接觸，並不隨集電環 轉軸及線圈纏繞的鐵芯旋轉。
二、電話：西元1876 年，由美國科學家貝爾所發明 。
（一）構造：如右圖。
1.話筒：由金屬薄板和內裝碳（石墨）粉的盒子構成。
盒內碳粉被壓縮較緊密時，電阻較小，通過電流較 大；盒內碳粉被壓縮較疏鬆時，電阻較大，通過電 流較小。因此產生的電流會隨聲音的響度和音調作 不同的改變
2.聽筒：由電磁鐵和金屬薄片所構成。
3.電纜線：可以銅線或光纖為材料。
（二）原理：發聲 金屬片振動 壓縮碳粉 產生大小不同的電流 電纜傳輸 電磁鐵 金屬片振動 發聲
（三）光學纖維（光纖）纜線：隨著科技不斷的進步，細小的光纖纜線現已逐漸取代傳統的 銅纜線；利用_________發射訊號，沿著光纖纜線，可以 傳遞訊號到很遠的地方而不 必使用訊號放大器，使得人們傳遞訊息的數量更為龐大與快速。
【自我挑戰】
（ ）1.馬達的結構中，何者是改變輸入線圈電流方向的裝置？
(A)電話 (B)磁鐵 (C)半圓形金屬環(D)鐵芯。
（ ）2.以下哪一項馬達裝置並不會隨著馬達轉動？
(A)電刷 (B)半圓形金屬環 (C)電磁鐵 (D)轉軸。
3.馬達轉動時，每轉_____圈，輸入線圈的電流方向就改變一次。
4.科技不斷進步，體積______（填大或小）、利用_________傳遞訊息的________纜線已逐漸
取代傳統的銅纜線。
5.電話的話筒由金屬板和_________構成；聽筒中由________和金屬薄片所構成。
6.電話話筒中裝碳粉的盒子受金屬薄板振動的影響，當盒內碳粉壓縮較緊密時，電阻變____
_，致電流變_____；碳粉盒被壓縮較疏鬆時，電阻較_____，致電流變_____，因此電流會 隨聲音的_____和________（填：響度、音調或音色）而做不同的改變。
★12-6 磁可以產生電嗎？
一、法拉第的發現：
西元1831 年英國人法拉第經實驗發現：如果在線圈中有一磁場，原來沒有電流的線圈，
會因線圈內的磁場發聲變化而產生電流。因此發現，法拉第製造了人類史上的第一部發電 機。
二、電磁感應
（一）當一個線圈內的磁場發生變化時，線圈會有電流產生之現象稱為__________，而產 生的電流稱為__________。
（二）感應電流的討論：
1.當磁鐵靠近或遠離線圈時，線圈內的磁場就發生變化，此時線圈會有電流產生，
因此檢流計的指針誰發生偏轉（偏轉方向為電子流的方向）。
2.若改以線圈靠近或遠離磁鐵，線圈內的磁場也會發生變化，線圈產生的電流，也 能使檢流計的指針發生偏轉。
3.增加線圈的圈數或使線圈內磁場的變化速率加快，可使線圈產生的電流增大。
（三）法拉第定律：感應電流的大小和線圈內磁場的變化率成正比。
三、發電機：是將______能轉變為______能的裝置，構造如右圖所示。
（一）構造：
1.場磁鐵：產生磁場的磁鐵。
2.電樞：置於磁鐵中間，能自由轉動的多匝線圈。
3.集電環：連接線圈的兩個金屬環。
4.電刷：與集電環微微接觸，當感應電流產生，此 電
流可經電刷導出。
（二）原理：以動力使線圈在磁鐵的兩極間快速轉動時，
通過線圈的磁場大小就不斷的隨時間改變，此時線圈就有感應電流產生。
【自我挑戰】
1.因磁場發生變化而產生電流的現象稱為___________，而產生的電流就是__________。
2.發電機主要是應用_________原理，使線圈在磁場中轉動而產生________電流。
3.感應電流的大小和線圈內磁場的變化速率成_____比，稱為__________定律。
4.增大感應電流的方法：(1)增加線圈的_______；(2)使線圈內磁場變化速率_________。
5.發電機是將_______能轉變為______能的裝置。
6.如右圖所示，將線圈的兩端接於檢流計上，試回答下列問題：
(1)取條形磁鐵的一端迅速插入線圈內，則此安培計的指針將 (A)靜止不動 (B)會偏轉 (C)偏轉後歸零。 _______
(2)條形磁鐵插入線圈內的速率愈快，安培計的指針偏轉角度愈 _____。
(3)當條形磁鐵插入線圈內停止不動，安培計的指針會指向______。
(4)當條形磁鐵由線圈內迅速抽出，安培計的指針會
(A)靜止不動 (B)會偏轉 (C)偏轉後歸零。_____
（ ）7.兩組繞在同一根軟鐵棒的線圈，如右圖，當甲電路 S 接 上成通路時，乙電路有何現象發生？
(A)乙電路上也會有電流產生
(B)只要甲電路開關 S 一直維持在接通狀態，乙的電流也
會一直維持
(C)乙電路不會有電流產生
(D)必須軟鐵棒在乙線圈內做相對運動才會有感應電流產生。
（ ）8.空心螺線形線圈上方懸吊一條形磁鐵，磁鐵以各種方式運動，如下圖，則哪些方式會 產生感應電流？(A)甲乙 (B)甲丙 (C)甲乙丙丁 (D)甲乙丁
※本章回顧 解釋名詞：
1.磁化：
2.電流的磁效應：
3.安培定律：
4.法拉第定律：
5.電磁感應：
電流磁效應的磁場方向判斷：（安培右手定則）
1.長直導線：拇指：
四指：
2.螺線形線圈：拇指：
四指：
