运动的磁体可以产生电流；电流可以产生运动。每一台电动机、发电机、发电站和扬声器都涉及这一主题。本参考涵盖 AQA GCSE 物理 8463，主题 4.7 磁学与电磁学。
考试如何考察该主题：
- 试卷 2 包含此主题。⟩$F = BIl$ 和两个变压器公式位于随附的图表上。
- 弗莱明左手定则、电动机、扬声器、发电机效应、交流发电机/直流发电机、麦克风及变压器均为 高阶内容（HT only）；从 4.7.3 起的所有内容也均为 仅限物理。
- 你必须 画出磁场分布图：条形磁铁、直导线、螺线管。
磁学与电磁学
AQA · GCSE · 物理 · 知识点 7
7.1
Magnetism and electromagnetism: movement from current
7.1
永久磁性与感应磁性、磁场 (4.7.1)
教学大纲
永磁与感应磁性、磁力及磁场（AQA 8463 陈述 4.7.1）。
- 描述永久磁极间的吸引与排斥为非接触力。
- 区分永磁体与软磁体，并记住感应磁化总是导致吸引。
- 描述磁场及其方向；记住四种磁性材料。
- 解释小磁针如何显示磁场方向，以及小磁针对地球磁场的证据。
来源：Cambridge International 教学大纲
- Poles 磁极：磁力最强的位置。
同名磁极相斥，异名磁极相吸——这是一种非接触力。
- Permanent magnet 永磁体 自身产生磁场。Induced magnet 感磁体 仅在处于磁场中时才成为磁体——且感应磁性 总是表现为吸引（移开后即失去磁性）。
- Magnetic field 磁场 是对另一磁体或磁性材料（铁、钢、钴、镍）施加作用力的区域。磁体总是 吸引 磁性材料。
- 磁场在 磁极处最强；方向 = 该点处 北极 所受的力方向。磁感线走向为 北 → 南。
- Compass 指南针 是一个小条形磁体；它沿地球磁场方向指向——这是地球具有磁场的证据（其核心表现得像一个巨大的磁体）。
绘制磁场：将一个小绘图指南针靠近磁体，标记针的两端，移动指南针使尾端对准上一个标记，重复操作并将各点连接起来。铁屑可一次性显示整个图案。
词汇
训练
| English | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| poles/pəʊlz/ | 磁极 | cí jí |
| permanent magnet/ˈpɜːmənənt ˈmæɡnɪt/ | 永磁体 | yǒng cí tǐ |
| induced magnet/ɪnˈdjuːst ˈmæɡnɪt/ | 感磁体 | gǎn cí tǐ |
| magnetic field/mæɡˈnetɪk fiːld/ | 磁场 | cí chǎng |
7.2
电磁学与电动机效应 (4.7.2)
教学大纲
电磁学与电动机效应，高中物理（AQA 8463 陈述 4.7.2.1-4.7.2.4）。
- 描述通电导线周围的磁场及螺线管内部的强匀强磁场；解释电磁铁。
- 画出直导线和螺线管的磁场图案并标出方向。
- 应用弗莱明左手定则及 F = BIl 计算垂直于磁场的导体受力。
- 解释电动机线圈的旋转原理及换向器的作用。
- （仅限物理）解释扬声器和耳机如何将电流变化转换为声压变化。
来源：Cambridge International 教学大纲
通电导线周围存在磁场（同心圆；右手握拳定则——拇指指向电流方向，四指弯曲方向即为磁场方向）。电流越大，磁场 越强；离导线越远，磁场 越弱。
将导线弯折成 Solenoid 螺线管：
- 各环路的磁场叠加——内部磁场 强且均匀；
- 外部形状与条形磁铁的磁场相匹配；
- 加入铁芯可进一步增强磁性——这构成了一个电磁铁。
电磁铁可以通断电并调节磁性强弱，因此它在废品回收站和继电器中优于永久磁铁。
词汇
训练
| English | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| solenoid/ˈsəʊlənɔɪd/ | 螺线管 | luó xiàn guǎn |
| electromagnet/ɪˌlektrəʊˈmæɡnɪt/ | 电磁铁 | diàn cí tiě |
| magnetic flux density/mæɡˈnetɪk flʌks ˈdensɪti/ | 磁感应强度 | cí gǎn yìng qiáng dù |
7.2
电磁学与电动机效应 (4.7.2)
教学大纲
电磁学与电动机效应，高中物理（AQA 8463 陈述 4.7.2.1-4.7.2.4）。
- 描述通电导线周围的磁场及螺线管内部的强匀强磁场；解释电磁铁。
- 画出直导线和螺线管的磁场图案并标出方向。
- 应用弗莱明左手定则及 F = BIl 计算垂直于磁场的导体受力。
- 解释电动机线圈的旋转原理及换向器的作用。
- （仅限物理）解释扬声器和耳机如何将电流变化转换为声压变化。
来源：Cambridge International 教学大纲
载流导体在磁场中会受到力的作用（即电动机效应——磁场、磁铁与导体之间相互推挤）。
弗莱明左手定则：拇指代表力，食指代表磁场（N→S），中指代表电流——三者彼此垂直。
$$F = BIl$$
- $F$ 力，单位为牛顿（N）；$B$ 磁感应强度，单位为特斯拉（T）；$I$ 电流，单位为安培（A）；$l$ 处于磁场中的导体长度，单位为米（m）。
- 增大以下因素可使作用力变大：更强的磁场（更大的$B$）、更大的电流、更长的处于磁场中的导体。当导体与磁场成直角时，作用力最大。
电动机：通电线圈在磁场中旋转，是因为其两侧受到方向相反的力。
换向器每半周翻转一次电流方向，从而使旋转持续进行。
扬声器（仅物理学范畴）：交变电流通过磁场中的线圈使其前后振动；振膜推动空气产生压强变化——声波，其频率与输入信号一致。
7.3
感应电势、发电机效应与变压器 — 仅物理，高阶 (4.7.3)
教学大纲
感应电动势、变压器与国家电网，仅限物理及高中物理（AQA 8463 陈述 4.7.3）。
- 陈述发电机效应的条件，以及影响感应电动势大小和方向的因素。
- 解释交流发电机和直流发电机，并解读其电动势-时间图像。
- 解释动圈式麦克风如何将声音转换为电流变化。
- 使用变压器匝数比和功率方程；解释线圈间的互感及高压输电的优势。
来源：Cambridge International 教学大纲
若导体相对于磁场运动，或其周围磁场发生变化，就会感应出电势差；若电路闭合，则产生电流——此现象称为发电机效应。
- 感应电流产生的磁场总是阻碍引起它的磁通量变化。
- 增大以下因素可使感应电势差变大：更快的运动速度、更强的磁场、更多的线圈匝数。改变以下因素可使方向反转：反向运动或反向磁场极性。
交流发电机（交流电源）：线圈在磁场中旋转，感应电势差每半周反向一次，因此电势差-时间图像为穿过零点的重复波形。
直流发电机（直流电源）：换向器每半周切换一次连接，使输出始终位于零点同一侧（呈现波动但恒正的图形）。
麦克风：这是扬声器的逆过程——声压变化驱动磁场中的线圈运动，从而感应出随声音变化的电流。
7.3
感应电势、发电机效应与变压器 — 仅物理，高阶 (4.7.3)
教学大纲
感应电动势、变压器与国家电网，仅限物理及高中物理（AQA 8463 陈述 4.7.3）。
- 陈述发电机效应的条件，以及影响感应电动势大小和方向的因素。
- 解释交流发电机和直流发电机，并解读其电动势-时间图像。
- 解释动圈式麦克风如何将声音转换为电流变化。
- 使用变压器匝数比和功率方程；解释线圈间的互感及高压输电的优势。
来源：Cambridge International 教学大纲
变压器：初级线圈和次级线圈绕制在铁芯上（易被磁化；无需使用叠片结构）。
初级线圈中的交变电流在铁芯中产生变化的磁场；该变化磁场在次级线圈中感应出交变电势差。
$$\frac{V_p}{V_s} = \frac{n_p}{n_s} \qquad V_s I_s = V_p I_p \; (100\%\ \text{efficient})$$
- 升压：$V_s > V_p$（次级线圈更多）。降压：$V_s < V_p$。
- 第二个方程表示输入功率等于输出功率；用它来计算从输入电源汲取的电流。
例题。 一个变压器有345个初级线圈和6000个次级线圈；输入电压为230 V。
$$\frac{230}{V_s} = \frac{345}{6000} \quad\Rightarrow\quad V_s = 230 \times \frac{6000}{345} = 4000\ \text{V (a step-up)}$$
例题（功率）。 该变压器输出 50 mA 电压为 4000 V。
- 输出功率：$P = V_sI_s = 4000 \times 0.050 = 200$ W。
- 输入电流：$I_p = P/V_p = 200/230 = 0.87$ A。
国家电网的故事画上了句号：输电前升压（电流减小 → $P = I^2R$损耗大幅降低），降压供家庭使用（参见主题2.7）。
词汇
训练
| English | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| transformer/trænsˈfɔːmə/ | 变压器 | biàn yā qì |
7.3
Checklist before you call this topic done
- 陈述磁极规则；区分永磁体和感应磁铁。
- 画出条形磁铁、直导线和螺线管的磁场分布图并标出方向；解释指南针与地球磁场的联系。
- （高阶）使用弗莱明左手定则和$F = BIl$；解释电动机和换向器。
- （仅限物理，高阶）陈述发电机效应条件及反向感应磁场；区分交流发电机和直流发电机的图表；解释麦克风原理。
- （仅限物理，高阶）使用两个变压器方程；解释线圈间的感应现象及国家电网的优势。