内容正文:
教材梳理 夯实基础
实验突破 提升素养
第三单元 电学
第22课时 电与磁
考向探究 培养能力
考点一
磁现象与磁场
铁、钴、镍
磁现象 能够吸引 等物质的性质称为磁性,把具有磁性的物体叫磁体
磁体上吸引能力 的两个部位叫磁极,分为 极和
极。
磁极间相互作用的规律:同名磁极相互 ,异名磁极相互
最强
南(或S)
北(或N)
排斥
吸引
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2
(续表)
磁场 (1)定义:磁体周围存在着一种看不见的物质,这种物质叫磁场。
(2)基本性质:①磁场对放入其中的磁体产生 的作用;②磁极间的相互作用和磁化现象是通过 发生的。
(3)方向:人们把小磁针在磁场中静止时 极所指的方向,规定为这一点的磁场方向。
力
磁场
N
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(续表)
磁场 (4)磁感线:①用磁感线可以形象地表示磁场的 和它的分布情况,磁感线越密的地方,磁场越 ;②磁体外部的磁感线都是从磁体的
极出发回到 极,而在磁体内部则相反;③磁感线是假想的物理模型,实际并不存在。
图中B点的磁场强度比A点的更 (选填“强”或“弱”)
强弱
强
N
S
强
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(续表)
地磁场 (1)地球周围存在磁场,地磁场磁感线的形状与 磁体的相似,如图所示,小磁针指示南北是因为受到 的作用。
(2)地磁场两极与地理两极不重合:地磁的南极在地理 附近,地磁的北极在地理 附近。
(3)磁偏角:最早由我国宋代学者 发现
条形
地磁场
北极
南极
沈括
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1.【教材图片题】甲、乙为不同条形磁体的两个磁极,弧线是部分未标方向的磁感线,如图22-1所示。根据图中小磁针静止时的指向判断甲、乙两磁极的极性,下列描述正确的是 ( )
A.甲、乙都是N极
B.甲、乙都是S极
C.甲是N极,乙是S极
D.甲是S极,乙是N极
基础配练
图22-1
B
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2.《论衡》中记载:“司南之杓,投之于地,其柢指南”。如图22-2所示,“柢”即握柄,是司南的 (选填“N”或“S”)极,静止时指向地磁场的
(选填“南”或“北”)极。
图22-2
S
北
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3.(2009江西)如图22-3所示,螺线管磁性的有无可以由 的有无来控制;若将甲和乙两螺线管串联在电路中, (选填“甲”或“乙”)的磁性更强。
图22-3
电流
乙
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4.如图22-4所示,闭合开关S,小磁针静止时N极指向左边,则电源的左端为
极。若滑动变阻器的滑片P向左移动,则通电螺线管的磁性将
(选填“变弱”或“变强”)。
图22-4
正
变弱
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项目 通电螺线管 电磁铁 电磁继电器
定义 通电导线周围存在着与 方向有关的磁场,这种现象叫做电流的磁效应 在有电流通过时
磁性,没有电流时就 磁性。我们把这种磁体叫做电磁铁 电磁继电器由电磁铁、衔铁、弹簧、触点组成。其工作电路由 控制电路和 工作电路两部分构成
考点二
电流的磁效应
电流
有
失去
低压
高压
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(续表)
项目 通电螺线管 电磁铁 电磁继电器
图示 内部插入 的通电螺线管
铁芯
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(续表)
项目 通电螺线管 电磁铁 电磁继电器
原理 电流的 效应。注:电磁铁的铁芯被磁化,产生与原通电螺线管方向一致的磁场,使磁场加强 利用低压弱电流电路,来间接地控制高压强电流电路
磁
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(续表)
项目 通电螺线管 电磁铁 电磁继电器
其他 安培定则:用 手握住通电螺线管,让四指指向通电螺线管中 的方向,则拇指所指的那端就是通电螺线管的 极(根据磁场方向也可判断电
源的正、负极),
如图所示 特点:磁性的有无可以通过 来控制;磁性的强弱可以通过改变线圈中 和
来控制;磁极方向可以由螺线管中电流的方向来控制 实质:利用
控制电路的开关
右
电流
N
电路的通断
电流大小
线圈匝数
电磁铁
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1.1820年4月,丹麦物理学家 证实了电流周围存在磁场,是世界上第一个发现了电与磁之间联系的人,即通电导线周围存在与 方向有关的磁场。
2.通电螺线管外部磁场方向与 磁体的磁场相似。
点拨
奥斯特
电流
条形
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5.【教材图片题】为了缓解能源和环境压力,风力发电机的装机量逐年增大。如图22-5所示,能说明风力发电机工作原理的是 ( )
基础配练
图22-5
A
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项目 磁场对通电导线的作用 电磁感应现象
内容 通电导线在磁场中要受到 的作用 电路的 导体在磁场中做 运动时,产生
的现象叫电磁感应现象
电路图
影响方向
的因素 ① 的方向;
② 的方向 ① 的方向;
② 的方向
考点三
电生磁与磁生电
力
闭合
一部分
切割磁感线
感应电流
电流
磁场
磁场
导体切割磁感线的运动
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(续表)
影响大小
的因素 ①电流的大小;
②磁场的强弱 ①导体运动的速度;
②磁场的强弱
应用 电动机: 能转化为
能 发电机: 能转化为
能
实质 用电器 电源
区分关键 电路中 电源 电路中 电源
电
机械
机械
电
有
无
产生感应电流的条件:①闭合电路;②部分导体在磁场中做切割磁感线运动。
点拨
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6.【教材图片题】如图22-6所示,该装置是 (选填“电动机”或“发电机”)工作原理图,闭合开关后,导体ab向左运动;调换电源正负极,再次闭合开关后,导体ab向 运动,说明通电导体在磁场中的受力方向与 有关。
基础配练
图22-6
电动机
右
电流方向
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【证据】
1.实验装置:如图22-7所示。
图22-7
2.实验方法:转换法的应用,通过小磁针静止时N极的指向判断通电螺线管的磁场方向;通过铁屑的密集程度判断磁场的强弱。
突破一
探究通电螺线管外部磁场的方向
实验突破 提升素养
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3.实验步骤:
①把小磁针放置在螺线管四周不同位置,闭合开关,等小磁针稳定后,在图上记录小磁针N极的指向,如图22-8所示。
②改变电源正负极和螺线管的绕线方式,在如图22-9所示的四种情况下分别进行实验,重复步骤①并进行记录。
图22-8
图22-9
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【解释】
4.闭合开关,小磁针偏转,说明通电螺线管周围存在 。
5.通电螺线管外部的磁场与 磁体周围的磁场类似;通电螺线管两端的极性与螺线管中 的方向有关。
6.通过观察 来判断通电螺线管的极性与磁场方向,小磁针静止时 极的指向即为该点的磁场方向,这运用了 法。
7.实验时轻敲玻璃板的目的:
。
8.要探究通电螺线管周围磁场的强弱是否与电流大小有关,实验装置的改进措施: 。
磁场
条形
电流
小磁针的指向
N
转换
减小铁屑与玻璃板的摩擦,使铁屑在磁场的作
用下有规律地排布
串联一个滑动变阻器
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【交流】
例 1 在做“探究通电螺线管外部磁场的方向”实验中:
图22-10
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【证据】
(1)实验中,在嵌入螺线管的玻璃板上均匀撒些细铁屑,通电后 (填操作方法)玻璃板,细铁屑的排列如图22-10甲所示,由此可以判断,通电螺线管外部的磁场分布与 周围的磁场分布是相似的。
(2)闭合开关后,通电螺线管周围小磁针的指向如图乙所示,根据通电螺线管右端小磁针a的指向可判断出通电螺线管的右端为 极,电源的A端为 极。
图22-10
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【解释】
(3)当电源的正负极方向对换时,小磁针a的南北极指向也对换,由此可知:通电螺线管的外部磁场方向与螺线管中的 有关。
【交流】
(4)在螺线管外部C、D两处放置小磁针,如图丙所示,闭合开关,发现C处小磁针发生偏转,而D处小磁针不偏
转,试说明D处小磁针不偏转的
可能原因:
。
图22-10
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(5)实验中,小磁针的作用是研究通电螺线管周围的 (选填“磁场强弱”或“磁场方向”)。
(6)为了探究通电螺线管周围磁场强弱与电流大小是否有关,可在电路中串联一个 (填电学元件)。
图22-10
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例 1 在做“探究通电螺线管外部磁场的方向”实验中:
图22-10
【证据】
(1)实验中,在嵌入螺线管的玻璃板上均匀撒些细铁屑,通电后 (填操作方法)玻璃板,细铁屑的排列如图22-10甲所示,由此可以判断,通电螺线管外部的磁场分布与 周围的磁场分布是相似的。
轻敲
条形磁体
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例 1 在做“探究通电螺线管外部磁场的方向”实验中:
(2)闭合开关后,通电螺线管周围小磁针的指向如图乙所示,根据通电螺线管右端小磁针a的指向可判断出通电螺线管的右端为 极,电源的A端为 极。
图22-10
N
负
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例 1 在做“探究通电螺线管外部磁场的方向”实验中:
【解释】
(3)当电源的正负极方向对换时,小磁针a的南北极指向也对换,由此可知:通电螺线管的外部磁场方向与螺线管中的 有关。
图22-10
电流方向
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例 1 在做“探究通电螺线管外部磁场的方向”实验中:
(4)在螺线管外部C、D两处放置小磁针,如图丙所示,闭合开关,发现C处小磁针发生偏转,而D处小磁针不偏转,试说明D处小磁针不偏转的可能原因:
。
图22-10
闭合开关前,小磁针N极的指向与磁场方向相同
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例 1 在做“探究通电螺线管外部磁场的方向”实验中:
(5)实验中,小磁针的作用是研究通电螺线管周围的 (选填“磁场强弱”或“磁场方向”)。
(6)为了探究通电螺线管周围磁场强弱与电流大小是否有关,可在电路中串联一个 (填电学元件)。
图22-10
磁场方向
滑动变阻器
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【证据】
1.实验装置:如图22-11所示。
图22-11
2.转换法:通过观察 判断电路中是否产生感应电流;通过观察 判断感应电流方向。
灵敏电流计指针是否偏转
灵敏电流计指针偏转方向
突破二
探究什么情况下磁可以生电
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3.控制变量法:
(1)探究感应电流的方向与导体运动方向的关系:控制 不变,改变导体运动方向。
(2)探究感应电流的方向与磁场方向的关系:控制 不变,改变磁场方向。
磁场方向
导体运动方向
图22-11
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【解释】
4.闭合电路的一部分导体在磁场中做 时,导体中有感应电流产生,感应电流的方向与 和 有关。
切割磁感线运动
磁场方向
导体运动方向
图22-11
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【交流】
5.当移动导体棒ab时,灵敏电流计指针发生了偏转,此时导体棒ab相当于
(选填“电源”或“用电器”)。
6.灵敏电流计指针不偏转的原因:
①不是 回路。 ②导体没有做 运动。
电源
闭合
切割磁感线
图22-11
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7.为了完成实验,图中悬挂在细线下的硬棒ab应选用 。(填字母代号)
A.铁棒 B.玻璃棒 C.铝棒
8.感应电流太小的改进措施:换用磁性 的磁体、导体切割磁感线时保持垂直且尽量快速、改用导线制成的多匝矩形线圈代替单根导线。
9.电磁感应现象的实际应用: 、动圈式话筒等。
C
强
发电机
图22-11
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例 2 (2014江西改编)某小组探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件,实验装置如图22-12所示,实验时,控制磁场方向相同,改变导体ab的运动方向。
图22-12
【证据】
(1)步骤一:导体水平左右运动,如图甲所示,灵敏电流计指针 ,这是因为 。
实验突破 提升素养
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(2)步骤二:导体竖直上下运动,如图乙所示,灵敏电流计指针 ,这是因为 。
(3)步骤三:导体水平左右运动,如图丙所示,灵敏电流计指针偏转,电路中
(选填“有”或“没有”)电流产生。
图22-12
实验突破 提升素养
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【解释】
(4)分析上述实验结果,可以得出产生感应电流的条件: 电路的一部分导体在磁场中做 运动时,导体中就会产生感应电流。
(5)该实验在探究过程中,是将 能转化成 能,生活中的 (选填“发电机”或“电动机”)是根据这一原理制成的。
图22-12
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【交流】
(6)若将灵敏电流计换成完好的小灯泡,再做图丙实验时小灯泡不亮,最可能的原因是 。
(7)如果将图中的灵敏电流计换成 ,可以探究磁场对电流的作用。
图22-12
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例 2 (2014江西改编)某小组探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件,实验装置如图22-12所示,实验时,控制磁场方向相同,改变导体ab的运动方向。
图22-12
【证据】
(1)步骤一:导体水平左右运动,如图甲所示,灵敏电流计指针 ,这是因为 。
不偏转
开关没有闭合
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例 2 (2014江西改编)某小组探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件,实验装置如图22-12所示,实验时,控制磁场方向相同,改变导体ab的运动方向。
图22-12
(2)步骤二:导体竖直上下运动,如图乙所示,灵敏电流计指针 ,这是因为 。
不偏转
导体ab没有切割磁感线
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例 2 (2014江西改编)某小组探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件,实验装置如图22-12所示,实验时,控制磁场方向相同,改变导体ab的运动方向。
图22-12
(3)步骤三:导体水平左右运动,如图丙所示,灵敏电流计指针偏转,电路中
(选填“有”或“没有”)电流产生。
有
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例 2 (2014江西改编)某小组探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件,实验装置如图22-12所示,实验时,控制磁场方向相同,改变导体ab的运动方向。
图22-12
【解释】
(4)分析上述实验结果,可以得出产生感应电流的条件: 电路的一部分导体在磁场中做 运动时,导体中就会产生感应电流。
闭合
切割磁感线
实验突破 提升素养
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例 2 (2014江西改编)某小组探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件,实验装置如图22-12所示,实验时,控制磁场方向相同,改变导体ab的运动方向。
图22-12
(5)该实验在探究过程中,是将 能转化成 能,生活中的
(选填“发电机”或“电动机”)是根据这一原理制成的。
机械
电
发电机
实验突破 提升素养
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例 2 (2014江西改编)某小组探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件,实验装置如图22-12所示,实验时,控制磁场方向相同,改变导体ab的运动方向。
图22-12
【交流】
(6)若将灵敏电流计换成完好的小灯泡,再做图丙实验时小灯泡不亮,最可能的原因是 。
产生的感应电流太小
实验突破 提升素养
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例 2 (2014江西改编)某小组探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件,实验装置如图22-12所示,实验时,控制磁场方向相同,改变导体ab的运动方向。
图22-12
(7)如果将图中的灵敏电流计换成 ,可以探究磁场对电流的作用。
电源
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(8)[创新装置]如图22-13甲所示是灵敏电流计的内部结构,小红同学参加课外实践活动,发现灵敏电流计内部结构与电动机、发电机内部结构类似,出于好奇,她利用如图乙所示的装置进行了下面的实验。
【证据】用手拨动其中一个灵敏电流计指针的同时,另一个灵敏电流计的指针也发生了偏转。
· 考情预测
图22-13
实验突破 提升素养
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【交流】拨动图乙中右侧灵敏电流计的指针时,表内线圈在磁场中
运动,产生了感应电流。于是,左侧灵敏电流计内的线圈同时也会有电流通过,它在 中受到力的作用,带动指针偏转。此时右侧灵敏电流计相当于 机。
图22-13
做切割
磁感线
磁场
发电
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例 1 (2021江西)如图22-14所示是我国古代四大发明之一的指南针——司南,静止时它的长柄指向地理的 方。在11世纪,我国宋代学者
就发现了地理两极和地磁两极并不重合,这个发现比西方早了400多年。
考向一
磁现象和磁场
图22-14
南
沈括
考向探究 培养能力
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49
例 2 (2019江西)如图22-15所示是利用被磁化的缝衣针制成的简易指南针。若静止时针尖指向地理位置的北方,则针尖是简易指南针的 极。此时,将指南针底座逆时针旋转90°,针尖静止时将指向地理位置的 方。
图22-15
北(或N)
北
考向探究 培养能力
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例 3 (2011江西)将一根导线平行置于静止的小磁针上方,当开关闭合时,小磁针发生偏转,这说明通电导线周围存在着 。将电源的正负极对调,再闭合开关,观察小磁针偏转方向的变化,可发现电流的磁场方向与
有关。
考向二
电流的磁效应及应用
磁场
电流方向
考向探究 培养能力
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例 4 (2014江西)如图22-16所示,A、B两弹簧下方分别吊着软铁棒和条形磁铁,闭合开关,将滑动变阻器的滑片逐渐向右移动时,A弹簧的长度将
,B弹簧的长度将 。(均选填“伸长”“缩短”或“不变”)
图22-16
伸长
缩短
考向探究 培养能力
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例 5 (2021江西)如图22-17所示是燃油汽车启动装置的电路简图,汽车启动时,需将钥匙插入仪表板上的钥匙孔并旋转,则下列分析正确的是( )
A.旋转钥匙相当于闭合开关
B.电磁铁是利用电流的热效应来工作的
C.电磁铁通电后,电磁铁的上端为S极
D.电动机工作时将电能全部转化为机械能
图22-17
A
考向探究 培养能力
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例 6 (2018江西)消防应急灯在没有停电时,灯是熄灭的;停电时,标有“36 V”字样的两盏灯就会正常发光。如图22-18所示的电路中符合要求的是( )
图22-18
A.甲 B.乙 C.丙 D.丁
C
考向探究 培养能力
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例 7 (2022江西)如图22-19所示是某同学自制的简易电磁锁原理图。电源电压不变,闭合开关S,滑片P向左移动,使静止在水平桌面的条形磁体滑动,打开门锁。下列说法正确的是( )
A.通电后,电磁铁a端为S极
B.滑片P向左移动的过程中,电磁铁的
磁性增强
C.条形磁体在滑动过程中受到向左的摩擦力
D.条形磁体在滑动过程中受到的摩擦力变小
图22-19
B
考向探究 培养能力
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[解析]由图可知,通电后,电流从电磁铁的b端流入,由安培定则可知,电磁铁的a端为N极,A错误;滑片P向左移动的过程中,滑动变阻器接入电路中的阻值变小,电源电压不变,则由I=可知,电路中电流变大,则电磁铁的磁性增强,B正确;因为电磁铁的b端为S极,条形磁体的左端为N极,由异名磁极相互吸引可知,条形磁体会受到向左的磁力作用而向左滑动,故条形磁体在滑动过程中受到桌面向右的摩擦力,C错误;条形磁体在滑动过程中,在竖直方向上处于受力平衡状态,条形磁体与桌面之间的压力和粗糙程度不变,故条形磁体在滑动过程中受到的摩擦力不变,D错误。
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例 8 江西真题组合 (多项选择)如图22-20所示是同学们所画的几种示意图,其中正确的是 ( )
A.图甲:条形磁体的磁感线
B.图乙:同名磁极间的磁感线分布情况
C.图丙:地磁场方向及小磁针静止时的指向
D.图丁:通电螺线管周围磁感线的方向
考向三
电磁作图
图22-20
ABC
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例 9 (多项选择)小光同学学习了磁现象后,画出了如图22-21所示的四幅图,其中正确的是 ( )
图22-21
CD
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例 10 (2022江西)如图22-22所示是某同学在科技节上展示的作品结构图。该作品的工作原理是通电线圈在 中受力转动,它就是一个自制的 机模型图。
考向四
电动机
图22-22
磁场
电动
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例 11 (2015江西)如图22-23所示是灵敏电流计内部结构示意图,它的工作原理是利用通电导体在 中会受到力的作用,使指针发生偏转。此时如果改变线圈中的电流方向,指针的偏转方向 (选填“会”或“不会”)发生改变。
图22-23
磁场
会
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例 12 (2017江西)(多项选择)如图22-24所示是将绝缘导线缠绕在指南针上而制成的简易电流计。现将导线的两端接到电源两极,磁针发生了偏转,下列关于该装置说法中正确的是( )
A.该简易电流计是利用电磁感应现象制成的
B.若将电源的两极对调,则磁针会反向偏转
C.若断开电路,则磁针回到原来的位置
D.若断开电路,则磁针静止时,其S极将指向地理南极附近
图22-24
BCD
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例 13 (2013江西)(多项选择)如图22-25所示,用来演示电磁感应现象的是( )
A.甲
B.乙
C.丙
D.丁
考向五
发电机
图22-25
AD
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例 14 (2019江西)如图22-26所示是小安同学自制的一个实验装置。他把带绝缘层的导线绕在塑料管外,导线两端连接着小灯泡,形成闭合电路,管内封闭一个强磁体。沿图中所示方向来回快速摇动装置,小灯泡发光。下列说法正确的是( )
A.灯丝中电流方向保持不变
B.实验现象表明电能够生磁
C.该现象属于电磁感应现象
D.此装置与电动机原理相同
图22-26
C
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例 15 (2018江西)如图22-27所示是一个手机无线充电装置及其原理图。该装置利用了 的原理对手机进行充电。
图22-27
电磁感应
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$$