第十八章 磁及其相互作用 整合拔尖 2025-2026学年初中物理（沪科版）九年级上学期

第十八章　磁及其相互作用 第十八章整合拔尖 考点一 磁现象 典例1　三个相同的磁环a､b､c(质量均为m)套在有木质底座的光滑木杆上,由于磁极间的相互作用,上面两个磁环都悬在空中,如图所示｡下列说法中,正确的是 (　　) A. a对b的磁力和a的重力是一对平衡力 B. b对c的磁力小于c对b的磁力 C. c受到b的磁力大小为2mg D. c对底座的压力大小为mg (典例1图) C 解析:木杆光滑,则磁环都不受摩擦力｡a对b的磁力与a受到的重力不是作用在同一物体上的,不是一对平衡力,A错误｡b对c的磁力与c对b的磁力是一对相互作用力,大小相等,B错误｡a静止,则b对a的磁力与a受到的重力是一对平衡力,大小相等,则b对a的磁力大小为mg,方向竖直向上;b对a的磁力与a对b的磁力是一对相互作用力,大小相等,方向相反,则a对b的磁力大小也为mg,方向竖直向下;b静止,则c对b的磁力等于a对b的磁力与b受到的重力之和,故c对b的磁力大小等于2mg,所以b对c的磁力大小等于2mg,C正确｡同理可得,底座对c的支持力等于3mg,c对底座的压力与底座对c的支持力是一对相互作用力,大小相等,故c对底座的压力大小为3mg,D错误｡ [跟踪训练] 1. (多选题)如图所示,四个完全相同的环形磁铁a､b､c､d套在塑料支架的光滑杆上｡静止时磁铁a､b､c悬浮在空中,d压在塑料支架底板上｡若每个磁铁受到的重力均为G,磁铁a的上表面是N极,则 (　　) A. 磁铁b的上表面是N极 B. 磁铁c的上表面是N极 C. 磁铁d对底板的压力是G D. 磁铁d对底板的压力是4G (第1题) BD 解析:由题意可知,相邻的两个环形磁铁之间应相互排斥｡因为同名磁极相互排斥,磁铁a的下表面是S极,所以磁铁b的上表面是S极;磁铁b的下表面是N极,磁铁c的上表面是N极,A错误､B正确｡将磁铁a､b､c看成一个整体,因为该整体在竖直方向上静止,所以磁铁d对该整体竖直向上的排斥力F斥与该整体的重力3G二力平衡,F斥=3G;因为相互作用的二力大小相等,所以该整体对磁铁d竖直向下的排斥力F斥'=F斥=3G;因为磁铁d在竖直方向上静止,所以它受到的竖直向下的排斥力F斥'､重力G和竖直向上的支持力F支平衡,F支=F斥'+G=3G+G=4G;因为相互作用的二力大小相等,所以磁铁d对底板的压力F压=F支=4G,C错误､D正确｡ 典例2　跨学科实践·日常生活 (2024·常州)某网站于2023年10月报道:“牛能感知地球磁场,吃草､休息时,其身体朝向习惯与地磁场磁感线平行(如图甲所示)｡”为求证真伪,同学们设计如下实验方案:在四周无明显差异的草地上,多次观察牛吃草､休息时的身体朝向,若报道真实,则牛的身体朝向习惯性呈现图乙四个场景中的 (　　) A. ①和② B. ③和④ C. ①和③ D. ②和④ A 解析:地球周围存在地磁场,地磁S极在地球的地理北极附近,地磁N极在地球的地理南极附近,则磁感线方向是从地理的南极附近指向地理的北极附近,而牛的身体朝向与磁感线平行,则①②正确,A符合题意｡ [跟踪训练] 2. 跨学科实践·工程实践 (2023·常州)20世纪60年代,科学家发现趋磁细菌,将磁铁置于细菌附近,细菌向磁铁的N极运动,如图所示｡由此可见,在海洋中,地磁场将驱使这种细菌运动的方向为 (　　) A. 由南向北 B. 由北向南 C. 由西向东 D. 由东向西 B 考点二 电流的磁场 典例3　(2024·武威)如图甲所示为磁浮地球仪,悬浮时球体只能沿着“地轴”转动,它的“南”“北”指向与地球实际方位一致;地球仪中有一个磁铁,它的磁场与地磁场分布特点一致;环形底座内有一电磁铁,其电路原理如图乙所示｡地球仪工作时,球体悬浮于空气中,则图甲中球体上方是“地磁场”的　　　　(选填“N”或“S”)极,图乙中A端应连接电源的　　　　(选填“正”或“负”)极｡　 S 负 解析:由题图甲可知,地球仪的上半部分为“北半球”,即上方为地理北极,由于地球仪中磁铁的磁场与地磁场分布特点一致,故题图甲中球体上方为“地磁场”的S极;要实现悬浮,底座应与球体互相排斥,因此底座中电磁铁的上端与球体的下方为同名磁极,均为N极,根据安培定则可知,电流从题图乙螺线管最下面的导线流入,从最上面的导线流出,故A端应连接电源的负极｡ [跟踪训练] 3. 跨学科实践·工程实践 (2023·济宁)现在医学上使用的心肺机的功能之一是用“电动泵”替代心脏,推动血液循环｡如图所示,当线圈中的电流从a流向b时,线圈的左端为　　　　极,此时活塞将向　　　　运动,促使血液流动｡ N 右 解析:当线圈中的电流从a流向b时,由右手螺旋定则可知线圈的左端为N极,右端是S极,根据磁极间相互作用的规律:同名磁极相互排斥,此时活塞将向右运动｡ 典例4　(2024·自贡)如图所示为自贡某科技小组设计的一种温度自动控制报警装置电路图,关于它的说法正确的是 (　　) A. 当温度达到90℃时,报警装置就会响铃,同时红灯亮 B. 当温度达到90℃时,报警装置就会响铃,同时绿灯亮 C. 当温度低于90℃时,报警装置就会响铃,同时绿灯亮 D. 当温度低于90℃时,报警装置就会响铃,同时红灯亮 A 解析:由图可知,当温度达到90℃时,控制电路接通,电磁铁线圈中有电流通过,电磁铁有磁性,将衔铁吸下,使动触点与下方静触点接通,与上方静触点断开,此时红灯亮,电铃响;当温度低于90℃时,控制电路开路,电磁铁线圈中没有电流通过,电磁铁没有磁性,不吸引衔铁,动触点与上方静触点接通,与下方静触点断开,此时绿灯亮,红灯不亮,电铃也不响,故A正确,B､C､D错误｡ [跟踪训练] 4. (2023·营口)某温度自动报警器的原理图如图所示｡电磁铁上端为N极,在水银温度计中封入一段金属丝,当温度低于设定温度时,安全指示灯常亮;当温度达到设定温度时,安全指示灯熄灭,电铃发出报警信号｡请在括号中标出电源的极性(用“+”或“-”表示),并在虚线框内填入电铃( )和指示灯的电路元件符号｡ 如图所示 考点三 磁场对通电导体的作用 典例5　如图所示是一种动圈式耳机的内部结构示意图｡当音圈中有大小和方向反复变化的电流通过时,音圈带动音膜　　 　　(选填“向左” “向右”或“左右往复”)运动｡音圈会运动,是由于磁场对　　　 　有力的作用,此现象中能量转化的情况是　 ｡　 左右往复 通电导体 电能转化为机械能 解析:当音圈中有大小和方向反复变化的电流通过时,因为电流方向改变,音圈受力方向改变,音圈带动音膜左右往复运动｡音圈会运动,是由于磁场对通电导体有力的作用｡此现象中能量转化的情况是电能转化为机械能｡ [跟踪训练] 5. 如图所示为灵敏电流计的内部结构示意图,它的工作原理是通电导体在　　　　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｡ 磁场 会 解析:灵敏电流计的工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用,使指针发生偏转;由于导体的受力方向与磁场方向和电流方向有关,故改变线圈中的电流方向时,指针偏转方向会改变｡ 1 2 3 4 5 6 1. 跨学科实践·工程实践 在班级组织的“自制指南针”活动中,小伟同学用条形磁体将缝衣针磁化后,将其放在水中漂浮的一片树叶上｡多次将树叶轻轻旋转,待树叶静止后,观察到树叶的尖端总是指向南方,如图所示｡下列说法中正确的是 (　　) A. 树叶尖端指向地磁南极 B. 指南针的“N”应标注在树叶尖端 C. 树叶周围存在磁场和磁感线 D. 若用磁体的N极靠近树叶尖端,会相互吸引 D (第1题) 解析:树叶尖端指向地磁北极,故A错误;树叶尖端指向南方,则尖端应标“S”,故B错误;树叶周围存在磁场,但不存在磁感线,故C错误;树叶尖端为S极,磁体N极靠近树叶尖端会相互吸引,故D正确｡ 1 2 3 4 5 6 2. 放在条形磁体周围的小磁针静止时如图所示,三个小磁针的N极和一个小磁针的S极被涂黑,则S极被涂黑的小磁针是 (　　) A. 甲 B. 乙 C. 丙 D. 丁 1 2 3 4 5 6 A 解析:由于小磁针静止时N极所指的方向为磁场的方向,假设条形磁体左侧是N极,则磁感线由左端出发指向右侧,则甲､丙的左侧是N极,乙､丁的右侧是N极,由题图可知,假设不符合题意;假设条形磁体右侧是N极,则磁感线由右端出发指向左侧,则甲､丙的右侧是N极,乙､丁的左侧是N极,由题图可知,假设符合题意,且S极被涂黑的小磁针是甲,A符合题意｡ 1 2 3 4 5 6 3. 如图所示为小琴做的小电动机模型｡矩形线圈的左端引线漆皮被全部刮掉,右端引线漆皮只刮掉了上半周,小电动机模型由两节新干电池供 电｡线圈快速稳定转动过程中,线圈受到磁场的作用力时,线圈中的电流为0.67A,则线圈快速稳定转动1min,电路消耗的电能约为 (　　) A. 150J B. 120J C. 90J D. 60J 1 2 3 4 5 6 D 解析:矩形线圈的左端引线漆皮被全部刮掉,右端引线漆皮只刮掉了上半周,则线圈转动1min时间内,线圈中有电流通过的时间t=×1min=30s｡小电动机模型由两节新干电池供电,电源电压U=3V,线圈快速稳定转动1min,电路消耗的电能W=UIt=3V×0.67A×30s=60.3J≈60J｡ 1 2 3 4 5 6 4. 跨学科实践·工程实践 (2023·苏州)寒冬,为给小鸡仔提供温暖的环境,小明制作了恒温箱系统,原理如图｡控制电路由电磁继电器､滑动变阻器R1､热敏电阻R2(安装在恒温箱内,阻值随温度升高而显著减小)､低压电源等组成｡加热电路由电源､电热丝R3和R4等组成｡调好R1阻值,闭合开关S1､S2,箱内温度升高到设定值后即在小范围内波动,且降温阶段降温比较平缓｡ 1 2 3 4 5 6 (1) 通电线圈上端是　　　　极,温度升高时,电磁铁磁性　　　　｡　 (2) R3阻值　　　　(选填“大于”或“小于”)R4阻值｡　 (3) 将R1的阻值稍微调小一些,恒温箱控制的温度将　　　　｡　 N 1 2 3 4 5 6 增强 小于 降低 解析:(1) 根据安培定则可判断通电线圈上端是N极,温度升高时,热敏电阻R2阻值显著减小,根据欧姆定律可知,控制电路中的电流变大,电磁铁的磁性增强｡(2) 由题图可知,恒温箱温度高时,电磁铁的磁性强,衔铁的触点与下方相连,R4工作,恒温箱内工作电路的制热功率较小;恒温箱温度低时,电磁铁的磁性弱,衔铁的触点与上方相连,R3工作,恒温箱内工作电路的制热 功率较大,即工作电路中电源电压恒定时,P3>P4,根据电功率的公式P=可 判断,R3<R4｡(3) 电磁铁磁性增强到一定值时,衔铁就会被吸引,控制电路中的电流I不变,若将R1的阻值稍微调小一些,热敏电阻R2阻值不需要减小原来那么多,衔铁就会被吸引,即恒温箱控制的温度将降低｡ 1 2 3 4 5 6 5. 小明某次出游时发现,爸爸按下汽车的电源启动键后,仪表盘的灯亮起;当再用脚踩制动踏板后,车上的启动电机开始发出轰鸣声,查阅资料后发现汽车的启动系统可以简化为如图所示电路,请你按照小明所观察的现象将电路图补充完整｡ 如图所示 1 2 3 4 5 6 解析:由题意可知,启动开关闭合后仪表盘亮起,脚踩制动踏板后启动电机启动,可以推断出仪表盘与制动踏板是并联的;当脚踩制动踏板时,电磁铁磁性增强,吸引衔铁向下运动,转轴转动,启动电机所在电路接通,具体如图所示｡ 1 2 3 4 5 6 6. 如图所示,用两根橡皮筋悬挂的均匀金属棒水平处于磁场中,磁场的方向垂直于纸面向外｡当金属棒中通以由A向B的电流时,金属棒静止,金属棒受到向下的磁场力,橡皮筋处于拉伸状态(导线对金属棒的作用力忽略不计)｡若此时使磁场的方向反向,并同时剪断两根橡皮筋,金属棒中的电流方向不变,试判断剪断橡皮筋后,金属棒AB是否可能静止,并说明理由｡(设磁场面积足够大,且金属棒所在电路只有部分处于磁场中) 1 2 3 4 5 6 (第6题) 解析:由题意知,用两根橡皮筋悬挂的均匀金属棒水平处于磁场中,磁场的方向垂直于纸面向外,当金属棒中通以由A向B的电流时,金属棒静止,金属棒受到的力有橡皮筋的拉力(两个)F拉､金属棒AB竖直向下的重力G､金属棒AB受到向下的磁场力F磁,即F拉=G+F磁;若此时使磁场的方向反向,并同时剪断两根橡皮筋,金属棒中的电流方向不变,F拉=0,磁力F磁由原来的向下变成向上,大小不变,与重力的方向相反,当F磁=G时,金属棒AB静止,即金属棒可能静止｡ 1 2 3 4 5 6 $$