第二节 探究：通电螺线管外部磁场的方向（举一反三讲义）物理沪科版2024九年级全一册

第二节 探究：通电螺线管外部磁场的方向 目录 【学习目标】....................................................................1 【思维导图】....................................................................1 【知识梳理】....................................................................2 知识点1. 从奥斯特实验说起 .....................................................2 知识点2. 探究：通电螺线管外部磁场的方向........................................4 知识点3. 电磁铁在生产生活中的应用..............................................7 【方法技巧】...................................................................12 方法技巧. 利用安培定则解决通电螺线管作图问题思维方法...........................12 【巩固训练】...................................................................13 【学习目标】 课节核心素养目标 物理观念：能认识电流周围存在磁场,知道通电螺线管外部磁场的方向,能认识电磁铁在生产生活中的应用。 科学思维：通过对日常生活、工业生产中的电器设备的观察,知道电与磁有密切的联系;会用右手螺旋定则确定通电螺线管的磁极或螺线管上的电流方向。 科学探究: 能完成“探究通电螺线管外部磁场的方向”实验,能根据探究问题,设计实验电路图,能连接电路进行探究,能根据记录的实验信息得出结论,能按要求完成实验报告。能将电学实验的技能应用于电与磁的实验中。 科学态度与责任担当：通过电磁知识的探究和电磁铁在生产中的广泛应用,体会应用电磁知识解决实际问题的喜悦,树立科技强国的责任感与使命感。 课节重点难点 重点：通过实验认识通电螺线管的磁场。 难点：用右手螺旋定则确定通电螺线管的磁极或螺线管上的电流方向。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1. 从奥斯特实验说起 1. 奥斯特实验 丹麦物理学家奥斯特最早证实了电流周围存在磁场，且第一个发现了电与磁之间的关系。 （1） 当导线中通过电流时，它下方的磁针发生了偏转，如图所示。 （2）结论：通电导线周围存在磁场；磁场方向跟的方向有关。 2. 电流的磁效应 通电导线周围存在与电流方向有关的磁场，这种现象叫做电流的磁效应。 注意：通电直导线周围磁场的磁感线，是一个个以直导线为圆心的同心圆，距离直线电流越近，磁场越强。 【物理学史】奥斯特 奥斯特是丹麦物理学家，他从小聪明好学，1794年以优异的成绩考入哥本哈根大学学习，后来成为这所大学的物理教授。 他相信各种自然现象间存在联系。经过长时间用实验寻找，在多次失败后，1820年，奥斯特在课堂上做实验时发现了电和磁之间的联系。 【例题1】各种自然现象之间存在着相互联系，第一个发现电与磁之间存在联系的科学家是( ) A．奥斯特　　 B．安培　　 C．欧姆　　 D．牛顿 【答案】A 【解析】各种自然现象之间存在着相互联系，第一个发现电与磁之间存在联系的科学家是奥斯特。 （变式训练1）许多物理学家为人类的进步做出了巨大的贡献，下列叙述中对应关系正确的是（　　） A. 牛顿发现了杠杆平衡条件 B. 伽利略最早测出了大气压强的值 C. 奥斯特发现了电流的磁效应 D. 阿基米德最早揭开了光的颜色之谜 （变式训练2）如图所示，桌面上有一枚转动灵活的小磁针，静止时，小磁针 极指南；当导线与电池触接时，小磁针发生偏转，说明通电导线周围存在 ；断开电路，小磁针 （选填“会”或“不会”）回到原来位置。      （变式训练3）如图为奥斯特实验装置，接通电路后，观察到小磁针发生偏转，该现象说明了______；断开电源，小磁针在______的作用下又恢复到原来的位置；改变导线中电流的方向，小磁针的偏转方向发生了改变，说明了磁场方向与______有关。 知识点2. 探究：通电螺线管外部磁场的方向 1. 螺线管：将导线绕在圆筒上，就制成了螺线管，也叫线圈。 2. 探究：通电螺线管外部磁场的方向 【实验目的】 （1）探究通电螺线管外部磁场分布的特点。 （2）探究通电螺线管外部磁场的方向。 【实验器材】螺线管、电源、开关、导线、滑动变阻器、有机玻璃板、铁屑和小磁针。 【实验设计】 为直观观察通电螺线管周围磁场的特点，我们参考前面观察磁体周围的铁屑分布的实验，在玻璃板上撒铁屑的来推断通电螺线管周围的磁场分布的特点，然后利用小磁针在磁场中的指向来推断通电螺线管周围的磁场方向。设计的实验电路如图。 【实验步骤】 （1）在一块玻璃板上安装导线绕成的螺线管，板面上均匀地撒满铁屑。 （2）按照设计的电路图，将螺线管等器材连接起来，然后闭合开关，给螺线管通电，并轻轻敲击玻璃板面，观察玻璃板面上铁屑的分布情况，用拍照等方式记录实验信息，如图。 （3）如图，换一个有更多匝数的螺线管，将小磁针放置在螺线管附近，未通电时观察小磁针N极指向。闭合开关，观察并记录小磁针N极指向的变化。改变电流方向，再观察并记录小磁针N极指向的变化。 【实验结论】通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似；通电螺线管的磁极与电流的方向有关。 【交流反思】 （1）通电螺线管内部的磁场方向又是怎样的呢？你能设计实验验证自己的猜想吗？ （2）除了实验中的方法外，还有没有其他判断通电螺线管磁极的方法呢？ 3. 安培定则 （1）作用：表述通电螺线管的极性跟螺线管中的电流方向之间的关系。 （2）内容：用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中电流的方向，则拇指所指的那端就是螺线管的N极。 【例题2】小明在一块有机玻璃板上安装了一个用导线绕成的螺线管，在板面上均匀撒满铁屑，通电后轻敲玻璃板，铁屑的排列如图所示．下列说法正确的是（　　） A．图中P、Q两点相比，P点处的磁场较强 B．若只改变螺线管中的电流方向，P、Q两点处的磁场会减弱 C．若只改变螺线管中的电流方向，P、Q两点处的磁场方向会改变 D．若只增大螺线管中的电流，P、Q两点处的磁场方向会改变 【答案】C 【解析】分析：判断通电螺线管外部磁场的强弱，在通有电流时，可以通过观察它的外部鉄屑的多少，也就是密集程度确定。判断磁场方向，可以通过改变电流方向。 A．由图可以看出通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场一样，并且可以看到Q点铁屑的分布比P点密集，由此可以确定Q点的磁场比P点的磁场强，故A错误； B、C．只改变电流方向，则磁场方向发生改变，但通电螺线管的磁场强弱不变，故B错误，C正确； D．只增大螺线管中的电流，则磁场的强弱发生改变，但磁场方向不变，故D错误．故答案为C． （变式训练1）如图，通电螺线管上方的小磁针分别静止在图示位置。请科学推断，最终决定通电螺线管极性的是( ) A．电源正负极的接法 B．螺线管导线的环绕方向 C．小磁针静止时N极的指向 D．螺线管中电流的方向 （变式训练2）在野外求生活动中，小明依靠指南针来辨别方向。当他把指南针水平放置时，内部“小磁针”静止时的情况如图甲，则“小磁针”指南的一端是____(选填“N”或 “S”)极；若将这个指南针放在如图乙的电磁铁左方，“小磁针”静止时仍呈现如图甲的指向，则电源的上端是____(选填“正”或“负”)极。 （变式训练3）图中给出电源的“+”极，标出如图中小磁针的N极和通电螺线管的S极． 电源 S + 知识点3. 电磁铁在生产生活中的应用 一、电磁铁 1. 定义：内部插有铁芯的螺线管叫做电磁铁。 2. 工作原理：利用电流的磁效应来工作的。 3. 电磁铁的优点 （1）可以通过电流的通断来控制其磁性的有无。 （2）可以通过改变电流的方向来改变其磁极的极性。 （3）可以通过改变电流大小或线圈匝数来控制其磁性的强弱。 4. 应用：生活中的电磁继电器、电磁起重机、电磁选矿机、磁浮列车、电动机、发电机中都用到了电磁铁。 磁悬浮列车 电磁起重机 扬声器 电磁继电器 电铃 恒温箱 【拓展】探究影响电磁铁磁性强弱的实验 【提出问题】电磁铁磁性大小跟哪些因素有关呢？ 【猜想】磁性强弱可能与电流的大小、线圈的匝数和是否带铁芯有关。 【实验器材】两个电磁铁（一个150匝，一个100匝）、电源、开关、导线、大头针、沙皮纸、 滑动变阻器、电流表或小灯泡。 【实验方法】控制变量法、转换法 实验1：探究电磁铁的磁性跟线圈匝数的关系 结论1：当电流一定时，电磁铁线圈的匝数越多，磁性越强。 实验2：探究电磁铁的磁性强弱跟电流大小的关系 结论2：通过电磁铁的电流越大，电磁铁的磁性越强。 【综合结论】影响电磁铁磁性的强弱因素：电磁铁磁性的强弱与电流的大小和线圈的匝数有关。螺线管中的电流越大，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。 二、电磁继电器 1. 定义：电磁继电器是利用含有电磁铁的低电压、弱电流电路的通断，来间接地控制高电压、强电流电路通断的装置。 2. 实质：就是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。 3. 电磁继电器工作原理： 当闭合S1时，电磁铁线圈中有电流通过，电磁铁有磁性，将衔铁吸下，触点开关接通，电动机便转动起来； 当断开S1时，电磁铁线圈中失去电流，电磁铁失去磁性，弹簧使衔铁上升，触点开关断开，电动机停止运转。 4. 电磁继电器的应用 ①利用电磁继电器可以通过控制低电压、弱电流电路的通断来间接地控制高电压、强电流工作电路的通断，使人远离高压环境； ②利用电磁继电器可以使人远离高温、有毒等环境，实现远距离控制； ③在电磁继电器控制电路中接入对温度、压力或光照敏感的元件，利用这些元件操纵控制电路的通断，可以实现对温度、压力或光的自动控制，如电铃、防盗报警、防汛报警、温度自动控制等。 【例题3】如图所示，A是悬挂在弹簧下的铁块，B是螺线管的铁芯，S是转换开关（S接1时连入电路的线圈匝数多，S接2时连入电路的线圈匝数少），P是滑动变阻器的滑片，要使弹簧的长度变长，可采取的办法是（　　） A．滑片P的位置不变，S由1改接到2 B．S接1，将滑片P向左滑 C．S接1，滑片P位置不变，将铁芯B抽出 D．S接1，将滑片P向右滑 【答案】B 【解析】（1）要解决此题，需要掌握影响电磁铁磁性强弱的因素：电流的大小和线圈的匝数，知道电流越大、线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强； （2）电路接通后，螺线管对铁块有吸引力，故可知弹簧应处于伸长状态，若要使弹簧长度变长，只能增强螺线管的磁性，则可分析各选项是否能使磁场变强即可。 A．滑片P的位置不变，S由1改接到2，电流大小不变，线圈匝数减小，螺线管磁性减弱，弹簧收缩长度变短，故A错误； B．S接1，线圈匝数不变；将滑片P向左滑，电阻变小，通过螺线管的电流变大，螺线管磁性增强，弹簧长度变长，故B正确； C．S接1，滑片P位置不变，将铁芯B抽出，螺线管磁性减弱，弹簧收缩长度变短，故C错误； D．S接1，线圈匝数不变；将滑片P向右滑，电阻变大，通过螺线管的电流变小，螺线管磁性减弱，弹簧长度变短，故D错误。故选：B。 （变式训练1）（2025上海一模）某学校为了培养学生的科学素养，组织科技创新大赛，小明在比赛中制作了水位自动报警器，原理图如图所示。当水位达到金属块A时（一般的水都能导电），则（　　） A. 两灯都亮 B. 两灯都不亮 C. 只有绿灯亮 D. 只有红灯亮 （变式训练2）（2025河南省郑州一模）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）通电线圈上端是_____极，温度升高时，电磁铁磁性_____； （2）R3阻值_____（大于/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______。 （变式训练3）人工心脏泵可短时间代替心脏工作，如图是该装置的示意图，磁体固定在左侧，线圈AB固定在用软铁制成的活塞柄上(相当于一个电磁铁)，活塞筒通过阀门与血管相通，阀门S1只能向外开启，S2只能向内开启，线圈中的电流从A流向B时，电磁铁左端是____极，血液会______ 0(选填“流入”或“流出”)活塞筒，该装置工作时，线圈AB中的电流方向______ 0(选填“需要”或“不需要”)改变。 【方法技巧】 方法技巧. 利用安培定则解决通电螺线管作图问题思维方法 1．已知电源的正负极、线圈绕法，判断小磁针的N、S极。 （1）首先根据电源的正、负极画出通电螺线管的绕线中的电流方向； （2）利用安培定则确定通电螺线管的N、S极并标注； （3）最后根据磁极间的相互作用断定小磁针的N、S极。 2.已知小磁针的N、S极、线圈绕法，判断电源的正、负极。 （1）根据小磁针的N、S极，利用磁极间的相互作用先确定通电螺线管的N、S极； （2）然后利用安培定则判定通电螺线管上的电流方向并用箭头标出； （3）最后根据电源外部电流的流向确定电源的正、负极。 3.已知小磁针的N、S极、电源正负极，画螺线管的绕线。 （1）首先根据小磁针的N、S极指向，利用磁体间的相互作用规律确定通电螺线管的N、S极并标注出； （2）利用安培定则确定通电螺线管中的电流方向，并在螺线管上试着画出一条“S”型或反“S”型绕线； （3）然后结合电源外部电流流向定位螺线管的绕线形状是“S”型还是反“S”型，并在螺线管上等距地画出美观的绕线。 【巩固训练】 一、奥斯特实验 1．世界上第一个证实了电流周围存在磁场的科学家是（　　） A．牛顿 B．欧姆 C．奥斯特 D．阿基米德 2.小芳对奥斯特实验非常感兴趣，于是连接如图所示的电路进行探究。她先用两节干电池串联进行实验，发现小磁针只是微微动了一下，接着用三节干电池串联进行实验，而小磁针发生了明显的偏转。根据小芳的实验过程及现象，可以得出两点结论：一是电流周围确实存在着 ，二是电流磁场的强弱与 有关。 二、电流的磁效应 3. 电磁炉是利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场，磁化铁质铁锅，从而形成无数个小涡流（即电流），加速锅底分子运动，使锅底自身发热达到加热食品的目的，它具有安全可靠、节能环保等优点，是现代家庭中的理想灶具，其工作原理如图所示。下列有关电磁炉的说法中正确的是（    ）    A．电磁炉功率大，使用时很耗电 B．电磁炉在使用中会产生烟尘和废气 C．普通铁锅普通砂锅均可在电磁炉上使用 D．电磁炉在使用中利用了电流的磁效应、热效应 三、探究：通电螺线管外部磁场的方向（含作图） 4．爱因斯坦曾说：在一个现代的物理学家看来，磁场和他坐的椅子一样实在。下图所表示的磁场与实际不相符的是（　　） A．同名磁极间的磁场 B．直线电流的磁场 C．通电螺线管的磁场 D．蹄形磁体的磁场 5．（2024秋•江苏无锡期末）科技小组的同学将不同金属丝插入菠萝中自制了水果电池，然后将一根导线在纸筒A上绕制成螺线管，导线两端接在水果电池两极上，螺线管产生的磁场使小磁针静止在如图所示状态。下列判断正确的是（　　） A．通电螺线管的左侧是N极 B．水果电池M端为负极 C．把小磁针取走，则通电螺线管周围的磁场消失 D．改变电流方向，小磁针偏转方向不变 6. 如图所示，通电螺线管左侧有一个小磁针，开关闭合后，小磁针将（　　） A．顺时针旋转 B．逆时针旋转 C．保持静止状态 D．先顺时针旋转再逆时针旋转 7. 闭合下图所示电路的开关，小磁针静止时指向如图，则（　　）    A．通电螺线管的左端为N极 B．电源的左端为正极 C．电流表的左端为“+”接线柱 D．R的滑片不能置于最右端 8．（2024秋山东济宁期末）通电螺线管磁感线的分布如图所示，则（　　） A．通电螺线管的右侧为N级 B．小磁针的左侧为S级 C．电源的左侧为负极 D．以上判断都不对 9．（2024春•山东潍坊期末）如图所示，闭合开关S1、S2，两个通电螺线管的相互作用情况以及A、B端的极性分别是（　　） A．相斥，A端为N极，B端为N极 B．相斥，A端为S极，B端为S极 C．相吸，A端为S极，B端为N极 D．相吸，A端为N极，B端为S极 10．为了确定标示不清的铅蓄电池的正、负极，小军同学将该电池和螺线管相连，闭合开关S后，小磁针静止时的指向如图所示，由此可以判断，螺线管的b端为N极，铅蓄电池的c端是 （选填“正”或“负”）极，小磁针所在位置的磁感线方向与小磁针N极所指的方向 （选填“相同”或“相反”）。    11．螺线管是汽车启动器的一个重要部件，驾驶员转动钥匙发动汽车时，相当于给螺线管通电。如图所示，螺线管的左端为 极，小磁针的左端为 极，A为电源的 极。 12．（2024春•江苏扬州期中）在“探究通电螺线管外部磁场的方向”的实验中： （1）开关闭合后，小磁针的指向如图所示，可知：电源的左端为 　 　极；（小磁针黑色端为N极） （2）将连接电源正、负极的导线对调，小磁针的指向也改变了，说明通电螺线管的磁场方向与 　 　方向有关； （3）为了使通电螺线管的磁场增强，可采取的有效措施是 　 　。（写出一条即可） 13．在“探究通电螺线管外部的磁场分布”的实验中： （1）如图所示，闭合开关，通电螺线管的右端为 极，小磁针的左端为 极； （2）对调电源正、负极，小磁针N极指向与（1）中相反，这表明，通电螺线管外部的磁场方向与 的方向有关； （3）在螺线管中插入一根铁棒，可使通电螺线管的磁性 。 14.（2025·云南一模）某实验小组探究“通电螺线管外部磁场的特点”。 （1）将螺线管安装在一块有机玻璃板上，连入电路中。在板面上均匀地洒满铁屑，闭合开关并轻敲玻璃板面，观察到铁屑分布情况如图甲所示。铁屑的分布情况与 磁体周围铁屑的分布情况相似，铁屑的作用是显示 ； （2）把小磁针放在通电螺线管四周不同的位置，小磁针静止时N极所指方向如图乙所示，则通电螺线管的右端为 极。对调电源正负极，闭合开关，小磁针静止时N极所指方向如图丙所示，说明通电螺线管的极性与 的方向有关。 15. 某实验小组用铁屑和小磁针来探究“通电螺线管外部磁场的方向”。    （1）在闭合开关前，小磁针静止时，N极指向地理的 （选填“南极”或“北极”），说明地球周围存在磁场。 （2）在玻璃板上均匀地撒满铁屑，将螺线管连入电路，闭合开关，轻敲玻璃板面，观察到铁屑分布情况如图甲所示，铁屑的分布情况与 磁体周围铁屑的分布情况相似。 （3）把小磁针放在通电螺线管四周不同的位置，小磁针静止时N极所指方向如图乙所示，对调电源正负极，闭合开关，小磁针静止时N极指向与图乙中小磁针N极指向相反，说明通电螺线管的极性与 的方向有关。 （4）实验时发现通电螺线管的磁场较弱，铁屑规则排列的效果不明显，为增强螺线管的磁场，可行的措施： （写出一种方法即可）。 （5）为了研究通电螺线管的磁极性质，同学们对螺线管的电流方向和绕线方式进行了实验，得到了如图所示的四种情况。说明通电螺线管的磁极极性只与 有关，且这个关系可以用 来判断。 16．如图所示，小磁针静止时的指向如图所示，其中黑端为N极。闭合开关后，小磁针逆时针转动后静止，请在图中标出通电后螺线管的N极和磁感线方向。    17. 如图所示，请标出通电螺线管的N、S极并用箭头画出图中磁感线的方向。 18. 请在图中标出静止的小磁针的N极。 19. 如图，请根据通电螺线管附近静止小磁针的指向，用箭头在A点标出磁感线方向，在B点标出电流方向。 20．在图中，根据磁感线方向，标出小磁针的N、S极及电源的正、负极。    四、电磁铁及其在生产生活中的应用 21. （2025·扬州一模）如图所示，下列做法中电磁铁不能吸引更多大头针的是（　） A．只提高电源电压 B．只将滑片P向左移动 C．只增加螺线管线圈的匝数 D．只将铁芯换成同规格的铜芯   22．（2023秋•河南安阳龙安区期末）如图所示，GMR是一个巨磁电阻，其阻值随磁场的增强而急剧减小，当闭合开关S1、S2时，下列说法正确的是（　　） A．电磁铁的右端为N极 B．小磁针将顺时针旋转 C．当P向左滑动时，电磁铁的磁性增强，指示灯变暗 D．当P向右滑动时，电磁铁的磁性减小，电压表的示数减小 23. 在一次物理实验中，小于同学连接了如图所示的电路，电磁铁的B端有一个可自由转动的小磁针，闭合开关后，下列说法错误的是（　　） A．电磁铁的A端为N极 B．小磁针静止时，N极水平指向左 C．利用这一现象所揭示的原理可制成的设备是发电机 D．当滑动变阻器滑动片P向右端移动，电磁铁磁性增强 24．（2024秋•河南驻马店期末）如图所示，用甲装置探究通电螺线管外部的磁场分布，用乙装置探究电磁铁磁性强弱跟哪些因素有关。下列说法正确的是（　　） A．通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似 B．改变通电螺线管中电流方向，小磁针N极指向不变 C．匝数一定时，通入的电流越小，电磁铁的磁性越强 D．减少铁钉上线圈的匝数，保持电流一定时，电磁铁的磁性强弱不变 25．（2024•安徽芜湖镜湖区期末）探究影响电磁铁磁性强弱的因素时，设计了如图所示的电路，下列说法中（　　） ①电磁铁A、B上方都是N极 ②通过电磁铁A和B的电流相等 ③电磁铁A的磁性比电磁铁B的磁性弱 ④向右移动滑片P，电磁铁A、B磁性都增强 A．只有①②正确 B．只有③④正确 C．只有②④正确 D．只有②③正确 26．在科技晚会上，小明给大家展示了一个“听话”的小瓶子，通过调节滑片，就可以让小瓶子上浮、下沉或悬停在水中，它的原理如图所示（磁铁固定在活塞上）闭合开关S后，移动滑片P，使小瓶子悬停在图示位置。对此，以下分析正确的是（　　）    A．电磁铁的右端为S极 B．若将滑片P向右移，小瓶子将会上浮 C．小瓶子下沉时，小瓶子中的气体密度变小 D．小瓶子上浮时，小瓶子的瓶口处受到水的压强保持不变 27．如图为某工厂为方便搬运笨重零件，设计的杠杆和电磁铁组合器件。该装置通电后，电磁铁上端为 （填“N”或“S”）极，若杠杆左端为动力（不计衔铁、杠杆的质量），此杠杆是一个 （填“省力”、“费力”或“等臂”）杠杆；若提不起零件，则应将滑动变阻器滑片向 （填“左”或“右”）滑动。    28. 学校物理探究小组为了模拟电磁起重机的工作原理，用表面涂有绝缘漆的导线绕在大铁钉上制成电磁铁，接入电路，如图所示。闭合开关S，将滑动变阻器的滑片向 移动一段距离后，硬币才被吸起，这说明电流越大，电磁铁的磁性 （选填“越强”、“越弱”或“不变”）。 29. 小明用自制电磁小船放在水中判断方向，如图所示，开关S闭合前，小船船头（右端）指向东边。闭合开关S，电磁小船的船头（右端）为电磁铁的______极（选填“N”或“S”）；船头在地磁场的作用下，将______偏转（选填“顺时针”或“逆时针”）。 30. 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。 31. 如图所示，在探究“影响电磁铁磁性强弱因素”的实验中，未闭合开关时，静止在弹簧下端的铁块质量为0.1kg，此时铁块受到弹簧的拉力是_____N；闭合开关后，弹簧的长度会 _____。（g=10N/kg） 32. 在探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”实验中，小明制成简易电磁铁甲、乙，并设计了如图所示的电路。     （1）电磁铁磁性的强弱是通过观察 来确定的； （2）当滑动变阻器滑片向左移动时，电磁铁甲、乙吸引大头针的个数增加，说明电流越 ，电磁铁磁性越强； （3）根据图示的情境可知，说明电流一定时， ，电磁铁磁性越强； （4）根据安培定则，可判断出乙铁钉的上端是电磁铁的 极； （5）电磁铁吸引的大头针下端分散的原因是 。 33. 学习了电磁铁，小明想：“电磁铁两极磁性强弱是否相同呢？”图甲是他探究该猜想的装置图。 （1）通电后，电磁铁A端是______极； （2）闭合开关后，弹簧测力计的示数太小，要使其示数变大，滑动变阻器滑片P应向_____端移动； （3）将滑动变阻器调节完成后，根据图乙读出弹簧测力计的示数为_______N； （4）在原位置将电磁铁两端对调，使B端向上，保持电流不变，观察到弹簧测力计示数与（3）中相同。初步可得出的结论是：电磁铁两极磁性强弱________。 34. 某实验小组用自制电磁铁探究影响电磁铁磁性强弱的因素。他们用相同的漆包线和铁钉绕制成两个电磁铁A和B，B铁钉上绕有更多匝数的线圈，实验装置如图所示。 （1）如图甲，闭合开关，电磁铁A的钉尖是 极（选填“N”或“S”）；将滑动变阻器的滑片P向右移动，能吸引 的大头针（选填“更多”“不变”或“更少”）； （2）如图乙，把电磁铁A和B串联，闭合开关，多次移动滑动变阻器的滑片P，发现电磁铁B总能吸引更多的大头针，通过比较，得出的结论是 ； （3）电磁铁在生活中应用广泛，请举一例： 。 五、电磁继电器及其应用 35.下图是一种水位自动报警器的原理示意图，一般的水都能导电，对于该水位自动报警器说法正确的是（　　） A．水位上升到B时，电磁铁通电，红灯亮报警 B．水位上升到B时，电磁铁断电，绿灯亮报警 C．水位下降到A时，电磁铁断电，红灯亮报警 D．水位下降到A时，电磁铁通电，绿灯亮报警 36. 如图，R0是一个光敏电阻，光敏电阻的阻值随光照强度的增加而减小，R是电阻箱（已调至合适阻值），它们和继电器组成自动控制电路来控制路灯，白天路灯熄灭，夜晚路灯亮起。下列说法正确的是（　　） A．电路工作时，电磁铁上端为N极 B．给路灯供电的电源应接在b、c两端 C．控制电路电源电压减小后，傍晚时路灯比原来早一些亮 D．路灯发光时把电能全部转化为光能 37．（2024•四川自贡）如图所示是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 38．（2024•江苏常州武进区模拟）如图所示，是模拟超市里电动扶梯电路，使用扶梯前先要闭合开关S，R0是一个红外传感器，当人靠近到一定距离时，人体辐射的红外线被红外传感器R0接收，红外传感器R0阻值减小。下列符合要求的是（　　） A．电路工作时，电磁铁上端为 S 极 B．当人远离传感器时，传感器 R0 阻值减小 C．当人远离传感器时，电磁铁的磁性变弱 D．当人远离传感器时，电动机转速变快 39.为实现节能和智能控制，空调内部用到了传感器和电磁继电器，下图是启动或停止空调压缩机的电路示意图，电磁继电器是利用电磁铁控制工作电路通断的______（选填“用电器”、“电源”或“开关”），夏天，空调制冷，房间温度降低，热敏元件的电阻增大，控制电路的电流减小，电磁铁的磁性______，低于设定温度时，工作电路就断开，停止制冷。 40. （2025河南一模）如图所示，小明利用电磁继电器设计了一个水位自动报警装置，当水位未达到金属块M时，灯泡不亮。水位达到金属块M时，灯泡亮，则接线柱C应与_____（选填“A”或“B”）相连。已知灯泡的规格为“12V 6W”，灯泡正常发光时的电流是_____A。通电1min，灯泡消耗的电能是_______J。 41. 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。        42.（2025·山东枣庄一模）如图甲是某型号能设定加热温度的家用空气炸锅简化电路，它是通过电热丝R1来加热空气，从而加热食物，达到设定加热温度后，断开开关。 （1）在工作电路中，指示灯L标有“2V　0.2A”字样，要使指示灯L正常工作，则保护电阻R0的阻值为多大？ （2）把空气炸锅单独接入家庭电路中正常工作2min，电能表上标有600r/kW·h的字样，其转盘刚好转了20转，则空气炸锅的电功率是多少？ （3）在控制电路中，电源电压恒定为3V，用R3来设置加热温度，热敏电阻R2置于温度监测区域，它的阻值随温度变化的关系如图乙所示。当设定加热温度为某一温度时，R3的阻值恰好为40Ω，闭合开关S，工作电路接通，开始加热；当控制电流I = 0.03A时，衔铁被弹起，停止加热，则设定的加热温度是多少？ 43.实践小组设计了由厢体、承重板和动滑轮组成的提升重物的装置，示意图如图甲，厢体放置在水平承重板上，承重板的上表面装有压力传感器，装置由电动机提供动力。该装置设计有超载限制系统，如图乙，限制系统中的控制电路电源电压恒为12V，定值电阻R0阻值为200Ω，压力传感器中的力敏电阻RF阻值随压力F压变化的部分数据如下表所示。当控制电路的电流大于0.03A时，电磁铁将衔铁吸下，B、C两个触点断开，电动机停止工作。已知厢体重150N，承重板和滑轮共重100N，忽略绳重、摩擦和电磁铁线圈电阻。 F压/N … 400 600 800 900 1000 … RF/Ω … 800 500 300 200 100 … （1）空厢匀速竖直上升时，求绳拉力F的大小； （2）在6s内将空厢匀速竖直提升3m，求拉力F做功的功率； （3）重物放在厢体内，求该装置匀速竖直提升重物的最大机械效率； （4）若要将该装置的最大载重量调小，提出对控制电路的一条调整措施。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第二节 探究：通电螺线管外部磁场的方向 目录 【学习目标】....................................................................1 【思维导图】....................................................................1 【知识梳理】....................................................................2 知识点1. 从奥斯特实验说起 .....................................................2 知识点2. 探究：通电螺线管外部磁场的方向........................................5 知识点3. 电磁铁在生产生活中的应用..............................................9 【方法技巧】...................................................................14 方法技巧. 利用安培定则解决通电螺线管作图问题思维方法...........................14 【巩固训练】...................................................................15 【学习目标】 课节核心素养目标 物理观念：能认识电流周围存在磁场,知道通电螺线管外部磁场的方向,能认识电磁铁在生产生活中的应用。 科学思维：通过对日常生活、工业生产中的电器设备的观察,知道电与磁有密切的联系;会用右手螺旋定则确定通电螺线管的磁极或螺线管上的电流方向。 科学探究: 能完成“探究通电螺线管外部磁场的方向”实验,能根据探究问题,设计实验电路图,能连接电路进行探究,能根据记录的实验信息得出结论,能按要求完成实验报告。能将电学实验的技能应用于电与磁的实验中。 科学态度与责任担当：通过电磁知识的探究和电磁铁在生产中的广泛应用,体会应用电磁知识解决实际问题的喜悦,树立科技强国的责任感与使命感。 课节重点难点 重点：通过实验认识通电螺线管的磁场。 难点：用右手螺旋定则确定通电螺线管的磁极或螺线管上的电流方向。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1. 从奥斯特实验说起 1. 奥斯特实验 丹麦物理学家奥斯特最早证实了电流周围存在磁场，且第一个发现了电与磁之间的关系。 （1） 当导线中通过电流时，它下方的磁针发生了偏转，如图所示。 （2）结论：通电导线周围存在磁场；磁场方向跟电流的方向有关。 2. 电流的磁效应 通电导线周围存在与电流方向有关的磁场，这种现象叫做电流的磁效应。 注意：通电直导线周围磁场的磁感线，是一个个以直导线为圆心的同心圆，距离直线电流越近，磁场越强。 【物理学史】奥斯特 奥斯特是丹麦物理学家，他从小聪明好学，1794年以优异的成绩考入哥本哈根大学学习，后来成为这所大学的物理教授。 他相信各种自然现象间存在联系。经过长时间用实验寻找，在多次失败后，1820年，奥斯特在课堂上做实验时发现了电和磁之间的联系。 【例题1】各种自然现象之间存在着相互联系，第一个发现电与磁之间存在联系的科学家是( ) A．奥斯特　　 B．安培　　 C．欧姆　　 D．牛顿 【答案】A 【解析】各种自然现象之间存在着相互联系，第一个发现电与磁之间存在联系的科学家是奥斯特。 （变式训练1）许多物理学家为人类的进步做出了巨大的贡献，下列叙述中对应关系正确的是（　　） A. 牛顿发现了杠杆平衡条件 B. 伽利略最早测出了大气压强的值 C. 奥斯特发现了电流的磁效应 D. 阿基米德最早揭开了光的颜色之谜 【答案】C 【解析】A．最早发现了杠杆平衡条件的是阿基米德，故A错误； B．托里拆利最早测出了大气压强的值，故B错误； C．奥斯特发现了电流周围存在磁场，即电流的磁效应，故C正确； D．牛顿最早揭开了光的颜色之谜，即光的色散，故D错误。 （变式训练2）如图所示，桌面上有一枚转动灵活的小磁针，静止时，小磁针 极指南；当导线与电池触接时，小磁针发生偏转，说明通电导线周围存在 ；断开电路，小磁针 （选填“会”或“不会”）回到原来位置。      【答案】 S 磁场 会 【解析】地球本身是个磁体，地球周围存在磁场，地磁北极在地理南极附近，根据异名磁极相互吸引的特性，静止时，在地磁场的作用下，小磁针的南极指向地磁北极，即地理南极。 当导线与电池接触时，形成闭合回路，导线中有电流通过，此时，小磁针发生偏转，即小磁针受到磁场力的作用，说明通电导线周围存在磁场。 断开电路，电路中没有电流通过，小磁针在地磁场的作用下会回到原来的位置。 （变式训练3）如图为奥斯特实验装置，接通电路后，观察到小磁针发生偏转，该现象说明了______；断开电源，小磁针在______的作用下又恢复到原来的位置；改变导线中电流的方向，小磁针的偏转方向发生了改变，说明了磁场方向与______有关。 【答案】通电导体周围存在磁场；地磁场，电流方向 【解析】如图甲接通电路后，观察到小磁针发生偏转，该现象说明了通电导体周围存在磁场；乙图断开电源，小磁针在地磁场的作用下又恢复到原来的位置；丙图改变导线中电流的方向，小磁针的偏转方向发生了改变，说明了磁场方向与电流方向有关。 知识点2. 探究：通电螺线管外部磁场的方向 1. 螺线管：将导线绕在圆筒上，就制成了螺线管，也叫线圈。 2. 探究：通电螺线管外部磁场的方向 【实验目的】 （1）探究通电螺线管外部磁场分布的特点。 （2）探究通电螺线管外部磁场的方向。 【实验器材】螺线管、电源、开关、导线、滑动变阻器、有机玻璃板、铁屑和小磁针。 【实验设计】 为直观观察通电螺线管周围磁场的特点，我们参考前面观察磁体周围的铁屑分布的实验，在玻璃板上撒铁屑的来推断通电螺线管周围的磁场分布的特点，然后利用小磁针在磁场中的指向来推断通电螺线管周围的磁场方向。设计的实验电路如图。 【实验步骤】 （1）在一块玻璃板上安装导线绕成的螺线管，板面上均匀地撒满铁屑。 （2）按照设计的电路图，将螺线管等器材连接起来，然后闭合开关，给螺线管通电，并轻轻敲击玻璃板面，观察玻璃板面上铁屑的分布情况，用拍照等方式记录实验信息，如图。 （3）如图，换一个有更多匝数的螺线管，将小磁针放置在螺线管附近，未通电时观察小磁针N极指向。闭合开关，观察并记录小磁针N极指向的变化。改变电流方向，再观察并记录小磁针N极指向的变化。 【实验结论】通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似；通电螺线管的磁极与电流的方向有关。 【交流反思】 （1）通电螺线管内部的磁场方向又是怎样的呢？你能设计实验验证自己的猜想吗？ （2）除了实验中的方法外，还有没有其他判断通电螺线管磁极的方法呢？ 3. 安培定则 （1）作用：表述通电螺线管的极性跟螺线管中的电流方向之间的关系。 （2）内容：用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中电流的方向，则拇指所指的那端就是螺线管的N极。 【例题2】小明在一块有机玻璃板上安装了一个用导线绕成的螺线管，在板面上均匀撒满铁屑，通电后轻敲玻璃板，铁屑的排列如图所示．下列说法正确的是（　　） A．图中P、Q两点相比，P点处的磁场较强 B．若只改变螺线管中的电流方向，P、Q两点处的磁场会减弱 C．若只改变螺线管中的电流方向，P、Q两点处的磁场方向会改变 D．若只增大螺线管中的电流，P、Q两点处的磁场方向会改变 【答案】C 【解析】分析：判断通电螺线管外部磁场的强弱，在通有电流时，可以通过观察它的外部鉄屑的多少，也就是密集程度确定。判断磁场方向，可以通过改变电流方向。 A．由图可以看出通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场一样，并且可以看到Q点铁屑的分布比P点密集，由此可以确定Q点的磁场比P点的磁场强，故A错误； B、C．只改变电流方向，则磁场方向发生改变，但通电螺线管的磁场强弱不变，故B错误，C正确； D．只增大螺线管中的电流，则磁场的强弱发生改变，但磁场方向不变，故D错误．故答案为C． （变式训练1）如图，通电螺线管上方的小磁针分别静止在图示位置。请科学推断，最终决定通电螺线管极性的是( ) A．电源正负极的接法 B．螺线管导线的环绕方向 C．小磁针静止时N极的指向 D．螺线管中电流的方向 【答案】D 【解析】通过控制变量法分析影响通电螺线管外部磁场方向的单个因素，在分析各个因素之间的联系，从而做出正确的判断。 （变式训练2）在野外求生活动中，小明依靠指南针来辨别方向。当他把指南针水平放置时，内部“小磁针”静止时的情况如图甲，则“小磁针”指南的一端是____(选填“N”或 “S”)极；若将这个指南针放在如图乙的电磁铁左方，“小磁针”静止时仍呈现如图甲的指向，则电源的上端是____(选填“正”或“负”)极。 【答案】S 负 【解析】根据指南针的原理判断小磁针的南北极，利用磁极间的相互作用判断出通电螺线管的磁场，再用右手螺旋定则判断出电源的正、负极。 （变式训练3）图中给出电源的“+”极，标出如图中小磁针的N极和通电螺线管的S极． 电源 S + 【答案】如图所示 N 电源 S S ＋ 【解析】给出电源的正极，就知道螺线管中电流方向。有右手安培定则可确定螺线管的N、S极。也就知道了螺线管外部任意位置磁场方向。进而就能判断出小磁针的N、S极。 用右手握住通电螺线管，让弯曲的四指指向电流方向，大拇指指向就是通电螺线管的N极，螺线管另一侧就是S极。小磁针静止，其右端极性和螺线管右端极性相反，所以小磁针的N极是在右侧。 点评：本题是给出通电螺线管中电流方向，判断其N、S极。知道小磁针位置的磁感线方向就判断其N、S极。是一道考查知识技能的好题。 知识点3. 电磁铁在生产生活中的应用 一、电磁铁 1. 定义：内部插有铁芯的螺线管叫做电磁铁。 2. 工作原理：利用电流的磁效应来工作的。 3. 电磁铁的优点 （1）可以通过电流的通断来控制其磁性的有无。 （2）可以通过改变电流的方向来改变其磁极的极性。 （3）可以通过改变电流大小或线圈匝数来控制其磁性的强弱。 4. 应用：生活中的电磁继电器、电磁起重机、电磁选矿机、磁浮列车、电动机、发电机中都用到了电磁铁。 磁悬浮列车 电磁起重机 扬声器 电磁继电器 电铃 恒温箱 【拓展】探究影响电磁铁磁性强弱的实验 【提出问题】电磁铁磁性大小跟哪些因素有关呢？ 【猜想】磁性强弱可能与电流的大小、线圈的匝数和是否带铁芯有关。 【实验器材】两个电磁铁（一个150匝，一个100匝）、电源、开关、导线、大头针、沙皮纸、 滑动变阻器、电流表或小灯泡。 【实验方法】控制变量法、转换法 实验1：探究电磁铁的磁性跟线圈匝数的关系 结论1：当电流一定时，电磁铁线圈的匝数越多，磁性越强。 实验2：探究电磁铁的磁性强弱跟电流大小的关系 结论2：通过电磁铁的电流越大，电磁铁的磁性越强。 【综合结论】影响电磁铁磁性的强弱因素：电磁铁磁性的强弱与电流的大小和线圈的匝数有关。螺线管中的电流越大，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。 二、电磁继电器 1. 定义：电磁继电器是利用含有电磁铁的低电压、弱电流电路的通断，来间接地控制高电压、强电流电路通断的装置。 2. 实质：就是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。 3. 电磁继电器工作原理： 当闭合S1时，电磁铁线圈中有电流通过，电磁铁有磁性，将衔铁吸下，触点开关接通，电动机便转动起来； 当断开S1时，电磁铁线圈中失去电流，电磁铁失去磁性，弹簧使衔铁上升，触点开关断开，电动机停止运转。 4. 电磁继电器的应用 ①利用电磁继电器可以通过控制低电压、弱电流电路的通断来间接地控制高电压、强电流工作电路的通断，使人远离高压环境； ②利用电磁继电器可以使人远离高温、有毒等环境，实现远距离控制； ③在电磁继电器控制电路中接入对温度、压力或光照敏感的元件，利用这些元件操纵控制电路的通断，可以实现对温度、压力或光的自动控制，如电铃、防盗报警、防汛报警、温度自动控制等。 【例题3】如图所示，A是悬挂在弹簧下的铁块，B是螺线管的铁芯，S是转换开关（S接1时连入电路的线圈匝数多，S接2时连入电路的线圈匝数少），P是滑动变阻器的滑片，要使弹簧的长度变长，可采取的办法是（　　） A．滑片P的位置不变，S由1改接到2 B．S接1，将滑片P向左滑 C．S接1，滑片P位置不变，将铁芯B抽出 D．S接1，将滑片P向右滑 【答案】B 【解析】（1）要解决此题，需要掌握影响电磁铁磁性强弱的因素：电流的大小和线圈的匝数，知道电流越大、线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强； （2）电路接通后，螺线管对铁块有吸引力，故可知弹簧应处于伸长状态，若要使弹簧长度变长，只能增强螺线管的磁性，则可分析各选项是否能使磁场变强即可。 A．滑片P的位置不变，S由1改接到2，电流大小不变，线圈匝数减小，螺线管磁性减弱，弹簧收缩长度变短，故A错误； B．S接1，线圈匝数不变；将滑片P向左滑，电阻变小，通过螺线管的电流变大，螺线管磁性增强，弹簧长度变长，故B正确； C．S接1，滑片P位置不变，将铁芯B抽出，螺线管磁性减弱，弹簧收缩长度变短，故C错误； D．S接1，线圈匝数不变；将滑片P向右滑，电阻变大，通过螺线管的电流变小，螺线管磁性减弱，弹簧长度变短，故D错误。故选：B。 （变式训练1）（2025上海一模）某学校为了培养学生的科学素养，组织科技创新大赛，小明在比赛中制作了水位自动报警器，原理图如图所示。当水位达到金属块A时（一般的水都能导电），则（　　） A. 两灯都亮 B. 两灯都不亮 C. 只有绿灯亮 D. 只有红灯亮 【答案】D 【解析】图中所示的水位自动报警器工作原理：当水位到达A时，由于一般水具有导电性，那么电磁铁所在电路被接通，电磁铁有磁性，电磁铁向下吸引衔铁，从而接通红灯所在电路，此时红灯亮，而绿灯不亮。故选D。 （变式训练2）（2025河南省郑州一模）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）通电线圈上端是_____极，温度升高时，电磁铁磁性_____； （2）R3阻值_____（大于/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______。 【答案】 （1）N 增强 （2）小于 （3）降低 【解析】（1）根据安培定则，右手握住螺线管，四指指向电流方向，大拇指所指方向为N极，因此通电线圈上端为N极。 因为热敏电阻R2阻值随温度升高而显著减小，所以温度升高时，控制电路总电阻减小，电流增大，电磁铁磁性增强。 （2）由上述可知，当温度升高时，电磁铁磁性会增强，此时衔铁被吸下，电阻R4开始工作，为了保证在恒温箱内温度较为平稳，现在加热功率应较低，根据可知，电压不变，电阻较大，因此R3阻值小于R4阻值。 （3）将R1的阻值稍微调小一些，热敏电阻R2阻值降低较小时即恒温箱温度未达到原来温度，控制电路电流已达到可以使电磁铁磁性强度把衔铁吸引下来，从而进入较小加热功率，因此恒温箱控制的温度将降低。 （变式训练3）人工心脏泵可短时间代替心脏工作，如图是该装置的示意图，磁体固定在左侧，线圈AB固定在用软铁制成的活塞柄上(相当于一个电磁铁)，活塞筒通过阀门与血管相通，阀门S1只能向外开启，S2只能向内开启，线圈中的电流从A流向B时，电磁铁左端是____极，血液会______ 0(选填“流入”或“流出”)活塞筒，该装置工作时，线圈AB中的电流方向______ 0(选填“需要”或“不需要”)改变。 【答案】S 流入 需要 【解析】根据安培定则判断电磁铁的极性；根据磁极间的相互作用判断活塞运动方向，结合阀门开关的开启方向判断血液的流向。 【方法技巧】 方法技巧. 利用安培定则解决通电螺线管作图问题思维方法 1．已知电源的正负极、线圈绕法，判断小磁针的N、S极。 （1）首先根据电源的正、负极画出通电螺线管的绕线中的电流方向； （2）利用安培定则确定通电螺线管的N、S极并标注； （3）最后根据磁极间的相互作用断定小磁针的N、S极。 2.已知小磁针的N、S极、线圈绕法，判断电源的正、负极。 （1）根据小磁针的N、S极，利用磁极间的相互作用先确定通电螺线管的N、S极； （2）然后利用安培定则判定通电螺线管上的电流方向并用箭头标出； （3）最后根据电源外部电流的流向确定电源的正、负极。 3.已知小磁针的N、S极、电源正负极，画螺线管的绕线。 （1）首先根据小磁针的N、S极指向，利用磁体间的相互作用规律确定通电螺线管的N、S极并标注出； （2）利用安培定则确定通电螺线管中的电流方向，并在螺线管上试着画出一条“S”型或反“S”型绕线； （3）然后结合电源外部电流流向定位螺线管的绕线形状是“S”型还是反“S”型，并在螺线管上等距地画出美观的绕线。 【巩固训练】 一、奥斯特实验 1．世界上第一个证实了电流周围存在磁场的科学家是（　　） A．牛顿 B．欧姆 C．奥斯特 D．阿基米德 【答案】C 【解析】A．牛顿提出了牛顿运动定律和万有引力定律，故A不符合题意； B．欧姆发现了导体中的电流跟电压和电阻之间的关系，建立了欧姆定律，故B不符题意； C．奥斯特是第一个证实电流周围存在磁场的科学家，故C符合题意； D．阿基米德是发现杠杆原理、阿基米德原理的科学家，故D不符合题意。 所以选C。 2.小芳对奥斯特实验非常感兴趣，于是连接如图所示的电路进行探究。她先用两节干电池串联进行实验，发现小磁针只是微微动了一下，接着用三节干电池串联进行实验，而小磁针发生了明显的偏转。根据小芳的实验过程及现象，可以得出两点结论：一是电流周围确实存在着 ，二是电流磁场的强弱与 有关。 【答案】 磁场 电流大小 【解析】小芳通过连接电路并观察小磁针的偏转情况，发现当电路中有电流通过时，小磁针会发生偏转。这个现象说明，电流周围确实存在着磁场，即电流能够产生磁场。 小芳在实验中还注意到，当使用不同数量的干电池（即改变电源电压）时，小磁针的偏转情况有所不同。具体来说，当使用两节干电池时，小磁针只是微微动了一下；而当使用三节干电池时，小磁针发生了明显的偏转。这个现象说明，电流磁场的强弱与电流的大小有关。因为电源电压的改变导致了电路中电流大小的改变，进而影响了电流产生的磁场的强弱。 二、电流的磁效应 3. 电磁炉是利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场，磁化铁质铁锅，从而形成无数个小涡流（即电流），加速锅底分子运动，使锅底自身发热达到加热食品的目的，它具有安全可靠、节能环保等优点，是现代家庭中的理想灶具，其工作原理如图所示。下列有关电磁炉的说法中正确的是（    ）    A．电磁炉功率大，使用时很耗电 B．电磁炉在使用中会产生烟尘和废气 C．普通铁锅普通砂锅均可在电磁炉上使用 D．电磁炉在使用中利用了电流的磁效应、热效应 【答案】D 【解析】A．由W=Pt可知用电器消耗的电能的多少与功率P和时间t有关，电磁炉功率大，消耗电能不一定多，故A错误； B．由于电磁炉是消耗电能而工作的，故在工作时是不能产生烟尘和废气的，故B错误； C．电磁炉是利用电流的磁效应的原理制成的，故所使用的锅必须是含有磁性材料的物质，普通砂锅不是磁性材料，该锅不能在电磁炉上使用，故C错误； D．炉子内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时会产生磁场，这是电流的磁效应；涡流使锅体及食物的温度升高，这是电流的热效应，故D正确。故选D。 三、探究：通电螺线管外部磁场的方向（含作图） 4．爱因斯坦曾说：在一个现代的物理学家看来，磁场和他坐的椅子一样实在。下图所表示的磁场与实际不相符的是（　　） A．同名磁极间的磁场 B．直线电流的磁场 C．通电螺线管的磁场 D．蹄形磁体的磁场 【答案】C 【解析】A．由图知，两磁极都为N极，磁体的外部，磁感线从N极出发，故A正确，A不符合题意； B．由图知，直导线中电流向左，由安培定则可判断其周围磁感线为以导线为圆心，逆时针方向的同心圆，故B正确，B不符合题意； C．由图知，安培定则判断可知，通电螺线管的下端为N极，上端为S极，外部磁感线不符合磁感线从N极出发，到S极进入，故C错误，C符合题意； D．由图知，蹄形磁铁上端N极，下端S极，磁感线符合从N极出发，到S极进入，故D正确，D不符合题意。故选C。 5．（2024秋•江苏无锡期末）科技小组的同学将不同金属丝插入菠萝中自制了水果电池，然后将一根导线在纸筒A上绕制成螺线管，导线两端接在水果电池两极上，螺线管产生的磁场使小磁针静止在如图所示状态。下列判断正确的是（　　） A．通电螺线管的左侧是N极 B．水果电池M端为负极 C．把小磁针取走，则通电螺线管周围的磁场消失 D．改变电流方向，小磁针偏转方向不变 【答案】B 【解析】（1）由磁极间的相互作用可知螺线管的磁极，再由“e”的方向可知通电螺线管的电流方向，然后可知电池正，负极； （2）小磁针显示磁场的，磁场存在与小磁针无关； （3）根据通电螺线管的磁极与电流方向有关分析。 A．根据异名磁极相互吸引，小磁针左侧是N极，通电螺线管的左侧是S极，故A错误； B．根据螺线管右侧为N极，电流从右侧流入，故电源N为正极，水果电池M端为负极，故B正确； C．把小磁针取走，磁场依然存在，则通电螺线管周围的磁场不会消失，故C错误； D．改变电流方向，通电螺线管的方向改变，小磁针偏转方向改变，故D错误。故选：B。 6. 如图所示，通电螺线管左侧有一个小磁针，开关闭合后，小磁针将（　　） A．顺时针旋转 B．逆时针旋转 C．保持静止状态 D．先顺时针旋转再逆时针旋转 【答案】B 【解析】由图可知，电流从螺线管的左端流入，由安培定则可知通电螺线管的右端是N极，左端为S极，因同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，所以小磁针的N极因吸引而逆时针旋转。故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。 7. 闭合下图所示电路的开关，小磁针静止时指向如图，则（　　）    A．通电螺线管的左端为N极 B．电源的左端为正极 C．电流表的左端为“+”接线柱 D．R的滑片不能置于最右端 【答案】C 【解析】ABC．已知小磁针静止时N极水平向左，根据磁极间的相互作用可知，通电螺线管的右端为N极，左端为S极；伸出右手握住螺线管，大拇指所指的方向为通电螺线管的N极，四指弯曲指示电流的方向，因此电源右端为正极、左端为负极，所以电流表的左端为“+”接线柱；故AB不符合题意，C符合题意； D．R的滑片置于最右端时，为最大阻值，是可以的，故D错误，不符合题意。故选C。 8．（2024秋山东济宁期末）通电螺线管磁感线的分布如图所示，则（　　） A．通电螺线管的右侧为N级 B．小磁针的左侧为S级 C．电源的左侧为负极 D．以上判断都不对 【答案】B 【解析】根据磁感线的方向确定磁极，根据磁极间的作用，确定小磁针N极指向，再根据安培定则即可确定电源的正负极。 根据磁体周围的磁感线从N极出发进入S极，左侧为N极，根据异名磁极相互吸引，小磁针左侧为S极，右侧为N极；根据安培定则可知，电流由左侧流入螺线管，故电源的左侧为正极。故B正确，ACD错误。故选：B。 9．（2024春•山东潍坊期末）如图所示，闭合开关S1、S2，两个通电螺线管的相互作用情况以及A、B端的极性分别是（　　） A．相斥，A端为N极，B端为N极 B．相斥，A端为S极，B端为S极 C．相吸，A端为S极，B端为N极 D．相吸，A端为N极，B端为S极 【答案】C 【解析】根据线圈的绕向和电流方向，确定螺线管的N、S极，然后利用磁极间的作用规律确定两者的相互作用情况。 两个通电螺线管中正面的电流都是向下，根据安培定则可知，A端为S极，B端为N极，因此它们相互吸引，靠近的两端是异名磁极，故C正确。故选：C。 10．为了确定标示不清的铅蓄电池的正、负极，小军同学将该电池和螺线管相连，闭合开关S后，小磁针静止时的指向如图所示，由此可以判断，螺线管的b端为N极，铅蓄电池的c端是 （选填“正”或“负”）极，小磁针所在位置的磁感线方向与小磁针N极所指的方向 （选填“相同”或“相反”）。    【答案】 正 相同 【解析】根据安培定则可知，螺线管上导线的电流向下，所以可知电源的c端为正极，b端为负极。 由螺线管周围的磁感线分布可知，磁感线从N极出发回S极，所以小磁针N极所指的方向与该位置磁感线的方向相同。 11．螺线管是汽车启动器的一个重要部件，驾驶员转动钥匙发动汽车时，相当于给螺线管通电。如图所示，螺线管的左端为 极，小磁针的左端为 极，A为电源的 极。 【答案】 N N 负 【解析】由图可知，磁感线从磁体的N极流出，回到S极，所以，螺线管的左端为N极，右边为S极，根据异名磁极相互吸引可知，小磁针的左端为N极，根据安培定则可知，螺线管上电流方向朝上，所以A为电源的负极。 12．（2024春•江苏扬州期中）在“探究通电螺线管外部磁场的方向”的实验中： （1）开关闭合后，小磁针的指向如图所示，可知：电源的左端为 　 　极；（小磁针黑色端为N极） （2）将连接电源正、负极的导线对调，小磁针的指向也改变了，说明通电螺线管的磁场方向与 　 　方向有关； （3）为了使通电螺线管的磁场增强，可采取的有效措施是 　 　。（写出一条即可） 【答案】（1）负；（2）电流；（3）增大电源电压 【解析】（1）最左侧小磁针的左端为N极，右端为S极，根据异名磁极相互吸引可知，通电螺线管的左端为N极，右端为S极。 根据安培定则可知，电流从通电螺线管的右侧流入，故电源的右端为正极，左端为负极。 （2）将连接电源正、负极的导线对调，螺线管中电流的方向发生了变化，小磁针的指向也改变了，这说明磁场的方向发生了变化，所以通电螺线管的磁场方向与电流方向有关。 （3）通电螺线管的匝数越多，通过螺线管的电流越大，通电螺线管的磁场越强，为了使通电螺线管的磁场增强，根据欧姆定律可采取的有效措施是增大电源电压。 13．在“探究通电螺线管外部的磁场分布”的实验中： （1）如图所示，闭合开关，通电螺线管的右端为 极，小磁针的左端为 极； （2）对调电源正、负极，小磁针N极指向与（1）中相反，这表明，通电螺线管外部的磁场方向与 的方向有关； （3）在螺线管中插入一根铁棒，可使通电螺线管的磁性 。 【答案】（1） N S （2） 电流（3） 增强 【解析】（1）闭合开关，电流从螺线管的右端流入，由右手定则得通电螺线管的右端为N极。由异名磁极相吸引得，小磁针的左端为S极。 （2）小磁针的N极指向表示磁场方向，对调电源正、负极，电流的方向改变，小磁针与（1）中相反，说明磁场方向改变，通电螺线管外部的磁场方向与电流的方向有关。 （3）研究发现，在螺线管中插入一根铁棒，铁棒被磁化，可使通电螺线管的磁性增强。 14.（2025·云南一模）某实验小组探究“通电螺线管外部磁场的特点”。 （1）将螺线管安装在一块有机玻璃板上，连入电路中。在板面上均匀地洒满铁屑，闭合开关并轻敲玻璃板面，观察到铁屑分布情况如图甲所示。铁屑的分布情况与 磁体周围铁屑的分布情况相似，铁屑的作用是显示 ； （2）把小磁针放在通电螺线管四周不同的位置，小磁针静止时N极所指方向如图乙所示，则通电螺线管的右端为 极。对调电源正负极，闭合开关，小磁针静止时N极所指方向如图丙所示，说明通电螺线管的极性与 的方向有关。 【答案】（1） 条形 电螺线管周围的磁场分布（2）N 电流 【解析】（1）由图知，螺线管通电后外部铁屑的分布情况与条形磁体周围铁屑的分布情况相似。 铁屑在磁场容易被磁化，故可以用铁屑来显示通电螺线管周围的磁场分布。 （2）由图乙知，根据小磁针的指向可知，螺线管的右端为N极，左端为S极。 将电源正、负极对调，小发现小磁针的指向也改变了，说明通电螺线管极性与电流方向有关。 15. 某实验小组用铁屑和小磁针来探究“通电螺线管外部磁场的方向”。    （1）在闭合开关前，小磁针静止时，N极指向地理的 （选填“南极”或“北极”），说明地球周围存在磁场。 （2）在玻璃板上均匀地撒满铁屑，将螺线管连入电路，闭合开关，轻敲玻璃板面，观察到铁屑分布情况如图甲所示，铁屑的分布情况与 磁体周围铁屑的分布情况相似。 （3）把小磁针放在通电螺线管四周不同的位置，小磁针静止时N极所指方向如图乙所示，对调电源正负极，闭合开关，小磁针静止时N极指向与图乙中小磁针N极指向相反，说明通电螺线管的极性与 的方向有关。 （4）实验时发现通电螺线管的磁场较弱，铁屑规则排列的效果不明显，为增强螺线管的磁场，可行的措施： （写出一种方法即可）。 （5）为了研究通电螺线管的磁极性质，同学们对螺线管的电流方向和绕线方式进行了实验，得到了如图所示的四种情况。说明通电螺线管的磁极极性只与 有关，且这个关系可以用 来判断。 【答案】（1） 北极 （2） 条形 （3） 电流 （4） 调节滑片，增大螺线管中的电流/提高电源电压（5） 电流方向 右手螺旋定则 【解析】（1）小磁针静止时N极所指的方向为磁场的方向，地球外部磁场的方向为从地磁的北出来回到地磁的南极，故小磁针静止时N极指向地磁的南极即地理的北极。 （2）由图甲所示的铁屑分布情况可知，通电螺线管周围铁屑的分布情况与条形磁体周围铁屑的分布情况相似。 （3）对调电源正负极，电路中电流方向改变，小磁针静止时N极所指方向也改变，说明通电螺线管的极性与电流的方向有关。 （4）通电螺线管周围磁场的强弱和电流大大小有关，电流越大，磁场越强，可以调节滑片，增大螺线管中的电流（提高电源电压）从而增强磁场。 （5）四个螺线管中电路中，甲乙的绕线方式相同，电流的方向不同，根据小磁针的指向可知，甲的右端是N极，乙的右端是S极，同理乙丙也是如此，所以实验说明当绕线方式相同时，极性只与电流的方向有关；故通电螺线管的磁极极性只与电流方向有关。 通电螺线管周围磁场的方向和电流方向的关系可以根据右手螺旋定则来判断。 16．如图所示，小磁针静止时的指向如图所示，其中黑端为N极。闭合开关后，小磁针逆时针转动后静止，请在图中标出通电后螺线管的N极和磁感线方向。    【答案】见右图。   【解析】闭合开关后，小磁针逆时针转动后静止，此时小磁针的N极指向右侧，根据异名磁极相互吸引可知，螺线管的左端为N极、右端为S极，在磁体外部，磁感线的方向是从N极指向S极，如图所示。 17. 如图所示，请标出通电螺线管的N、S极并用箭头画出图中磁感线的方向。 【答案】如图所示 【解析】根据电源的正负极可确定电流从螺线管的右端流入，左端流出，结合安培定则可确定螺线管的左端为S极，右端为N极，在磁体的周围，磁感线从磁体的N极出发回到S极，如图所示。 18. 请在图中标出静止的小磁针的N极。 【答案】如图所示。 【解析】由右手螺旋定则可知通电螺线管的左侧为N极，右侧为S极。又因为异名磁极相互吸引，故小磁针的右端为N极。如图所示。 19. 如图，请根据通电螺线管附近静止小磁针的指向，用箭头在A点标出磁感线方向，在B点标出电流方向。 【答案】如图所示。 【解析】小磁针的左端为N极，则是S极靠近螺线管左端，根据磁极间相互作用规律可知，螺线管的左端为N极。由于磁体外部磁感线是从N极出发回到S极，故A点的磁感线方向是从左向右；根据安培定则，用右手大拇指指向螺线管左端（N极），四指弯曲方向为电流方向，则螺线管中电流是从右端流入、左端流出，故B点电流方向是向下。 20．在图中，根据磁感线方向，标出小磁针的N、S极及电源的正、负极。    【答案】如图所示   【解析】磁体外部的磁感线总是从磁体的N即出发，所以螺线管的左端为N极，右端为S极，由磁极间的相互作用可知小磁针的右端为S极，左端是N极，根据安培定则可以判断出电源的右端是正极，左端是负极，如图所示。 四、电磁铁及其在生产生活中的应用 21. （2025·扬州一模）如图所示，下列做法中电磁铁不能吸引更多大头针的是（　） A．只提高电源电压 B．只将滑片P向左移动 C．只增加螺线管线圈的匝数 D．只将铁芯换成同规格的铜芯   【答案】D 【解析】A．只提高电源电压，通过电磁铁的电流变大，磁性增强，可以吸引更多的大头针，故A不符合题意； B．只将滑片P向左移动，滑动变阻器连入电路的电阻变小，通过电磁铁的电流变大，磁性增强，可以吸引更多的大头针，故B不符合题意； C．只增加螺线管线圈的匝数，在电流一定时，电磁铁磁性增强，可以吸引更多的大头针，故C不符合题意； D．只将铁芯换成同规格的铜芯，由于铜不能被磁化，电磁铁磁性将减弱，不能吸引更多大头针，故D符合题意。故选D。 22．（2023秋•河南安阳龙安区期末）如图所示，GMR是一个巨磁电阻，其阻值随磁场的增强而急剧减小，当闭合开关S1、S2时，下列说法正确的是（　　） A．电磁铁的右端为N极 B．小磁针将顺时针旋转 C．当P向左滑动时，电磁铁的磁性增强，指示灯变暗 D．当P向右滑动时，电磁铁的磁性减小，电压表的示数减小 【答案】D 【解析】AB、根据安培定则可知，电磁铁的左端为N极，右端为S极；根据磁极间的相互作用规律可知，通电后，小磁针将会逆时针旋转，故AB错误； C、闭合开关S1和S2，使滑片P向左滑动，变阻器接入电路的电阻变小，左侧电路中电流变大，电磁铁的磁性增强，巨磁电阻的阻值减小，右侧电路中电流变大，所以指示灯的亮度会变亮，故C错误； D、使滑片P向右滑动，变阻器接入电路的电阻变大，左侧电路中电流变小，电磁铁的磁性变弱，巨磁电阻的阻值变大，右侧电路中电流变小，根据U＝IR可知，灯泡两端的电压减小，即电压表示数变小，故D正确。故选：D。 23. 在一次物理实验中，小于同学连接了如图所示的电路，电磁铁的B端有一个可自由转动的小磁针，闭合开关后，下列说法错误的是（　　） A．电磁铁的A端为N极 B．小磁针静止时，N极水平指向左 C．利用这一现象所揭示的原理可制成的设备是发电机 D．当滑动变阻器滑动片P向右端移动，电磁铁磁性增强 【答案】C 【解析】（1）开关闭合后，根据电流方向利用安培定则可判断螺线管的磁极； （2）由磁极间的相互作用可判出小磁针的指向； （3）电磁感应是发电机的原理； （4）由滑动变阻器的滑片移动可得出电路中电流的变化，则可得出螺线管中磁场的变化。 A.由图知，电流从螺线管的右端流入、左端流出，根据安培定则可知，电磁铁的A端是N极，B端是S极，故A正确； B.电磁铁的B端是S极，由磁极间的作用规律可知，小磁针静止时，左端是N极，即N极水平指向左，故B正确； C.该实验表明了电能生磁，利用这一现象所揭示的原理可制成电磁铁，故C错误； D.当滑动变阻器滑动片P向右端移动时，变阻器接入电路的电阻变小，电路中电流变大，则电磁铁的磁性变强，故D正确。 24．（2024秋•河南驻马店期末）如图所示，用甲装置探究通电螺线管外部的磁场分布，用乙装置探究电磁铁磁性强弱跟哪些因素有关。下列说法正确的是（　　） A．通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似 B．改变通电螺线管中电流方向，小磁针N极指向不变 C．匝数一定时，通入的电流越小，电磁铁的磁性越强 D．减少铁钉上线圈的匝数，保持电流一定时，电磁铁的磁性强弱不变 【答案】A 【解析】（1）通电螺线管的磁场分布情况与条形磁体相似，磁性来源于导体中有电流，由电流的磁效应得到磁场，磁场的方向与电流的方向有关； （2）电磁铁的磁性强弱与电流的大小和线圈的匝数有关。 AB．通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似，磁场的方向与电流的方向有关，改变通电螺线管中电流方向，小磁针N极指向会发生改变，故A正确、B错误； CD．匝数一定时，通入的电流越小，电磁铁的磁性越弱，电流一定时，减少铁钉上线圈的匝数，电磁铁的磁性变弱，故CD错误。 故选：A。 25．（2024•安徽芜湖镜湖区期末）探究影响电磁铁磁性强弱的因素时，设计了如图所示的电路，下列说法中（　　） ①电磁铁A、B上方都是N极 ②通过电磁铁A和B的电流相等 ③电磁铁A的磁性比电磁铁B的磁性弱 ④向右移动滑片P，电磁铁A、B磁性都增强 A．只有①②正确 B．只有③④正确 C．只有②④正确 D．只有②③正确 【答案】D 【解析】①由安培定则可知，电磁铁A、B的下方都是N极，其上方都是S极，故①错误②由图可知，电磁铁A和B串联接入电路中，所以电流相等，故②正确；③电磁铁A和B的电流相同，由图可知A的线圈匝数少于B的线圈匝数，所以电磁铁A的磁性比电磁铁B的磁性弱，故③正确；④向右移动滑片P，滑动变阻器接入电路的电阻变大，根据欧姆定律可知，电流减小，电磁铁A、B磁性都减弱，故④错误。故选：D。 26．在科技晚会上，小明给大家展示了一个“听话”的小瓶子，通过调节滑片，就可以让小瓶子上浮、下沉或悬停在水中，它的原理如图所示（磁铁固定在活塞上）闭合开关S后，移动滑片P，使小瓶子悬停在图示位置。对此，以下分析正确的是（　　）    A．电磁铁的右端为S极 B．若将滑片P向右移，小瓶子将会上浮 C．小瓶子下沉时，小瓶子中的气体密度变小 D．小瓶子上浮时，小瓶子的瓶口处受到水的压强保持不变 【答案】B 【解析】A．由图可知，该电路为串联电路，电流从螺线管的右侧流入，根据安培定则可知，电磁铁的右端是N极，故A错误； B．若将滑片P向右移，滑动变阻器接入电路的阻值变大，电路的电流变小，电磁铁的磁性变弱，电磁铁与磁铁排斥作用变小，活塞向左运动，大瓶内空气气压变小，小瓶子的水会挤出来，小瓶子重力变小，重力小于浮力，小瓶子将上浮，故B正确； C．小瓶子进水重力大于浮力下沉时，故小瓶子上面的空气的体积会变小，质量不变，故密度变大，故C错误； D．小瓶子上浮时，根据可知小瓶子的瓶口处受到水的压强变小，故D错误。 故选B。 27．如图为某工厂为方便搬运笨重零件，设计的杠杆和电磁铁组合器件。该装置通电后，电磁铁上端为 （填“N”或“S”）极，若杠杆左端为动力（不计衔铁、杠杆的质量），此杠杆是一个 （填“省力”、“费力”或“等臂”）杠杆；若提不起零件，则应将滑动变阻器滑片向 （填“左”或“右”）滑动。    【答案】 N 费力 左 【解析】由图看出，电流从电磁铁下端流入，依据安培定则，四指顺着电流方向，大拇指应向上握住电磁铁，所以上端为N极。 由图可知，杠杆左端为动力（不计衔铁、杠杆的质量），此时的动力臂要小于阻力臂，为费力杠杆。 若提不起，则应将滑动变阻器滑片向左移动，接入电路的电阻减小，根据欧姆定律可知，电路中电流变大，电磁铁的磁性增强，衔铁这端受到的电磁吸力就会变大，从而把零件提起。 28. 学校物理探究小组为了模拟电磁起重机的工作原理，用表面涂有绝缘漆的导线绕在大铁钉上制成电磁铁，接入电路，如图所示。闭合开关S，将滑动变阻器的滑片向 移动一段距离后，硬币才被吸起，这说明电流越大，电磁铁的磁性 （选填“越强”、“越弱”或“不变”）。 【答案】 右 越强 【解析】滑片向右移动，变阻器接入电路的电阻变小，由I=U/R可知，线圈中的电流增大，则电磁铁的磁性越强；由于磁体能够吸引铁、钴、镍等物体，电磁铁磁性增强到一定程度，硬币被吸起。 29. 小明用自制电磁小船放在水中判断方向，如图所示，开关S闭合前，小船船头（右端）指向东边。闭合开关S，电磁小船的船头（右端）为电磁铁的______极（选填“N”或“S”）；船头在地磁场的作用下，将______偏转（选填“顺时针”或“逆时针”）。 【答案】 S 顺时针 【解析】由图中可知，闭合开关后，电流从螺线管的右端流入，左端流出，故由安培定则可知，通电螺线管的左端为N极，右端为S极。 由地磁场的特点可知，地磁场的N极在地理南极附近，地磁场的S极在地理北极附近，故由磁极间的相互作用规律可知，船头在地磁场的作用下，将顺时针偏转。 30. 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。 【答案】 N 右 【解析】由右手螺旋定则可知，螺线管左端为N极。 根据磁极间的相互作用规律，同名磁极相互排斥，如图，此时同名磁极相对，故活塞右移。 31. 如图所示，在探究“影响电磁铁磁性强弱因素”的实验中，未闭合开关时，静止在弹簧下端的铁块质量为0.1kg，此时铁块受到弹簧的拉力是_____N；闭合开关后，弹簧的长度会 _____。（g=10N/kg） 【答案】 1 变长 【解析】铁块的重力 G=mg=0.1kg×10N/kg=1N 所以铁块受到弹簧的拉力是1N。 闭合开关后，电磁铁产生磁性，吸引铁块，所以弹簧的长度会变长。 32. 在探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”实验中，小明制成简易电磁铁甲、乙，并设计了如图所示的电路。     （1）电磁铁磁性的强弱是通过观察 来确定的； （2）当滑动变阻器滑片向左移动时，电磁铁甲、乙吸引大头针的个数增加，说明电流越 ，电磁铁磁性越强； （3）根据图示的情境可知，说明电流一定时， ，电磁铁磁性越强； （4）根据安培定则，可判断出乙铁钉的上端是电磁铁的 极； （5）电磁铁吸引的大头针下端分散的原因是 。 【答案】（1）吸引大头针的数量；（2）大；（3）线圈匝数越多；（4）S；（5）同名磁极相互排斥. 【解析】（1）实验中运用转换法，将电磁铁磁性的强弱转换为吸引大头针的数量，所以可以通过观察吸引大头针的数量来确定电磁铁磁性的强弱。 （2）分析电路图可知，滑动变阻器滑片向左移动时，滑动变阻器的阻值变小，则电路中电流增大，电磁铁甲、乙吸引大头针的个数增加，说明电流越大，电磁铁磁性越强。 （3）观察图片可知，甲、乙串联，由串流电路中电流特点可知，甲、乙的电流相同，甲的线圈匝数较多，甲吸引大头针的数量较多，所以可得电流一定时，线圈匝数越多，电磁铁磁性越强。 （4）观察电路发现，电流从乙铁钉的上端流入，从乙铁钉的下端流出，由安培定则可判断出乙铁钉的上端是电磁铁的S极。 （5）被电磁铁吸引的大头针都具有磁性，由异名磁极相吸引可知，与电磁铁相吸的大头针的上端的磁极相同，则下端的磁极也相同，由同名磁极相排斥可得，大头针下端相互排斥。 33. 学习了电磁铁，小明想：“电磁铁两极磁性强弱是否相同呢？”图甲是他探究该猜想的装置图。 （1）通电后，电磁铁A端是______极； （2）闭合开关后，弹簧测力计的示数太小，要使其示数变大，滑动变阻器滑片P应向_____端移动； （3）将滑动变阻器调节完成后，根据图乙读出弹簧测力计的示数为_______N； （4）在原位置将电磁铁两端对调，使B端向上，保持电流不变，观察到弹簧测力计示数与（3）中相同。初步可得出的结论是：电磁铁两极磁性强弱________。 【答案】（1）S （2） 左 （3） 2.2 （4）相同 【解析】（1）由甲图可知，电流从上端流入，根据安培定则可知，电磁铁B端是N极，A端是S极。 （2）电磁铁磁性的强弱与电流的大小有关，闭合开关后，弹簧测力计的示数太小，说明电磁铁磁性太小，电流太小，要使其示数变大，需增大电流，故滑动变阻器滑片P应向左端移动。 （3）由乙图可知，测力计的分度值为0.2N，故测力计示数为2.2N。 （4）在原位置将电磁铁两端对调，使B端向上，磁极改变，保持电流不变，观察到弹簧测力计示数与（3）中相同，说明电磁铁两极磁性强弱相同。 34. 某实验小组用自制电磁铁探究影响电磁铁磁性强弱的因素。他们用相同的漆包线和铁钉绕制成两个电磁铁A和B，B铁钉上绕有更多匝数的线圈，实验装置如图所示。 （1）如图甲，闭合开关，电磁铁A的钉尖是 极（选填“N”或“S”）；将滑动变阻器的滑片P向右移动，能吸引 的大头针（选填“更多”“不变”或“更少”）； （2）如图乙，把电磁铁A和B串联，闭合开关，多次移动滑动变阻器的滑片P，发现电磁铁B总能吸引更多的大头针，通过比较，得出的结论是 ； （3）电磁铁在生活中应用广泛，请举一例： 。 【答案】（1）S 更少 （2）电流相同时，匝数越多，电磁铁磁性越强（3） 电铃 【解析】（1）由图甲可知，铁钉表面的电流方向向右，根据安培定则可知，钉尾为N极，顶尖为S极。 当滑动变阻器的滑片向右端滑动时，电路中的电阻变大，则电流变小，即由铁钉组成的电磁铁磁性减弱，则吸引的大头针数量会更少。 （2）由图乙可知，电磁铁A和B串联，则电路中的电流相等，因为电磁铁B的线圈匝数多，所以吸引的大头针多，则说明电流相同时，匝数越多，电磁铁磁性越强。 （3）电磁铁在生活中应用广泛，如电铃，电磁起重机等等。 五、电磁继电器及其应用 35.下图是一种水位自动报警器的原理示意图，一般的水都能导电，对于该水位自动报警器说法正确的是（　　） A．水位上升到B时，电磁铁通电，红灯亮报警 B．水位上升到B时，电磁铁断电，绿灯亮报警 C．水位下降到A时，电磁铁断电，红灯亮报警 D．水位下降到A时，电磁铁通电，绿灯亮报警 【答案】A 【解析】AB．当水位没有达到B时，电磁铁没有磁性，只有绿灯亮；当水位到达B时电路接通，电磁继电器有磁性，衔铁就会在电磁力吸引的作用下与红灯接通，红灯亮；该报警器的红、绿灯不会同时亮。故A正确，B错误； CD．当水位下降到A时，电磁铁断电，无磁性，衔铁在弹簧弹力的作用下向上运动，与上面的静触点接触，绿灯所在电路接通，此时绿灯亮，故CD错误。故选A。 36. 如图，R0是一个光敏电阻，光敏电阻的阻值随光照强度的增加而减小，R是电阻箱（已调至合适阻值），它们和继电器组成自动控制电路来控制路灯，白天路灯熄灭，夜晚路灯亮起。下列说法正确的是（　　） A．电路工作时，电磁铁上端为N极 B．给路灯供电的电源应接在b、c两端 C．控制电路电源电压减小后，傍晚时路灯比原来早一些亮 D．路灯发光时把电能全部转化为光能 【答案】C 【解析】A．根据图示可知，电流从电磁铁的上端流入，根据安培定则可知，电磁铁的上端为S极，故A错误； B．晚上时的光线暗，光敏电阻的电阻值大，电路中的电流值小，所以静触点与a接通，所以要达到晚上灯亮，白天灯灭，则路灯供电的电源应接在a、b之间，故B错误； C．电源电压减小后，在其它条件不变时，根据欧姆定律可知，电路中的电流变小，电磁铁中的磁性变弱，傍晚时路灯比原来早一些亮，故C正确； D．路灯工作时电能转化为光能、内能，不是全部转化为光能，故D错误。 故选C。 37．（2024•四川自贡）如图所示是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 【答案】A 【解析】温度自动报警器的原理是当温度达到一定值时，温度计内液体上升，该液体必须是导体，这样控制电路会接通，电磁铁产生磁性，将衔铁吸引，报警电路接通，电铃响，起到报警作用。 据图可知，该温度自动报警器的原理是：当温度达到90℃时，由于温度计内的液体是导体，这样控制电路会接通，电磁铁产生磁性，将衔铁吸引，此时报警电路接通，电铃响，红灯亮，起到报警作用。故选：A。 38．（2024•江苏常州武进区模拟）如图所示，是模拟超市里电动扶梯电路，使用扶梯前先要闭合开关S，R0是一个红外传感器，当人靠近到一定距离时，人体辐射的红外线被红外传感器R0接收，红外传感器R0阻值减小。下列符合要求的是（　　） A．电路工作时，电磁铁上端为 S 极 B．当人远离传感器时，传感器 R0 阻值减小 C．当人远离传感器时，电磁铁的磁性变弱 D．当人远离传感器时，电动机转速变快 【答案】C 【解析】（1）如图，电流从电磁铁的下端进入，根据安培定则可以判断电磁铁的上端是N极，下端是S极，故A错误； （2）闭合开关，控制电路中两电阻串联接入电路，当人靠近到一定距离时，人体辐射的红外线被红外传感器R0接收，红外传感器R0阻值减小，电源电压不变，根据串联电路电阻规律结合欧姆定律可知电路电流变大，电磁铁的磁性增强，吸引衔铁，动触头和静触头接通，工作电路的定值电阻短路，只有电动机接在电路中，电动机电压变大，电动机转动速度变快，反之，当人远离传感器时，红外传感器R0阻值增大，电源电压不变，电路电流变小，电磁铁的磁性减弱，弹簧拉起衔铁，动触头和静触头断开，定值电阻和电动机串联在电路中，电动机电压变小，电动机转动速度变慢，故C正确，BD错误。故选：C。 39.为实现节能和智能控制，空调内部用到了传感器和电磁继电器，下图是启动或停止空调压缩机的电路示意图，电磁继电器是利用电磁铁控制工作电路通断的______（选填“用电器”、“电源”或“开关”），夏天，空调制冷，房间温度降低，热敏元件的电阻增大，控制电路的电流减小，电磁铁的磁性______，低于设定温度时，工作电路就断开，停止制冷。 【答案】 开关 减弱 【解析】电磁继电器是利用电磁铁控制衔铁的吸下或弹起从而控制工作电路的通断，相当于开关。 电磁铁的磁性与通过电磁铁的电流大小有关，当控制电路的电流减小时，电磁铁的磁性将会减弱。 40. （2025河南一模）如图所示，小明利用电磁继电器设计了一个水位自动报警装置，当水位未达到金属块M时，灯泡不亮。水位达到金属块M时，灯泡亮，则接线柱C应与_____（选填“A”或“B”）相连。已知灯泡的规格为“12V 6W”，灯泡正常发光时的电流是_____A。通电1min，灯泡消耗的电能是_______J。 【答案】 B 0.5 360 【解析】金属块是导体，水位达到金属块M时，通电螺线管所在电路接通，电路中的电流增大，衔铁下移，与B接触，灯泡所在电路接通，灯泡发光，故接线柱C与B连接。 灯泡的规格为“12V 6W”，灯泡正常发光时的电流 通电 1min ，灯泡消耗的电能 W=Pt=6W×1×60s=360J 41. 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。        【答案】如图所示  【解析】电磁铁上端为N极，由安培定则可知电流从下端流入，电源的右端是负极，左端是正极，当温度低于设定温度时，水银与金属丝断开，电磁铁断电没有磁性，安全指示灯所在电路接通，指示灯亮，上面虚线框是指示灯，当温度达到设定温度时，水银和金属丝连接，电磁铁通电有磁性，把衔铁吸引下来，电铃所在电路接通，电铃发出报警信号，下面虚线框是电铃，如图所示。 42.（2025·山东枣庄一模）如图甲是某型号能设定加热温度的家用空气炸锅简化电路，它是通过电热丝R1来加热空气，从而加热食物，达到设定加热温度后，断开开关。 （1）在工作电路中，指示灯L标有“2V　0.2A”字样，要使指示灯L正常工作，则保护电阻R0的阻值为多大？ （2）把空气炸锅单独接入家庭电路中正常工作2min，电能表上标有600r/kW·h的字样，其转盘刚好转了20转，则空气炸锅的电功率是多少？ （3）在控制电路中，电源电压恒定为3V，用R3来设置加热温度，热敏电阻R2置于温度监测区域，它的阻值随温度变化的关系如图乙所示。当设定加热温度为某一温度时，R3的阻值恰好为40Ω，闭合开关S，工作电路接通，开始加热；当控制电流I = 0.03A时，衔铁被弹起，停止加热，则设定的加热温度是多少？ 【答案】（1）1090Ω；（2）；（3）200℃ 【解析】（1）R0和指示灯L串联，R0两端的电压为 指示灯L正常工作，通过R0的电流为 I0=IL=0.2A 保护电阻R0的阻值为 R0 （2）转盘刚好转了20转，空气炸锅消耗的电能 空气炸锅的功率 （3）衔铁被弹起时，控制电路的总电阻为 此时热敏电阻 由乙图可知，当R2 =60Ω，设定温度为200℃。 43.实践小组设计了由厢体、承重板和动滑轮组成的提升重物的装置，示意图如图甲，厢体放置在水平承重板上，承重板的上表面装有压力传感器，装置由电动机提供动力。该装置设计有超载限制系统，如图乙，限制系统中的控制电路电源电压恒为12V，定值电阻R0阻值为200Ω，压力传感器中的力敏电阻RF阻值随压力F压变化的部分数据如下表所示。当控制电路的电流大于0.03A时，电磁铁将衔铁吸下，B、C两个触点断开，电动机停止工作。已知厢体重150N，承重板和滑轮共重100N，忽略绳重、摩擦和电磁铁线圈电阻。 F压/N … 400 600 800 900 1000 … RF/Ω … 800 500 300 200 100 … （1）空厢匀速竖直上升时，求绳拉力F的大小； （2）在6s内将空厢匀速竖直提升3m，求拉力F做功的功率； （3）重物放在厢体内，求该装置匀速竖直提升重物的最大机械效率； （4）若要将该装置的最大载重量调小，提出对控制电路的一条调整措施。 【答案】（1）125N；（2）125W；（3）75%；（4）减小R0 【解析】（1）忽略绳重、摩擦，空厢匀速竖直上升时，绳拉力F的大小 （2）绳端移动距离 绳拉力F做的功 绳拉力F的功率 （3）控制电路的最大电流时，载重量最大，控制电路最小总电阻 力敏电阻的阻值 由表中数据可知，当，压力，即最大载重 装置的最大机械效率 （4）要将该装置的最大载重量调小，力敏电阻RF阻值会变大，控制电路的电流不变，由可知，电源电压不变，电路的总电阻不变，可以减小R0的阻值。 答：（1）空厢匀速竖直上升时，绳拉力F的大小是125N； （2）在6s内将空厢匀速竖直提升3m，拉力F做功的功率是125W； （3）重物放在厢体内，该装置匀速竖直提升重物的最大机械效率是75%； （4）若要将该装置的最大载重量调小，减小R0。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$