二、电流的磁场（高效培优讲义）物理苏科版九年级下册

二、电流的磁场 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 电流的磁效应（奥斯特实验） 1 题型2 通电螺线管的磁场 4 题型3 电磁铁与电磁继电器 10 【能力培优练】 15 【链接中考】 20 【重难题型讲解】 题型1 电流的磁效应（奥斯特实验） 1. 划时代的发现 历史上，电现象和磁现象长期以来被孤立地研究，人们认为电和磁之间没有联系。直到1820年，丹麦物理学家奥斯特通过实验首次发现了电流的周围存在磁场，揭示了电与磁之间的联系，这一实验被称为奥斯特实验。 通过实验发现通电导体周围存在磁场，这种现象叫做电流的磁效应。 奥斯特实验是第一个发现电与磁之间联系的实验，奥斯特是第一个发现电和磁联系的人。 2. 奥斯特实验的探究与分析 实验操作 现象 结论与分析 导线通电 小磁针发生偏转 通电导线周围存在磁场 导线断电 小磁针回到原位 磁场消失，说明磁场是由电流产生的 改变电流方向 小磁针偏转方向改变 电流的磁场方向与电流方向有关 增大电流强度 小磁针偏转角度不变（指向不变） 磁场方向不变 导线沿南北方向放置 偏转现象最明显 避免地磁场干扰，使实验效果最佳 实验的关键细节：导线应平行架在小磁针的上方，并且沿南北方向放置。这是因为小磁针原本受地磁场作用指向南北，若导线沿东西方向放置，通电后产生的磁场可能与地磁场方向重合或相反，导致小磁针偏转不明显甚至不偏转。 “转换法”的应用：磁场是看不见、摸不着的，实验中通过小磁针的偏转来显示磁场的存在，这种研究方法叫做转换法。 “成立”与否的判断：若接通电路后移去小磁针，通电导线周围存在磁场的结论仍然成立，因为磁场是客观存在的，与小磁针的有无无关。 ★拓展培优 通电直导线周围的磁感线，在垂直于导线的平面内是以电流为中心的一系列同心圆。距离导线越近，磁场越强。具体的磁场方向可用右手定则判断。 【典例1-1】如图甲所示，在观察奥斯特实验时，小明注意到置于通电直导线下方的小磁针的N极向纸内偏转，说明 。小明由此推测：若电子沿着水平方向平行地飞过小磁针上方（如图乙），小磁针也将发生偏转。请你说出小明推测的依据： 。你认为小磁针的N极会向 （选填“纸内”或“纸外”）偏转。为了避免地磁场对实验的影响，导线应沿 （选填“东西”或“南北”）方向放置。 【跟踪训练1】如图示是探究通电直导线周围磁场的实验装置。 （1）小磁针放置在桌面上静止时，将直导线AB沿 （选填“东西”“南北”或“任意”）方向放置在小磁针正上方，实验时效果最明显； （2）接通电路后，观察到小磁针偏转，说明电流周围存在 ，此现象最早是由物理学家 发现的，此时若移去小磁针，上述结论是否成立？ （选填“是”或“否”）； （3）改变直导线中电流方向，小磁针的偏转方向发生了改变，说明电流周围的磁场方向与 有关； （4）实验中小磁针的作用是 。 【跟踪训练2】根据图所示的实验回答下列问题。 (1)如图甲所示，用带负电的橡胶棒接触验电器的金属球，验电器的金属箔会带 电。金属箔张开角度是因为 ； (2)图乙为奥斯特实验装置。实验前小磁针可以指南北是受到 的作用。通电后小磁针发生偏转，说明了通电导线周围存在 。将电池正负极调换后通电，小磁针会 。 【典例1-2】小华用图甲所示的装置进行实验，闭合开关前，小磁针的指向如图甲所示；闭合开关，小磁针的偏转情况如图乙中箭头所示，说明 。只改变电流方向，再次进行实验，小磁针的偏转情况如图丙中箭头所示，比较图乙、图丙可得结论： 。 【跟踪训练1】如图是探究通电直导线周围磁场的实验装置，小磁针放置在桌面上静止时，将直导线AB沿 （选填“东西”、“南北”或“任意”）方向放置在小磁针正上方，实验时效果最明显。当开关闭合时，导线下方的小磁针会发生偏转，说明通电导线周围存在 。仅将电源正负极对调，小磁针偏转方向发生改变，这表明通电直导线周围磁场的方向与 有关。 【跟踪训练2】在做“电流磁效应”的实验时，小明连接了如图所示的实验电路。他把小磁针（图中没有画出）放在直导线AB的正下方，闭合开关又马上断开，电路经历短暂的短路，在这个过程中发现小磁针指向不发生变化。经检查，各元件完好，电路连接无故障。你猜想小磁针指向不发生变化的原因可能是 ，检验你的猜想是否正确的方法是 。小明调整好实验仪器后再次实验，发现小磁针偏转，验证了通电导线周围存在磁场。他想进一步探究，于是改变了通电电流的方向，发现小磁针也发生偏转，且N极所指方向与之前 （选填“相同”或“相反”），于是他还能得出结论 。 题型2 通电螺线管的磁场 1． 螺线管的磁场特点 螺线管（也叫线圈）是由导线绕在圆筒上制成的。通电螺线管周围的磁场比直导线磁场强得多，也更有规律。 特点①通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似。 ②通电螺线管也有两个磁极（N极和S极），其极性由电流方向决定。 ③通电螺线管内部的磁场是匀强磁场（各处磁场方向相同、强弱相等）。 2． 通电螺线管磁场的探究 探究方法 操作与现象 结论 小磁针法 在螺线管周围不同位置放置小磁针，观察N极指向 确定各点磁场方向，发现外部磁场分布与条形磁体相似 铁屑法 撒铁屑，轻敲玻璃板，观察铁屑排列 显示磁感线分布形状，两端密中间疏，外部从N到S 改变电流方向 对调电源正负极，小磁针指向改变 通电螺线管的磁场方向与电流方向有关 3． 安培定则（右手螺旋定则） 安培定则是判断通电螺线管磁极与电流方向关系的方法，由法国物理学家安培总结得出。 操作方法 用右手握住螺线管，让四指弯曲的方向与螺线管中电流的方向一致，则大拇指所指的那端就是通电螺线管的N极 记忆口诀 右手握螺管，四指流方向，拇指指N极 应用一：已知电流判磁极 根据电流环绕方向，用右手判断N极位置 应用二：已知磁极判电流 根据N极位置，反推电流环绕方向，再确定电源正负极 应用三：已知磁极和部分电流画绕线 先判断电流流向，再确定导线绕法 ★特别提醒 在使用右手螺旋定则时。因为导线是缠绕在螺线管上的，手掌的摆放与所选的螺线管哪侧有关，若选择露在外侧的导线（图中左侧），则掌背朝外，反之选择藏在内侧的导线（图中右侧），则掌心朝外。记忆方法：用掌心贴合导线。 【典例2-1】磁悬浮陀螺在航天、航空、电子和机械制造等领域有广阔的应用。图甲的磁悬浮陀螺由电磁底座和磁体陀螺两部分组成，其悬浮原理如图乙所示。请在“括号”内标出陀螺的磁极以及电源的极性。 【跟踪训练1】如图所示，两个电磁铁各有两个接线柱。请将它们和电源连接起来，要求两个电磁铁串联，且电路连通后它们之间相互吸引。 【跟踪训练2】如图所示，通电后，蹄形电磁铁下端与条形磁体相互吸引，小磁针静止在如图所示位置。请标出：①电源的极性（“+”或“﹣”）；②A点磁感线的方向；③小磁针右端的磁极（“N”或“S”）。 【典例2-2】（一）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，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； （二）另一小组成员还进行了如下探究：    （3）如图丁所示，将小铁钉靠近磁铁N极，小铁钉被吸引获得 性。此时，小铁钉相当于一个 ，钉尖是 极。如图戊所示，给磁铁加热一段时间后，小铁钉会掉落，表明磁铁的磁性可能与 有关。 【跟踪训练1】小明用如图所示的装置探究“通电螺线管外部磁场的分布”。 (1)在螺线管的两端各放一个小磁针，并在硬纸板上均匀地撒满铁屑，通电后观察小磁针的指向，轻敲纸板，观察铁屑的排列情况，如图所示；把小磁针放到螺线管四周不同的位置，闭合开关后，小磁针再次静止时的指向如图乙所示。 ①通电后小磁针发生偏转，说明通电螺线管周围有 ； ②通电螺线管外部的磁场与 磁体的磁场相似。 (2)为了研究通电螺线管的磁极性质，同学们一起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，实验说明通电螺线管的磁极极性只与 有关，且这个关系可以用右手螺旋定则来判断。如图乙所示，根据小磁针静止时的指向，a端应接电源的 极。 (3)小明将一铁芯插入螺线管中，其磁场会变 ；请写出一种能增强电磁铁外部磁场的方法： 。 (4)未来，科学家想研究月球是否也像地球一样是一个磁体，在月球科研站内将小磁针放在不同位置，若观察到 现象，则说明月球也是一个磁体。 【跟踪训练2】“探究通电螺线管外部磁场的特点”的实验装置如图甲所示。 (1)在用铁屑探究螺线管外部磁场分布时，需要经历下列步骤：①轻敲有机玻璃板，观察铁屑分布；②将铁屑均匀撒在有机玻璃板上；③闭合开关。三个步骤合理的顺序是 （填序号）。 (2)经过对铁屑分布的观察，发现通电螺线管外部磁场与 磁体周围磁场分布相似。 (3)把小磁针放在螺线管四周不同的位置，通电后，小磁针分布如图乙所示，发现通电前后、两个小磁针未发生明显偏转，此时的螺线管可能是向 （选填“南北”或“东西”）方向放置的。 (4)对调电源两极，小磁针的指向也随之对调，说明通电螺线管的磁场方向与螺线管中 方向有关。 (5)若用小磁针探究磁场方向时，发现小磁针没有标N、S极，请写出一种判断小磁针N、S极的做法： 。 【典例2-3】2025年11月25 日，神舟二十二号飞船在中国空间站成功对接（图甲）。对接时为减缓撞击带来的影响，飞船与核心舱间需配有缓冲装置。“飞天”兴趣小组设计了如图乙所示的缓冲装置的简化图。当条形磁体和通电螺线管靠近时，产生相互排斥的力，说明通电螺线管的电源左端为 极，为增大缓冲力度，滑动变阻器的滑片应向 端滑动。 【跟踪训练1】模拟电磁轨道炮是把有强磁性的炮弹放入通电螺线管中，利用电流的 效应推动炮弹前行，从而获得极高的弹射速度，通过移动滑动变阻器滑片来改变电流的强弱，从而改变炮弹的射程，该装置通电后，通电螺线管右端为 极。若要增大炮弹的射程，可以将滑动变阻器的滑片向 （选填“左”或“右”）移动。 【跟踪训练2】如图甲所示，小明家有一款磁悬浮音响，音响底部有一块磁铁，底座内部有一个电磁铁，底座内部电路与图乙所示电路的原理相同。闭合开关S，音响悬浮于空中，通过改变底座电路中电流大小可以调节音响悬浮时的高度。下列说法正确的是（   ） A．底座通电后能产生磁场，这与电动机的工作原理相同 B．电磁铁的上端是N极 C．改变滑片P的位置，音响悬浮位置也随之发生改变，说明通电螺线管周围的磁场强度受电流大小的影响 D．若增大电流使音响悬浮位置升高，音响受到底座的斥力减小 题型3 电磁铁与电磁继电器 1. 电磁铁及其磁性强弱的探究 电磁铁：由线圈和铁芯组成，铁芯一般由铁或铁的合金组成。电磁铁通电后能产生磁性。 电磁铁的特点： ①插入铁芯后，铁芯被磁化，也变成一个磁体，使电磁铁的磁性大大增强。 ②电磁铁与永磁体相比，具有磁性可控的优点。 ③铁芯材料必须选用软铁（软磁材料），断电后磁性迅速消失。 2. 电磁铁的优点 优点 控制方式 应用实例 磁性的有无可控 通过通断电流来控制 电磁起重机吊起和放下钢铁 磁性的强弱可控 通过调节电流大小或改变线圈匝数来控制 电磁继电器、电铃的音量调节 磁极的极性可控 通过改变电流方向来控制 电磁选矿机、某些自动控制装置 3. 影响电磁铁磁性强弱的因素 探究方法：控制变量法，通过观察电磁铁吸引大头针的数目来比较磁性强弱（转换法）。 影响因素 探究方法 结论 电流大小 保持线圈匝数相同，用滑动变阻器改变电流 电流越大，电磁铁磁性越强 线圈匝数 保持电流相同，改变线圈匝数（如用两个匝数不同的电磁铁串联） 匝数越多，电磁铁磁性越强 有无铁芯 同一螺线管，插入铁芯前后对比 有铁芯时磁性大大增强 4. 电磁继电器及其应用 电磁继电器：利用电磁铁来控制工作电路通断的一种开关。 特征①电磁继电器实质上是利用低电压、弱电流电路来控制高电压、强电流电路的自动开关。 ②由电磁铁、衔铁、弹簧、触点等部分组成。 ③通常有常闭触点（断电时闭合）和常开触点（通电时闭合）两种。 5. 电磁继电器的构造与工作电路 组成部分 构造 作用 电磁铁 线圈 + 铁芯 通电时产生磁性，吸引衔铁 衔铁 可动的铁磁性材料 被电磁铁吸引或释放，带动触点动作 弹簧 连接衔铁 电磁铁断电时，将衔铁拉回原位 触点 动触点和静触点 相当于开关，控制工作电路的通断 电路组成： 控制电路：由电磁铁、低压电源、开关等组成，电流小、电压低。 工作电路：由高压电源、用电器（电动机、电灯等）、触点等组成，电流大、电压高。 工作原理： 通电时，电磁铁产生磁性，吸引衔铁 → 衔铁带动动触点动作 → 常开触点闭合（或常闭触点断开）→ 工作电路状态改变。 断电时，电磁铁磁性消失，弹簧将衔铁拉回原位 → 触点恢复原状 → 工作电路恢复初始状态。 【典例3-1】如图甲所示，某小组设计的调节光照度助力植物成长的模拟电路。电源电压为U，R0为电阻箱，光敏电阻R的阻值随光照度E的变化图像如图乙所示。当电流I≥0.2A时，电磁铁刚好能够吸下衔铁A，启动电动机（图中省略），带动遮光板下移减少光照。若电源电压U为12V，调节R0阻值为10Ω，不计电磁铁线圈电阻，则光照度E最大为 Lx，此时光敏电阻R的电功率是 W；若某植物对阳光需求更大，对电路可采取的办法是 。 【跟踪训练1】如图所示为一种水位报警器的模拟装置。水槽中漂浮着正方体实心物块（浮子）。水槽侧壁固定着光源P，光源发出的光PQ沿水平方向照射到光敏电阻R上，光敏电阻受到光源P照射时阻值为，没有受到光源P照射时阻值为。电磁铁所在电路中，电源电压保持不变，为电阻箱，金属片K为控制电铃的开关。水面在警戒水位线以下时，调节大小，使金属片K恰好能被电磁铁吸住。当水面超过警戒水位线MN时，电铃发声报警。已知浮子的密度为，边长为5cm。不计电磁铁线圈的电阻。下列说法正确的是（   ） A．当警戒水位线与光线之间距离为时，水位报警器报警 B．小于 C．若只将浮子换成体积相同质量大一些的正方体实心物块，则警戒水位线的位置降低 D．若只减小电路中电阻箱的阻值，则警戒水位线的位置降低 【跟踪训练2】一种温度自动报警器的原理，如图所示。水银温度计在制作时，在玻璃管两端各封入一段金属丝用以接入电路。下列说法正确的是（   ） A．自动报警器根据电磁感应原理制成 B．若水银温度计损坏，可用煤油温度计替换 C．玻璃管内上端的金属丝越短，则报警温度越低 D．当温度达到上端金属丝所指的温度时，电铃响起，发出报警信号 【典例3-2】为实现自动控制，小明同学利用电磁继电器（电磁铁线圈电阻不计）制作了具有延时加热、保温、消毒等功能的恒温调奶器，其电路图如图甲所示。控制电路中，电压，定值电阻，热敏电阻R阻值随温度变化的图像如图乙所示；工作电路中，电压，，。已知恒温调奶器容量为，水温达到80℃时衔铁会跳起。 (1)求衔铁刚跳起时，通过电磁铁线圈的电流； (2)求工作电路在保温状态下的电功率； (3)当调奶器加满温度为25℃的水，加热元件工作500s后衔铁跳起，求此过程中消耗的电能。 【跟踪训练1】如图甲为可燃气体浓度报警器的工作原理图，控制电路由电源气敏电阻滑动变阻器和电磁继电器线圈A组成，工作电路由电源灯、灯和电磁继电器触点组成（触点通断状态随控制电路电流变化）。气敏电阻的阻值随可燃气体浓度的变化关系如图乙所示。灯和的规格均为“3V  3W”。当环境中可燃气体的浓度达到4%的预设报警值时，控制电路电流达到触发值，电磁继电器工作，报警器红灯亮，发出报警信号。已知触发电磁继电器工作的电流（即控制电路启动电流）为0.2A，滑动变阻器的最大阻值为100Ω，线圈A的电阻忽略不计。请解答下列问题： (1)当环境中可燃气体的浓度达到4%的预设报警值时，报警器红灯亮。由图甲的电路结构可知，工作电路中的 是红灯。 (2)求灯正常工作时的电阻。 (3)为确保浓度达到4%时能准确报警，控制电路的电源电压（需满足一定范围）。结合图乙信息，求控制电路的电源电压的可调范围（提示：滑动变阻器可调节，需考虑其阻值变化对的影响）。 【跟踪训练2】科技创新大赛活动中，我校实践活动小组利用电磁继电器（电磁铁线圈电阻不计）制作了具有加热、保温功能的恒温箱，如图甲所示。在控制电路中，电源电压，定值电阻，热敏电阻阻值随温度变化的关系如图乙所示；在恒温箱内的工作电路中，电源电压，、为电热丝，，。当恒温箱内温度达到最高设定温度时，衔铁会跳起。求： (1)衔铁刚跳起时，通过电磁铁线圈的电流； (2)工作电路在加热状态下的电功率； (3)衔铁跳起后经过工作电路中产生的热量； (4)使用一段时间后，控制电路的电源电压降低，若仍保持恒温箱内设定温度为时，衔铁跳起，可将的阻值 （选填“增大”、“减小”或“不变”） 【能力培优练】 1．巨磁电阻（GMR）效应是指某些材料的电阻在磁场中急剧减小的现象，且磁场越强电阻越小。如图是说明巨磁电阻特性原理的示意图，下列分析正确的是（　　） A．闭合，滑片P向左移动，电磁铁的磁性将减小 B．闭合，滑片P向右移动，巨磁电阻的阻值将变大 C．闭合和，滑片P置于最右端时指示灯最亮 D．闭合和，滑片P向左移动时指示灯将变暗 2．如图所示是物理兴趣小组同学设计的太阳能路灯的原理图，图中，甲和乙一个是太阳能电池板，一个是路灯，R为光敏电阻，其电阻大小与光照强度关系如图所示；白天太阳能电池板为蓄电池充电，夜晚蓄电池为电灯供电。下列说法正确的是（　　） A．电磁铁通电后，周围的磁场和磁感线都是真实存在的 B．衔铁可以选用任何金属材料制作 C．甲是太阳能电池板，乙是路灯 D．电磁铁的磁性白天强，晚上弱 3．“创新”小组的成员设计了一款智能防盗窗，其电路原理图如图所示。平时防盗窗的防盗锁（电路中用M来表示）锁死，当火灾发生时，防盗锁自动打开，防盗窗开启，方便室内人员逃生和消防人员施救。对此，下列说法正确的是（   ） A．没有火灾时，控制电路开关应处于断开状态 B．没有火灾时，工作电路开关应处于断开状态 C．火灾发生时，指示灯亮，报警器响，防盗锁打开 D．火灾发生时，指示灯不亮，报警器响，防盗锁打开 4．在如图所示的电路中，能使电磁铁磁性增强的是（　　） A．只将铁芯换成同规格的铜芯 B．将电源的正、负极对调 C．将滑片P向右移动 D．将开关S由触点1扳到触点2 5．某展览厅为保护展品设置了调光天窗，其电路原理如图所示，图中为定值电阻，R为光敏电阻。当外界光照较弱时，自动启动节能灯给予补光；当外界光照较强时启动电动卷帘调整进光量。下列关于说法正确的是（    ） A．光敏电阻阻值不随光照强度的变化而变化 B．光敏电阻阻值随光照强度的增大而增大 C．光敏电阻与互换位置，会影响电路元件连接方式 D．光敏电阻阻值随光照强度的增大而减小 6．小周设计了如图所示的电路图探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”。实验中通过观察 来判断电磁铁磁性的强弱。由图中实验现象可得出的结论是：电磁铁的磁性强弱与 有关。 7．如图甲“悬浮灯泡”能够悬浮发光，其内部结构如图乙所示。接通电源后，灯泡能悬浮在空中是因为同名磁极相互 。基座电路的电源右端为 （选填“正”或“负”）极；若要使灯泡的悬浮高度增加，可以将滑动变阻器的滑片向 （选填“左”或“右”）移动。 8．兴趣小组设计了一款自动控制的“智能照明灯”，电路如图，电源电压保持不变，R1为定值电阻，R2为光敏电阻，其阻值随光照强度增大而增大。闭合开关S，当光照强度减小时，电磁铁磁性 ，达到一定程度时，工作电路接通。为了节能，需要在光照强度更弱时才启动照明灯L，则应换用阻值较 的R1。 9．小明用光敏电阻设计了一种“智能家居照明灯”，其电路如图甲所示。其中为光敏电阻，为滑动变阻器，电源电压恒定，电磁继电器线圈的电阻不计。该照明灯能实现在天暗时自动点亮，天亮时自动熄灭。要实现小明的设计目的，光敏电阻的阻值应随光照强度的增大而 。闭合开关S后，保持滑片P的位置不变，光照强度变化时，电流表示数与电压表示数的关系如图乙所示，则电源电压为 V，滑动变阻器接入电路的阻值为 。 10．如图，螺线管的上方放置一个小磁针，螺线管左方的水平桌面上放置一个铁块。闭合开关后，铁块静止不动，小磁针在磁场的作用下会发生转动，它的周围 （选填“有”或“没有”）磁感线，小磁针静止时左端为 极。当滑片P向左滑动时，铁块受到的摩擦力的大小将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 11．据图中通电螺线管附近小磁针静止时N极的指向，标出图中磁感线的方向，并在括号内标出电源的正、负极。 12．图1是某恒温箱的电路原理图。工作电路电压为220V，电热丝R0的阻值为88Ω；控制电路电源电压为8V，线圈的电阻R1为10Ω，调温电阻R2最大阻值为120Ω；热敏电阻R3的阻值随温度t变化的关系如图2所示。R0和R3均置于恒温箱中，当继电器线圈中的电流达到50mA时，继电器的衔铁会被吸下。求： (1)S闭合时，电磁铁上端是 极（用字母表示），当恒温箱中温度升高时，线圈中的电流将变 ； (2)恒温箱中温度保持为40℃，R3的阻值为 Ω，此时R2的阻值为 Ω； (3)R0工作时，功率为 W； (4)该恒温箱能设定的最高温度为 ℃。 【链接中考】 1．（2025·江苏盐城·中考真题）如图所示，给绕在铁钉上的线圈通电后，铁钉吸引大头针。下列操作能使铁钉吸引大头针数目变多的是（　　） A．减少线圈匝数 B．减少电池节数 C．向右移动滑动变阻器的滑片 D．对调电源正、负接线柱上的接线 2．（2025·江苏徐州·中考真题）在“探究通电螺线管外部磁场的方向”实验中，在螺线管周围的不同位置放上小磁针，接通电路，小磁针静止时的指向如图所示，小磁针 极的指向就是该点的磁场方向，由此可知通电螺线管的右端是 极。把电池的正负极对调，再进行实验，目的是探究通电螺线管外部磁场方向与 方向是否有关。 3.（2025·江苏苏州·中考真题）如图是控制车辆进出的电动闸门设计图，抬杆质量分布均匀，长度为，重为，在最右端B点处悬挂一重为的铁柱，B点到支点O的距离为。开关S闭合后，调节滑动变阻器使抬杆处于水平静止状态。（忽略支点O处的摩擦） (1)电磁铁上端为 极； (2)此时电磁铁对铁柱的吸引力为 N； (3)要使抬杆A端从图示位置向上抬起，滑动变阻器的滑片P应向 端移动。 4．（2025·江苏淮安·中考真题）如图所示是兴趣小组设计的监测汽车超载报警装置原理简图，压力传感器输出电压与所受压力的关系如下表所示 。 压力F/（×105N） 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 输出电压U/V 0 1 2 3 4 5 压力传感器输出电压U是控制电路的工作电压。电磁继电器线圈的电阻是50Ω。当线圈中的电流I≥20mA时，衔铁被吸合，受控电路开始报警。 (1)该装置以电铃声为报警信号，则图中的电铃应接在 （选填“A、B”或“C、D”）间。 (2)若希望在压力达到3×105 N时报警，则电阻箱R的电阻应调节为 Ω，此时电阻箱两端的电压为 V。 (3)若想让临界报警压力减小，则电阻箱R接入电路的阻值应调 。 5．（2025·江苏淮安·中考真题）“探究通电螺线管外部磁场的特点”的实验装置如图甲所示。 (1)在用铁屑探究螺线管外部磁场分布时，需要经历下列步骤：①轻敲有机玻璃板，观察铁屑分布；②将铁屑均匀撒在有机玻璃板上；③闭合开关。三个步骤合理的顺序是 （填序号）； (2)经过对铁屑分布的观察，发现通电螺线管外部磁场与 磁体周围磁场分布相似； (3)把小磁针放在螺线管四周不同的位置，通电后，小磁针分布如图乙所示，发现通电前后A、B两个小磁针未发生明显偏转，此时的螺线管可能是向 （选填“南北”或“东西”）方向放置的； (4)根据图丙中小磁针静止时的指向，在括号中标出电源左端的极性； (5)未来，科学家想研究月球是否也像地球一样是一个磁体，在月球科研站内将小磁针放在不同位置，若观察到 现象，则说明月球也是一个磁体。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 二、电流的磁场 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 电流的磁效应（奥斯特实验） 1 题型2 通电螺线管的磁场 6 题型3 电磁铁与电磁继电器 15 【能力培优练】 24 【链接中考】 33 【重难题型讲解】 题型1 电流的磁效应（奥斯特实验） 1. 划时代的发现 历史上，电现象和磁现象长期以来被孤立地研究，人们认为电和磁之间没有联系。直到1820年，丹麦物理学家奥斯特通过实验首次发现了电流的周围存在磁场，揭示了电与磁之间的联系，这一实验被称为奥斯特实验。 通过实验发现通电导体周围存在磁场，这种现象叫做电流的磁效应。 奥斯特实验是第一个发现电与磁之间联系的实验，奥斯特是第一个发现电和磁联系的人。 2. 奥斯特实验的探究与分析 实验操作 现象 结论与分析 导线通电 小磁针发生偏转 通电导线周围存在磁场 导线断电 小磁针回到原位 磁场消失，说明磁场是由电流产生的 改变电流方向 小磁针偏转方向改变 电流的磁场方向与电流方向有关 增大电流强度 小磁针偏转角度不变（指向不变） 磁场方向不变 导线沿南北方向放置 偏转现象最明显 避免地磁场干扰，使实验效果最佳 实验的关键细节：导线应平行架在小磁针的上方，并且沿南北方向放置。这是因为小磁针原本受地磁场作用指向南北，若导线沿东西方向放置，通电后产生的磁场可能与地磁场方向重合或相反，导致小磁针偏转不明显甚至不偏转。 “转换法”的应用：磁场是看不见、摸不着的，实验中通过小磁针的偏转来显示磁场的存在，这种研究方法叫做转换法。 “成立”与否的判断：若接通电路后移去小磁针，通电导线周围存在磁场的结论仍然成立，因为磁场是客观存在的，与小磁针的有无无关。 ★拓展培优 通电直导线周围的磁感线，在垂直于导线的平面内是以电流为中心的一系列同心圆。距离导线越近，磁场越强。具体的磁场方向可用右手定则判断。 【典例1-1】如图甲所示，在观察奥斯特实验时，小明注意到置于通电直导线下方的小磁针的N极向纸内偏转，说明 。小明由此推测：若电子沿着水平方向平行地飞过小磁针上方（如图乙），小磁针也将发生偏转。请你说出小明推测的依据： 。你认为小磁针的N极会向 （选填“纸内”或“纸外”）偏转。为了避免地磁场对实验的影响，导线应沿 （选填“东西”或“南北”）方向放置。 【答案】 电流周围存在磁场 电荷的定向移动会形成电流 纸外 南北 【详解】[1]当导线中有电流通过时，小磁针会发生偏转，说明电流周围存在磁场； [2]当电子沿水平方向平行地飞过小磁针上方时，由于电荷发生定向移动而形成电流，而电流周围存在磁场，因此小磁针会发生偏转； [3]由图甲可知，当电流方向向右时，小磁针向纸内偏转，图乙中电子（带负电）向右做定向移动，由于电流方向与电子移动方向相反，因此图乙中的电流方向与图甲中的相反，产生的磁场方向也相反，所以小磁针的N极将向纸外偏转； [4]由于地磁场的作用，自由转动的小磁针静止时会指向南北方向，所以为了避免地磁场对实验的影响，导线应沿南北方向放置。 【跟踪训练1】如图示是探究通电直导线周围磁场的实验装置。 （1）小磁针放置在桌面上静止时，将直导线AB沿 （选填“东西”“南北”或“任意”）方向放置在小磁针正上方，实验时效果最明显； （2）接通电路后，观察到小磁针偏转，说明电流周围存在 ，此现象最早是由物理学家 发现的，此时若移去小磁针，上述结论是否成立？ （选填“是”或“否”）； （3）改变直导线中电流方向，小磁针的偏转方向发生了改变，说明电流周围的磁场方向与 有关； （4）实验中小磁针的作用是 。 【答案】 南北 磁场 奥斯特 是 电流的方向 检测磁场是否存在 【详解】（1）[1]因为地球存在地磁场，小磁针静止时，N极指向地理上的北极，所以直导线AB应沿南北方向放置，则实验时，可避免地磁场对小磁针转动的影响。 （2）[2]接通电路后，本来静止的小磁针发生偏转，说明小磁针受到了力的作用，这说明电流周围产生了磁场，小磁针放在磁场中受到力的作用。 [3]电流周围存在磁场最早是由物理学家奥斯特发现的。 [4]小磁针在通电导体周围会转动，这是为了表明电流周围存在着磁场，而这个磁场的有无跟导体中有无电流有关，那么即使移去小磁针，电流周围的磁场仍然存在，所以上述结论仍是成立的。 （3）[5]改变电流方向，则小磁针偏转的方向发生改变，说明小磁针所受的力的方向发生了改变，而引起这个变化的是电流周围的磁场方向改变了，所以电流周围的磁场方向与电流方向有关。 （4）[6]通电导体周围是否有磁场，无法直接观察，通过转换法，让小磁针的转动说明电流周围存在磁场，所以小磁针能证明磁场是否存在。 【跟踪训练2】根据图所示的实验回答下列问题。 (1)如图甲所示，用带负电的橡胶棒接触验电器的金属球，验电器的金属箔会带 电。金属箔张开角度是因为 ； (2)图乙为奥斯特实验装置。实验前小磁针可以指南北是受到 的作用。通电后小磁针发生偏转，说明了通电导线周围存在 。将电池正负极调换后通电，小磁针会 。 【答案】(1) 负 同种电荷相互排斥 (2) 地磁场 磁场 反向偏转 【详解】（1）[1]验电器本来不带电，用带负电的橡胶棒接触验电器的金属球，橡胶棒上多余的电子会流向金属球，验电器的金属箔会带负电。 [2]金属箔带同种电荷，而同种电荷相互排斥，因此金属箔张开角度。 （2）[1]地球周围存在磁场，实验前小磁针可以指南北是受到地磁场的作用。 [2]通电后小磁针发生偏转，说明有磁场对小磁针有力的作用，即说明了通电导线周围存在磁场。 [3]通电导线周围的磁场方向与电流方向有关，将电池正负极调换后通电，小磁针会反向偏转。 【典例1-2】小华用图甲所示的装置进行实验，闭合开关前，小磁针的指向如图甲所示；闭合开关，小磁针的偏转情况如图乙中箭头所示，说明 。只改变电流方向，再次进行实验，小磁针的偏转情况如图丙中箭头所示，比较图乙、图丙可得结论： 。 【答案】 通电导线周围存在磁场 小磁针的偏转方向与电流方向有关 【详解】[1]由图乙可知，闭合开关，电路中有电流，小磁针放在通电导线下方发生转动，说明通电导线周围存在磁场，磁场对放入其中的小磁针有力的作用，使其转动。 [2]由乙丙可知，电流大小相同，电流方向不同，导致小磁针偏转方向不同，说明小磁针的偏转方向与电流方向有关。 【跟踪训练1】如图是探究通电直导线周围磁场的实验装置，小磁针放置在桌面上静止时，将直导线AB沿 （选填“东西”、“南北”或“任意”）方向放置在小磁针正上方，实验时效果最明显。当开关闭合时，导线下方的小磁针会发生偏转，说明通电导线周围存在 。仅将电源正负极对调，小磁针偏转方向发生改变，这表明通电直导线周围磁场的方向与 有关。 【答案】 南北 磁场 电流的方向 【详解】[1]小磁针受到地磁场的作用而要指南北方向，为了观察到明显的偏转现象，应使电流产生的磁场方向为东西方向，故应使把直导线AB沿南北放置。 [2]开关闭合时，小磁针发生偏转，说明通电导体周围存在着磁场。 [3]仅将电源正负极对调，小磁针的偏转方向发生改变，这表明通电直导线周围磁场的方向与电流的方向有关。 【跟踪训练2】在做“电流磁效应”的实验时，小明连接了如图所示的实验电路。他把小磁针（图中没有画出）放在直导线AB的正下方，闭合开关又马上断开，电路经历短暂的短路，在这个过程中发现小磁针指向不发生变化。经检查，各元件完好，电路连接无故障。你猜想小磁针指向不发生变化的原因可能是 ，检验你的猜想是否正确的方法是 。小明调整好实验仪器后再次实验，发现小磁针偏转，验证了通电导线周围存在磁场。他想进一步探究，于是改变了通电电流的方向，发现小磁针也发生偏转，且N极所指方向与之前 （选填“相同”或“相反”），于是他还能得出结论 。 【答案】 小磁针与直导线距离远 使小磁针尽量靠近直导线，静止时，给直导线通电，观察小磁针指向是否变化， 相反 通电导线的磁场方向与电流方向有关 【详解】[1]在做“电流磁效应”的实验中，小明连接了如图乙所示的实验电路。他把小磁针放在直导线AB的正下方，闭合开关后，发现小磁针指向不发生变化。经检查各元件完好，电路连接无故障，说明电流一定时，磁场的强弱应该与距离有关，故猜想小磁针指向不发生变化的原因是小磁针与直导线距离远，作用力太小。 [2]检验方法：使小磁针尽量靠近直导线，静止时，给直导线通电，观察小磁针指向是否变化，若小磁针指向变化，说明猜想正确；若小磁针指向不变化，说明猜想错误。 [3][4]验证了通电导线周围存在磁场时，改变通电电流的方向，发现小磁针也发生偏转，且N极所指方向与之前相反，还能得出结论：通电导线的磁场方向与电流方向有关。 题型2 通电螺线管的磁场 1． 螺线管的磁场特点 螺线管（也叫线圈）是由导线绕在圆筒上制成的。通电螺线管周围的磁场比直导线磁场强得多，也更有规律。 特点①通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似。 ②通电螺线管也有两个磁极（N极和S极），其极性由电流方向决定。 ③通电螺线管内部的磁场是匀强磁场（各处磁场方向相同、强弱相等）。 2． 通电螺线管磁场的探究 探究方法 操作与现象 结论 小磁针法 在螺线管周围不同位置放置小磁针，观察N极指向 确定各点磁场方向，发现外部磁场分布与条形磁体相似 铁屑法 撒铁屑，轻敲玻璃板，观察铁屑排列 显示磁感线分布形状，两端密中间疏，外部从N到S 改变电流方向 对调电源正负极，小磁针指向改变 通电螺线管的磁场方向与电流方向有关 3． 安培定则（右手螺旋定则） 安培定则是判断通电螺线管磁极与电流方向关系的方法，由法国物理学家安培总结得出。 操作方法 用右手握住螺线管，让四指弯曲的方向与螺线管中电流的方向一致，则大拇指所指的那端就是通电螺线管的N极 记忆口诀 右手握螺管，四指流方向，拇指指N极 应用一：已知电流判磁极 根据电流环绕方向，用右手判断N极位置 应用二：已知磁极判电流 根据N极位置，反推电流环绕方向，再确定电源正负极 应用三：已知磁极和部分电流画绕线 先判断电流流向，再确定导线绕法 ★特别提醒 在使用右手螺旋定则时。因为导线是缠绕在螺线管上的，手掌的摆放与所选的螺线管哪侧有关，若选择露在外侧的导线（图中左侧），则掌背朝外，反之选择藏在内侧的导线（图中右侧），则掌心朝外。记忆方法：用掌心贴合导线。 【典例2-1】磁悬浮陀螺在航天、航空、电子和机械制造等领域有广阔的应用。图甲的磁悬浮陀螺由电磁底座和磁体陀螺两部分组成，其悬浮原理如图乙所示。请在“括号”内标出陀螺的磁极以及电源的极性。 【答案】 【详解】电磁铁外部磁感线由N极出发，回到S极，可知电磁铁的上端为S极，下端为N极。根据安培定则可知，电流从下方流入电磁铁，则电源的上端为负极、下端为正极。陀螺悬浮，根据同名磁极相互排斥可知，条形磁体下端为S极。如图所示： 【跟踪训练1】如图所示，两个电磁铁各有两个接线柱。请将它们和电源连接起来，要求两个电磁铁串联，且电路连通后它们之间相互吸引。 【答案】 【详解】两个电磁铁串联，且通电后两电磁铁相互吸引，根据“异名磁极相互吸引”可知，两个电磁铁相对端的磁极是异名磁极，由安培定则可知，流经b，c两个端点的电流方向应相同。所以若电流从b端流入，也应从c端流入，即b接P，a接c，d接Q，此时电流路径为P→b→左边线圈→a→c→右边线圈→d→Q，根据安培定则可以判断，左边电磁铁的右端为N极，右端电磁铁的左端为S极，异名磁极相互吸引，满足题目要求，如图所示： 【跟踪训练2】如图所示，通电后，蹄形电磁铁下端与条形磁体相互吸引，小磁针静止在如图所示位置。请标出：①电源的极性（“+”或“﹣”）；②A点磁感线的方向；③小磁针右端的磁极（“N”或“S”）。 【答案】 【详解】通电后，蹄形电磁铁下端与条形磁体N极相互吸引，由磁极间的相互作用规律可知，通电后，蹄形电磁铁下端是S极，则A点的磁感线方向应该指向S极，则蹄形电磁铁上端是N极，由安培定则可以判断出电流方向，进而推断出电源下方是正极，上方是负极。又由于小磁针静止时N极指向与该点的磁场方向相同，根据小磁针摆放位置，可以判断小磁针的右端是N极。如图所示 【典例2-2】（一）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，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； （二）另一小组成员还进行了如下探究：    （3）如图丁所示，将小铁钉靠近磁铁N极，小铁钉被吸引获得 性。此时，小铁钉相当于一个 ，钉尖是 极。如图戊所示，给磁铁加热一段时间后，小铁钉会掉落，表明磁铁的磁性可能与 有关。 【答案】 条形磁铁 显示磁场分布情况 电流 磁 磁体 S 温度 【详解】（1）[1]由图可知，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。 [2]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）[3]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。 （3）[4][5][6]如图丁所示，将小铁钉靠近磁铁N极，小铁钉被吸引获得磁性。此时，小铁钉相当于一个磁体，根据异名磁极相互吸引，小铁钉的顶尖是S极。 [7]如图戊所示，给磁铁加热一段时间后，小铁钉会掉落，说明温度升高，磁铁的磁性减弱了，这表明磁铁的磁性可能与温度有关。 【跟踪训练1】小明用如图所示的装置探究“通电螺线管外部磁场的分布”。 (1)在螺线管的两端各放一个小磁针，并在硬纸板上均匀地撒满铁屑，通电后观察小磁针的指向，轻敲纸板，观察铁屑的排列情况，如图所示；把小磁针放到螺线管四周不同的位置，闭合开关后，小磁针再次静止时的指向如图乙所示。 ①通电后小磁针发生偏转，说明通电螺线管周围有 ； ②通电螺线管外部的磁场与 磁体的磁场相似。 (2)为了研究通电螺线管的磁极性质，同学们一起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，实验说明通电螺线管的磁极极性只与 有关，且这个关系可以用右手螺旋定则来判断。如图乙所示，根据小磁针静止时的指向，a端应接电源的 极。 (3)小明将一铁芯插入螺线管中，其磁场会变 ；请写出一种能增强电磁铁外部磁场的方法： 。 (4)未来，科学家想研究月球是否也像地球一样是一个磁体，在月球科研站内将小磁针放在不同位置，若观察到 现象，则说明月球也是一个磁体。 【答案】(1) 磁场 条形 (2) 电流方向 正 (3) 强 增加螺线管匝数（或增大电路中的电流） (4)小磁针静止时N极指向固定方向 【详解】（1）[1]通电后小磁针偏转，这是电流的磁效应，说明通电导线/螺线管周围存在磁场，这是奥斯特实验的核心结论，只要小磁针在电流旁偏转，就证明有磁场。 [2]通电螺线管周围的铁屑排列、两端磁极分布，和条形磁体一模一样：两端磁性最强（磁极），中间最弱，磁场形状完全相同。 （2）[1]通过实验(a)(b)(c)(d)的对比，可以看出改变电流方向或绕线方式，螺线管的N、S极就会翻转，因此通电螺线管的磁极只与电流方向有关（改变绕线方式本质也是改变电流方向）。 [2]在图乙中，螺线管右端是S极，左端是N极，用右手握住螺线管，大拇指指向左端N极，四指弯曲方向就是电流方向，因此电流从螺线管a端流入，b端流出，又因为电源正极流出电流，负极流入电流，所以a端应接电源的正极。 （3）[1]铁芯是软磁材料，插入螺线管后会被磁化，磁化后的铁芯磁场和螺线管磁场叠加，总磁场会大大增强。 [2]增强电磁铁外部磁场的方法有3个，分别为增大电路中的电流、增加螺线管的匝数和插入铁芯（题目已经提过）。 （4）地球是磁体，小磁针静止会指南北。如果月球也是磁体，那么在月球上，小磁针静止时N极会指向月球磁场的固定方向，不再无规律偏转，就能证明月球是磁体。 【跟踪训练2】“探究通电螺线管外部磁场的特点”的实验装置如图甲所示。 (1)在用铁屑探究螺线管外部磁场分布时，需要经历下列步骤：①轻敲有机玻璃板，观察铁屑分布；②将铁屑均匀撒在有机玻璃板上；③闭合开关。三个步骤合理的顺序是 （填序号）。 (2)经过对铁屑分布的观察，发现通电螺线管外部磁场与 磁体周围磁场分布相似。 (3)把小磁针放在螺线管四周不同的位置，通电后，小磁针分布如图乙所示，发现通电前后、两个小磁针未发生明显偏转，此时的螺线管可能是向 （选填“南北”或“东西”）方向放置的。 (4)对调电源两极，小磁针的指向也随之对调，说明通电螺线管的磁场方向与螺线管中 方向有关。 (5)若用小磁针探究磁场方向时，发现小磁针没有标N、S极，请写出一种判断小磁针N、S极的做法： 。 【答案】(1)②③① (2)条形 (3)南北 (4)电流 (5)见解析 【详解】（1）铁屑在磁场中容易被磁化，故可以用铁屑来显示通电螺线管周围的磁场分布。在用铁屑探究螺线管外部磁场分布时，应先将铁屑均匀撒在有机玻璃板上，再闭合开关使得螺线管产生磁场将铁屑磁化，最后轻敲有机玻璃板，观察铁屑分布。所以三个步骤合理的顺序是②③①。 （2）观察铁屑分布可知通电螺线管两端铁屑分布较多，中间较少，说明两端磁性强，中间磁性弱，说明通电螺线管外部磁场与条形磁体周围磁场分布相似。 （3）小磁针静止时指示南北，通电后，A、B两个小磁针所在位置的磁场方向是水平方向的，发现通电前后A、B两个小磁针未发生明显偏转，说明此时的螺线管可能是向南北方向放置的。 （4）对调电源两极，电流方向改变，小磁针的指向也随之对调，说明通电螺线管的磁场方向与螺线管中电流方向有关。 （5）将小磁针水平放置在水平桌面上，在地磁场作用下，小磁针静止时，指北的一端为N极，指南的一端为S极。 【典例2-3】2025年11月25 日，神舟二十二号飞船在中国空间站成功对接（图甲）。对接时为减缓撞击带来的影响，飞船与核心舱间需配有缓冲装置。“飞天”兴趣小组设计了如图乙所示的缓冲装置的简化图。当条形磁体和通电螺线管靠近时，产生相互排斥的力，说明通电螺线管的电源左端为 极，为增大缓冲力度，滑动变阻器的滑片应向 端滑动。 【答案】 正 左 【详解】[1]条形磁体右端为N极，由于两者相互排斥，可知通电螺线管的左端也为N极。 根据安培定则（右手螺旋定则），右手握住螺线管，大拇指指向N极（左端），四指指向电流方向。由此可知，电流从螺线管的左端流入、右端流出，因此电源左端为正极。 [2]要增大缓冲力度，需要增强螺线管的磁性，这就需要增大电路中的电流。减小滑动变阻器接入电路的电阻，就能增大电流。因此，滑片应向左端滑动，以缩短接入电路的电阻丝长度。 【跟踪训练1】模拟电磁轨道炮是把有强磁性的炮弹放入通电螺线管中，利用电流的 效应推动炮弹前行，从而获得极高的弹射速度，通过移动滑动变阻器滑片来改变电流的强弱，从而改变炮弹的射程，该装置通电后，通电螺线管右端为 极。若要增大炮弹的射程，可以将滑动变阻器的滑片向 （选填“左”或“右”）移动。 【答案】 磁 N 左 【详解】[1]由奥斯特实验可知，电流周围存在磁场，通电螺线管就是利用电流的磁效应来提供磁场，从而对强磁性的炮弹产生巨大的推力。 [2]由图可知，开关闭合后，电流从螺线管的左端流入，右端流出，由安培定则可知，通电螺线管右端为N极。 [3]要增大炮弹的射程，需要增大通电螺线管的磁场，这就需要增大电路中的电流。滑动变阻器的滑片向左移动时，接入电路的电阻变小，电流变大，磁场变强，推力增大，射程增大。 【跟踪训练2】如图甲所示，小明家有一款磁悬浮音响，音响底部有一块磁铁，底座内部有一个电磁铁，底座内部电路与图乙所示电路的原理相同。闭合开关S，音响悬浮于空中，通过改变底座电路中电流大小可以调节音响悬浮时的高度。下列说法正确的是（   ） A．底座通电后能产生磁场，这与电动机的工作原理相同 B．电磁铁的上端是N极 C．改变滑片P的位置，音响悬浮位置也随之发生改变，说明通电螺线管周围的磁场强度受电流大小的影响 D．若增大电流使音响悬浮位置升高，音响受到底座的斥力减小 【答案】C 【详解】A．底座通电后能产生磁场，是利用电流的磁效应，与电动机的工作原理不同，电动机是利用通电导体在磁场中受到力的作用，故A错误； B．由安培定则可知，电磁铁的上端是S极，故B错误； C．改变滑片P的位置，滑动变阻器接入电路中的阻值变化，电路中的电流变化，音响悬浮位置变化，说明通电螺线管周围的磁场强度受电流大小的影响，故C正确； D．若增大电流使音响悬浮位置升高，此时磁力增大；再次悬浮至静止时受到平衡力的作用，因为重力不变，音响受到底座的斥力不变，故D错误。 故选C。 题型3 电磁铁与电磁继电器 1. 电磁铁及其磁性强弱的探究 电磁铁：由线圈和铁芯组成，铁芯一般由铁或铁的合金组成。电磁铁通电后能产生磁性。 电磁铁的特点： ①插入铁芯后，铁芯被磁化，也变成一个磁体，使电磁铁的磁性大大增强。 ②电磁铁与永磁体相比，具有磁性可控的优点。 ③铁芯材料必须选用软铁（软磁材料），断电后磁性迅速消失。 2. 电磁铁的优点 优点 控制方式 应用实例 磁性的有无可控 通过通断电流来控制 电磁起重机吊起和放下钢铁 磁性的强弱可控 通过调节电流大小或改变线圈匝数来控制 电磁继电器、电铃的音量调节 磁极的极性可控 通过改变电流方向来控制 电磁选矿机、某些自动控制装置 3. 影响电磁铁磁性强弱的因素 探究方法：控制变量法，通过观察电磁铁吸引大头针的数目来比较磁性强弱（转换法）。 影响因素 探究方法 结论 电流大小 保持线圈匝数相同，用滑动变阻器改变电流 电流越大，电磁铁磁性越强 线圈匝数 保持电流相同，改变线圈匝数（如用两个匝数不同的电磁铁串联） 匝数越多，电磁铁磁性越强 有无铁芯 同一螺线管，插入铁芯前后对比 有铁芯时磁性大大增强 4. 电磁继电器及其应用 电磁继电器：利用电磁铁来控制工作电路通断的一种开关。 特征①电磁继电器实质上是利用低电压、弱电流电路来控制高电压、强电流电路的自动开关。 ②由电磁铁、衔铁、弹簧、触点等部分组成。 ③通常有常闭触点（断电时闭合）和常开触点（通电时闭合）两种。 5. 电磁继电器的构造与工作电路 组成部分 构造 作用 电磁铁 线圈 + 铁芯 通电时产生磁性，吸引衔铁 衔铁 可动的铁磁性材料 被电磁铁吸引或释放，带动触点动作 弹簧 连接衔铁 电磁铁断电时，将衔铁拉回原位 触点 动触点和静触点 相当于开关，控制工作电路的通断 电路组成： 控制电路：由电磁铁、低压电源、开关等组成，电流小、电压低。 工作电路：由高压电源、用电器（电动机、电灯等）、触点等组成，电流大、电压高。 工作原理： 通电时，电磁铁产生磁性，吸引衔铁 → 衔铁带动动触点动作 → 常开触点闭合（或常闭触点断开）→ 工作电路状态改变。 断电时，电磁铁磁性消失，弹簧将衔铁拉回原位 → 触点恢复原状 → 工作电路恢复初始状态。 【典例3-1】如图甲所示，某小组设计的调节光照度助力植物成长的模拟电路。电源电压为U，R0为电阻箱，光敏电阻R的阻值随光照度E的变化图像如图乙所示。当电流I≥0.2A时，电磁铁刚好能够吸下衔铁A，启动电动机（图中省略），带动遮光板下移减少光照。若电源电压U为12V，调节R0阻值为10Ω，不计电磁铁线圈电阻，则光照度E最大为 Lx，此时光敏电阻R的电功率是 W；若某植物对阳光需求更大，对电路可采取的办法是 。 【答案】 2 增大R0的阻值或者减小电源电压 【详解】[1]由图甲知，光敏电阻R与电阻箱R0及电磁铁串联接入电路，电流表测电路中的电流。电路中的电流最小为0.2A，遮光板下移。此时电路的总电阻 则光敏电阻的阻值 由图乙知，光照度E最大为 [2]光敏电阻此时的电功率 [3]由图乙知，光敏电阻的阻值随着光照强度的增大而减小，若植物对阳光需求更大，则需要光敏电阻在较小的电阻时，遮光板仍不下移，而电路中的电流仍然是大于等于0.2A，遮光板下移，则在电源电压不变时，需要增大电阻箱接入电路的阻值或在电阻箱接入电路的阻值不变时，减小电源电压。 【跟踪训练1】如图所示为一种水位报警器的模拟装置。水槽中漂浮着正方体实心物块（浮子）。水槽侧壁固定着光源P，光源发出的光PQ沿水平方向照射到光敏电阻R上，光敏电阻受到光源P照射时阻值为，没有受到光源P照射时阻值为。电磁铁所在电路中，电源电压保持不变，为电阻箱，金属片K为控制电铃的开关。水面在警戒水位线以下时，调节大小，使金属片K恰好能被电磁铁吸住。当水面超过警戒水位线MN时，电铃发声报警。已知浮子的密度为，边长为5cm。不计电磁铁线圈的电阻。下列说法正确的是（   ） A．当警戒水位线与光线之间距离为时，水位报警器报警 B．小于 C．若只将浮子换成体积相同质量大一些的正方体实心物块，则警戒水位线的位置降低 D．若只减小电路中电阻箱的阻值，则警戒水位线的位置降低 【答案】B 【详解】A．根据题意可知浮子密度小于水的密度，漂浮时浮力与重力相等，即 则浮子露在水面外的高度为 又，当水面超过警戒水位线MN时，电铃发声报警，即此时浮子遮挡光源使得光源不能照到光敏电阻，即当警戒水位线与光线之间距离小于等于为时，水位报警器报警，故A错误； B．当其他因素一定，电流越大电磁铁磁性越强，当水面超过警戒水位线MN时，电铃发声报警，说明电磁铁磁性减弱，电流减小，由可知阻值增大，电阻箱阻值一定，此时光敏电阻是没有受到光源P照射的，阻值为。说明，故B正确； C．若只将浮子换成体积相同质量大一些的正方体实心物块，由知，此时浮子密度增大，由可知浸没在水下的高度变大，则露在水面上的高度减小，要想遮挡光路，只能提高水位，因此若只将浮子换成体积相同质量大一些的正方体实心物块，则警戒水位线的位置升高，故C错误； D．若只减小电路中电阻箱的阻值，金属片被吸住所需磁力不变，故电磁铁电流不变，则总电阻不变，则可能出现光敏电阻阻值变大即警戒水位线的位置上升 因金属片K刚好“脱落”时电磁铁所在电路的电流一定，则由欧姆定律可知此时电磁铁所在电路的总电阻不变，若只减小电路中电阻箱R0的阻值，根据电阻串联的规律可知需要增大光敏电阻的阻值才能使金属片“脱落”，所以，在光敏电阻不变 的情况下，当水面超过警戒水位线MN时，电铃所在电路仍然是断开的，则电铃不能发声报警，该方法并不能降低警戒水位 线的位置，故D错误。 故选B。 【跟踪训练2】一种温度自动报警器的原理，如图所示。水银温度计在制作时，在玻璃管两端各封入一段金属丝用以接入电路。下列说法正确的是（   ） A．自动报警器根据电磁感应原理制成 B．若水银温度计损坏，可用煤油温度计替换 C．玻璃管内上端的金属丝越短，则报警温度越低 D．当温度达到上端金属丝所指的温度时，电铃响起，发出报警信号 【答案】D 【详解】A．自动报警器的核心是电流的磁效应（电磁铁原理），而不是电磁感应原理，电磁感应是指闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生电流的现象，这和本装置的工作原理完全不同，故A错误； B．若水银温度计损坏，由于煤油为绝缘体，则不可用煤油温度计替换，故B错误； C．玻璃管内上端的金属丝越短，则温度升高越高，水银才能与玻璃管内上端的金属丝连通，此时电路才会报警，则报警温度越高，故C错误； D．当温度达到上端金属丝所指的温度时，控制电路被接通时，衔铁被吸附，电铃响起，发出报警信号，故D正确。 故选D。 【典例3-2】为实现自动控制，小明同学利用电磁继电器（电磁铁线圈电阻不计）制作了具有延时加热、保温、消毒等功能的恒温调奶器，其电路图如图甲所示。控制电路中，电压，定值电阻，热敏电阻R阻值随温度变化的图像如图乙所示；工作电路中，电压，，。已知恒温调奶器容量为，水温达到80℃时衔铁会跳起。 (1)求衔铁刚跳起时，通过电磁铁线圈的电流； (2)求工作电路在保温状态下的电功率； (3)当调奶器加满温度为25℃的水，加热元件工作500s后衔铁跳起，求此过程中消耗的电能。 【答案】(1)0.02A (2)55W (3) 【详解】（1）根据题意，当水温达到80℃时衔铁会跳起。由图乙可知，当温度80℃时，热敏电阻的阻值，控制电路中，定值电阻R0与热敏电阻R串联，电磁铁线圈电阻不计。控制电路的总电阻为 根据欧姆定律，此时通过电磁铁线圈的电流为 （2）当温度升高到80℃时，衔铁跳起，说明电磁铁磁性减弱，衔铁被弹簧拉起，动触点与静触点a接通。此时工作电路中R1和R2串联，电路总电阻较大，根据公式可知，此时电功率较小，电路处于保温状态。保温状态下，工作电路的总电阻为 工作电路在保温状态下的电功率为 （3）当调奶器对水进行加热时，水温低于80℃，控制电路中热敏电阻R的阻值较小，电流较大，电磁铁磁性较强，吸合衔铁，动触点与静触点b接通。此时工作电路中只有R2工作，电路总电阻较小，电功率较大，处于加热状态。加热状态下的电功率为 由可知，加热元件工作500s消耗的电能为 【跟踪训练1】如图甲为可燃气体浓度报警器的工作原理图，控制电路由电源气敏电阻滑动变阻器和电磁继电器线圈A组成，工作电路由电源灯、灯和电磁继电器触点组成（触点通断状态随控制电路电流变化）。气敏电阻的阻值随可燃气体浓度的变化关系如图乙所示。灯和的规格均为“3V  3W”。当环境中可燃气体的浓度达到4%的预设报警值时，控制电路电流达到触发值，电磁继电器工作，报警器红灯亮，发出报警信号。已知触发电磁继电器工作的电流（即控制电路启动电流）为0.2A，滑动变阻器的最大阻值为100Ω，线圈A的电阻忽略不计。请解答下列问题： (1)当环境中可燃气体的浓度达到4%的预设报警值时，报警器红灯亮。由图甲的电路结构可知，工作电路中的 是红灯。 (2)求灯正常工作时的电阻。 (3)为确保浓度达到4%时能准确报警，控制电路的电源电压（需满足一定范围）。结合图乙信息，求控制电路的电源电压的可调范围（提示：滑动变阻器可调节，需考虑其阻值变化对的影响）。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）由图乙可知，气体的浓度越高，气敏电阻的阻值越小，报警时，气敏电阻阻值减小，控制电路的电流增大，线圈A的磁性增强，吸引衔铁向下，亮，所以是红灯。 （2）由和可得，，灯正常工作时的电阻： （3）可燃气体浓度达到4%时，由乙图可知。此时，控制电路电流为0.2A。当滑片滑至最上端时，电源电压 当滑片滑至最下端时，电源电压 控制电路的电源电压的可调范围为 【跟踪训练2】科技创新大赛活动中，我校实践活动小组利用电磁继电器（电磁铁线圈电阻不计）制作了具有加热、保温功能的恒温箱，如图甲所示。在控制电路中，电源电压，定值电阻，热敏电阻阻值随温度变化的关系如图乙所示；在恒温箱内的工作电路中，电源电压，、为电热丝，，。当恒温箱内温度达到最高设定温度时，衔铁会跳起。求： (1)衔铁刚跳起时，通过电磁铁线圈的电流； (2)工作电路在加热状态下的电功率； (3)衔铁跳起后经过工作电路中产生的热量； (4)使用一段时间后，控制电路的电源电压降低，若仍保持恒温箱内设定温度为时，衔铁跳起，可将的阻值 （选填“增大”、“减小”或“不变”） 【答案】(1)0.04A (2)484W (3) (4)减小 【详解】（1）当恒温箱内温度达到最高设定温度时，衔铁会跳起。由图乙可知，此时热敏电阻。在控制电路中，R与​串联，根据串联电路电阻特点，总电阻 控制电路电源电压，则通过电磁铁线圈的电流 （2）工作电路中，当衔铁与b接触时，只有接入电路；当衔铁与a接触时，与串联。根据可知，电源电压不变，电阻越小，功率越大。因为， 所以只有接入电路时为加热状态，则加热状态下的电功率为 （3）衔铁跳起后，与串联，通电时间 则产生的热量 （4）衔铁跳起的电流不变，即衔铁跳起时控制电路中的电流仍为0.04A。根据可知​，U减小，I不变，则总电阻应减小。因为热敏电阻R在时阻值不变，总电阻为，所以​的阻值应减小。 【能力培优练】 1．巨磁电阻（GMR）效应是指某些材料的电阻在磁场中急剧减小的现象，且磁场越强电阻越小。如图是说明巨磁电阻特性原理的示意图，下列分析正确的是（　　） A．闭合，滑片P向左移动，电磁铁的磁性将减小 B．闭合，滑片P向右移动，巨磁电阻的阻值将变大 C．闭合和，滑片P置于最右端时指示灯最亮 D．闭合和，滑片P向左移动时指示灯将变暗 【答案】B 【详解】A．闭合S1，滑片P向左移动，滑动变阻器接入电路的电阻减小。左侧电路电源电压不变，根据欧姆定律可知电路中的电流增大。电磁铁的磁性强弱与电流大小成正比，所以电磁铁的磁性将增强，故A错误； B．闭合S1，滑片P向右移动，滑动变阻器接入电路的电阻增大，左侧电路电源电压不变，根据欧姆定律可知电路中的电流减小，所以电磁铁的磁性将减弱。磁场越强电阻越小，反之，磁场越弱，巨磁电阻（GMR）的阻值越大。故巨磁电阻的阻值将变大，故B正确； C．闭合S1和S2，滑片P置于最右端时，滑动变阻器接入电路的电阻最大，左侧电路中电流最小，电磁铁的磁性最弱。此时，巨磁电阻的阻值最大。右侧电路中，电源电压不变，由巨磁电阻和指示灯串联，总电阻最大，根据欧姆定律可知电路中的电流最小，所以指示灯最暗，故C错误； D．闭合S1和S2，滑片P向左移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，左侧电路中电流增大，电磁铁的磁性增强，此时，巨磁电阻的阻值减小；右侧电路中，电源电压不变，总电阻减小，根据欧姆定律可知电路中的电流增大，所以指示灯将变亮，故D错误。 故选B。 2．如图所示是物理兴趣小组同学设计的太阳能路灯的原理图，图中，甲和乙一个是太阳能电池板，一个是路灯，R为光敏电阻，其电阻大小与光照强度关系如图所示；白天太阳能电池板为蓄电池充电，夜晚蓄电池为电灯供电。下列说法正确的是（　　） A．电磁铁通电后，周围的磁场和磁感线都是真实存在的 B．衔铁可以选用任何金属材料制作 C．甲是太阳能电池板，乙是路灯 D．电磁铁的磁性白天强，晚上弱 【答案】D 【详解】A．磁感线是用来描述磁场的一些假想曲线，实际上并不存在，故A错误； B．电磁铁通电后有了磁性，需吸引衔铁，所以衔铁要能被磁吸引，一般可以选用铁材料制作，有的金属不能被磁吸引，故B错误； CD．晚上光线较弱，光敏电阻R的阻值较大，由欧姆定律可知，通过电路的电流减小，电磁铁的磁性较弱，衔铁在上部，路灯工作；反之，白天光线强时，光敏电阻R的阻值较小，通过电路的电流变大，电磁铁的磁性强，衔铁在下部，太阳能电池板为蓄电池充电，路灯不工作，故甲是路灯，乙是太阳能电池板，故C错误，D正确。 故选D。 3．“创新”小组的成员设计了一款智能防盗窗，其电路原理图如图所示。平时防盗窗的防盗锁（电路中用M来表示）锁死，当火灾发生时，防盗锁自动打开，防盗窗开启，方便室内人员逃生和消防人员施救。对此，下列说法正确的是（   ） A．没有火灾时，控制电路开关应处于断开状态 B．没有火灾时，工作电路开关应处于断开状态 C．火灾发生时，指示灯亮，报警器响，防盗锁打开 D．火灾发生时，指示灯不亮，报警器响，防盗锁打开 【答案】D 【详解】A．没有火灾时，为了让热敏电阻能随时检测温度变化，控制电路的开关应处于闭合状态，使电路处于工作准备状态，故A错误； B．没有火灾时，为了让指示灯发光以表示防盗窗工作正常，工作电路的开关应处于闭合状态，故B错误； CD．火灾发生时，温度升高，热敏电阻的阻值减小，控制电路中的电流增大，电磁铁的磁性增强，吸引衔铁向下运动。衔铁与下方触点接通，与上方触点断开。此时，指示灯所在电路断开，指示灯不亮；报警器和防盗锁（电动机M）所在的电路接通，报警器响，防盗锁打开，故C错误；D正确。 故选D。 4．在如图所示的电路中，能使电磁铁磁性增强的是（　　） A．只将铁芯换成同规格的铜芯 B．将电源的正、负极对调 C．将滑片P向右移动 D．将开关S由触点1扳到触点2 【答案】D 【详解】A．将铁芯换成铜芯。铜不是磁性材料，无法被磁化，会导致电磁铁磁性减弱，故A不符合题意； B．电源正负极对调，仅改变电流方向，会改变电磁铁的磁极，但磁性强弱与电流方向无关，故B不符合题意； C．滑片P向右移动，变阻器接入电路的电阻丝长度变长，电阻增大。根据欧姆定律，电源电压不变，电阻增大会使电路中电流减小。电流减小时，电磁铁磁性减弱，故C不符合题意； D．触点2连接电磁铁的全部线圈匝数，触点1连接部分线圈匝数。开关S由触点1扳到触点2，接入电路中的线圈匝数增加，在电流和铁芯不变的情况下，电磁铁磁性增强，故D符合题意。 故选D。 5．某展览厅为保护展品设置了调光天窗，其电路原理如图所示，图中为定值电阻，R为光敏电阻。当外界光照较弱时，自动启动节能灯给予补光；当外界光照较强时启动电动卷帘调整进光量。下列关于说法正确的是（    ） A．光敏电阻阻值不随光照强度的变化而变化 B．光敏电阻阻值随光照强度的增大而增大 C．光敏电阻与互换位置，会影响电路元件连接方式 D．光敏电阻阻值随光照强度的增大而减小 【答案】D 【详解】ABD．控制电路中R0、R、电磁铁串联。依题意，当外界光照较弱时，自动启动节能灯给予补光，此时衔铁被释放，节能灯接入电路中，此时电磁铁的磁性较弱，控制电路电流较小，控制电路的电阻较大，R的阻值较大；当外界光照较强时启动电动卷帘调整进光量，此时衔铁被吸下，卷帘工作，此时电磁铁的磁性较强，控制电路电流较大，控制电路的电阻较小，R的阻值较小，则光敏电阻阻值随光照强度的变化而变化，光敏电阻阻值随光照强度减弱而增大，光敏电阻阻值随光照强度的增大而减小，故AB错误，D正确； C．光敏电阻与R0互换位置，控制电路仍采用串联方式，则不会影响电路元件连接方式，故C错误。 故选D。 6．小周设计了如图所示的电路图探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”。实验中通过观察 来判断电磁铁磁性的强弱。由图中实验现象可得出的结论是：电磁铁的磁性强弱与 有关。 【答案】 电磁铁吸引小铁钉的数量 线圈匝数 【详解】[1]探究影响电磁铁磁性强弱的因素的实验中，通过观察电磁铁吸引小铁钉的数量来判断电磁铁磁性的强弱，电磁铁吸引小铁钉的数量越多，说明电磁铁的磁性越强。 [2]由图中实验现象可知，甲乙两个电磁铁串联，线圈的粗细相同，通过电磁铁的电流相等，甲电磁铁线圈的匝数多，吸引小铁钉的数量多，磁性更强，可得结论：电磁铁的磁性强弱与线圈的匝数有关。 7．如图甲“悬浮灯泡”能够悬浮发光，其内部结构如图乙所示。接通电源后，灯泡能悬浮在空中是因为同名磁极相互 。基座电路的电源右端为 （选填“正”或“负”）极；若要使灯泡的悬浮高度增加，可以将滑动变阻器的滑片向 （选填“左”或“右”）移动。 【答案】 排斥 正 左 【详解】[1]磁极间相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。灯泡能悬浮在空中是因为同名磁极相互排斥。 [2]乙图中上图螺线管的下端为S极，根据同名磁极相互排斥可知，下图通电螺线管上端应为S极，下端为N极，由安培定则可知，电源右端为正极，左端为负极。 [3]要使灯泡悬浮的高度增加，就要增大其磁性，增大电路中电流，所以滑动变阻器的滑片向左移动。 8．兴趣小组设计了一款自动控制的“智能照明灯”，电路如图，电源电压保持不变，R1为定值电阻，R2为光敏电阻，其阻值随光照强度增大而增大。闭合开关S，当光照强度减小时，电磁铁磁性 ，达到一定程度时，工作电路接通。为了节能，需要在光照强度更弱时才启动照明灯L，则应换用阻值较 的R1。 【答案】 增强 大 【详解】[1]分析电路可知，控制电路中光敏电阻和定值电阻串联。闭合开关S，当光照强度减小时，光敏电阻阻值变小，则控制电路总电阻变小，根据，控制电路中电流变大，则电磁铁磁性增强，达到一定程度时，衔铁被吸下，工作电路接通。 [2]衔铁被吸下时控制电路中的电流不变，根据，控制电路总电阻不变。需要在光照强度更弱时才启动照明灯L，则对应光敏电阻阻值变小，因为控制电路总电阻等于、阻值之和，所以应换用阻值较大的。 9．小明用光敏电阻设计了一种“智能家居照明灯”，其电路如图甲所示。其中为光敏电阻，为滑动变阻器，电源电压恒定，电磁继电器线圈的电阻不计。该照明灯能实现在天暗时自动点亮，天亮时自动熄灭。要实现小明的设计目的，光敏电阻的阻值应随光照强度的增大而 。闭合开关S后，保持滑片P的位置不变，光照强度变化时，电流表示数与电压表示数的关系如图乙所示，则电源电压为 V，滑动变阻器接入电路的阻值为 。 【答案】 减小 12 10 【详解】[1]照明灯天暗时自动点亮，由图可知此时照明电路闭合，即衔铁断开，则电磁铁的磁性减弱即控制电路的电流变小，根据可知，控制电路电压一定，所以控制电路中的电阻变大，即此时光敏电阻的阻值变大；反之，天亮时光敏电阻的阻值变小，所以光敏电阻阻值大小应随光照强度的增大而减小。 [2][3]由图甲可知控制电路中，线圈、滑动变阻器与光敏电阻串联，电压表测量两端的电压，电流表测量电路中的电流。在串联电路中，电源两端的电压等于各用电器两端电压之和，电磁继电器线圈的电阻不计，由图乙可知，当电路中的电流为1A时，两端的电压为2V，电源两端的电压 当电路中的电流为0.8A时，两端的电压为4V，电源两端的电压 因为电源电压不变，所以 解得，，即电源电压为12V，滑动变阻器接入电路中的阻值为。 10．如图，螺线管的上方放置一个小磁针，螺线管左方的水平桌面上放置一个铁块。闭合开关后，铁块静止不动，小磁针在磁场的作用下会发生转动，它的周围 （选填“有”或“没有”）磁感线，小磁针静止时左端为 极。当滑片P向左滑动时，铁块受到的摩擦力的大小将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】 没有 N 变小 【详解】[1]磁感线不是实际存在的，则小磁针的周围没有磁感线。 [2]电流由螺线管的左侧流入、右侧流出，根据右手螺旋定则得，通电螺线管的右端为N极、左端为S极；由异名磁极相吸引得，小磁针静止时左端为N极。 [3]滑动变阻器与电磁铁串联，当滑片P向左滑动时，滑动变阻器接入电路中电阻变大，通过电磁铁的电流变小，电磁铁对铁块的磁力变小；铁块静止不动，受到的摩擦力与磁力是平衡力，两力等大，则铁块受到的摩擦力大小将变小。 11．据图中通电螺线管附近小磁针静止时N极的指向，标出图中磁感线的方向，并在括号内标出电源的正、负极。 【答案】 【详解】小磁针静止时 N 极指向左侧，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。 在磁体外部，磁感线从N 极出发，回到 S 极，因此螺线管周围的磁感线方向是从左向右； 根据安培定则（右手握住螺线管，大拇指指向 N 极），四指弯曲的方向为电流的环绕方向，螺线管左端为 N 极，右手大拇指指向左，四指从左端流入、右端流出，因此螺线管左端的导线电流向上，说明电源的左端为正极，右端为负极。 综上，磁感线方向从螺线管左端（N 极）指向右端（S 极）；电源左端为正极，右端为负极，如图所示： 12．图1是某恒温箱的电路原理图。工作电路电压为220V，电热丝R0的阻值为88Ω；控制电路电源电压为8V，线圈的电阻R1为10Ω，调温电阻R2最大阻值为120Ω；热敏电阻R3的阻值随温度t变化的关系如图2所示。R0和R3均置于恒温箱中，当继电器线圈中的电流达到50mA时，继电器的衔铁会被吸下。求： (1)S闭合时，电磁铁上端是 极（用字母表示），当恒温箱中温度升高时，线圈中的电流将变 ； (2)恒温箱中温度保持为40℃，R3的阻值为 Ω，此时R2的阻值为 Ω； (3)R0工作时，功率为 W； (4)该恒温箱能设定的最高温度为 ℃。 【答案】(1) N 大 (2) 120 30 (3)550 (4)160 【详解】（1）[1]S闭合时，电流从电磁铁的上端流入、下端流出，根据安培定则可知，电磁铁上端是N极。 [2]由图2可知，当恒温箱中温度升高时，热敏电阻R₃的阻值变小，控制电路的总电阻变小，由可知，控制电路的电流变大，则线圈中的电流将变大。 （2）由题意可知，当继电器线圈中的电流达到时，继电器的衔铁会被吸下，此时恒温箱中温度最高，此时控制电路的总电阻 由图2可知，恒温箱中温度保持为40℃，热敏电阻R3的阻值，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，此时R2的阻值 （3）R0工作时功率 （4）当恒温箱能设定的温度最高时，热敏电阻R3的阻值最小，而此时控制电路的总电阻为160Ω不变，R2取最大阻值，则热敏电阻R3的最小阻值，由图2可知，该恒温箱能设定的最高温度为160℃。 【链接中考】 1．（2025·江苏盐城·中考真题）如图所示，给绕在铁钉上的线圈通电后，铁钉吸引大头针。下列操作能使铁钉吸引大头针数目变多的是（　　） A．减少线圈匝数 B．减少电池节数 C．向右移动滑动变阻器的滑片 D．对调电源正、负接线柱上的接线 【答案】C 【详解】要使铁钉吸引大头针数目变多，则电磁铁磁性需要变强，电磁铁磁性的强弱与电流的大小、线圈的匝数、有无铁芯有关。 A．在其他条件不变情况下，减少线圈匝数，电磁铁磁性减弱，铁钉吸引大头针数目变少，故A不符合题意； B．减少电池节数，则电源电压减少，其他条件不变，则电路中电流变小，电磁铁磁性减弱，铁钉吸引大头针数目变少，故B不符合题意； C．向右移动滑动变阻器的滑片，滑动变阻器接入电路电阻变小，电路总电阻变小，电源电压不变，电路中总电流变大，电磁铁磁性增强，铁钉吸引大头针数目变多，故C符合题意； D．对调电源正、负接线柱上的接线，改变了电流的方向，电磁铁的磁极位置对调，而磁性强弱不变，铁钉吸引大头针数目不会变多，故D不符合题意。 故选C。 2．（2025·江苏徐州·中考真题）在“探究通电螺线管外部磁场的方向”实验中，在螺线管周围的不同位置放上小磁针，接通电路，小磁针静止时的指向如图所示，小磁针 极的指向就是该点的磁场方向，由此可知通电螺线管的右端是 极。把电池的正负极对调，再进行实验，目的是探究通电螺线管外部磁场方向与 方向是否有关。 【答案】 N S 电流 【详解】[1][2]物理学规定，磁场中某一点小磁针静止时N极所指的方向为该点的磁场方向；由图可知，小磁针的N极指向通电螺线管的右端，由于异名磁极相互吸引，可知通电螺线管的右端是S极。 [3]把电池的正负极对调，这样就改变了通电螺线管中的电流方向，再进行实验，观察小磁针指向，目的是探究通电螺线管外部磁场方向与电流方向是否有关。 3.（2025·江苏苏州·中考真题）如图是控制车辆进出的电动闸门设计图，抬杆质量分布均匀，长度为，重为，在最右端B点处悬挂一重为的铁柱，B点到支点O的距离为。开关S闭合后，调节滑动变阻器使抬杆处于水平静止状态。（忽略支点O处的摩擦） (1)电磁铁上端为 极； (2)此时电磁铁对铁柱的吸引力为 N； (3)要使抬杆A端从图示位置向上抬起，滑动变阻器的滑片P应向 端移动。 【答案】(1)S (2)5 (3)上 【详解】（1）电流从电磁铁下端流入，根据安培定则，电磁铁上端为S极，下端为N极。 （2）抬杆重心到支点O的距离为 根据杠杆平衡条件则有 代入数据则有 解得电磁铁对铁柱的吸引力。 （3）使抬杆A端从图示位置向上抬起，应增大电磁铁的磁性，则应增大电路中电流，根据，应减小电路总电阻，减小变阻器连入电路的电阻，所以滑动变阻器的滑片P应向上端移动。 4．（2025·江苏淮安·中考真题）如图所示是兴趣小组设计的监测汽车超载报警装置原理简图，压力传感器输出电压与所受压力的关系如下表所示 。 压力F/（×105N） 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 输出电压U/V 0 1 2 3 4 5 压力传感器输出电压U是控制电路的工作电压。电磁继电器线圈的电阻是50Ω。当线圈中的电流I≥20mA时，衔铁被吸合，受控电路开始报警。 (1)该装置以电铃声为报警信号，则图中的电铃应接在 （选填“A、B”或“C、D”）间。 (2)若希望在压力达到3×105 N时报警，则电阻箱R的电阻应调节为 Ω，此时电阻箱两端的电压为 V。 (3)若想让临界报警压力减小，则电阻箱R接入电路的阻值应调 。 【答案】(1)C、D (2) 100 2 (3)小 【详解】（1）当线圈中的电流I≥20mA时，衔铁被吸合，受控电路开始报警。此时衔铁与下方触点接触，所以电铃应接在C、D间，这样当衔铁吸合时，电铃所在电路接通，发出报警声。 （2）[1]由表格可知，当压力F=3×105N时，输出电压U=3V。线圈电阻R线=50Ω，报警时电流 根据欧姆定律，可得控制电路总电阻 所以电阻箱R的阻值 [2]电阻箱两端的电压 （3）临界报警压力减小，意味着压力传感器输出电压减小（由表格可知压力越小，输出电压越小）。根据，要使电流I≥20mA，当U减小时，应减小R的阻值，所以电阻箱R接入电路的阻值应调小。 5．（2025·江苏淮安·中考真题）“探究通电螺线管外部磁场的特点”的实验装置如图甲所示。 (1)在用铁屑探究螺线管外部磁场分布时，需要经历下列步骤：①轻敲有机玻璃板，观察铁屑分布；②将铁屑均匀撒在有机玻璃板上；③闭合开关。三个步骤合理的顺序是 （填序号）； (2)经过对铁屑分布的观察，发现通电螺线管外部磁场与 磁体周围磁场分布相似； (3)把小磁针放在螺线管四周不同的位置，通电后，小磁针分布如图乙所示，发现通电前后A、B两个小磁针未发生明显偏转，此时的螺线管可能是向 （选填“南北”或“东西”）方向放置的； (4)根据图丙中小磁针静止时的指向，在括号中标出电源左端的极性； (5)未来，科学家想研究月球是否也像地球一样是一个磁体，在月球科研站内将小磁针放在不同位置，若观察到 现象，则说明月球也是一个磁体。 【答案】(1)②③① (2)条形 (3)南北 (4) (5)小磁针指示固定的方向 【详解】（1）铁屑在磁场中容易被磁化，故可以用铁屑来显示通电螺线管周围的磁场分布。在用铁屑探究螺线管外部磁场分布时，应先将铁屑均匀撒在有机玻璃板上，再闭合开关使得螺线管产生磁场将铁屑磁化，最后轻敲有机玻璃板，观察铁屑分布。所以三个步骤合理的顺序是②③①。 （2）观察铁屑分布可知通电螺线管两端铁屑分布较多，中间较少，说明两端磁性强，中间磁性弱，说明通电螺线管外部磁场与条形磁体周围磁场分布相似。 （3）小磁针静止时指示南北，通电后，A、B两个小磁针所在位置的磁场方向是水平方向的，发现通电前后A、B两个小磁针未发生明显偏转，说明此时的螺线管可能是向南北方向放置的。 （4）图丙中小磁针静止时左端为N极，根据磁极间相互作用规律可知螺线管左端为S极，右端为N极，根据安培定则可知电流从螺线管左端流入，则电源左端为正极，作图如下： （5）若月球也是一个磁体，则会对放入其中的小磁针产生磁场力的作用。所以在月球科研站内将小磁针放在不同位置，若观察到小磁针指示固定的方向，则说明月球也是一个磁体。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $