3.2.1电流的磁场培优讲义-2025-2026学年浙教版八年级下册培优同步讲义

2025-2026学年浙教版（新教材）八下培优同步讲义 第三章 电磁及其应用 3.2.1 电流的磁场 知识要点1 （一）直线电流的磁场 1.奥斯特实验：在小磁针的上方拉一根与小磁针平行的直导线，通电时观察到什么现象？改变电流的方向，观察小磁针偏转方向是否改变？ 结论：通电导体周围存在磁场；其磁场方向和电流方向有关，改变电流方向，磁场方向也会随之改变。奥斯特实验首次揭示了电现象与磁现象之间的联系，证明电可以生磁，开启了电磁学研究的新方向。 2. 直线电流磁场的磁感线分布规律：直线电流的磁感线是以直导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都分布在与导线垂直的平面内。距离直线电流越近，磁感线越密集，磁场越强；反之越弱。 知识要点2 （二）通电螺线管的磁场 1.通电螺线管：将导线绕成螺线管后通电，磁性会增强；带铁芯的通电螺线管比不带铁芯的通电螺线管磁性要强得多。 （1）通电螺线管周围产生的磁场和条形磁体的磁场相似；改变电流方向，螺线管的磁极方向会改变。 （2） 右手螺旋定则:也叫安培定则；右手握住螺线管，让四指弯向螺线管中的电流方向，大拇指所指的那一端就是通电螺线管的北（N）极。该定则可以快速判断通电螺线管的磁极方向与电流方向之间的关系。 （3）右手螺旋定则也可用来判断直线电流的磁场方向；让右手握住直导线，让大拇指指向电流方向，其余四指弯曲的方向即为磁感线的环绕方向。 知识要点3 (三)电磁铁：带有铁芯的通电螺线管叫做电磁铁。 （1）影响电磁铁磁性强弱的因素：①电流大小相同时，线圈匝数越多，磁性越强；②线圈匝数相同时，电流越大，磁性越强；③有无铁芯（插入软铁芯可显著增强磁性）。 （2）研究电磁铁影响因素的实验中，采用的实验方法：控制变量法和转换法。 控制变量法：例如，探究“线圈匝数对磁性强弱的影响”时，需保持电流大小和有无铁芯相同，仅改变匝数；探究“电流大小的影响”时，则固定匝数与铁芯，调节滑动变阻器改变电流。 转换法：用吸引大头针的数目多少来反映磁性强弱，这是典型的转换法应用——将不易直接测量的“磁性强弱”转化为易于观察和计数的“吸引大头针的数量”。 （3）电磁铁的特点：电磁铁在实际中应用广泛，其核心优势在于“可控性”；（1）磁性有无可控：通电时有磁性，断电时磁性消失；（2）磁性强弱可控：通过调节电流大小、增减线圈匝数或插入/拔出铁芯实现连续调控；（3）磁极方向可控：仅需改变电流方向，即可实现磁极的N、S极快速翻转。 【典例1】某兴趣小组开展“观察通电直导线周围的磁场”的实验活动。 实验1：在小磁针的上方拉一根与小磁针平行的直导线，给直导线通电，观察小磁针（如图甲）。 实验2：在水平有机玻璃板上穿一个小孔，将一根直导线垂直穿过小孔，在玻璃板上均匀地撒上铁屑。直导线通电后，轻敲玻璃板，观察铁屑的分布情况（如图乙）。 请回答： (1)实验1中，若观察到 ，说明电流周围存在磁场； (2)实验2中，轻敲玻璃板的目的是 ，从而使铁屑分布更清晰； (3)根据图乙中被磁化铁屑的排列情况，描述通电直导线周围的磁感线分布： ； (4)兴趣小组进一步实验（如图丙），a、b两导线通电后出现相互排斥现象。若要使两导线相互吸引，可行的方法是 【典例2】通电螺线管的磁极跟电流的方向有关系，可以用安培定则来判断。若通电螺线管的连接如图所示，下列利用安培定则判断磁极方向正确的是（　　） A． B． C． D． 【典例3】如图所示，小磁针处于静止状态，闭合开关，小磁针几乎不发生偏转的是（　　） A． B． C． D． 【典例4】如图所示，根据信息，标出电源“+”、“-”极和小磁针的“N”极。 【典例5】如图所示，一条向上射出的阴极射线可以看作是许多电子定向运动形成的电子流，则通过这束电子流的运动方向可推断出电子定向运动产生的电流及周围的磁场方向是（　　） A． B． C． D．​ 【典例6】如图为项目学习小组的同学自制的漂浮式指南针。铜片、锌片和食盐水溶液共同组成了“盐水电池”。铜片是盐水电池的正极，锌片是负极。下列说法正确的是（　　） A．通电螺线管A端为N极 B．通电螺线管静止时B端指向地理北方 C．电子从铜片经螺线管流到锌片 D．通电螺线管外C点的磁场比B点强 【典例7】为探究电磁铁的磁性跟哪些因素有关，某同学作出以下猜想： 猜想A：电磁铁通电时有磁性，断电时没有磁性。 猜想B：通过电磁铁的电流越大，它的磁性越强。 猜想C：外形相同的螺线管，线圈的匝数越多，它的磁性越强。 为了检验上述猜想是否正确，该同学所在实验小组通过交流与合作设计了以下实验方案：用漆包线在大铁钉上绕若干圈制成简单的电磁铁。如图所示的甲、乙、丙、丁为实验中观察到的四种情况（四种情况中，电源、滑动变阻器、大铁钉的规格均相同）。 根据他的猜想和实验填空。 (1)通过观察电磁铁吸引大头针数目多少的不同，来判断 的不同。 (2)通过比较 两种情况，可以验证猜想A是正确的。 (3)通过比较乙丙两种情况，可以得出结论： 。 (4)通过比较丁中a、b两电磁铁，发现猜想C不全面，应补充 。 【典例8】以下是项目化学习小组设计的新型电磁避震器。 【项目名称】全地形电瓶车：魔改避震器。 【项目背景】传统弹簧避震器在不同路面条件下稳定性与舒适性难以兼顾。现市面上绝大部分的电瓶车依靠弹簧进行避震，弹簧本身的弹性决定了避震的软硬。易压缩的弹簧在过碎石路时会比较舒适，但在过大坑洼时会比较晃晃悠悠，不够稳定。不易压缩的弹簧在过大坑洼时会比较稳定，但过碎石路时会比较颠簸，不够舒适。 【项目要求】避震器能自动调节，实现在碎石路面和坑洼路面均有较强的稳定性和舒适性。 【项目设计】根据要求设计如图所示的避震装置。 (1)【原理分析】闭合开关后，电磁铁上方是 极。当经过碎石路面时，电瓶车车轮所受压力较小，电磁铁与磁体之间的作用力较小，容易压缩，避震较软，在平缓路面也有很强的舒适性。当经过坑洼路面时，电瓶车车轮所受压力较大，电磁铁与磁体之间的作用力较大，难以压缩，避震较硬，以增强在坑洼路面的稳定性。 (2)【器材选择】电磁继电器（线圈电阻为40Ω）、压敏电阻、开关、导线等。要满足上述项目要求，他们应选择下表中的压敏电阻 （填字母）。 起伏程度 平缓 较平缓 较坑洼 坑洼 压力/×103N 2 4 6 8 压敏电阻A/Ω 160 100 60 40 压敏电阻B/Ω 40 60 100 160 (3)【项目调试】路过坑洼路段时，通过电磁继电器的电流为0.06安，避震较为稳定和舒适，则该电路的电压为多少 ? (4)【评价与改进】下表为电磁避震器的评价量表： “电磁避震器”评价量表 评价指标 优秀 合格 不合格 指标一：自动化 能在不同类型的路面实现连续自动调节 能在不同类型的路面实现分段自动调节 不能自动调节 指标二：个性化 能根据个人喜好连续调节避震软硬 能根据个人喜好分段调节避震软硬 不能根据个人喜好调节避震软硬 根据评价量表该小组制作的电磁避震器指标一评价为“优秀”，指标二评价为“不合格”。为使指标二达到“优秀”，请你提出一条合理的改进意见： 。 题组A 夯实基础过关练 1．根据小磁针的指向和磁感线的方向判断，下图所示的四幅图中错误的是（　　） A． B． C． D． 2．如图所示的通电螺线管，四个小磁针静止后，N极指向正确的是（　　） A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②④ 3．小鑫同学看到了一个悬浮地球仪摆件如图，于是利用选购材料制作了一个仿制品，并成功地将他的地球仪稳定地“悬浮”起来（磁铁在地球仪内部）。下列说法正确的是（　　） A．实现“悬浮”的磁铁A端是S极 B．M点处磁感线方向竖直向下 C．若要增加地球仪“悬浮”的高度，可将滑片P向上移动加以调节 D．地球仪在更高的位置稳定“悬浮”后，受到的磁铁对它的斥力变大 4．如图是利用太阳能给LED 路灯供电的自动控制电路的示意图。R是光敏电阻，R0是保护电阻，阻值不变。日光充足时，电磁继电器将衔铁吸下，GH接入电路，太阳能电池板给蓄电池充电。光线不足时，衔铁被弹簧拉起，EF接入电路，蓄电池给LED路灯供电，路灯亮起。关于该电路分析错误的是（　　） A．光敏电阻R阻值随光照强度增大而减小 B．电路工作时，电磁铁上端为N极 C．若想更容易吸下衔铁，也可增加电磁铁线圈匝数 D．减小保护电阻R0阻值可延长每天路灯照明时间 5．如图，弹簧测力计下端吊一块条形磁铁，磁铁的下端是S极，下面有一个带铁芯的螺铁管，R是滑动变阻器。哪种情况弹簧测力计的读数变小（　　） A．开关S接触点2，然后抽出铁芯 B．开关S接触点2，然后滑动变阻器的滑片向右移 C．开关S接触点1，然后使磁铁的N极朝下 D．开关S接触点1，然后滑动变阻器的滑片向左移 6．如图所示，闭合开关使螺线管通电，可以观察到左边弹簧 （填“伸长”“不变”或“缩短”，下同），右边弹簧 。 7．在探究“影响电磁铁磁性强弱因素”的活动中，小科进行了以下实验。 【实验一】小科用学生电源、通电螺线管、滑动变阻器、电流表、导线和大头针等材料组装实验电路，其原理如图1所示。 (1)实验中通过比较 来判断电磁铁磁性强弱； 【实验二】为更精准地比较电磁铁磁性强弱，小科查阅相关资料后得知，磁场的强弱可用磁感应强度B来定量描述，国际单位是特斯拉，符号是“T”。在此基础上小科设计了如图2所示电路，甲中电源电压6V，RB为磁敏电阻，乙中电磁铁的磁性强弱会影响RB的阻值，其变化关系如图3。 (2)闭合S1和S2，调节乙中滑动变阻器的滑片P，甲中电流表示数逐渐增大，说明磁感电阻RB处的磁感应强度B逐渐 （选填“变大”或“变小”）； (3)闭合S1和S2，滑片P不动，依次增加电磁铁线圈匝数，记录线圈匝数x与对应的电流表示数I，算出RB处磁感应强度B的数值如下表。请计算x＝200圈时，B＝ T； x/圈 100 200 250 300 I/mA 50 30 20 15 B/T 0.2 ？ 0.5 0.6 (4)结合表格中的数据，可以得出的结论是 。 8．科学发现往往闪耀着科学家们智慧的光芒。 (1)如图，将一根直导线放在静止小磁针的上方，接入电路后，闭合开关，观察到小磁针偏转，该实验探究的是 。闭合开关时，小磁针N极向纸外偏转，则电源 （填“A”或“B”）端为正极。 (2)下列关于此实验的说法正确的是_______（填字母）。 A．该实验必须放在地球赤道上进行 B．通电直导线必须竖直放置 C．通电直导线应该水平东西方向放置 D．通电直导线应该水平南北方向放置 9．某同学利用图所示装置进行了一系列实验，闭合开关前、小磁针的指向如图甲所示；闭合开关后、小磁针的转情况如图乙中箭头所示；只改变电流方向，再次进行实验、闭合开关后、小磁针的偏转如图丙中箭头所示。 (1)由甲、乙两图所示实验可得电流可以产生 ； (2)由乙、丙两图所示实验是研究 之间的关系。 (3)要使实验现象比较明显，如何摆放小磁针？ （说出1点） 10．在“研究通电螺线管周围磁场”活动中，闭合开关后，小磁针静止时的指向如图所示。 (1)电源左端为 极； (2)磁感线上A、B、C三点中磁场强度最强的点是 ； (3)磁感线上A、B两点的磁场方向 （填“相同”或“不同”）。 11．小康为验证影响电磁铁磁性强弱的因素，设计了如图实验，右侧指针底端固定有小磁铁，能绕转轴O转动。a线圈100匝，b线圈200匝。 (1)实验1：研究电磁铁磁性强弱与 的关系。将变阻器滑片P移至最上端，闭合开关S至a处，再将滑片P逐渐向下移动到某处，观察到右侧指针示数变大后停在刻度3处。得出结论。 补充研究：断开开关，保持滑片P在该处位置不变，只改变电流方向，闭合开关S至a处观察到指针 。该补充实验可以验证影响电磁铁磁场方向的因素为电流方向，且电流方向不会影响电磁场强度； (2)实验2：研究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系。先将变阻器滑片P移至最上端，闭合开关S到a处，记下电流表示数为0.8A，指针停在刻度1处，再闭合开关S到b处， （填操作过程），观察到指针停在刻度1.5处。由实验2可得出结论： 。 12．按要求作图。 (1)如图所示，请将螺线管、滑动变阻器接入电路中，使开关闭合后，螺线管与条形磁铁相互排斥，滑动变阻器滑片P向右移动会使斥力增大。 题组B 拓展培优提分练 13．小明用自制电磁小船对地磁场的方向进行判断，如图所示，闭合开关S，将小船按如图放在平静的水中，发现船头慢慢转动，但小船最后停止的位置并不是正南或正北。 (1)将小船按如图所示放在平静的水中后，船头偏转的方向是 （填“顺时针”或“逆时针”）； (2)要使小船运动更加灵敏，可以将滑动变阻器滑片往 （填“左”或“右”）移动； (3)关于地磁场的起因，有人提出如下假说：地磁场是由绕地球的环形电流引起的，则此电流方向是（　　） A．沿纬线东向西 B．沿纬线西向东 C．沿经线北向南 D．沿经线南向北 14．奥斯特实验：（丹麦物理学家奥斯特）如图是奥斯特实验示意图。 （1）比较（a）与（b）可得出的实验结论是 。比较（a）与（c）得出的实验结论是： ； （2）直线电流的磁场：直线电流产生的磁场中，磁感线是以导线为圆心排列的一层一层的同心圆。小菲同学在课后进行了以下探究：问题：通电圆环（如图丙）内部的磁场如何分布呢？ 猜想：可能也符合右手螺旋定则。 实验：她连接如图丁所示的电路（外部电路未画出）。 现象：位于圆环中心的小磁针N极垂直纸面向里转动。 根据小菲同学的探究过程，回答下列问题： （3）通电圆环内部的磁场分布是否符合右手螺旋定则？ （选填“是”或“否”）； （4）如图戊所示，小菲同学把地球看成一个通电圆环，她认为赤道这一通电圆环的电流方向从北极上空看为 （选填“顺时针”或“逆时针”）。 15．电与磁现象是人类探索自然的一个重要方面。在干电池的正负极两端吸附上超强磁铁，将它放入铜质螺线管中，可以制成电磁动力“小车”（如图甲）。已知干电池两端的超强磁铁，磁极分布如图乙，与铜导线接触，当小明将“小车”从右端塞入铜螺线管时，会与铜螺线管形成闭合电路，产生电流，从而产生磁场（如图丙）。 (1)根据电流方向，可以判断A为螺线管的 极，实验中发现，必须将“小车”全部推入螺线管，“小车”才能运动，“小车”运动的原因是 。 (2)“小车”将沿着螺线管向进一步探究发现，“小车”运动的方向与电池正负极位置和超强磁铁的极性有关。将如图丙装配的小车放入螺线，则小车的运动方向是向 运动（填“左”或“右”）。 (3)如果要增加小车的运动速度，可以采取的措施有 。 6 学科网（北京）股份有限公司 $ 2025-2026学年浙教版（新教材）八下培优同步讲义 第三章 电磁及其应用 3.2.1 电流的磁场 知识要点1 （一）直线电流的磁场 1.奥斯特实验：在小磁针的上方拉一根与小磁针平行的直导线，通电时观察到什么现象？改变电流的方向，观察小磁针偏转方向是否改变？ 结论：通电导体周围存在磁场；其磁场方向和电流方向有关，改变电流方向，磁场方向也会随之改变。奥斯特实验首次揭示了电现象与磁现象之间的联系，证明电可以生磁，开启了电磁学研究的新方向。 2. 直线电流磁场的磁感线分布规律：直线电流的磁感线是以直导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都分布在与导线垂直的平面内。距离直线电流越近，磁感线越密集，磁场越强；反之越弱。 知识要点2 （二）通电螺线管的磁场 1.通电螺线管：将导线绕成螺线管后通电，磁性会增强；带铁芯的通电螺线管比不带铁芯的通电螺线管磁性要强得多。 （1）通电螺线管周围产生的磁场和条形磁体的磁场相似；改变电流方向，螺线管的磁极方向会改变。 （2） 右手螺旋定则:也叫安培定则；右手握住螺线管，让四指弯向螺线管中的电流方向，大拇指所指的那一端就是通电螺线管的北（N）极。该定则可以快速判断通电螺线管的磁极方向与电流方向之间的关系。 （3）右手螺旋定则也可用来判断直线电流的磁场方向；让右手握住直导线，让大拇指指向电流方向，其余四指弯曲的方向即为磁感线的环绕方向。 知识要点3 (三)电磁铁：带有铁芯的通电螺线管叫做电磁铁。 （1）影响电磁铁磁性强弱的因素：①电流大小相同时，线圈匝数越多，磁性越强；②线圈匝数相同时，电流越大，磁性越强；③有无铁芯（插入软铁芯可显著增强磁性）。 （2）研究电磁铁影响因素的实验中，采用的实验方法：控制变量法和转换法。 控制变量法：例如，探究“线圈匝数对磁性强弱的影响”时，需保持电流大小和有无铁芯相同，仅改变匝数；探究“电流大小的影响”时，则固定匝数与铁芯，调节滑动变阻器改变电流。 转换法：用吸引大头针的数目多少来反映磁性强弱，这是典型的转换法应用——将不易直接测量的“磁性强弱”转化为易于观察和计数的“吸引大头针的数量”。 （3）电磁铁的特点：电磁铁在实际中应用广泛，其核心优势在于“可控性”；（1）磁性有无可控：通电时有磁性，断电时磁性消失；（2）磁性强弱可控：通过调节电流大小、增减线圈匝数或插入/拔出铁芯实现连续调控；（3）磁极方向可控：仅需改变电流方向，即可实现磁极的N、S极快速翻转。 【典例1】某兴趣小组开展“观察通电直导线周围的磁场”的实验活动。 实验1：在小磁针的上方拉一根与小磁针平行的直导线，给直导线通电，观察小磁针（如图甲）。 实验2：在水平有机玻璃板上穿一个小孔，将一根直导线垂直穿过小孔，在玻璃板上均匀地撒上铁屑。直导线通电后，轻敲玻璃板，观察铁屑的分布情况（如图乙）。 请回答： (1)实验1中，若观察到 ，说明电流周围存在磁场； (2)实验2中，轻敲玻璃板的目的是 ，从而使铁屑分布更清晰； (3)根据图乙中被磁化铁屑的排列情况，描述通电直导线周围的磁感线分布： ； (4)兴趣小组进一步实验（如图丙），a、b两导线通电后出现相互排斥现象。若要使两导线相互吸引，可行的方法是 【答案】(1)小磁针发生偏转 (2)减小玻璃板对铁屑的摩擦 (3)以通电直导线为中心的同心圆 (4)只改变a、b任一导线中的电流方向 【详解】（1）在实验1中，当给直导线通电后，若观察到小磁针发生偏转，说明电流周围存在磁场。因为小磁针受到磁场力的作用才会发生偏转，而这个磁场是由通电直导线产生的。 （2）实验2中，轻敲玻璃板可以使铁屑与玻璃板之间的摩擦力减小，让铁屑能够在磁场力的作用下更容易地移动，从而按照磁场的分布规律排列，使铁屑分布更清晰，便于观察。 （3）根据图乙中被磁化铁屑的排列情况，可以看出铁屑围绕直导线呈同心圆状分布，这表明通电直导线周围的磁感线是以导线为圆心的一系列同心圆，这些同心圆都在与导线垂直的平面上。 （4）根据通电导线在磁场中受到力的作用可知，两平行通电直导线间的相互作用力与电流方向有关，若要使两导线相互吸引，可行的方法是只改变a、b任一导线中的电流方向。 【典例2】通电螺线管的磁极跟电流的方向有关系，可以用安培定则来判断。若通电螺线管的连接如图所示，下列利用安培定则判断磁极方向正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】安培定则的内容为：用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的那端就是螺线管的N极。由图知，电流从螺线管左端流入、右端流出。右手握住螺线管，四指应指向电流方向（从左到右 ），此时大拇指指向螺线管右端，对应图中D选项的手势，AC选项用的是左手，B选项中四指的方向与电流方向相反，故ABC错误，D正确。故选D。 【典例3】如图所示，小磁针处于静止状态，闭合开关，小磁针几乎不发生偏转的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】A．由图可知，电流从螺线管的左端流入，由安培定则可知螺线管的右端是N极，小磁针的左端是S极，异名磁极相互吸引，小磁针几乎不发生偏转，故A符合题意；B．由图可知，电流从螺线管的左端流入，由安培定则可知螺线管的左端是N极，小磁针的右端是N极，同名磁极相互排斥，小磁针发生偏转，故B不符合题意；C．由图可知，电流从螺线管的右端流入，由安培定则可知螺线管的右端是N极，小磁针的右端是N极，同名磁极相互排斥，小磁针发生偏转，故C不符合题意；D．由图可知，电流从螺线管的右端流入，由安培定则可知螺线管的左端是N极，小磁针的左端是N极，同名磁极相互排斥，小磁针发生偏转，故D不符合题意。故选A。 【典例4】如图所示，根据信息，标出电源“+”、“-”极和小磁针的“N”极。 【答案】 【详解】在磁体外部磁感线总是从磁体的N极出发，回到S极，所以螺旋管的右端为S极，左端为N极；由安培定则可以判断出电源的右端为正极，左端为负极；由于异名磁极相互吸引，所以小磁针的右端为N极，如图所示： 【典例5】如图所示，一条向上射出的阴极射线可以看作是许多电子定向运动形成的电子流，则通过这束电子流的运动方向可推断出电子定向运动产生的电流及周围的磁场方向是（　　） A． B． C． D．​ 【答案】A 【详解】由图可知，电子定向移动的方向是向上的，电子带负电，由于电流的方向与电子定向移动的方向相反，故电流的方向是向下的，根据右手螺旋定则可知，磁场的方向是顺时针方向的，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。 【典例6】如图为项目学习小组的同学自制的漂浮式指南针。铜片、锌片和食盐水溶液共同组成了“盐水电池”。铜片是盐水电池的正极，锌片是负极。下列说法正确的是（　　） A．通电螺线管A端为N极 B．通电螺线管静止时B端指向地理北方 C．电子从铜片经螺线管流到锌片 D．通电螺线管外C点的磁场比B点强 【答案】B 【详解】A．铜片是“盐水电池”的正极，锌片是负极，则螺线管中的电流是从右端流入的，根据安培定则可知，通电螺线管的B端为极，A端为极，故A错误；B．根据地磁的磁极和磁极间的相互作用可知，静止时通电螺线管的B端指向地理北方，故B正确；C．已知电流的方向是从铜片经螺线管到锌片，电子定向移动的方向与电流方向相反，因此电子从锌片经螺线管流到铜片，故C错误；D．磁体中磁极的磁性是最强的，因此螺线管外C点的磁场比B点弱，故D错误。故选B。 【典例7】为探究电磁铁的磁性跟哪些因素有关，某同学作出以下猜想： 猜想A：电磁铁通电时有磁性，断电时没有磁性。 猜想B：通过电磁铁的电流越大，它的磁性越强。 猜想C：外形相同的螺线管，线圈的匝数越多，它的磁性越强。 为了检验上述猜想是否正确，该同学所在实验小组通过交流与合作设计了以下实验方案：用漆包线在大铁钉上绕若干圈制成简单的电磁铁。如图所示的甲、乙、丙、丁为实验中观察到的四种情况（四种情况中，电源、滑动变阻器、大铁钉的规格均相同）。 根据他的猜想和实验填空。 (1)通过观察电磁铁吸引大头针数目多少的不同，来判断 的不同。 (2)通过比较 两种情况，可以验证猜想A是正确的。 (3)通过比较乙丙两种情况，可以得出结论： 。 (4)通过比较丁中a、b两电磁铁，发现猜想C不全面，应补充 。 【答案】(1)磁场强弱 (2)甲、乙 (3)当线圈匝数相同时，通过电磁铁的电流越大，它的磁性越强 (4)通过的电流也应相等 【详解】（1）实验中，磁场强弱无法直接判断，通过观察电磁铁吸引大头针数目的多少，来判断产生磁场的强弱，采用了转换法。 （2）比较甲、乙两图，甲图开关断开，电路中没有电流，电磁铁没有磁性，乙图中开关闭合，电路中有电流，电磁铁有磁性，故可以验证猜想A是正确的。 （3）比较乙、丙两图，线圈匝数相同，滑动变阻器接入电路阻值不同，电路中电流不同，丙图电流大，吸引大头针数目多，磁性强，故可以得出结论：当线圈匝数相同时，通过电磁铁的电流越大，它的磁性越强。 （4）丁图中两个电磁铁串联，通过两个电磁铁的电流相等，线圈匝数越多，电磁铁磁性越强，故猜想C不全面，应补充电流相等的条件。 【典例8】以下是项目化学习小组设计的新型电磁避震器。 【项目名称】全地形电瓶车：魔改避震器。 【项目背景】传统弹簧避震器在不同路面条件下稳定性与舒适性难以兼顾。现市面上绝大部分的电瓶车依靠弹簧进行避震，弹簧本身的弹性决定了避震的软硬。易压缩的弹簧在过碎石路时会比较舒适，但在过大坑洼时会比较晃晃悠悠，不够稳定。不易压缩的弹簧在过大坑洼时会比较稳定，但过碎石路时会比较颠簸，不够舒适。 【项目要求】避震器能自动调节，实现在碎石路面和坑洼路面均有较强的稳定性和舒适性。 【项目设计】根据要求设计如图所示的避震装置。 (1)【原理分析】闭合开关后，电磁铁上方是 极。当经过碎石路面时，电瓶车车轮所受压力较小，电磁铁与磁体之间的作用力较小，容易压缩，避震较软，在平缓路面也有很强的舒适性。当经过坑洼路面时，电瓶车车轮所受压力较大，电磁铁与磁体之间的作用力较大，难以压缩，避震较硬，以增强在坑洼路面的稳定性。 (2)【器材选择】电磁继电器（线圈电阻为40Ω）、压敏电阻、开关、导线等。要满足上述项目要求，他们应选择下表中的压敏电阻 （填字母）。 起伏程度 平缓 较平缓 较坑洼 坑洼 压力/×103N 2 4 6 8 压敏电阻A/Ω 160 100 60 40 压敏电阻B/Ω 40 60 100 160 (3)【项目调试】路过坑洼路段时，通过电磁继电器的电流为0.06安，避震较为稳定和舒适，则该电路的电压为多少 ? (4)【评价与改进】下表为电磁避震器的评价量表： “电磁避震器”评价量表 评价指标 优秀 合格 不合格 指标一：自动化 能在不同类型的路面实现连续自动调节 能在不同类型的路面实现分段自动调节 不能自动调节 指标二：个性化 能根据个人喜好连续调节避震软硬 能根据个人喜好分段调节避震软硬 不能根据个人喜好调节避震软硬 根据评价量表该小组制作的电磁避震器指标一评价为“优秀”，指标二评价为“不合格”。为使指标二达到“优秀”，请你提出一条合理的改进意见： 。 【答案】(1)S (2)A (3)4.8V (4)电路中串联一个滑动变阻器 【详解】（1）根据安培定则，用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的那端就是螺线管的N极。由图可知，闭合开关后，电流从螺线管的上端流入，下端流出，用右手握住螺线管，四指指向电流方向，大拇指向下，所以电磁铁下方是N极，上方是S极。 （2）当经过碎石路面时，电瓶车车轮所受压力较小，电磁铁与磁体之间的作用力较小，容易压缩，避震较软；当经过坑洼路面时，电瓶车车轮所受压力较大，电磁铁与磁体之间的作用力较大，难以压缩，避震较硬。 要实现这样的功能，压敏电阻应随着压力的增大而减小，这样才能使电路中的电流增大，电磁铁的磁性增强，从而使电磁铁与磁体之间的作用力增大。 由表格数据可知，压敏电阻A的阻值随着压力的增大而减小，符合要求，所以应选择压敏电阻A。 （3）路过坑洼路段时，压力为8×103N，此时压敏电阻A的阻值为40Ω，电磁继电器的线圈电阻为40Ω，则电路的总电阻R=R压敏+R线圈=40Ω+40Ω=80Ω；已知通过电磁继电器的电流I=0.06A，由可知，电路的电压U=IR=0.06A×80Ω=4.8V （4）指标二要求能根据个人喜好连续调节避震软硬，而该小组制作的电磁避震器指标二评价为“不合格”，说明不能根据个人喜好调节避震软硬。 为使指标二达到“优秀”，可以在电路中接入一个滑动变阻器，通过调节滑动变阻器的阻值来改变电路中的电流，从而改变电磁铁的磁性强弱，实现根据个人喜好连续调节避震软硬。 题组A 夯实基础过关练 1．根据小磁针的指向和磁感线的方向判断，下图所示的四幅图中错误的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．右手握住直导线，大拇指指向电流的方向，弯曲四指指向磁场的方向，故A正确，不符合题意；B．在磁体的外部，磁感线由N极流出，S极流入，如图两个磁极都是S极，故磁感线的方向都是指向S极，故B正确，不符合题意；C．由安培定则可知，右手握住螺线管，四指指向电流方向，大拇指所指方向是螺线管的N极，则通电螺线管的右端为N极，左端为S极，再由磁极间的相互作用规律知，小磁针静止时，左端应为N极，故C错误，符合题意；D．由安培定则可知，右手握住螺线管，四指指向电流方向，大拇指所指方向是螺线管的N极，则通电螺线管的右端为S极，左端为N极，再由磁极间的相互作用规律知，小磁针静止时，左端应为S极，右端为N极，故D正确，不符合题意。故选C。 2．如图所示的通电螺线管，四个小磁针静止后，N极指向正确的是（　　） A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②④ 【答案】D 【详解】据图可知，螺线管上导体的电流是向下的，根据安培定则可知，螺线管右端是N极，左端是S极，根据磁极间的相互作用可知，①②④指向正确，故D符合题意，ABC不符合题意。故选D。 3．小鑫同学看到了一个悬浮地球仪摆件如图，于是利用选购材料制作了一个仿制品，并成功地将他的地球仪稳定地“悬浮”起来（磁铁在地球仪内部）。下列说法正确的是（　　） A．实现“悬浮”的磁铁A端是S极 B．M点处磁感线方向竖直向下 C．若要增加地球仪“悬浮”的高度，可将滑片P向上移动加以调节 D．地球仪在更高的位置稳定“悬浮”后，受到的磁铁对它的斥力变大 【答案】C 【详解】A．地球仪稳定地“悬浮”起来，电流从电磁铁的上端流入，由安培定则可知电磁铁的上端是S极，磁铁的下端是N极，根据同名磁极相互排斥可知，磁铁的B端为S极，磁铁A端是N，故A错误；B．磁体外部的磁场方向从N极出发回到S极，故M点磁感线方向大致向上，故B错误；CD．若要增加地球仪“悬浮”的高度，必须增强磁性，可将滑片P向上移动加以调节，使电路中的电阻变小，电流变大，电磁铁磁性增强。增加地球仪“悬浮”的高度后，电磁铁对地球仪的斥力仍等于地球仪的重力，重力不变，故斥力大小不变，故C正确，D错误。故选C。 4．如图是利用太阳能给LED 路灯供电的自动控制电路的示意图。R是光敏电阻，R0是保护电阻，阻值不变。日光充足时，电磁继电器将衔铁吸下，GH接入电路，太阳能电池板给蓄电池充电。光线不足时，衔铁被弹簧拉起，EF接入电路，蓄电池给LED路灯供电，路灯亮起。关于该电路分析错误的是（　　） A．光敏电阻R阻值随光照强度增大而减小 B．电路工作时，电磁铁上端为N极 C．若想更容易吸下衔铁，也可增加电磁铁线圈匝数 D．减小保护电阻R0阻值可延长每天路灯照明时间 【答案】D 【详解】A．日光充足时，电磁铁把衔铁吸下，可知电流变大了，根据欧姆定律，控制电路中电阻变小，即当日光充足时光敏电阻R减小，即光敏电阻R阻值随光照强度增大而减小，故A正确，不符合题意；B．闭合开关，通过电磁继电器的电流为自下而上，利用安培定则可判断上端为N极，故B正确，不符合题意；C．电磁铁的磁性强弱与电流大小、磁性强弱、线圈匝数有关，匝数越多，磁性越强，越容易吸下衔铁，故C正确，不符合题意；D．增大保护电阻R0的阻值，减小了电流，可延长每天路灯照明时间，故D错误，符合题意。故选D。 5．如图，弹簧测力计下端吊一块条形磁铁，磁铁的下端是S极，下面有一个带铁芯的螺铁管，R是滑动变阻器。哪种情况弹簧测力计的读数变小（　　） A．开关S接触点2，然后抽出铁芯 B．开关S接触点2，然后滑动变阻器的滑片向右移 C．开关S接触点1，然后使磁铁的N极朝下 D．开关S接触点1，然后滑动变阻器的滑片向左移 【答案】C 【详解】A．开关S接触点2，根据安培定则知，通电螺线管的上端为S极，根据磁极间的相互作用规律，通电螺线管和条形磁铁是同名磁极相互排斥，抽出铁芯，磁性减弱，排斥力减小，弹簧测力计示数增大，故A不符合题意；B．开关S接触点2，通电螺线管和条形磁铁是同名磁极相互排斥，滑动变阻器的滑片向右移，电阻变大，根据欧姆定律可知电路中的电流变小，磁性变弱，排斥力减小，弹簧测力计示数增大，故B不符合题意；C．开关S在接触点1时，根据安培定则可知，通电螺线管的上端为N极，根据磁极间的相互作用规律，通电螺线管和条形磁铁是异名磁极会相互吸引，所以弹簧测力计示数较大；然后使磁铁的N极朝下，通电螺线管和条形磁铁是同名磁极相互排斥，弹簧测力计示数较小，故C符合题意； D．开关S接触点1，通电螺线管和条形磁铁是异名磁极相互吸引，滑动变阻器的滑片向左移，电阻减小，根据欧姆定律知电路中电流增大，吸引力增大，弹簧测力计示数增大，故D不符合题意。故选C。 6．如图所示，闭合开关使螺线管通电，可以观察到左边弹簧 （填“伸长”“不变”或“缩短”，下同），右边弹簧 。 【答案】 伸长 缩短 【详解】[1][2]据安培定则知道，A螺线管的上端相当于磁体的N极；对于左边的弹簧来说，不管通电螺线管的极性如何，铁棒都会被吸引，故左边的弹簧会伸长；对于右边的弹簧来说，要取决于通电螺线管的极性，如果上端是S极就会伸长，否则就会缩短；根据电源的正负极，可以确定电流从右螺线管的上端流入，下端流出，结合螺线管线圈的绕向，利用安培定则可以确定螺线管的上端为N极，下端为S极，根据同名磁极相互排斥可知，右端弹簧会缩短。 7．在探究“影响电磁铁磁性强弱因素”的活动中，小科进行了以下实验。 【实验一】小科用学生电源、通电螺线管、滑动变阻器、电流表、导线和大头针等材料组装实验电路，其原理如图1所示。 (1)实验中通过比较 来判断电磁铁磁性强弱； 【实验二】为更精准地比较电磁铁磁性强弱，小科查阅相关资料后得知，磁场的强弱可用磁感应强度B来定量描述，国际单位是特斯拉，符号是“T”。在此基础上小科设计了如图2所示电路，甲中电源电压6V，RB为磁敏电阻，乙中电磁铁的磁性强弱会影响RB的阻值，其变化关系如图3。 (2)闭合S1和S2，调节乙中滑动变阻器的滑片P，甲中电流表示数逐渐增大，说明磁感电阻RB处的磁感应强度B逐渐 （选填“变大”或“变小”）； (3)闭合S1和S2，滑片P不动，依次增加电磁铁线圈匝数，记录线圈匝数x与对应的电流表示数I，算出RB处磁感应强度B的数值如下表。请计算x＝200圈时，B＝ T； x/圈 100 200 250 300 I/mA 50 30 20 15 B/T 0.2 ？ 0.5 0.6 (4)结合表格中的数据，可以得出的结论是 。 【答案】(1)吸引大头针的数量 (2)变小 (3)0.4 (4)见详解 【详解】（1）实验中运用转换法，通过观察电磁铁吸引大头针的数量表示电磁铁磁性强弱，且电磁铁吸引大头针的数量越多，说明电磁铁的磁性越强。 （2）根据题意，调节乙中滑动变阻器的滑片P，甲中电流表示数逐渐增大，说明磁感电阻RB的阻值变小，据图3可知磁感电阻RB处的磁感应强度B逐渐变小。 （3）当线圈匝数为200圈时，电路中的电流为30mA=0.03A，此时RB的阻值为；据图3可知，对应的磁感应强度B为0.4T。 （4）据表格数据可知，当电流一定时，线圈匝数越多时，电磁铁磁性越强。 8．科学发现往往闪耀着科学家们智慧的光芒。 (1)如图，将一根直导线放在静止小磁针的上方，接入电路后，闭合开关，观察到小磁针偏转，该实验探究的是 。闭合开关时，小磁针N极向纸外偏转，则电源 （填“A”或“B”）端为正极。 (2)下列关于此实验的说法正确的是_______（填字母）。 A．该实验必须放在地球赤道上进行 B．通电直导线必须竖直放置 C．通电直导线应该水平东西方向放置 D．通电直导线应该水平南北方向放置 【答案】(1)通电周围存在磁场 B (2)D 【详解】（1）[1]该实验为奥斯特实验，探究的是通电导体周围存在磁场。通过观察小磁针在通电导线附近的偏转，证实电流能产生磁场。[2]小磁针N极向纸外偏转，说明导线下方的磁场方向垂直于纸面向外。由安培定则可得，此时小磁针上方导线中的电流方向为从右往左。则电源B端为正极。 （2）地球本身存在南北方向的地磁场。将导线水平南北放置时，其产生的磁场方向与地磁场方向垂直，偏转效果更明显，便于观察。若“竖直放置”或“东西方向放置”会与地磁场方向平行，偏转效果减弱，不利于实验观察。该实验可在任何地点进行。故D正确，ABC错误。 故选D。 9．某同学利用图所示装置进行了一系列实验，闭合开关前、小磁针的指向如图甲所示；闭合开关后、小磁针的转情况如图乙中箭头所示；只改变电流方向，再次进行实验、闭合开关后、小磁针的偏转如图丙中箭头所示。 (1)由甲、乙两图所示实验可得电流可以产生 ； (2)由乙、丙两图所示实验是研究 之间的关系。 (3)要使实验现象比较明显，如何摆放小磁针？ （说出1点） 【答案】(1)磁场 (2)磁场方向与电流方向 (3)见解析 【详解】（1）甲图开关断开，电路中没有电流，小磁针不发生偏转，乙图开关闭合，电路中有电流，小磁针发生偏转，甲、乙两图说明电流可以产生磁场。 （2）乙、丙两图中，电流大小相同，电流的方向不同，小磁针的偏转方向不同，说明通电导体周围的磁场方向与导体中的电流方向有关。 （3）由于小磁针受到地磁场的作用，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，故应使把小磁针南北放置在直导线下方。 10．在“研究通电螺线管周围磁场”活动中，闭合开关后，小磁针静止时的指向如图所示。 (1)电源左端为 极； (2)磁感线上A、B、C三点中磁场强度最强的点是 ； (3)磁感线上A、B两点的磁场方向 （填“相同”或“不同”）。 【答案】(1)正 (2)C (3)不同 【详解】（1）根据小磁针静止时 N极的指向，利用磁极间的相互作用（同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引），可以判断出通电螺线管的右端为 N极。根据安培定则，用右手握住螺线管，让大拇指指向 N极（螺线管右端），四指弯曲的方向就是电流的方向，由此可知电流从螺线管的左端流入，右端流出。在电源外部，电流从正极流向负极，所以电源左端为正极。 （2）通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场相似，磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，在螺线管两端磁感线最密集，磁场最强，C点位于螺线管的一端，所以磁感线上 A、B、C三点中磁场强度最强的点是 C点。 （3）磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向，A、B两点的切线方向不同，所以磁感线上 A、B两点的磁场方向不同。 11．小康为验证影响电磁铁磁性强弱的因素，设计了如图实验，右侧指针底端固定有小磁铁，能绕转轴O转动。a线圈100匝，b线圈200匝。 (1)实验1：研究电磁铁磁性强弱与 的关系。将变阻器滑片P移至最上端，闭合开关S至a处，再将滑片P逐渐向下移动到某处，观察到右侧指针示数变大后停在刻度3处。得出结论。 补充研究：断开开关，保持滑片P在该处位置不变，只改变电流方向，闭合开关S至a处观察到指针 。该补充实验可以验证影响电磁铁磁场方向的因素为电流方向，且电流方向不会影响电磁场强度； (2)实验2：研究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系。先将变阻器滑片P移至最上端，闭合开关S到a处，记下电流表示数为0.8A，指针停在刻度1处，再闭合开关S到b处， （填操作过程），观察到指针停在刻度1.5处。由实验2可得出结论： 。 【答案】(1)电流大小 反向偏转且停在刻度3 (2) 移动滑片使电流表示数为0.8A 见解析 【详解】（1）[1]实验1：根据“将滑片P逐渐向下移动到某处”可知，变阻器接入的阻值改变，则通过电磁铁的电流大小改变，那么本实验探究电磁铁强弱与电流大小的关系。 [2]该补充实验可以验证影响电磁铁磁场方向的因素为电流方向，且电流方向不会影响电磁场强度，所以，只改变电流方向后，会看到，指针偏转方向与原来相反，但是偏转刻度数不变，因此观察到：观察到指针反向偏转且停在刻度3。 （2）[1]研究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系时，应控制电路中电流不变，所以，接下来的操作应该是，移动滑片使电流表示数为0.8A。 [2]根据题意可知，指针偏转角度变大，说明磁场变强，那么得到结论：其他条件（电流）相同时，线圈匝数越多，电磁铁磁性越强。 12．按要求作图。 (1)如图所示，请将螺线管、滑动变阻器接入电路中，使开关闭合后，螺线管与条形磁铁相互排斥，滑动变阻器滑片P向右移动会使斥力增大。 【答案】(1) 【详解】（1）开关闭合后，螺线管与条形磁铁相互排斥，根据同名磁极相互排斥可知螺线管左侧为S极，其右侧为N极，由安培定则可知电流从螺线管的左端流入，右端流出，则螺线管右端导线应接开关的左端；滑动变阻器滑片P向右移动会使斥力变大，即此时电路中电流变大，由欧姆定律可知滑动变阻器连入电路的阻值变小，所以变阻器一上一下连接电路中，连接滑动变阻器右下接线柱连入电路中。如图所示： 题组B 拓展培优提分练 13．小明用自制电磁小船对地磁场的方向进行判断，如图所示，闭合开关S，将小船按如图放在平静的水中，发现船头慢慢转动，但小船最后停止的位置并不是正南或正北。 (1)将小船按如图所示放在平静的水中后，船头偏转的方向是 （填“顺时针”或“逆时针”）； (2)要使小船运动更加灵敏，可以将滑动变阻器滑片往 （填“左”或“右”）移动； (3)关于地磁场的起因，有人提出如下假说：地磁场是由绕地球的环形电流引起的，则此电流方向是（　　） A．沿纬线东向西 B．沿纬线西向东 C．沿经线北向南 D．沿经线南向北 【答案】(1)顺时针 (2)左 (3)A 【详解】（1）地球是个大磁体，地磁南极在地理北极的附近，地磁北极在地理南极附近；将小船按如图所示放在平静的水中后，根据安培定则可知，小车的船头是S极，根据异名磁极相互吸引可知，船头顺时针偏转。 （2）根据安培定则可知，船头的磁性为S极，要使小船运动更加灵敏，需要增大电磁铁的极性，即需要增大电路中的电流，减小滑动变阻器的电阻，故滑片向左移动。 （3）地球是个大磁体，地磁南极在地理北极的附近，地磁北极在地理南极附近；根据安培定则，用右手握住磁体，使大拇指指向磁体的N极的方向，其余四指环绕的方向就是环形电流的方向，即沿纬线东向西，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。 14．奥斯特实验：（丹麦物理学家奥斯特）如图是奥斯特实验示意图。 （1）比较（a）与（b）可得出的实验结论是 。比较（a）与（c）得出的实验结论是： ； （2）直线电流的磁场：直线电流产生的磁场中，磁感线是以导线为圆心排列的一层一层的同心圆。小菲同学在课后进行了以下探究：问题：通电圆环（如图丙）内部的磁场如何分布呢？ 猜想：可能也符合右手螺旋定则。 实验：她连接如图丁所示的电路（外部电路未画出）。 现象：位于圆环中心的小磁针N极垂直纸面向里转动。 根据小菲同学的探究过程，回答下列问题： （3）通电圆环内部的磁场分布是否符合右手螺旋定则？ （选填“是”或“否”）； （4）如图戊所示，小菲同学把地球看成一个通电圆环，她认为赤道这一通电圆环的电流方向从北极上空看为 （选填“顺时针”或“逆时针”）。 【答案】通电导体周围存在磁场 通电导体产生磁场的方向与导体电流的方向有关 是 顺时针 【详解】（1）（a）与（b）两图中通电导体附近的磁针发生了偏转，未通电导体附近的小磁针未发生偏转，说明：通电导体周围存在磁场。 （2）（a）与（c）两图中导体电流的方向不同小磁针偏转的方向不同，说明：通电导体产生磁场的方向与导体电流的方向有关。 （3）伸出右手，大拇指指向电流方向，四指的指向为磁场的方向，因此通电圆环内部的磁场分布符合右手定则。 （4）地球外部的磁场是由南向北，而内部的磁场是由北向南，根据右手定则可知，赤道这一通电圆环的电流方向为由东向西，即顺时针。 15．电与磁现象是人类探索自然的一个重要方面。在干电池的正负极两端吸附上超强磁铁，将它放入铜质螺线管中，可以制成电磁动力“小车”（如图甲）。已知干电池两端的超强磁铁，磁极分布如图乙，与铜导线接触，当小明将“小车”从右端塞入铜螺线管时，会与铜螺线管形成闭合电路，产生电流，从而产生磁场（如图丙）。 (1)根据电流方向，可以判断A为螺线管的 极，实验中发现，必须将“小车”全部推入螺线管，“小车”才能运动，“小车”运动的原因是 。 (2)“小车”将沿着螺线管向进一步探究发现，“小车”运动的方向与电池正负极位置和超强磁铁的极性有关。将如图丙装配的小车放入螺线，则小车的运动方向是向 运动（填“左”或“右”）。 (3)如果要增加小车的运动速度，可以采取的措施有 。 【答案】(1) N 受到力的作用 (2)左 (3)增强磁铁的磁性 【详解】（1）[1]干电池的左端为负极，右端为正极，螺线管中的电流从右侧流入、左侧流出，根据安培定则可知，A为磁体的N极。 [2]“小车”全部推入螺线管后，磁铁接触的一段螺线管产生的磁场与干电池前后吸附磁铁的磁场相互作用，对小车施加力的作用，小车运动了起来。 （2）如图丙，根据安培定则判断可知，与磁铁接触的那一段螺线管的左侧为N极，右侧为S极，螺线管内部的磁场向右，与电池负极相吸的磁铁受到向左的力，小车向左运动。 （3）磁极间相互作用力越大，“小车”速度就越大，所以可以增强磁铁的磁性（增加单位长度内螺线管匝数、增加电流电压等）。 6 学科网（北京）股份有限公司 $