第2课时 探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”
1.在“探究影响电磁铁磁性强弱的因素”的实验中,电源电压恒定,大、小铁钉各自完全相同,进行如图B1-2-1甲、乙、丙所示的实验。图甲中大铁钉的N极是 (填“钉尖”或“钉帽”)。通过观察甲、乙两图实验现象,可得出的结论是 ;
通过观察图丙实验现象,可得出的结论是 。将图甲中的小铁钉换成小钢钉进行实验,断开开关后,观察到的实验现象是 。
2.如图B1-2-2所示的电路中,提供足够数量的大头针,只通过控制开关和调节滑动变阻器滑片P的位置,无法探究 ( )
A.电流的有无对电磁铁磁性有无的影响
B.电流方向对电磁铁磁场方向的影响
C.电流大小对电磁铁磁性强弱的影响
D.线圈匝数对电磁铁磁性强弱的影响
3.如图B1-2-3所示是小李探究“电磁铁磁性强弱与什么因素有关”的实验装置。下列措施中能使电磁铁磁性增强的是 ( )
A.滑片P向右移动,其他条件不变 B.滑片P向左移动,其他条件不变
C.开关S由1扳到2,其他条件不变 D.对调电源正、负极,其他条件不变
4.将图B1-2-4中电磁铁的铁芯抽去,可以看到的现象是 ( )
A.悬挂磁体的弹簧长度不变 B.悬挂磁体的弹簧伸长
C.悬挂磁体的弹簧缩短 D.悬挂磁体的弹簧发生扭转
5.如图B1-2-5所示,开关S闭合,电磁铁右侧的小磁针静止时,小磁针的N极指向左,则电源的右端为 极。若要使电磁铁的磁性增强,滑动变阻器的滑片P应向 (填“a”或“b”)端移动。
6.如图B1-2-6所示,弹簧测力计甲、乙的挂钩上分别挂着一个条形磁体和一个铁块,开关闭合后,当滑动变阻器的滑片向右移动时,弹簧测力计甲的示数 ,弹簧测力计乙的示数
(均填“变大”“变小”或“不变”)。
7.如图B1-2-7所示是简易压力传感器的原理图,弹簧甲连接在A、B两绝缘板之间,B板固定,滑动变阻器R的滑片P与A相连,并可随A板一起运动。弹簧乙下端挂有一条形磁体,条形磁体正下方有一电磁铁,R0为定值电阻。开关S闭合,电路接通后,电压表示数为U1,弹簧乙的总长度为L1;当用力F向下压弹簧甲时,电压表示数为U2,弹簧乙的总长度为L2,则U1
U2,L1 L2。(均填“>”“<”或“=”)
8.某小组在探究“电磁铁磁性强弱与哪些因素有关”的实验中,设计了如图B1-2-8所示电路,并进行了实验,当电磁铁通电时会对磁体产生力的作用,使指针绕O点转动,记录指针A所指的刻度值大小,实验结果如下表。
图B1-2-8
线圈接线点 接线柱1 接线柱2 接线柱3
实验次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9
电流/A 0.8 1.2 1.6 0.8 1.2 1.6 0.8 1.2 1.6
指针所指的 刻度值大小 0.8 1.2 1.6 0.6 0.9 1.2 0.4 0.6 0.8
(1)进行1、4、7实验基于的假设是 。
(2)实验中,他们将开关S从接线柱“1”换到“2”上时,调节变阻器的滑片P,再次观察电流表示数及指针A所指的刻度值大小,此时调节滑动变阻器是为了 。
(3)写出能使指针反向偏转的具体措施 (写出一条即可)。
9.现在医学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。其原理如图B1-2-9所示,将线圈ab缠绕并固定在活塞一端,利用它通电时与固定磁体之间的相互作用,带动电动泵中的活塞,抽送血液。图中阀门S1只能向外自由开启,反向则封闭管路;阀门S2只能向内自由开启,反向则封闭管路。当线圈中的电流从a流向b时,线圈的右端为 极,此时活塞将向 运动,阀门 (填“S1”或“S2”)打开。
自|我|提|升
10.[例题] 如图B1-2-10所示,条形磁体在水平推力F的作用下做匀速直线运动的过程中,闭合开关S,条形磁体向右做减速运动。则a端为电源的 (填“正极”或“负极”);将滑动变阻器的滑片向左移动,欲保持条形磁体仍做匀速直线运动,F应 (填“变大”“不变”或“变小”)。
[提示] 条形磁体在水平推力F的作用下做匀速直线运动,这说明它受到的摩擦力与水平推力二力平衡,闭合开关S,条形磁体向右做减速运动,说明电磁铁对条形磁体产生了一个向左的斥力。
[变式] 如图B1-2-11所示,当开关S闭合后,水平放置在桌面上的磁体A保持静止,则A受到向
(填“左”或“右”)的摩擦力。若A受到桌面的摩擦力正在变大,说明此时滑片P
(填“向右”或“向左”)移动。
答案
1.钉帽
在线圈匝数一定时,电流越大,电磁铁的磁性越强
在电流一定时,线圈匝数越多,电磁铁的磁性越强
小钢钉不会掉下来
由图可知,图甲中电流从通电螺线管的上端流入,下端流出,根据右手螺旋定则可知,钉帽端为N极;通过观察甲、乙两图实验可知,线圈的匝数相同,滑动变阻器接入电路的阻值不同,图乙的电阻小,通过的电流大,电磁铁吸引的小铁钉个数多,可得出结论:在线圈匝数一定时,电流越大,电磁铁的磁性越强;由图丙可知,该电路为串联电路,电流相同,线圈匝数不同,匝数多的电磁铁吸引的小铁钉多,可得出结论:在电流一定时,线圈匝数越多,电磁铁的磁性越强。将图甲中的小铁钉换成小钢钉进行实验,由于钢是永磁性材料,被铁钉磁化后,断开开关,仍具有磁性,故小钢钉不会掉下来。
2.B
3.B 电磁铁的磁性强弱与电流大小和线圈匝数有关。滑片P向右移动时,滑动变阻器接入电路的电阻增大,电路中的电流变小,电磁铁的磁性减弱。滑片P向左移动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,电路中的电流增大,电磁铁的磁性增强。线圈匝数变少,电磁铁的磁性减弱。对调电源正、负极,不影响电磁铁的磁性强弱。
4.C 由安培定则可以判断出,电磁铁的上端是N极,电磁铁和磁体之间是相互吸引的。当把铁芯抽去之后,根据影响电磁铁磁性强弱的因素可知,电磁铁的磁性会变弱,则通电螺线管和磁体之间的吸引力就会减小,那么悬挂磁体的弹簧将会缩短。
5.正 b
小磁针静止时,N极指向左,则由磁极间的相互作用可知,电磁铁右端为S极,则左端为N极,根据右手螺旋定则可以判断电源的右端为正极、左端为负极。若要使电磁铁的磁性增强,需增大电路中的电流,由欧姆定律可知,要减小电路中的电阻,故滑片应向b端移动。
6.变小 变大
由右手螺旋定则可知,蹄形电磁铁的左端为N极,右端为S极,当滑动变阻器的滑片向右移动时,电路中的电流变大,电磁铁的磁性增强。由于同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引,则蹄形电磁铁左侧对上方的条形磁体有一个向上的作用力,因此弹簧测力计甲的拉力变小,长度将变短,示数变小;蹄形电磁铁右侧与上方的铁块相互吸引,故弹簧测力计乙的示数变大。
7.< >
开关S闭合,定值电阻与滑动变阻器串联,电压表测量滑动变阻器两端的电压,此时滑动变阻器接入电路的阻值最小,因此电路中电流最大,电压表示数最小;根据右手螺旋定则可知,螺线管的下端为N极,上端为S极;当用力F向下压弹簧甲后,滑动变阻器接入电路的电阻变大,因此电压表的示数变大,故U1L2。
8.(1)电磁铁磁性强弱可能与线圈匝数多少有关
(2)控制电流大小相等
(3)对调磁体的磁极(或对调电源的正、负极,或改变线圈的缠绕方向)
(1)根据表格可知,实验1、4、7中通过线圈的电流相同,但是电磁铁的线圈匝数不同,因此基于的假设为:电磁铁磁性强弱可能与线圈匝数多少有关。
(2)在实验中,当开关S从接线柱“1”换到“2”上时,电磁铁的线圈匝数改变。当探究电磁铁的磁性强弱与线圈匝数的关系时,必须控制电流相同,因此此时调节滑动变阻器是为了控制电流相等。
(3)使指针反向偏转的具体措施:对调磁体的磁极,或对调电源的正、负极,或改变线圈的缠绕方向。
9.S 右 S1
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,右端为S极,同名磁极相互排斥,此时活塞将向右运动,内部压强增大,则S1打开、S2闭合。
10.[例题] 负极 变大
(1)条形磁体在水平推力F的作用下做匀速直线运动,这说明它受到的摩擦力与水平推力二力平衡,闭合开关S,条形磁体向右做减速运动,说明它受到了一个向左的力,根据同名磁极相互排斥可知,电磁铁的左端是N极,再根据安培定则可知,电流从电磁铁的右端流入,左端流出,所以a端为电源的负极。
(2)将滑动变阻器的滑片向左移动,变阻器接入电路的电阻变小,电源电压不变,那么电流变大,电磁铁的磁性增强,电磁铁对条形磁体向左的力增大,欲保持条形磁体仍做匀速直线运动,根据力的平衡可知,F应变大。
[变式] 右 向右
当开关S闭合后,通电螺线管的右端为N极,根据磁极间的相互作用规律可知:螺线管对条形磁体有向左的作用力,而水平放置在桌面的磁体A仍静止,则A受到桌面向右的摩擦力,若A受到桌面的摩擦力正在变大,说明螺线管对条形磁体的推力在变大,此时滑片P向右移动,连入电路中的阻值减小,电流增大。第1课时 电生磁现象
知识点 1 直线电流的磁场
1.1820年,丹麦物理学家 发现了电流的磁现象。通电导线周围存在磁场,电流产生的磁场方向与 方向有关。距离直线电流越近,直线电流的磁场越 。
2.如图A1-2-1所示,将一根直导线放在静止小磁针的正上方,并与小磁针平行。接通电路后,观察到小磁针偏转。
(1)实验探究的是通电直导线周围是否存在 。
(2)改变通电直导线中的电流方向,小磁针偏转方向也发生改变,表明 。
(3)实验中小磁针的作用是 。
(4)实验中用到的一种重要的科学研究方法是 。
A.类比法 B.转换法
C.控制变量法 D.等效替代法
3.如图A1-2-2所示,当通电后敲击塑料板,观察到铁粉的分布情况是图A1-2-3中的(图中“”为导线穿过塑料板的位置) ( )
知识点 2 通电螺线管的磁场
4.如图A1-2-4所示为四名同学判断通电螺线管极性时的做法,正确的是 ( )
5.如图A1-2-5所示,在探究通电螺线管外部的磁场分布的实验中,开关闭合后,下列说法中正确的是 ( )
A.小磁针甲静止时N极指向右端,小磁针乙静止时N极指向左端
B.小磁针甲静止时N极指向左端,小磁针乙静止时N极指向右端
C.小磁针甲和小磁针乙静止时N极均指向右端
D.小磁针甲和小磁针乙静止时N极均指向左端
6.如图A1-2-6所示是“探究通电螺线管周围磁场分布”的实验,实验时先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;改变通电螺线管中的电流方向,发现小磁针转动,南北所指方向发生了改变。
(1)实验中轻敲纸板的目的是 ,
使铁屑受到磁力的作用而有规律地排列。
(2)由以上实验可知:通电螺线管周围的磁场分布与 的磁场相似;通电螺线管周围的磁场方向与通电螺线管中的 方向有关。
(3)为了进一步探究通电螺线管周围磁场的方向,可用 代替铁屑进行实验。
7.汤姆生在研究阴极射线时发现了电子。如图A1-2-7甲所示,一条向上射出的阴极射线可以看作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推断电流及周围的磁场方向是图乙中的 ( )
8.如图A1-2-8所示,在竖直放置的矩形通电线框中悬挂一个能自由转动的小磁针。当通以图中所示方向的电流时,小磁针N极将 ( )
A.转动90°,垂直指向纸里
B.转动90°,垂直指向纸外
C.转动180°,指向左边
D.静止不动,指向不变
9.如图A1-2-9所示是奥斯特实验的示意图,其中ab、cd为金属棒,支架其余部分为绝缘材料。a、b接上导线并通电,观察小磁针的偏转情况。
(1)此实验成功的条件之一是金属棒呈 (填“东西”或“南北”)方向放置。
(2)将导线分别从a、b移到c、d,电流大小、方向保持不变,小磁针的偏转方向 (填“改变”或“不变”)。
10.如图A1-2-10所示的奥斯特实验中,闭合开关,原来静止的小磁针发生了偏转。造成小磁针偏转的原因是什么呢
猜想一:可能是通电后导线产生的热量使空气对流引起的。
猜想二:可能是通电后导线周围产生的磁场引起的。
(1)小柯看到小磁针偏转,认为它一定受到力的作用,他判断的理由是 。
(2)为了验证猜想一,下列方案可行的是 (可能不止一个正确选项)。
①将整个装置放在玻璃箱中进行实验
②将小磁针罩在烧杯中,导线置于烧杯上方并平行于小磁针进行实验
③改变导线中的电流方向
(3)如果实验中小磁针偏转不明显,请提出一条改进的建议: 。
自|我|提|升
11.[例题] 图A1-2-11中的两个线圈,套在一根光滑的玻璃管上,导线柔软,可自由滑动。开关S闭合后,则 ( )
A.两线圈左右分开 B.两线圈向中间靠拢
C.两线圈静止不动 D.两线圈先左右分开,然后向中间靠拢
[提示] 当开关闭合时,电路接通,螺线管获得磁性,根据安培定则判断两个螺线管的磁极,进而根据磁极间的相互作用规律进行解题。
[变式] 把一根柔软的螺旋弹簧竖直悬挂起来,使它的下端刚好与杯里的水银面相接触,并组成如图A1-2-12所示的电路图,当开关接通后,将看到的现象是 ( )
A.弹簧向上收缩 B.弹簧上下跳动
C.弹簧被拉长 D.弹簧仍静止不动
答案
1.奥斯特 电流 强
2.(1)磁场 (2)电流产生的磁场方向与电流方向有关
(3)检测磁场的存在并显示磁场的方向 (4)B
3.D 可以想象成右手握住导线,让伸直的拇指所指的方向跟电流的方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向,因此那些铁粉类似于圆形围绕着图中“”。
4.A 让右手四指弯向螺线管中的电流方向,大拇指所指的那一端即为通电螺线管的北极。
5.B 由电路图可知,开关闭合后电流从通电螺线管的左后方流入、右前方流出,由右手螺旋定则可知,通电螺线管右端应为N极、左端为S极;因同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引,所以小磁针甲静止时N极指向左端、S极指向右端;小磁针乙静止时N极指向右端、S极指向左端。
6.(1)减小铁屑与硬纸板的摩擦
(2)条形磁体 电流
(3)小磁针
(1)周围铁屑会被磁化,但由于其与硬纸板的摩擦力太大,不能自己转动,因此实验中轻敲纸板的目的是减小铁屑与硬纸板的摩擦,使铁屑受到磁力的作用而有规律地排列。(2)由以上实验探究的结果是通电螺线管周围的磁场分布与条形磁体的磁场相似;改变通电螺线管中的电流方向,发现小磁针转动,南北所指方向发生了改变,可知通电螺线管周围的磁场方向与通电螺线管中的电流方向有关。(3)由于放在磁场的小磁针会由于磁力作用而转动,因此为了进一步探究通电螺线管周围磁场的方向,可用小磁针代替铁屑进行实验。
7.A
8.A 通电后,由右手螺旋定则可知,矩形通电线框中磁感线的方向是垂直于纸面向里的;由于小磁针静止时N极的指向与矩形通电线框中磁感线的方向是一致的,所以小磁针最终静止时N极应该是垂直指向纸里的,即从图中位置转动90°。
9.(1)南北 (2)改变
10.(1)力是改变物体运动状态的原因 (2)②③
(3)增大导线中的电流(或增加干电池的节数或用多根直导线等)
11.[例题] A
由安培定则可知,L螺线管右端为N极,P螺线管左端也为N极,由同名磁极相互排斥可知,两线圈左右分开。
[变式] B 当有电流通过弹簧时,构成弹簧的每一圈导线周围都产生了磁场,根据安培定则可知,各圈导线之间都产生了相互的吸引作用,弹簧就缩短了;当弹簧的下端离开水银面后,电路断开,弹簧中没有了电流,各圈导线之间失去了相互吸引力,弹簧又恢复原长,使得弹簧下端又与水银面接触,弹簧中又有了电流,开始重复上述过程,故弹簧上下跳动。
