第二讲 电流与磁场的关系 学案（含答案）

第二讲 电流与磁场的关系
思维导图
知识梳理
一、磁场对电流的作用
1.通电导体在磁场中受到力的作用。通电导体在磁场中所受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关。
若改变其中一个量的方向，则受力方向将改变；若两个量的方向同时发生改变，则受力方向不变。
2.应用:直流电动机。
(1)构造：线圈(转子)、磁铁(定子)、换向器、电刷。 (2)工作原理：利用通电导体在磁场中受力而转动。
(3)能量转化：电能转化为机械能。 (4)平衡位置：线圈处于平衡位置(线圈面与磁感线垂直)时不受力的作用。
(5)换向器的作用：当线圈转过平衡位置时，通过换向器改变电流的方向，从而改变线圈的受力方向，保证线圈持续转动。
注意点：直流电动机的线圈在平衡位置时没有电流，所以不受力的作用。
二、电磁感应
1.定义：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫做电磁感应。
2.感应电流。
(1)定义：在电磁感应中产生的电流叫做感应电流。
(2)产生的条件：有磁场、闭合电路、一部分导体、做切割磁感线的运动。
(3)导体中感应电流的方向与导体运动的方向和磁场方向有关。若改变其中一个量的方向，则电流方向将改变；若两个量的方向同时发生改变，则电流方向不变。
3.感应电压：在电磁感应中产生的电压叫做感应电压。
注意点：有感应电压时不一定有感应电流，有感应电流时一定有感应电压。
4.应用：交流发电机。
(1)构造：线圈、磁极、铜环、电刷。(2)工作原理：电磁感应。(3)能量转化：机械能转化为电能。
(4)工作过程：在外力作用下，转子转动一周，切割磁感线的方向发生两次改变，电流的方向也随之发生两次改变，从而产生方向呈周期性变化的交流电。
注意点：交流发电机和直流发电机在内电路线圈中产生的都是交流电。交流发电机通过铜环向外电路输出交流电。直流发电机通过换向器向外输出直流电。
(5)大型交流发电机主要由转子和定子两部分组成。一般线圈不动、磁极旋转的发电机叫做旋转磁极式发电机。
三、交流电和直流电
1.交流电：电流方向呈周期性变化的电流。我国家庭电路使用的是交流电。电压是220V，周期是0.02s，频率是50Hz，电流方向1s改变100次。2.直流电：电流方向不变的电流。
易考点
1.电动机和发电机的工作原理的区别。
2.运用电动机和发电机的影响因素来改变电流方向或线圈运动方向。
3.感应电流产生的条件。
例题精析
考点一 磁场对通电导体的作用
例1、如图所示为小明探究“磁场对通电导体的作用”的实验装置，AB是一根铜棒，通过金属导轨连接到电路中，闭合开关后，铜棒没有运动（仪器、电路都完好），要想使AB运动起来，下列措施中不可行的是( )。
A.将蹄形磁体的N、S极对调
B.换用磁性强一些的蹄形磁体
C.换用能提供较大电流的直流电源
D.将铜棒AB换为轻质的金属棒
考点二 电动机的工作原理
例2、【宜宾】在如图所示的实验装置中，能说明电动机的工作原理的是( )。
考点三 电磁感应现象的应用
例3、【台州】如图所示，风速计是由改装的风叶和电流表构成。风速越大，风叶转动越快，电流表读数也越大，下列选项中，与这一过程的工作原理相同的是( )。
考点四 发电机的工作原理
例4、【衡阳】在学校实验室开放时，同学们对手摇发电机非常感兴趣，他们想：发电机产生的感应电流的大小跟哪些因素有关呢？于是他们开展了探究，以下是他们所用的发电机和实验记录表：
实验序号 线圈转速 线圈转向 灯泡亮度
1
2
3
(1)据表可知，他们准备研究发电机产生感应电流的大小与 和 是否有关。
(2)手摇发电机在发电时将 转化为电能。手摇发电机的工作原理是 。
(3)判断电流的大小，除了借助小灯泡亮度观察之外，实验室常用 表来测量。
(4)小明认为感应电流的大小还可能跟磁场强弱有关，请你帮助小明设计实验来验证他的猜想，简述你的实验方法。 。
探究提升
例5、【广东】在“探究感应电流产生的条件”的实验中，小颖的四次实验情况分别如图甲、乙、丙、丁所示。
(1)有同学说：“只要闭合电路中的一部分导体在磁场中运动，就会产生感应电流。”你认为他的说法对吗？ ，图 可支持你的结论。
(2)为了探究感应电流的方向跟磁场方向和导体运动方向之间的关系，对上述四图的实验现象进行分析：
①根据图甲和图乙的实验现象可以得出结论： 。
②根据图乙和图丁的实验现象可以得出结论： 。
(3)从能量的角度来分析，感应电流的产生过程是 能转化为电能。
练习
1.【茂名】如图所示，蹄形磁铁位于水平木板上，现要使电流表的指针偏转，下列做法中可行的是( )。
A.蹄形磁铁不动，导体棒ab竖直向上运动
B.蹄形磁铁不动，导体棒ab竖直向下运动
C.蹄形磁铁不动，导体棒ab水平向左运动
D.蹄形磁铁N、S极互换，导体棒ab竖直向上运动
2.【河南】如图所示为动圈式话筒的构造示意图。当人对着话筒说话时，声音使膜片振动，与膜片相连的线圈在磁场中运动，产生随声音变化而变化的电流，经放大后通过扬声器还原成声音。下列设备中，与动圈式话筒原理相同的是( )。
A.电钳 B.电饭锅 C.电动机 D.发电机
3.【烟台】如图所示，a表示垂直于纸面的一根导体，它是闭合电路的一部分，它在磁场中沿图示的方向运动时，不会产生感应电流的是( )。
4.【义乌】关于下列四幅图的说明中，不正确的是( )。
(第6题)
A.图甲：可探究电磁铁磁性与线圈匝数的关系
B.图乙：直线电流周围的磁场方向的判定方法
C.图丙：电铃是根据电磁感应原理制成的
D.图丁：导体按图示方向运动时会产生感应电流
5.【盐城】如图所示，微风吊扇通电后扇叶转动，此过程中 能转化为动能。拔下插头，在插头处接发光二极管，用手旋转叶片，发光二极管发光，这是 生电的现象，人们利用这一原理制成了 (填“发电机”或“电动机”)。
6.【鞍山】如图所示为“探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件”的实验装置。铜棒AB、电流表、开关组成闭合电路。
(1)闭合开关后，使铜棒AB上下运动，电流表指针 (填“能”或“不能”)发生偏转。
(2)要使电流表指针发生偏转，铜棒AB应 运动，这是一种 现象，利用这一原理可制成 。
(3)要使电流表指针偏转方向发生改变，可以采取两种方法。
方法一： ；
方法二： 。
7.【无锡】如图所示为“什么情况下磁可以生电”的探究过程，你认为下列说法中正确的是( )。
A.让导线ab在磁场中静止，蹄形磁体的磁性越强，灵敏电流计指针偏转角度越大
B.用匝数较多的线圈代替单根导线ab，且使线圈在磁场中静止，这时灵敏电流计指针偏转角度增大
C.蹄形磁体固定不动,当导线ab沿水平方向左右运动时，灵敏电流计指针会发生偏转
D.蹄形磁体固定不动，当导线ab沿竖直方向运动时，灵敏电流计指针会发生偏转
8.如图甲所示为法拉第发明的能够产生持续电流的机器——发电机，金属圆盘可以看成是由无数根长度等于圆盘半径的导线组成的。金属圆盘在磁极间不断转动，每根导线都在做切割磁感线运动，从而产生持续的电流。某校探究小组仿制了这个发电机装置，如图乙所示，对影响电流大小的因素进行如下探究：
（1）当圆盘转速增大时，电流表指针偏转增大，说明电流大小跟 有关。
（2）保持圆盘转速不变，换用一个半径更大的金属圆盘，发现电流表指针偏转更大，说明电流大小还跟 有关。
（3）保持圆盘转速不变，换用 ，发现电流表指针偏转更大，说明电流大小跟磁场强弱有关。
甲 乙
9.阅读短文，回答下列问题：
电动自行车是如何调速的
常用的电动自行车调速系统主要由磁铁、霍尔传感器、控制器和开关K四部分组成。
霍尔传感器是将磁信号转变成电信号的装置，它产生的电压U0随磁场的增强而增大。在转动电动自行车手柄旋转套时，旋转套中磁铁与固定在手柄中的霍尔传感器的距离发生改变，使U0发生变化。 控制器的作用是将自身产生的电压U1与霍尔传感器的电压U0比较后，输出控制电压UK，并以此来控制开关K的通断。如图甲所示，当U1小于U0时，UK=1V，开关K闭合；当U1大于U0时，UK=0，开关K断开。正常行驶时，电动自行车U1的大小随时间发生周期性变化，如图乙所示，控制器输出的UK使开关交替通断，每分钟约10000次。U0不同，每次开关K闭合与断开时间的比值就不同，电动机的转速与每次K闭合或断开时间的比值相对应。
甲 乙 丙
丁 戊
（1）控制电压UK=1V时，电动机中 （填“有”或“无”）电流通过。
（2）如图丙所示，将霍尔传感器从条形磁铁的S极附近水平移动到N极附近。在此过程中，霍尔传感器产生电压的变化情况是 。
（3）U1的变化周期T约为 （填字母）。
A.6×10-6s B.6×10-3s C.6×10-2s D.6×10-1s
图丁中折线A和直线B分别是U1和U0随时间变化的关系图线，在图戊中画出UK随时间变化的关系图线
课堂练习
1．如图所示是利用磁悬浮原理浮在空中的盆栽，盆栽底部有磁体，底座内装有电磁铁．给盆栽浇水前后（ ）
A．盆栽受到的磁力大小不变
B．底座对桌面的压强大小不变
C．要使盆栽与底座之间距离不变，可改变电磁铁线圈内的电流方向
D．要使盆栽与底座之间距离不变，可适当增大电磁铁线圈内的电流
2．下列关于磁场的描述，正确的是（ ）
A．磁感线是磁场中真实存在的曲线B．磁体间的吸引或排斥作用是通过磁场实现的
C．磁体周围的磁感线从磁体S极发出，回到磁体N极
D．地磁的N极在地理北极附近，地磁的S极在地理的南极附近
3．如图所示，根据磁感线的方向，可以判断（ ）
A．a为电源的正极，b为小磁针的S极 B．a为电源的正极，b为小磁针的N极
C．a为电源的负极，b为小磁针的S极 D．a为电源的负极，b为小磁针的N极
4．如图所示，下列说法中错误的是（ ）
A．这是模拟奥斯特实验的一个场景
B．图示实验说明了通电导线周围存在磁场
C．将电池正负极对调后，重新闭合电路，小磁针偏转方向改变
D．将图中导线断开，小磁针N极将指向地磁的北极
5．下列措施中能增强通电螺线管磁性的是（ ）
A．减小螺线管的电流 B．减少螺线管的匝数
C．在螺线管内插入铁芯 D．改变螺线管的电流方向
6．如图所示，小磁针静止在螺线管附近，闭合开关S后，下列判断正确的是（ ）
A．通电螺线管外A点的磁场方向向右 B．通电螺线管的左端为S极
C．小磁针一直保持静止 D．小磁针N极向左转动
7．如图所示，GMR是巨磁电阻，它的阻值随电磁铁磁性的增强而减小．下列判断正确的是（ ）
A．开关S1闭合，滑片移到某一位置，电磁铁左端为N极
B．开关S1闭合，滑片向右移动，电磁铁磁性增强
C．开关S1和S2同时闭合，滑片向右移动，GMR的电阻变小
D．开关S1和S2同时闭合，滑片向左移动，指示灯变暗
8．弹簧测力计挂住一条形磁铁置于螺线管的正上方，如图所示．闭合开关K，弹簧测力计示数将（ ）
A．变小 B．先变小后变大 C．变大 D．不变
9．用两个铁芯完全相同的电磁铁“探究影响电磁铁磁性强弱的因素”，实验电路如图所示．闭合开关，发现磁铁A吸引大头针的数目比B多，此现象说明影响电磁铁磁性强弱的因素是（ ）
A．线圈匝数 B．电流方向 C．电流大小 D．电磁铁极性
10．下列装置中，根据“通电导体在磁场中受到力的作用”原理制成的是（ ）
A．电动机 B．电铃 C．电饭煲 D．发电机
11．在如图所示的电路中，根据小磁针静止时的指向可知（ ）
A．a端是通电螺线管的N极，c端是电源正极
B．b端是通电螺线管的N极，d端是电源正极
C．a端是通电缧线管的N极，c端是电源负极
D．b端是通电螺线管的N极，d端是电源负极
12．小明用水平放置的一根条形磁铁的一端吸起一根较重的铁钉，如图所示，若他用一根同样的条形磁铁的N极与原来的磁铁S极靠近合并时，下列说法正确的是（ ）
A．铁钉的尖端被吸向右端磁铁 B．铁钉的尖端被吸向左端磁铁
C．铁钉将落下 D．铁钉被吸得更牢
13．如图所示，弹簧测力计下吊着一个小铁球，在磁体水平向右移动过程中，弹簧测力计的示数将（ ）
A．逐渐变大 B．逐渐变小 C．先变大后变小 D．先变小后变大
14．如图所示，某同学研究磁体间相互作用力大小时，用测力计吊着一磁体沿水平方向从水平放置的条型磁铁的A端移到B端的过程中，能表示测力计示数与水平位置关系的图是（ ）
A．B．C．D．
15．（多选）如图所示，四个完全相同的环形磁铁a、b、c、d套在的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
16．如图所示，磁铁吸住两根铁钉的一端，那么这两根铁钉的另一端将（ ）
A．互相吸引，如图甲 B．互相排斥，如图乙
C．既不吸引，也不排斥，如图丙 D．以上三种情况都有可能
17．甲、乙两个磁极附近有一个小磁针，小磁针静止时的指向如图所示（涂黑的为N极），那么（ ）
A．甲、乙都是N极 B．甲、乙都是S极
C．甲是N极，乙是S极 D．甲是S极，乙是N极
18．如图所示，闭合开关，铁块、弹簧在图中位置静止，电磁铁的上端为 极（选填“N”或“S”）；当滑动变阻器的滑片向右移动时，电流表示数将 ，弹簧的长度将 ．（选填“变大”、“变小”或“不变”）
19．电动机的工作原理是 ，只改变线圈中的电流方向，电动机的转动方向 （选填“会”或“不会”）发生改变．电风扇、洗衣机、抽油烟机等家用电器都装有电动机，这些用电器是 联接入家庭电路的．
20．请在图中的A点用箭头画出条形磁体外部磁感线的方向．
第20题 第21题 第22题
21．闭合开关后，小磁针静止时北极的指向如图所示，请标出螺线管左端的磁极名称，并画出螺线管上导线的绕向．
22.如图所示，A、B两个通电螺线管相互吸引，请标出B通电螺线管的N、S极，磁感线的方向和A通电螺线管的电流方向
23．为了探究电磁铁的磁性强弱跟哪些因素有关，小明同学用漆包线（表面涂有绝缘漆的导线）在大铁钉上绕若干匝，制成简单的电磁铁，如图所示．用此装置去吸引大头针，甲、乙、丙、丁为实验中观察到的四种情况．
（1）实验中通过电磁铁 ；判断电磁铁磁性的强弱，这一方法体现了转换的思想．
（2）比较 两图可知：线圈匝数相同时，电流越大磁性越强．
（3）根据图丁可以得出的结论是 ．
24．如图所示，是探究“磁场对通电导线的作用”的实验装置，当闭合开关S时，导线ab中电流的方向是从 （选填“a到b”或“b 到a ），导线ab 受到磁场力的作用而向左运动，如果只改变电流方向，那么导线ab 将向 运动．科学家在该实验基础上发明了电动机，实现了把 能转化为机械能．
第32题 第33题
25．如图在磁针上面有一条导线，当直导线触接电池通电时，可以看到小磁针 ；改变电流方向，又能看到 ，得出的结论有：（1） ；（2） ．
答案
例1-3 A A D 例4 （1）转速 转向 （2)机械能 电磁感应 (3)电流表 (4)用不同磁场大小的磁体在转速转向相同的条件下测量电流大小 例5 （1)不对 丙 （2）在磁场相同的情况下电流方向随运动方向改变而改变 (3)在运动方向相同的情况下电流方向随磁场方向变化而变化。（4）机械能
练习1-4 C D C C 5 电 磁 发电机 6不能 水平 电磁感应 发电机 只改变运动方向 只改变磁场方向
7 C 8 运动速度 导体长度 磁场更强 9 有 先减小后变大 B 略
1-5 D B D D C
6-10 B A A A A
11-15 A C D C (BD）
16-17 B A
18 N；变大；变大．
19通电导体在磁场中受到力的作用；会；并．
20．
21．
22.
23．（1）吸引大头针数目的多少；（2）乙、丙；（3）电流一定时，匝数越多，磁性越强．
24．a到b；右；电．
25．发生偏转；小磁针的偏转方向发生改变；（1）通电导线周围存在磁场；（2）电流的磁场方向与电流方向有关．