浙教版八年级科学2022-2023第二学期“期末冲刺”分类题型训练（十）：物理实验探究（2）（含解析）

1．为探究电磁铁的磁性与哪些因素有关，小丽同学做出以下猜想：
猜想A：通过电磁铁的电流越大，它的磁性越强；
猜想B：外形相同的电磁铁，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，小丽所在实验小组通过交流合作设计了以下实验方案：
用漆包线(表面涂有绝缘漆的导线)在大铁钉上绕若干圈，制成简单的电磁铁，如图所示的三种情况，根据小丽的猜想和实验，完成下列问题。
（1）通过观察　 　的不同，来判断磁性强弱。
（2）通过比较图　 　两种情况，可以验证猜想A是正确的。
（3）通过比较图C甲、乙两电磁铁，发现猜想B不全面，应补充　 　。
（4）通过比较图C中甲、乙两电磁铁，得到的结论是　 　。
（5）检查电路连接完好，小丽闭合开关后发现甲、乙两个铁钉都不能吸引大头针，她下一步的操作是 (填字母)。
A．重新绕制电磁铁 B．更换电源
C．拆除滑动变阻器 D．移动滑动变阻器滑片
2.丹麦科学家奧斯特发现电流的周围存在磁场(图1)，法国科学家安培发现两根平行导线通电后有如图2所示的现象(图中实线、虚线分别表示通电前、后的情况)。
（1）如图1，通电前静止的小磁针南北指向。现要在小磁针上方拉一根直导线，使通电时小磁针会发生明显的偏转，直导线所指的方向应为________(选填“东西方向”、“南北方向”或“任意方向")。
（2）图2的实验表明平行通电导线之间有力的作用，若此时改变其中一根导线的电流方向，会产生的实验现象是________。
（3）安培发现平行通电导线之间相互作用力F的大小可能跟两根导线中的电流I1，I2，导线之间的距离r有关，有关实验数据如下：
实验次数 I1/A I2/A r/m F/N
1 0.2 0.2 0.1 1.0×10-7
2 0.1 0.2 0.1 0.5×10-7
3 0.2 0.2 0.05 2.0×10-7
4 0.2 0.4 0.1 2.0×10-7
分析表格实验数据，可获得的结论是________。
3.小敏制作直流电动机模型，如图。回形针做成两个支架，分别于电池的两极相连，漆包线绕制成线圈，以线圈引线为轴，并用小刀刮去轴的一端全部漆皮，另一端只刮半轴漆皮。
（1）将线圈两端引线的漆皮，一端全部刮去，另一端刮去半周，其作用相当于直流电动机中的　 　；（2）小敏安装好后发现电动机不转，可能的原因是　 　（填序号）。
①接线柱接触不良 ②电池没电 ③磁体磁极互换
④线圈刚好在平衡位置 ⑤转子和定子间摩擦力太大
4．如图所示，进行通电导线在磁场中受力运动实验，回答下列问题：
（1）把导线放在磁场里，接通电源，让电流通过导线ab，会发现导线ab　 　(填“运动”或“静止”)。（2）把电源的正负极对调后接入电路，使通过导线的电流方向与原来相反，这时导线ab　 　。
（3）保持电源的正负极不变，对调磁体的磁极，使磁场的方向与原来相反，这时导线ab将反向运动。由此可以得出通电导线在磁场中要受到力的作用，而且受力的方向跟　 　方向和　 　方向都有关系。（4）若增大电源电压或增强磁体的磁性，导体的运动速度会　 　(填“加快”或“减慢”)，这说明导体在磁场中受到力的作用，力的大小跟　 　和　 　有关。
6.为研究通电导体在磁场中受力大小的影响因素，小明利用弹簧测力计、粗细和材料相同的不同导体在同一磁场中进行相关实验，得到实验数据如表:
实验次数(米) 导体长度 通过导体的电流 (安) 导体受到磁场的作用力 (牛)
1 0.1 0.2 2
2 0.2 0.2 4
3 0.2 0.4 8
（1）实验中除了弹簧测力计外，还需用到的测量仪器有　 　
（2）本实验基于的猜想是　 　
（3）分析表中数据，若保持导体的材料、粗细与所处磁场不变，当导体长度为0.3米、通过的电流为0.3安时，导体受到磁场的作用力为　 　牛。
7．如下图所示，图甲是课本上“通电导线在磁场中受力”的实验示意图，小科同学实际探究时，在电路上连接了一个滑动变阻器，如图乙所示，实验记录如下表：
（1）乙图中小科在电路中接入滑动变阻器的作用是　 　。
（2）比较2和3两组实验，说明通电导线在磁场中受力方向与　 　有关，比较　 　两组实验说明通电导线在磁场中受力方向与电流方向有关。
（3）小科想在甲图的基础上对实验进行改造，来探究影响感应电流方向的因素，为了观察到明显的实验现象，他要把图甲中的电源换成图丙中的　 　。
8.小红在学习了磁场对通电导体有力的作用后，进一步查阅资料，了解到当电流与磁场垂直时，磁场对通电导体的作用力大小与磁场强度、导体在磁场中的长度以及导体中的电流强度有关。她设计了如图所示的装置，先初步探究磁场对通电导体的作用力与电流大小的关系。实验步骤如下：
①将一根导体棒用两根细线悬挂在铁架台上，将一蹄形磁铁竖直固定在铁架台上，并让导体棒与下方的蹄形磁铁磁极间的磁场方向垂直；
②给导体两端加电压U1，导体静止时，观察悬线与竖直方向偏转的角度为α1；
③ ，导体静止时，观察悬线与竖直方向偏转的角度为α2；
④比较α1、α2的大小，发现α2＞α1，即可初步验证其它条件一定，
通电导体的电流越大，受到磁场的作用力越大。
（1）请将第③步的步骤补充完整：　 　。
（2）小红想继续探究通电导体在磁场受到作用力的大小与导体在磁场中的长度是否有关，于是她将图中的导体棒换成了一根较长的导体棒，其它条件不变，此时她发现悬线与竖直方向偏转的角度变小了，于是她得出结论，“其它条件一定，通电导体在磁场中的长度越长，受到的磁场作用力越小”。但她查阅一些资料后发现，理论上通电导体在磁场中的长度越长，受到的磁场作用力越大，这与她实验所得到的结论相反。请你说明小红得出的结论与资料不符的原因。　 　。
9.网络上有一个国外“牛人”制作的“电池磁力小火车”的视频。视频中，“牛人”把由铁铷合金制作的超强磁铁分别吸附在电池的正负极两端制成“小火车”，并将其整个放入自制的铜质螺线管中，发现电池与磁铁竟然沿着螺线管向右运动起来，直到从螺线管的另一端穿出（如图1）。小明对“小火车”为什么会运动非常感兴趣，便动手进行了实验。
（1）图1中，两侧磁铁之间的线圈中会有电流通过，他由此推测：只有当线圈中有电流通过时，火车才会受力运动。为验证这一假设，他需要进一步的操作是　 　
（2）预测图2中的小火车将向　 　运动（选填“左”或“右”）；
（3）要让小火车快地过螺线管，可以采取的措施是　 （写出一种方法）；（4）欲使小火车由静止开始顺利通过螺线管，下列摆放方式可行的是　 　。
10.在研究“感应电流的大小与哪些因素有关”的活动中，同学们采用了如图1所示的实验装置：ab是一根导体，通过导线连接在灵敏电流计的两接线柱上。
（1）本实验中，如果观察到　 　，我们就认为有感应电流产生。
（2）闭合开关后，若导体不动，磁铁左右水平运动，电路中是否有感应电流？　 　。
（3）改变导体在磁场中的运动速度，测出每次实验时电流表偏转示数的最大值，实验结果记录如表，分析表中数据可以得出的结论：在相同条件下，　 　。
实验次数 1 2 3 4 5 6
速度(cm/s) 1 2 3 4 5 6
电流(mA) 2.0 4.0 5.9 8.1 10.2 11.8
（4）图2三种设备中，应用电磁感应原理工作的是　 　(填字母)
11.材料一：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了通电导体周围存在磁场。
材料二：1825年，瑞士物理学家科拉顿做了如下实验：他将一个能反映微小变化的电流表，通过导线与螺旋线圈串联成闭合电路，并将螺旋线圈和电流表分别放置在两个相连的房间，如图甲所示。他将一个条形磁铁插入螺旋线圈内，同时跑到另一个房间里，观察电流表的指针是否偏转。进行多次实验，他都没有发现电流表指针发生偏转。
材料三：1831年，英国物理学家法拉第用闭合电路的一部分导体，在磁场里切割磁感线的时候，发现导体中产生电流，从而实现了利用磁场获得电流的愿望。
材料四：法国科学家阿尔贝 费尔和德国科学家彼得 格林贝格尔由于巨磁电阻（GMR）效应而荣获2007年诺贝尔物理学奖。
（1）进行奥斯特实验时，在静止的小磁针上方，需要放置一根导线。为了产生明显的实验现象，该导线放置的方向应该是　 　（选填“东西”或“南北”）。
（2）科拉顿的实验中，　 （选填“已经”或“没有”）满足产生感应电流的条件。
（3）科拉顿、法拉第等物理学家相继进行如材料所说的实验研究，是基于　 的科学猜想。
（4）如图乙是研究巨磁电阻特性的原理示意图。实验发现，在闭合开关S1、S2且滑片P向右滑动的过程中，电磁铁磁性　 　（选填“增强”或“减弱”）。此时指示灯明显变暗，这说明巨磁电阻的阻值和磁场的关系是　 　。
12.小敏了解到发光二极管（LED）具有单向导电性，如图甲，当电流从“+”极流入时，LED灯会发光，当电流从“﹣”极流入时，LED灯则不发光。小敏设想用LED灯来研究“感应电流的方向与哪些因素有关”，于是将两个相同的LED灯反向并联后接到线路中，与线圈构成闭合电路，并进行了如下实验操作：
①条形强磁铁（钕铁硼强磁铁）的N极朝下放置，将条形强磁铁快速向下插入线圈中（如图乙），发现A灯发光，B灯不发光；
②再将插入线圈中的条形强磁铁快速向上拔出，发现B灯发光，A灯不发光。
（1）实验中，将两个相同的LED灯反向并联的目的是　 　。
（2）通过上述实验可以获得的结论是　 　。
（3）在图乙中，若要想证明“感应电流的方向与磁场方向有关”，在做了上述步骤①后，还应该补做的实验是　 。
（4）结合上述已获得的结论，小明按图丙实验：将S极朝下放置于线圈中的条形强磁铁快速向上拔出，可以观察到灯A、B的发光情况是_________。
A．A灯发光，B灯不发光 B．B灯发光，A灯不发光
C．A和B灯均不发光 D．A和B灯均发光
参考答案
1．（1）电磁铁吸引大头针数目多少
（2）A、B
（3）电流相同
（4）在电流相同时，线圈的匝数越多，电磁铁的磁性越强
（5）D
【解析】电磁铁会吸引大头针，它的磁场越强，吸引大头针的数量越多。
（1）根据控制变量法的要求选择对照实验；
（2）图C中，两个电磁铁的线圈匝数不同，二者串联，则通过它们的电流相等，此时线圈匝数多的吸引的大头针数量多，则可以得到电磁铁的磁场强弱与线圈匝数的关系；
（3）根据（2）中的分析得到结论；
（4）电磁铁的磁场强弱与电流大小和线圈匝数有关，据此分析判断。
【解答】通过观察电磁铁吸引大头针数目多少的不同，来判断磁性强弱。
（1）验证猜想A，即探究电磁铁的磁场强弱与电流大小的关系时，必须控制线圈匝数相同，而改变通过电流的大小，故选AB。
（2）通过比较图C甲、乙两电磁铁，发现猜想B不全面，应补充电流相同。
（3）通过比较图C中甲、乙两电磁铁，得到的结论是：在电流相同时，线圈的匝数越多，电磁铁的磁性越强。
（4）检查电路连接完好，小丽闭合开关后发现甲、乙两个铁钉都不能吸引大头针，应该是电磁铁的磁场太弱，此时需要想办法增大它们的磁场强度。在两个线圈不变的情况下，移动变阻器的滑片，使通过电磁铁的电流变大，则它们的磁场同时增大，就可能吸引起一定数量的大头针，故D正确，而A、B、C错误。
2.（1）南北方向
（2）两根导线会相互排斥
（3）(在其他条件相同时)平行通电导线之间相互作用力F的大小跟两根导线中的电流I1、I2 ， 导线之间的距离r有关。I1、I2越大，F越大；r越小，F越大(或平行通电导线之间相互作用力F的大小与I1、I2成正比，与r成反比)。
【解析】解答本题的关键是了解发现电流磁效应的现象，同时明确通电直导线周围的磁场分别情况，并要求搞清地磁场的分布对小磁针的影响。
【解答】（1）奥斯特实验：把通电直导线放在水平方向静止的小磁针上，小磁针发生偏转，说明受到磁力作用，实验表明电流周围存在磁场。
（2）由图可知，当通入的电流方向相同时，导线靠拢，说明两导线相互吸引；当通入电流方向相反时，导线远离，说明两导线相互排斥。
（3）分析表格实验数据，可获得的结论是：(在其他条件相同时)平行通电导线之间相互作用力F的大小跟两根导线中的电流I1、I2， 导线之间的距离r有关。I1、I2越大，F越大；r越小，F越大(或平行通电导线之间相互作用力F的大小与I1、I2成正比，与r成反比)。
3.（1）换向器 （2）①②④⑤
【解析】（1）在直流电动机中，为了保证线圈能够持续的朝一个方向转动，需要在线圈转动180°后改变电流方向，这个装置就是换向器。
（2）电动机不转，可能是线圈受到的磁力太小，也可能是阻力太大，据此分析判断。 【解答】（1）将线圈两端引线的漆皮，一端全部刮去，另一端刮去半周，其作用相当于直流电动机中的换向器；
（2）①接线柱接触不良 ，没有电流经过线圈，自然电动机不转，故①正确；
②电池没电，也没有电流经过线圈，电动机也不转，故②正确；
③磁体磁极互换，只能改变线圈的转动方向，不会影响转与不转，故③错误；
④线圈刚好在平衡位置，此时线圈两条边受到的磁力相互抵消，相当于线圈不受力，自然不转，故④正确；
⑤转子和定子间摩擦力太大，线圈受到的磁力不足以克服阻力转动，故⑤正确。
则可能的原因是：①②④⑤。
4．（1）运动（2）反向运动
（3）电流；磁场（4）加快；电流的大小；磁场的强弱
【解析】（1）把导线放在磁场里，接通电源，让电流通过导线ab，会发现导线ab运动。
（2）把电源的正负极对调后接入电路，使通过导线的电流方向与原来相反，这时导线ab受到作用力的方向相反，因此反向运动。
（3）保持电源的正负极不变，对调磁体的磁极，使磁场的方向与原来相反，这时导线ab将反向运动。由此可以得出通电导线在磁场中要受到力的作用，而且受力的方向跟电流方向和磁场方向都有关系。
（4）若增大电源电压或增强磁体的磁性，导体的运动速度会加快，这说明导体在磁场中受到力的作用，力的大小跟电流的大小和磁场的强弱有关。
6.（1）刻度尺、电流表（2）通电导体在磁场中受力的大小可能与导体长度、电流大小有关
（3）9
【解析】（1）分析表格中的数据，根据要测量的物理量选择合适的测量工具；
（2）除了导体受到的作用力外，表格中测量了哪些物理量，这个实验就基于这些因素进行猜想；
（3）分别将1和2，2和3进行比较，找到导体受到的作用力与导线长度，电流大小之间的定量关系，然后再进行计算即可。
【解答】（1）根据表格可知，需要测量的物理量分别为导线长度、电流大小和作用力，因此除了测量力的弹簧测力计外，还需要刻度尺和电流表；
（2）表格中出了导体受到的作用力外，还记录了导体的长度和电流的大小，因此本实验基于的猜想是：通电导体在磁场中受力的大小可能与导体长度、电流大小有关。
（3）对比实验1和2可知，当电流相同时，长度增大：0.2÷0.1=2倍时，导体受到的作用力增大到：4N÷2N=2倍，可见，导体受到的作用力与导线长度成正比；
对比实验1和3可知，当导线长度相同时，电流增大到：0.4÷0.2=2倍时，导体受到的作用力增大到：8N÷4N=2倍，可见，导体受到的作用力与电流大小成正比；
与实验1对比，当导体长度为0.3m，电流为0.3A时，相当于长度增大到原来的3倍，电流增大到原来的倍，因此导体受到的作用力为：。
7．（1）保护电路 （2）磁场方向；2和4 （3）灵敏电流表
【解析】（1）金属棒的电阻很小，一旦接通电路，很可能因为电流过大而烧坏电源。串联上一个变阻器，可以对电路起到保护作用；
（2）通电导体在磁场中受力，受力方向与磁场方向、电流方向两个因素有关，只改变其中一个因素，可以改变运动方向，同时改变两个因素，运动方向不会改变；
（3）将灵敏电流计和普通的电流表比较，确定它的优点即可。
【解答】（1）乙图中小科在电路中接入滑动变阻器的作用是保护电路。
（2）实验2和3中，电流方向相同，磁场方向不同，导体运动的方向不同，说明通电导线在磁场中受力方向与磁场方向有关；
探究通电导线在磁场中的受力方向与电流方向的关系时，必须控制磁场方向相同而改变电流方向，故选2和4；
（3）灵敏电流计不但能够感知产生的微小电流，还可以通过指针的偏转方向确定电流方向的改变，因此探究影响感应电流方向的因素，为了观察到明显的实验现象，需要用灵敏电流计代替电源来显示产生感应电流的方向。
8.（1）给导体两端加电压U2，U2＞U1 （2）没有控制电流大小相同
【解析】（1）根据公式可知，当电阻一定时，电压越大，通过导体的电流越大，据此对③中导体两端的电压大小进行判断；
（2）同种材料，导体的电阻与长度成正比，因此换用较长的金属棒后，导体的电阻会增大，通过导体的电流会减小。根据控制变量法可知，探究通电导体在磁场中受力大小与导体长度的关系时，必须控制磁场强度和导体的电流相同，据此分析判断。
【解答】（1）低③步的步骤为：给导体两端加电压U2，U2＞U1，导体静止时，观察悬线与竖直方向偏转的角度为α2；
（2）红得出的结论与资料不符的原因：没有控制电流大小相同。
9.（1）将电池的一端与磁铁断开
（2）左
（3）增强磁铁的磁性（或者使螺线管的绕线更密集以增加与磁铁接触的那一段螺线管匝数、或增加电池电压以增大螺线管中电流从而增强其磁场）
（4）A
【解析】（1）如果线圈中有电流时火车受力运动，那么线圈中没电流时火车不受力保持静止，则想办法切断线圈中的电流即可；
（2）导体在磁场中的受力方向与磁场方向和电流方向有关；
（3）要让小火车更快的经过螺线管，就要时其受到的电磁力变大，根据影响电磁铁磁性强弱的因素解答；
（4）根据电流的流向与磁铁产生的磁场方向对比分析。
【解答】 （1）图1中，两侧磁铁之间的线圈中会有电流通过，他由此推测：只有当线圈中有电流通过时，火车才会受力运动。为验证这一假设，他需要进一步的操作是：将电池的一端与磁铁断开；
（2）图1和图2中其它条件相同，只有电源的正负极方向相反，即通过线圈的电流方向相反，那么电池受到的电磁力方向相反，最终运动方向相反，即向左运动。
（3）要让小火车快地过螺线管，可以采取的措施是：增强磁铁的磁性（或者使螺线管的绕线更密集以增加与磁铁接触的那一段螺线管匝数、或增加电池电压以增大螺线管中电流从而增强其磁场）。
（4）A.A图中，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，与电池正极相吸的磁铁受到向左的力，小车向 左，故A正确；
B.B图中，螺线管内部的磁场向左，与电池负极相吸的磁铁受到向左的力，与电池正极相吸的磁铁受到向右的力，小车不动， 故B错误；
C.C图中，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，与电池正极相吸的磁铁受到向右的力，小车不动， 故C错误；
D.D图中，电池正极一端没有进入磁场，小车不动，故D错误.
10.（1）灵敏电流计的指针偏转
（2）有
（3）导体切割磁感线的速度越大，产生的感应电流越大
（4）B
【解析】（1）当有电流经过灵敏电流计时，它的指针会发生偏转；电流的方向不同，电流计的指针摆动方向也不同。
（2）只有导体的运动方向与磁场方向平行时，此时导体没有切割磁感线，不会产生感应电流；
（3）根据表格数据，描述感应电流大小与导体运动速度的关系。
【解答】（1）本实验中，如果观察到灵敏电流计的指针偏转，我们就认为有感应电流产生。
（2）闭合开关后，若导体不动，磁铁左右水平运动，由于磁场沿竖直方向，因此导体做切割磁感线运动，电路中产生感应电流。
（3）根据表格数据得到：在相同条件下，导体切割磁感线的速度越大，产生的感应电流越大。
（4）A.当强弱不同的电流经过扬声器的线圈时，线圈在磁场中受到力而振动起来，将电流转化为声音，故A不合题意；
B.当靠近麦克风讲话时，声音引起线圈振动，线圈在磁场中做切割磁感线运动，从而产生感应电流，故B符合题意；
C.当电流经过电动机的线圈时，线圈在磁场中受力而运动，这是电动机的工作原理，故C不合题意。
11.（1）南北
（2）已经
（3）磁能产生电
（4）减弱；巨磁电阻的阻值随磁场的减弱而变大
【解析】（1）小磁针在静止时，它指向南北方向。当上方导线的方向与小磁针的指向平行且通入电流时，产生的磁场对小磁针的磁力最大，小磁针的偏转最明显；
（2）产生感应电流的条件：①闭合电路的部分导体；②在磁场中；③做切割磁感线运动。
（3）法拉第的实验中，让导体在磁场中运动，然后观察电流表的指针是否摆动，其实就是判断
导体在磁场中运动是否会产生感应电流，即磁能否产生电。
（4）根据滑片移动方向确定阻值变化，判断通过电磁铁的电流变化，判断电磁铁的磁场强度变化；根据灯泡亮度变化判断据此电阻的阻值变化，最后总结巨磁电阻的阻值和磁场的变化规律。
【解答】（1）进行奥斯特实验时，在静止的小磁针上方，需要放置一根导线。为了产生明显的实验现象，该导线放置的方向应该是南北。
（2）科拉顿的实验中，已经满足产生感应电流的条件。
（3）科拉顿、法拉第等物理学家相继进行如材料所说的实验研究，是基于磁能产生电的科学猜想。
（4）滑片向右滑动时，变阻器的阻值变大，通过电磁铁的电流变小，则电磁铁的磁场减弱；指示灯变暗，则通过巨磁电阻的电流变小，而它的阻值变大，最终得到：巨磁电阻的阻值随磁场的减弱而变大。
12.（1）便于判断电流的方向
（2）感应电流的方向与导体切割磁感线的运动方向有关
（3）条形强磁铁的S极朝下放置，将条形强磁铁快速向下插入线圈中，观察两灯泡的发光情况
（4）A
【解析】（1）发光二极管具有单项导电性，根据它是否发光，可以判断感应电流的方向。
（2）分析实验①②中哪个因素发生改变即可；
（3）探究感应电流的方向与磁场方向有关时，需要控制导体切断磁感线运动的方向相同，而改变磁场的磁极方向，据此确定补充的实验步骤；
（4）将实验②和（4）中操作进行对照分析即可。
【解答】（1）实验中，将两个相同的LED灯反向并联的目的是便于判断电流的方向。
（2）通过上述实验可以获得的结论是：感应电流的方向与导体切割磁感线的运动方向有关。
（3）在图乙中，若要想证明“感应电流的方向与磁场方向有关”，在做了上述步骤①后，还应该补做的实验是：条形强磁铁的S极朝下放置，将条形强磁铁快速向下插入线圈中，观察两灯泡的发光情况。
（4）在实验②和（4）中操作中，条形磁铁运动的方向一致，只是磁极方向相反，则（4）中感应电流的方向应该与②中相反，则灯泡的发光情况也相反，即A灯发光，B灯不发光，故选A。
物理实验探究（2）