二、磁 场
一、能力提升
1.下列磁体周围磁场分布正确的是( )。
图14-2-3
2.军舰被地磁场磁化后就变成了一个浮动的大磁体。当军舰接近磁性水雷时,就会引起水雷的爆炸,其原因是( )。
A.磁体吸引铁、钴、镍
B.磁极间的相互作用
C.电荷间的相互作用
D.水雷上方水压增大
3.关于磁体、磁场和磁感线,以下说法正确的是( )。
A.铜、铁和铝都能够被磁体所吸引
B.磁感线是磁场中真实存在的曲线
C.磁体之间的相互作用都是通过磁场发生的
D.物理学中,把小磁针静止时S极所指的方向规定为该点磁场的方向
4.两个磁极间的磁感线分布如图14-2-4所示,小磁针在B点静止。则( )。
图14-2-4
A.甲、乙磁极均为S极
B.小磁针的上端是S极
C.A、B两点的磁场强弱相同
D.磁极周围的磁感线是真实存在的
5.一物理教师准备了一个不透明塑料盒,内放一条形磁体,盒盖上标有8个数字,在做演示实验时,观察4个小磁针静止时的位置如图14-2-5所示,据你推测条形磁体的位置是( )。
图14-2-5
A.N极靠近5,S极靠近1
B.N极靠近1,S极靠近5
C.N极靠近4,S极靠近8
D.N极靠近7,S极靠近3
6.“指南针”是我国古代四大发明之一,利用指南针能辨别方向,是因为指南针受到了 的作用,它的S极指向地理的 方。
7.将小磁针放在磁场中,小磁针静止时 极所指的方向规定为该点的磁场方向;磁场越强的地方,磁感线分布越 。
8.(2021·江苏无锡中考)磁体旁的小磁针静止时所指的方向如图14-2-6所示。请在括号中标出磁体左端的磁极并画出通过小磁针中心的一条磁感线。
图14-2-6
二、探究创新
9.【探究名称】探究水对磁的影响
【提出问题】声波可以穿过空气,也可以穿过水,并且声波在水中要比在空气中传播得快。那么磁呢 水对磁有影响吗
【进行猜想】宪宪认为水对磁没有影响。
【设计并进行实验】宪宪设计了如图14-2-7所示的实验。
图14-2-7
(1)在烧杯底放一枚小铁钉,通过绳子把绑着的磁体缓慢下放,让磁体逐渐靠近小铁钉,在小铁钉刚能被吸起的瞬间停止下放,且在绳子末端所对应的支架处用小胶带做好标记(图14-2-7中A点)。
(2)拉动绳子提起磁体,把小铁钉从磁体上取下,准确地放回杯底原位置。
(3)往杯内倒入适量水后,缓慢下放磁体浸入水中(不计浮力影响),当 时停止下放。
(4)如果这两次绳子末端所到达的位置不变,则说明 。
【交流与评估】本次探究活动中应用了控制变量法,其中控制不变的因素主要有:
① ;
② ;
③ 。
二、磁 场
知能演练·提升
1.B 磁体周围的磁感线都是从N极出来回到S极的,故B正确。
2.B 磁性水雷是用一个可以绕轴转动的小磁针来控制引爆电路的。军舰被地磁场磁化后就变成了一个浮动的大磁体,因此当军舰接近磁性水雷时,军舰与小磁针就会发生相互作用,引起水雷爆炸。这属于磁极间的相互作用。
3.C 磁体能够吸引铁、钴、镍类物质,并不能吸引铜和铝,选项A错误;磁感线是人们为了研究问题方便而假想的线,并不是真实存在的曲线,选项B错误;磁体周围存在磁场,磁体间的相互作用都是通过磁场发生的,选项C正确;物理学中,把小磁针静止时N极所指的方向规定为该点磁场的方向,选项D错误。
4.B 由题图可知,磁感线都是从甲、乙出来的,所以甲、乙都是N极,故A错误;由题图可知,小磁针附近的磁感线方向是向下的,所以小磁针的下端为N极,上端为S极,故B正确;A、B两点磁感线疏密不同,所以磁场强弱是不相同的,故C错误;为了描述磁场的性质,引入了磁感线,磁感线是不存在的,故D错误。
5.B 根据磁体周围的磁感线都是从磁体的N极出来回到S极的规律,可以得出条形磁体的N极靠近1,S极靠近5。
6.答案 地磁场 南
7.解析 磁场的基本性质是它对放入其中的磁体产生磁力的作用;放在磁场中的某一点的小磁针静止时,北极所指的方向就是该点的磁场方向;为了描述磁场,人们引入了磁感线的概念,磁体周围的磁感线都是从磁体的北极出来,回到磁体的南极。磁场越强的地方,磁感线分布越密。
答案 北(或N) 密
8.答案 如图D-14-2所示
图D-14-2
9.解析 要检验水对磁有没有影响,必须保证铁钉不变,磁体不变,铁钉位置不变,两次实验时都要做到在磁体刚能吸引住铁钉的瞬间停止下放磁体,比较两次绳子末端到达的位置即可。
答案 (3)小铁钉刚能被吸起 (4)水对磁没有影响 ①小铁钉的位置 ②同一磁体 ③同一小铁钉六、直流电动机
一、能力提升
1.如图14-6-2所示,小明用漆包线、两节干电池、磁铁等器材,成功制作了一个小电动机。他想改变电动机线圈转动的方向,下列方法可行的是( )。
图14-6-2
A.只增强磁铁的磁性
B.只增加线圈的匝数
C.只增大线圈中的电流
D.只将磁铁的磁极对调
2.直流电动机工作时,线圈经过垂直磁感线的位置时( )。
A.线圈受力平衡,速度为零
B.线圈受力平衡,速度不为零
C.线圈受力不平衡,速度为零
D.线圈受力不平衡,速度不为零
3.小明将直流电动机模型接入电路,闭合开关后,发现电动机不工作。他用手轻轻地碰了一下线圈后,直流电动机模型开始正常转动,其原因可能是( )。
A.直流电动机的铜半环与电刷接触不良
B.电源电压太低
C.线圈刚好处于平衡位置
D.线圈中的电流太小
4.为了保证直流电动机朝一个方向转动,需要的装置是( )。
A.继电器
B.电刷
C.变阻器
D.换向器
5.下列装置中,能说明电动机工作原理的是( )。
图14-6-3
6.如图14-6-4是直流电动机的模型示意图,当线圈中通入如图所示方向的电流时,则线圈转动方向为(从左往右看)( )。
图14-6-4
A.顺时针方向
B.逆时针方向
C.可以逆时针方向转动,也可以顺时针方向转动
D.不能转动
7.如图14-6-5所示,一个综合实践小组用一段漆包线绕成线圈abcd,用小刀刮两端引线的漆皮,一端全部刮去,另一端只刮上半周或下半周。将线圈abcd放在用硬金属丝做成的支架m、n上,并按图示连接电路,则电磁铁的上端是 极。闭合开关,用手轻推一下线圈,线圈会持续转动,这就是简易的 (选填“发电机”或“电动机”)。若只将电源的正负极互换,则线圈转动方向会与原来的转动方向 (选填“相同”或“相反”)。
图14-6-5
8.如图14-6-6所示,在磁场中放入一个单匝线圈,并按图中所示的方向通入电流。
图14-6-6
(1)画出磁感线的方向(画出一条即可)。
(2)通电线圈受到磁场力的作用的边是 和 (选填“ab”“bc”“cd”或“ad”),受力的作用方向相反的原因是
,线圈在这样的两个方向相反的力的作用下,产生的效果是 。
(3)通电线圈在磁场中不会受到磁场力的作用的边是 和 (选填“ab”“bc”“cd”或“ad”),其原因是 。
二、探究创新
9.晓红同学对电动机很感兴趣,她在家自己装配了一个玩具直流小电动机。在研究了直流电动机的转向与磁场方向和电流方向的关系后,她很想知道影响直流电动机转速的因素有哪些。现在请你帮晓红同学一起研究这个问题。
(1)提出问题:
(2)猜想与假设。(简单说明猜想的理由)
①影响因素一: 。
猜想的理由: 。
②影响因素二: 。
猜想的理由: 。
(3)设计实验。(要求设计实验来验证你猜想的影响因素)
① 。
② 。
六、直流电动机
知能演练·提升
1.D 只增强磁铁的磁性或只增加线圈的匝数或只增大线圈中的电流可以增加电动机的转动速度,不能改变转动方向,故A、B、C错误;只将磁铁的磁极对调,改变了磁场方向,改变了线圈转动方向,故D正确。
2.B 线圈经过垂直磁感线的位置,即平衡位置时,受平衡力,但速度不为零。
3.C A项造成电路断路,用手轻轻地碰一下线圈,不会使电路接通;B、D项中,磁场对电流的作用力太小,用手轻轻地碰一下线圈,不会使磁场对电流的作用力增大;若线圈在平衡位置,线圈受平衡力作用,当用手轻轻地碰一下线圈后,线圈偏离平衡位置,在磁场力的作用下,会正常转动,故C项正确。
4.D
5.B A是研究电磁铁磁性的实验装置,表明电流具有磁效应,故A错误;B是电动机原理图,表明通电的导体在磁场中受力的作用,故B正确;C是奥斯特实验装置,表明通电导线周围有磁场,故C错误;D是电磁继电器的原理图,利用了电流的磁效应,故D错误。
6.A 根据电流方向,用右手螺旋定则可以判断出电磁铁的磁极,上端为N极,下端为S极;再根据磁场方向和线圈中的电流方向,用左手定则判断出各边的受力方向:ab边受到垂直纸面向外的力、cd边受到垂直纸面向里的力,因此线圈沿顺时针方向转动。
7.解析 由题图可知,电流从电磁铁的上端流入、下端流出,根据安培定则可知,电磁铁的上端是N极;闭合开关,用手轻推一下线圈,通电的线圈在磁场中由于受到磁场力的作用会持续转动,这就是简易的电动机的原理;若只将电源的正负极互换,则电流的方向发生改变,电磁铁磁极的方向也发生了改变,则受到的磁场力的方向不改变,线圈转动方向会与原来的转动方向相同。
答案 N 电动机 相同
8.解析 异名磁极间的磁感线方向是从N极到S极;通电线圈在磁场中受到磁场力的作用,受力的方向与电流方向和磁场方向有关,当通电导体中的电流方向与磁场方向垂直时,导体受到的力最大;当通电导体中的电流方向与磁场方向平行时,导体将不受磁场力的作用。故“ab”“cd”边受到磁场力的作用;“bc”“ad”边不受磁场力的作用。
答案 (1)如图D-14-7所示
图D-14-7
(2)ab cd 磁感线方向相同,但电流方向相反 线圈转动
(3)bc ad 电流方向与磁感线方向平行
9.解析 本题主要考查探究实验中的提出问题、猜想与假设、设计实验等环节。根据题意可知,晓红同学想探究的问题是电动机的转速与哪些因素有关。根据提出的问题,结合生活实际和有关电动机的知识,依次完成(2)(3)中的问题。
答案 (1)电动机的转速与哪些因素有关
(2)①电流的大小 录音机里的电池用的时间长了,它放出的声音不正常 ②磁场的强弱 由于电动机工作原理是通电线圈在磁场中受到力的作用,所以应该与磁场的强弱有关
(3)①利用直流电动机模型,保持磁体不变,用滑动变阻器来改变电流的大小,观察它的转速变化情况 ②保持线圈中的电流不变,换用磁性强弱不同的磁体,观察电动机转速的变化情况七、学生实验:探究——产生感应电流的条件
一、能力提升
1.2021年淮安马拉松比赛中采用感应芯片计时,芯片里的线圈一旦有电流通过,就会激发芯片发送编码信息,系统实时获取计时信息。正确佩戴芯片的参赛者通过起点和终点设置的有磁场地带时,就会计时。下列器件与此芯片的工作原理相同的是( )。
A.电风扇
B.门吸
C.手摇发电电筒
D.电铃
2.如图14-7-3所示,导体ab在外力作用下向左运动时电流表指针偏转,向右运动时电流表指针向另一方向偏转。这个实验事实说明( )。
图14-7-3
A.通电导线在磁场中受力大小与电流大小有关
B.通电导线在磁场中受力方向与电流方向有关
C.感应电流的大小与导体在磁场中切割磁感线运动的快慢有关
D.感应电流的方向与导体在磁场中切割磁感线运动的方向有关
3.商场和超市出口处的报警器由检测天线、检测门、检测器构成。营业员在结账后,会将贴在商标上具有磁性的软标签消磁。若商品的软标签未经消磁而经过检测通道,检测天线便检测到商品上标签的磁性,从而将机械运动转化为电流,显示在仪表上。由此可见,报警器的原理与图14-7-4中原理相同的是( )。
图14-7-4
4.图14-7-5中的a表示垂直于纸面的一根导线,它是闭合电路的一部分,它在磁场中按箭头方向运动时,不能产生感应电流的是( )。
图14-7-5
5.核磁共振成像是一种较新的医学成像技术,它采用强静磁场和变化磁场使人体组织成像。若携带金属物做核磁共振成像,强静磁场会吸引铁质物品,变化磁场会使携带的金属中产生感应电流,金属物发热从而灼伤病人。上述说明中,没有涉及的知识是( )。
A.磁体的吸铁性 B.电磁感应
C.电流的热效应 D.同名磁极相互排斥
6.将小电动机与小灯泡按如图14-7-6所示连接,在小电动机转轴上绕线,然后用力拉线,使电动机转动。在电动机转动过程中,小灯泡发光,该现象中( )。
图14-7-6
①电产生了磁,使电动机转动 ②磁产生了电,使小灯泡发光 ③电动机是电源 ④转速越快,灯泡越亮
A.①②③ B.①③④
C.①②④ D.②③④
7.如图14-7-7是小明设计的手摇电筒,其内部除灯泡、导线外只有固定的线圈和可来回运动的条形磁铁,当他沿图中箭头方向来回摇动手电筒时,灯泡发光,手摇电筒中 相当于电源,它应用的是 原理,将 能转化为电能。
图14-7-7
8.发电机是利用 现象制成的。如图14-7-8所示,闭合开关,当金属杆ab左右移动时,灵敏电流表的指针将 (选填“偏转”或“不偏转”)。
图14-7-8
二、探究创新
9.老师在课堂上演示了电磁感应实验后,小杨同学有了新的想法:如果线圈不动,磁体相对于线圈运动是否也会产生电流 于是他找来线圈、条形磁铁、电流表和一些导线开始探究。当他把条形磁铁插入线圈的瞬间,电流表指针发生了偏转(如图14-7-9所示),实验成功了!小杨又想:在这个实验中,感应电流的大小与哪些因素有关呢 请你针对小杨的问题提出一个猜想,并设计实验验证你的猜想。
图14-7-9
猜想: 。
实验设计:
七、学生实验:探究——产生感应电流的条件
知能演练·提升
1.C 当参赛者通过起点、终点设置的有磁场地带时,芯片里的线圈切割磁感线运动,因此线圈中就会产生感应电流,从而激发芯片发送编码信息,系统实时获取计时信息。电风扇利用的是通电线圈在磁场中受力转动的原理,故A错误;门吸利用的是磁极间的相互作用规律,故B错误;手摇发电电筒的工作原理是电磁感应,故C正确;电铃利用的是电流的磁效应,故D错误。
2.D 题图中装置没有电源,导体在磁场中做切割磁感线运动而产生感应电流,是电磁感应现象,不能说明通电导线在磁场中受力的大小和方向,故A、B错误;由题知,当导体运动的方向改变时,电流表指针的偏转方向也改变,即感应电流的方向改变了,由此可以得出,感应电流的方向与导体在磁场中切割磁感线运动的方向有关,故D正确,C错误。
3.D 根据题意“从而将机械运动转化为电流,显示在仪表上”可知,该过程中有感应电流产生,所以报警器的工作原理为电磁感应现象。A实验是奥斯特实验,说明通电导线周围有磁场,故A不符合题意;B图中导体通电后能在磁场中运动,将电能转化为机械能,反映了电动机的工作原理,故B不符合题意;C实验说明了同名磁极相互排斥,故C不符合题意;话筒中的线圈振动时会切割磁感线,有感应电流产生,是电磁感应现象,与报警器工作原理相同,故D符合题意。
4.A 由题图知,导体是闭合电路中的导体,但导体没有做切割磁感线运动,不会产生感应电流,故A符合题意;由题意知导体是闭合电路中的导体,导体做切割磁感线运动,所以会产生感应电流,故B、C、D不符合题意。
5.D 由题中信息可知,强静磁场会吸引铁质物品,说明磁体具有吸铁性,故A不符合题意;变化磁场会使携带的金属中产生感应电流,这种现象叫电磁感应现象,电磁感应现象说明磁能生电,故B不符合题意;感应电流使金属发热而灼伤病人(电流流过金属导体,金属导体发热),这种现象叫电流的热效应,故C不符合题意;在上述说明中,并没有涉及同名磁极相互排斥,故D符合题意。
6.D 电动机的结构与发电机的结构相似,都有线圈和磁铁,如果外电路有电源,线圈因电而动;如果人为地使线圈转动,线圈就会因动而产生电流。本题是因线圈在磁场中转动而产生了电流,使小灯泡发光,所以电动机是电源,而且转速越快,灯泡越亮,因此①错,②③④对。
7.解析 当他沿题图中箭头方向来回摇动手电筒时,固定的线圈在磁场中做切割磁感线运动,就产生了感应电流,线圈在装置中的作用相当于电源;由此可知,手摇电筒是利用电磁感应现象制成的,在产生电流的过程中,消耗了机械能,产生了电能,机械能转化为电能。
答案 线圈 电磁感应 机械
8.解析 发电机是利用电磁感应现象制成的。由题图可知,闭合开关,当金属杆ab左右移动时,做切割磁感线运动,所以电路中会产生感应电流,故灵敏电流表的指针将偏转。
答案 电磁感应 偏转
9.解析 研究电磁感应现象时,实验的设计必须满足感应电流产生的条件,同时要注意运用控制变量法。
答案 感应电流的大小与条形磁铁插入线圈中的速度有关(与磁场的强弱有关,与线圈的匝数有关,与线圈的粗细、线圈的横截面积有关等)
将电流表和线圈连接成闭合电路,保持其他条件不变,用不同的速度先后两次将条形磁铁插入线圈,观察电流表的指针偏转角度,并进行比较三、电流的磁场
一、能力提升
1.小明同学在学校实验室模拟安培1820年在科学院的例会上做的小实验:把螺线管水平悬挂起来,闭合开关,发现螺线管缓慢转动后停了下来,改变螺线管B端的初始指向,重复操作,停止时B端的指向都相同。模拟实验装置如图14-3-5所示,闭合开关,螺线管停下来后B端指向( )。
图14-3-5
A.东方 B.南方 C.西方 D.北方
2.如图14-3-6所示,在探究通电螺线管外部的磁场分布实验中,观察到小磁针指向正确的是( )。
图14-3-6
3.小明在一块有机玻璃板上安装了一个用导线绕成的螺线管,在板面上均匀撒满铁屑,通电后轻敲玻璃板,铁屑的排列如图14-3-7所示。下列说法正确的是( )。
图14-3-7
A.图14-3-7中P、Q两点相比,P点处的磁场较强
B.若只改变螺线管中的电流方向,P、Q两点处的磁场会减弱
C.若只改变螺线管中的电流方向,P、Q两点处的磁场方向会改变
D.若只增大螺线管中的电流,P、Q两点处的磁场方向会改变
4.在如图14-3-8所示的电路中,根据小磁针静止时的指向可知( )。
图14-3-8
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端是通电螺线管的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
5.如图14-3-9所示,闭合开关S1、S2,两个通电螺线管的相互作用情况以及A、B端的极性分别是( )。
图14-3-9
A.相斥,A端为N极,B端为N极
B.相斥,A端为S极,B端为S极
C.相吸,A端为S极,B端为N极
D.相吸,A端为N极,B端为S极
6.如图14-3-10所示,甲、乙为两枚能够自由转动的小磁针,当导线中通以如图14-3-10所示方向的电流时,则( )。
图14-3-10
A.甲偏转、乙不动
B.乙偏转、甲不动
C.甲、乙都发生偏转
D.甲、乙都不动
7.如图14-3-11所示,将一条形磁体放在一辆小车上,放置在一接入电路的螺线管左侧。闭合开关后,小车将( )。
图14-3-11
A.靠近螺线管 B.离开螺线管
C.原地旋转 D.原地不动
8.如图14-3-12是奥斯特曾经做过的实验,观察比较甲、乙两图,可得实验结论是 ;观察比较乙、丙两图,可得实验结论是 。
图14-3-12
9.为了探究通电螺线管外部磁场的方向,小明设计了如图14-3-13甲所示实验。
甲
乙
图14-3-13
(1)闭合开关,小磁针转动到如图14-3-13乙所示位置;断开开关,小磁针又回到原来位置(指向南北),这说明通电螺线管周围有 ,通电螺线管的a端为 极。
(2)调换电源正负极接线后再闭合开关,发现小磁针转动情况与图14-3-13乙所示相反。这说明通电螺线管的磁场方向与电流的 有关。
二、探究创新
10.某同学受奥斯特实验的启发,产生了探究通电长直导线周围磁场的兴趣。探究过程如下:
A.让竖直的通电长直导线垂直穿过一张硬纸板,过导线中心在纸板上任意作直线。在直线上的不同位置放上能够自由转动的小磁针,发现小磁针静止时N极指向都与直线垂直。
B.直线上任意关于导线对称两点处的小磁针N极指向相反。
C.改变电流大小时,小磁针指向不变。
D.通过查阅资料得知,通电长直导线外某点的磁场强弱与电流大小成正比,与这一点到直导线的距离成反比。
(1)做实验时,纸板的俯视图14-3-14如下,其中“”表示电流方向垂直纸面向外,小磁针涂黑部分为N极。请在右边探究过程纸板的俯视图上作出通电长直导线周围的磁感线分布图(分布图要能够反映不同位置处磁场的强弱和方向)。
图14-3-14
(2)若要验证某点磁场强弱与其到通电长直导线距离成反比的结论,应控制 不变。
(3)同一通电长直导线周围,离通电导线距离为r和2r的两点,磁场强弱的比值为 。
三、电流的磁场
知能演练·提升
1.D 电流从通电螺线管的左端进入,从右端流出,根据安培定则可以判断,通电螺线管的B端是N极,A端是S极,通电螺线管在地磁场作用下,N极指向地磁南极,即地理北方。
2.D 由题图可知电流从螺线管左侧流进,由安培定则判断出通电螺线管的左端为N极,右端为S极。A中小磁针的右端应为S极,故A错误;B中小磁针的左端应为S极,故B错误;C、D中小磁针应处于水平状态且N极朝左,故C错误,D正确。
3.C 由题图可以看出通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场相似,并且可以看到Q点铁屑的分布比P点密集,由此可以确定Q点的磁场比P点强,故A错误;只改变电流方向,则磁场方向发生改变,但通电螺线管的磁场强弱不变,故B错误,C正确;只增大螺线管中的电流,则磁场的强弱发生改变,但磁场方向不变,故D错误。
4.A 通电螺线管内部中间的小磁针,静止时N极指向左端,可知,螺线管内部的磁场方向水平向左,根据安培定则,知螺线管中的电流从左侧流进,右侧流出,则c端为电源的正极,d端为负极,内部的磁场由b指向a,则a端是通电螺线管的N极,故A正确,B、C、D错误。
5.C 根据安培定则可知,A端为S极,B端为N极,因此它们相互靠近的两端是异名磁极,相互吸引,故C正确。
6.C 奥斯特实验表明:电流的周围存在着磁场。通电直导线周围磁场对小磁针甲、乙都有力的作用。
7.A 此题考查的是右手螺旋定则和磁极间的相互作用两个方面的知识。我们应该先依据右手螺旋定则判断出通电螺线管的磁极:由于电源的正极在上端,因此通电螺线管的电流方向是右进左出,依据右手螺旋定则,可以判定螺线管的右端是S极,左端是N极。这样,就可以知道小车会靠近通电螺线管。
8.解析 本题采用控制变量的方法来探究电流的磁效应和电流周围的磁场方向与哪些因素有关,体现了对物理过程和分析方法的考查。观察题甲、乙两图,甲导线未通电,乙导线通电,甲图中小磁针不偏转,乙图中小磁针偏转,说明电流周围存在磁场;题乙、丙两图基本一样,但两图中的电流方向相反,小磁针的偏转方向正好相反,说明通电导体周围的磁场方向与电流方向有关。
答案 通电导体周围存在磁场 通电导体周围的磁场的方向与电流的方向有关
9.解析 (1)闭合开关,小磁针发生转动,断开开关,小磁针恢复到原来位置,说明通电螺线管周围存在磁场。根据异名磁极相互吸引,可以判定通电螺线管a端是S极,b端是N极。
(2)调换电源正负极接线后再闭合开关,通电螺线管的电流方向相反,小磁针偏转方向相反,说明磁场方向相反,所以通电螺线管的磁场方向与电流的方向有关。
答案 (1)磁场 S (2)方向
10.解析 根据磁场方向的规定和通电长直导线外某点的磁场强弱与这一点到直导线的距离成反比,可知通电直导线周围磁感线是以通电直导线为中心、距离越远越稀疏的同心圆。由于磁场强弱与导体中电流大小和到直导线的距离有关,所以在验证某点磁场的强弱与其到直导线的距离成反比的结论时,应控制电流大小不变,同时根据这个结论可以得出离通电导线距离为r和2r的两点,磁场强弱的比值为2∶1。
答案 (1)如图D-14-4所示 (2)电流大小 (3)2∶1
图D-14-4四、电磁铁及其应用
一、能力提升
1.电磁铁在生活和生产中有着广泛的应用。应用到电磁铁的设备有( )。
A.空气开关 B.普通电熨斗
C.电饭锅 D.电热水壶
2.关于电磁铁的特点,下列说法错误的是( )。
A.电磁铁通电时有磁性,断电时无磁性
B.通入电磁铁的电流越大,它的磁性越强
C.在电流一定时,外形相同的螺线管,线圈匝数越多,磁性越强
D.当通入电磁铁的电流方向改变后,电磁铁就会失去磁性
3.如图14-4-3所示的“探究电磁铁磁性强弱与哪些因素有关”的实验中,想让电磁铁吸引更多的大头针,可行的做法是( )。
图14-4-3
A.减少线圈的匝数
B.用铜芯代替铁芯
C.将滑片P向a端移动
D.将滑片P向b端移动
4.如图14-4-4所示,A是悬挂在弹簧测力计下的条形磁铁,B是螺线管。闭合开关S,待弹簧测力计示数稳定后,将滑动变阻器R的滑片缓慢向右移动,在此过程中下列说法正确的是( )。
图14-4-4
A.电压表示数变大,电流表示数变大
B.电压表示数变大,电流表示数变小
C.弹簧测力计示数变小
D.弹簧测力计示数变大
5.小明设计一种利用电磁继电器来自动控制抽水机工作的电路:当水位在安全位置上限以下时绿灯亮,抽水机不工作;当水位到达安全位置上限时红灯亮,抽水机开始工作。图14-4-5是小明还未连接完成的电路,小明接下去的电路连接应该是( )。
图14-4-5
A.M接A,N接B B.M接B,N接D
C.M接B,N接C D.M接A,N接D
6.如图14-4-6所示,当开关S闭合后,要使电磁铁磁性增强,可以采用的方法是( )。
图14-4-6
A.滑片P向左移动 B.滑片P向右移动
C.减少电池个数 D.增加通电时间
7.小明设计了一款“智能照明灯”,其电路的原理图如图14-4-7所示,光线较暗时灯泡自动发光,光线较亮时灯泡自动熄灭。控制电路中,电源电压恒定,R0为定值电阻,R为光敏电阻,其阻值随光照强度的增大而减小。以下说法正确的是( )。
图14-4-7
A.电磁铁的上端为S极
B.当光照强度增强时,控制电路的电流变小
C.当光照强度减弱时,电磁铁的磁性增强
D.灯泡应设计在A和B两接线柱之间
8.(2021·四川成都中考)探究小组为了模拟电磁起重机的工作原理,用表面涂有绝缘漆的导线绕在大铁钉上制成电磁铁,接入电路,如图14-4-8所示。闭合开关S,电磁铁有了磁性,A端是 极。将滑动变阻器的滑片向右移动一段距离后,硬币才被吸起,这说明电流越大,电磁铁的磁性 。
图14-4-8
9.如图14-4-9所示,开关闭合,滑动变阻器的滑片位于A端,小铁片被竖直吸在电磁铁的左侧。若将滑片从A端移动到中点,则铁片受到电磁铁的吸引力将 ,铁片受到的摩擦力将 。(均选填“变大”“不变”或“变小”)
图14-4-9
10.小英看到某小区车库积水造成大量财产损失的新闻后,设计了如图14-4-10所示的车库积水自动报警器,图中A、B位置可以安装电铃或LED灯,车库没有积水时,LED灯亮;车库有积水时,左侧控制电路接通,电磁铁通电,具有 性,把衔铁吸下,电铃发出声音。电铃应该安装在图中的 位置。
图14-4-10
二、探究创新
11.请你按要求改进如图14-4-11甲所示的测定油箱内油量的装置。
(1)器材:电磁继电器(如图14-4-11乙),若干导线,若干电源,若干触点,红、绿灯泡各1只。
(2)要求:①通常情况下,绿灯亮、红灯灭;②储油过少时,绿灯灭、红灯亮。
(3)请将电路设计画在原图上(电路元件用电路符号表示,其余元件用示意图表示)。
图14-4-11
四、电磁铁及其应用
知能演练·提升
1.A 空气开关应用到了电磁铁,电熨斗、电饭锅和电热水壶应用了电流的热效应,故选项A正确。
2.D 影响电磁铁磁性强弱的因素有电流大小、线圈匝数、插入铁芯的大小,影响电磁铁磁极极性的因素是电流方向,当通入电磁铁的电流方向改变后,只能改变电磁铁的磁极极性,而不会使电磁铁的磁性消失,故选D。
3.C 电磁铁磁性的强弱与线圈的匝数和电流的大小有关,线圈匝数越少,磁性越弱,所以,减少线圈匝数,电磁铁吸引的大头针减少,故A错误;电磁铁的铁芯需用软磁性材料制成,铜不是磁性材料,如果用铜芯代替铁芯,电磁铁磁性减弱,吸引的大头针减少,故B错误;将滑片P向a端移动,电阻减小,由欧姆定律可知,电路中电流增大,电磁铁磁性增强,则电磁铁能吸引更多的大头针,故C正确;将滑片P向b端移动,电阻增大,由欧姆定律可知,电路中电流减小,电磁铁磁性减弱,则电磁铁吸引的大头针减少,故D错误。
4.C 由题图可知电流由螺线管的下方流入,则由右手螺旋定则可知螺线管上端为N极,下端为S极,所以螺线管与磁铁间的作用为同名磁极相互排斥;当滑片向右移动时,滑动变阻器接入电阻变小,则由欧姆定律可知电路中电流增大,即电流表的示数变大;因为串联电路中,电阻越大,分得的电压越大,因此滑动变阻器两端电压减小,即电压表示数减小;由于通过电路的电流变大,则螺线管的磁性增大,螺线管与磁铁之间的斥力增大,因此弹簧测力计示数变小,故选C。
5.B 要使得电路工作必须使电路为闭合电路,故连接如图D-14-5所示
图D-14-5
由此可知M接B,N接D符合要求,故B正确。
6.A 滑片向左移动,电阻变小,电磁铁中电流变大,磁性增强,故A项正确,B项错误;减少电池个数,电压减小,电磁铁中电流变小,磁性减弱,故C项错误;增加通电时间,既不能改变电磁铁中的电流,也不能改变线圈匝数,故不能改变其磁性强弱,D项错误。
7.D 根据安培定则,电磁铁的上端为N极,故A错误;当光照强度增强时,光敏电阻的阻值减小,总电阻减小,根据欧姆定律可知,控制电路的电流变大,故B错误;当光照强度减弱时,光敏电阻的阻值变大,总电阻变大,根据欧姆定律可知,控制电路的电流变小,电磁铁磁性大小与电流大小、线圈匝数有关,电流减小,则磁性变弱,故C错误;光线较暗时,光敏电阻的阻值大,则控制电路中的电流小,电磁铁的磁性弱,衔铁在弹簧的作用下被拉起,灯泡自动发光,说明灯泡在A和B两接线柱之间,故D正确。
8.答案 N 越强
9.解析 将滑片从A端移动到中点,接入电路中的电阻变小,由欧姆定律可知,电路中电流变大,螺线管磁性变强,铁片受到的吸引力变大;铁片处于静止状态,受到竖直向下的重力和竖直向上的摩擦力的作用,这两个力是一对平衡力,大小相等,所以摩擦力不变。
答案 变大 不变
10.解析 车库没有积水时,电磁铁不具有磁性,不会吸引衔铁,LED灯亮,说明A为LED灯;车库有积水时,左侧控制电路接通,电磁铁通电,电磁铁会具有磁性,能吸引衔铁,使得B的电路接通,电铃发出声音,所以电铃应安装在图中的B位置。
答案 磁 B
11.解析 从题意知,当液面下降时,浮标带动杠杆上触点上移,这时应为红灯亮。因此判定,电磁铁通电后,吸引电磁铁上的触点下移,接通红灯电路;当液面上升,电磁铁断电失去磁性,电磁铁上的触点上移,绿灯亮。根据此原理可设计电磁继电器用一个电源,两灯共用一个电源,并联在一起,电路设计如答案图所示。
答案 如图D-14-6所示
图D-14-6五、磁场对通电导线的作用力
一、能力提升
1.如图14-5-2所示的实验装置可以用来研究(电源电压不变)( )。
图14-5-2
A.影响通电导线受到的磁场力大小的因素
B.影响通电导线受到的磁场力方向的因素
C.影响通电导线周围产生的磁场方向的因素
D.影响通电导线周围产生的磁场强弱的因素
2.通电导线在磁场中会受到磁场力的作用,其实质是( )。
A.磁场对电流有排斥作用
B.磁场与通电导线中电流产生的磁场发生相互作用
C.磁场对电流有吸引作用
D.暂时无法解释
3.下列不是动圈式扬声器构造部分的是( )。
A.音圈 B.永磁体
C.电磁继电器 D.锥形纸盆
4. 在物理学中,用表示电流的方向垂直于纸面向里,表示电流的方向垂直于纸面向外。如图14-5-3表示直导体a在磁场中受到一个既跟电流方向垂直,又跟磁感线方向垂直的水平向左的磁场力F,如图14-5-4所示的四种情况中,通电导体b受到的磁场力方向水平向左的是( )。
图14-5-3
乙
图14-5-4
5.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.电磁铁
6.如图14-5-5所示,当闭合开关的瞬间,导体棒水平向右运动;若同时对调电源与磁体的两极,再次闭合开关时,导体棒的运动方向是( )。
图14-5-5
A.水平向右 B.水平向左
C.竖直向上 D.竖直向下
7.(2021·湖北黄冈中考)如图14-5-6是一种动圈式耳机的内部结构示意图。当音圈中有大小和方向反复变化的电流通过时,音圈带动音膜 (选填“向左”“向右”或“左右往复”)运动。音圈之所以运动,是由于磁场对 有力的作用。此现象中的能量转化情况是 。
图14-5-6
8.小凌同学在学习了磁知识后,对磁现象很感兴趣。一天晚上,她在台灯下研究磁铁,偶然发现当磁铁靠近发光的台灯时,灯泡内的钨丝晃动了。
让我们和小凌同学一起来探究:
(1)提出问题:
(2)建立假设:①可能是磁铁对钨丝有吸引作用;②可能是……
(3)获得证据:小凌找来同样的钨丝,用磁铁靠近,发现钨丝不能被吸引。
(4)得出结论:钨丝晃动并不是磁铁对钨有吸引作用,而是 。
9.如图14-5-7所示的实验装置,在两根水平且平行的金属轨道上放一根轻质导体ab。
图14-5-7
(1)接通电源,这时会看到导体ab向左运动,这表明 。
(2)若只对调磁体的磁极或只改变导体ab中的电流方向,观察到导体ab均向右运动,这表明 。
(3)如果把磁体的两极对调,同时改变通过导体ab中的电流方向,会看到导体ab的运动方向跟原来 (选填“相同”或“相反”)。
二、探究创新
10.小文的爷爷说:“我的收音机不响了。”小文想了想说:“会不会是收音机的扬声器坏了呢 ”请你帮助小文设计一个检查收音机扬声器好坏的方案。
五、磁场对通电导线的作用力
知能演练·提升
1.B 由题图可知,电路中有电源、磁体、开关、导体棒,闭合开关后,通电导体棒在磁场中会受到磁场力的作用而运动,实验中可以改变电流方向、磁场方向(调换电源正负极或磁极),可以探究影响通电导线受到的磁场力方向的因素,故B正确;根据实验器材可知,无法改变磁场强弱、电流大小,所以无法探究影响通电导线受到的磁场力大小的因素,故A错误;由于无法改变电流大小,也不能检测磁场的强弱和方向,所以也不能探究影响通电导线周围产生的磁场强弱和方向的因素,故C、D错误。
2.B 磁场本身与电流本身之间并不能产生力的作用,但由奥斯特实验我们知道通电导线周围存在磁场,这样两个磁场之间就会产生相互作用,故正确选项为B。
3.C
4.C 根据左手定则判断,可得出磁场力的方向。
5.A
6.A 通电导体棒在磁场中的受力方向与电流的方向和磁场的方向有关,同时对调电源与磁体的两极,即同时改变电流的方向和磁场的方向,则导体棒受力方向不变,还是水平向右运动。
7.答案 左右往复 通电导体 电能转化为机械能
8.解析 本题探究的是造成钨丝晃动的原因,因此提出问题时,应跟钨丝晃动有关。由实验现象可知,磁铁不吸引钨丝,不会使钨丝晃动,但当灯泡发光时,把磁铁靠近钨丝可以观察到钨丝晃动,可知钨丝晃动是由于钨丝中有电流通过,在电流的周围产生了磁场,该磁场和磁铁的磁场相互作用。
答案 (1)灯泡内的钨丝为什么会晃动 (灯泡内的钨丝晃动的原因是什么 )
(4)磁铁对通电的钨丝有力的作用(或钨丝通电后产生的磁场和磁铁磁场相互作用)
9.解析 (1)接通电源,这时会看到导体ab向左运动,说明ab受到向左的力的作用,即说明通电导体在磁场中会受力的作用。(2)只对调磁体的磁极或只改变导体ab中的电流方向,观察到导体ab均向右运动,即ab所受力的方向发生了改变,说明通电导体在磁场中受力的方向与磁场方向和电流方向均有关。(3)如果把磁体的两极对调,同时改变通过导体ab中的电流方向,即等于改变了两个因素,所以会看到导体ab的运动方向跟原来相同。
答案 (1)通电导体在磁场中会受力的作用
(2)通电导体在磁场中受力的方向与磁场方向和电流方向均有关
(3)相同
10.解析 电流过大会造成收音机扬声器音圈烧断,扬声器损坏,检查的办法是检查音圈是否断路。
答案 (1)关掉收音机电源,卸掉收音机的背面螺丝,打开收音机后盖;(2)将一节干电池的正负极分别触及扬声器的两个接线柱(不分正负),要断断续续进行接触,如果扬声器发出“喀喀”声,说明扬声器完好,如果任何声音都没有,说明扬声器损坏。一、简单磁现象
一、能力提升
1.如图14-1-3所示的四幅图中,能够说明物体具有磁性的是( )。
图14-1-3
2.如图14-1-4是生活中常用来固定房门的“门吸”,它由磁铁和金属块两部分组成。该金属块能被磁铁所吸引,是因为可能含有以下材料中的( )。
图14-1-4
A.银 B.铁 C.铝 D.锌
3.某矿石能吸引铁钉,说明该矿石具有( )。
A.弹性 B.导电性
C.磁性 D.绝缘性
4.一学生利用手中的条形磁体做了以下实验,其中结论正确的是( )。
A.条形磁体能够吸引小铁钉
B.同名磁极相互吸引
C.将条形磁体用细线悬挂起来,当它在水平面静止时北极会指向地理南方
D.条形磁体与小磁针之间隔了一层薄玻璃后就不可能有相互作用了
5.将如图14-1-5所示的条形磁体从中间截成两段,则( )。
图14-1-5
A.左段是S极,右段是N极
B.左右两段都有S极和N极
C.左右两段都只有一个磁极
D.左右两段全部失去了磁性
6.水平放置的一根条形磁铁的N极吸引着一枚较重的铁钉,若用另一根同样的条形磁铁的S极向原来磁铁的N极靠拢接触时,如图14-1-6所示,可能出现的现象是( )。
图14-1-6
A.将铁钉吸得更牢
B.铁钉落下
C.铁钉尖端将被吸向右端磁铁
D.铁钉尖端将被吸向左端磁铁
7.有三种干燥的物质,用三根完全相同的磁铁分别插入其中,提起后情形如图14-1-7所示,可能是大米的是( )。
图14-1-7
A.只有甲 B.只有乙
C.只有丙 D.只有甲和乙
8.如图14-1-8所示,小桂将条形磁铁的A端靠近小磁针的N极,发现它们相互排斥,则A端为 极。
图14-1-8
二、探究创新
9.橡皮泥具有很强的可塑性,深受小朋友们的喜爱。现在有一种爱吞磁铁的橡皮泥,把高强磁铁放在旁边,磁铁会被慢慢吞噬(如图14-1-9所示)。磁铁会被吞噬的原因是( )。
图14-1-9
A.橡皮泥受到磁铁的压力
B.橡皮泥有较强的粘连性
C.高强磁铁具有动能
D.橡皮泥中含有磁性物质
10.如图14-1-10所示,一张白纸好像被一支笔“戳通”了,实际上这张白纸依然完好无损,这里应用了磁现象的有关知识。原来,这支笔的笔杆(白纸的下方)与笔头(白纸的上方)可以互相分离,笔杆上与笔头相连的一端内部装有小磁铁,则笔头内的材料可能含有 (选填“铜”“铁”或“塑料”)。若想探究笔头内的材料是否有磁性,现提供①小磁针、②大头针、③碎纸屑,其中可用来完成探究任务的有 (填序号)。
图14-1-10
一、简单磁现象
知能演练·提升
1.D D中磁铁靠近软铁棒时,软铁棒能够吸引铁屑,说明软铁棒具有磁性。
2.B 磁性材料是容易被磁化的物质,如铁、钴、镍。生活中具有这些磁性材料的物体,都容易被磁铁吸引。只有选项B符合题意。
3.C 矿石能够吸引铁钉说明两者之间有吸引力。结合磁性的定义,说明了矿石具有磁性。故C正确。
4.A 条形磁体具有磁性,能够吸引小铁钉,故A正确;由磁极间的相互作用规律可知,同名磁极相互排斥,故B错误;将条形磁体用线悬挂起来,让磁体自由转动,静止时指向地理南极的磁极叫南(或S)极,指向地理北极的是磁体的北极(N极),故C错误;玻璃不能隔离磁场,条形磁体与小磁针之间隔了一层薄玻璃后仍有相互作用,故D错误。
5.B 磁体断为两截后,其中的每一段仍然具有磁性,是一个磁体。磁体具有两个异名磁极,其中,原来的N极仍然是N极,断裂端则成为S极;原来的S极仍然为S极,断裂端则为N极。综上分析,只有B正确。
6.B 由于两条形磁铁相同,当两磁铁的S极与N极靠拢接触后组成了一个磁体,接触的部分变成了磁体的中间区而几乎没有了磁性,则对铁钉的吸引作用很小,因此铁钉落下。
7.C 大米不是磁性材料,所以磁铁不能吸引大米,甲、乙两图中的物质能被磁铁吸引,故丙图中的物质为大米。
8.答案 N
9.D 橡皮泥能够吞噬磁铁,说明橡皮泥和磁铁是相互吸引的,因此橡皮泥中含有磁性物质。
10.解析 根据物质是否易被磁化分磁性材料和非磁性材料,常温下铁是磁性材料,铜、玻璃、酒精、水银、塑料、碎纸屑等不属于磁性材料。
答案 铁 ①②
