广东省2024年中考物理一轮复习考点梳理学案 第33讲　电与磁实验专项（有答案）

第33讲　电与磁实验专项
命题分析　
广东省近五年中考物理命题分析
考点 2023 2022 2021 2020 2019
探究通电螺线管外部磁场的方向 ___ ___ ___ 省题15 ___
探究影响电磁铁磁性强弱的因素 ___ ___ ___ ___ ___
探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件 省题6 ___ 省题16 ___ ___
【课程标准】
4．2.9　探究通电螺线管外部磁场的方向。
例　用小磁针、通电螺线管等，探究通电螺线管外部磁场的方向。
4．2.10　探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。
例　用矩形线圈或单根导线、磁体、灵敏电流计等探究产生感应电流的条件。
实验一　探究通电螺线管外部磁场的方向
实验图解
实验器材　通电螺线管磁场演示器、条形磁体、菱形小磁针(2个)、铁屑、干电池、开关、导线。
实验装置　
实验步骤　(1)在螺线管的两端各放一个菱形小磁针，并在螺线管的周围均匀撒适量铁屑。
(2)闭合开关，观察菱形小磁针的指向，轻敲纸板，观察铁屑的排列情况。
(3)交换电源正负极，闭合开关，观察菱形小磁针的指向，轻敲纸板，观察铁屑的排列情况。
(4)在条形磁体的两端各放一个菱形小磁针，观察菱形小磁针的指向，并在条形磁体的周围均匀撒适量铁屑，轻敲纸板后，观察铁屑的排列情况。
实验结论　(1)通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似。
(2)通电螺线管两端的极性与螺线管中电流的方向有关，电流方向改变，螺线管两端的极性也发生改变。
例1　如图是小磊“探究通电螺线管外部磁场的方向”的实验装置图：
[设计与进行实验]
(1)把导线缠绕成螺线管，往嵌入螺线管上的玻璃板上均匀撒上铁屑，闭合开关通电后，接下来的操作是______________。使铁屑在玻璃板上跳动以减小它与玻璃板之间的________，从而使铁屑在磁场力的作用下动起来，更好地显示磁场分布情况。
(2)在通电螺线管的两端各放一个小磁针，放小磁针的目的是_________________。通电螺线管和小磁针之间是通过________发生力的作用。运用了________。实验中________(选填“能”或“不能”)用大头针代替小磁针。
[分析论证]
(3)从图中铁屑的分布情况可知，通电螺线管的外部磁场与________磁体的磁场相似，通电螺线管的左端是________极，图中A、B点相比，________点磁场较强。为描述磁场而引入的磁感线________(选填“是”或“不是”)真实存在的。
(4)实验时，在螺线管的不同位置摆放小磁针的目的：____________________。断开开关后，小磁针静止时________极指向南方。
[交流与评估]
(5)实验时发现通电螺线管周围的磁场比较弱，实验现象不太明显，想要增强通电螺线管周围的磁场的强度，在不更换螺线管的前提下，可行的方法是____________________________。
(6)将玻璃板上的铁屑去掉，通电螺线管的磁场________(选填“会”或“不会”)消失。
[拓展设问]
(7)为了研究通电螺线管的磁极性质，小磊对螺线管可能的电流方向和绕线方式进行了实验，得到了如图所示的四种情况。实验说明通电螺线管的磁极极性与____________有关。只改变螺线管中电流方向的方法：________________。判断通电螺线管的极性的方法：____________。
答案　(1)轻敲玻璃板　摩擦　(2)判断通电螺线管两端磁场方向　磁场　转换法　不能　(3)条形　S　A　不是　(4)便于观察磁场的方向　S　(5)增大通过螺线管线圈中的电流(或在螺线管中插入铁棒)　(6)不会　(7)电流方向　交换电源正负极　安培定则
实验二　探究影响电磁铁磁性强弱的因素
实验图解
实验原理　电流的磁效应。
实验器材　电磁铁、电源、开关、滑动变阻器、导线、电流表和一小堆曲别针。
实验装置　
实验步骤　(1)将电源、开关、滑动变阻器、电流表与电磁铁连成串联电路。
(2)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流增大或减小(观察电流表指针的示数)，根据电磁铁吸引曲别针的情况判断电磁铁磁性强弱的变化。
(3)闭合开关，使电路中的电流不变(电流表的示数不变)，增加电磁铁线圈的匝数，根据电磁铁吸引曲别针的情况判断电磁铁磁性强弱的变化。
实验方法　(1)转换法的应用：通过比较电磁铁吸引曲别针数目的多少来反映电磁铁磁性的强弱。
(2)控制变量法的应用：
①探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系时，控制电流不变，改变电磁铁的线圈匝数。
②探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系时，控制线圈匝数不变，改变电路中电流的大小。
实验结论　电磁铁磁性的强弱与电流的大小和线圈匝数有关。在线圈匝数一定时，通入的电流越大，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。
例2　在探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”实验中，小乐制成简易电磁铁甲、乙，并设计了如图a所示的电路。
[设计与进行实验]
(1)实验中是通过观察________________________________________来判定电磁铁磁性强弱，这种实验的研究方法是____________。
[分析与论证]
(2)当滑动变阻器滑片向左移动时，电磁铁甲、乙吸引大头针的个数________(选填“增加”或“减少”)，说明当线圈的匝数一定时，电流越________，电磁铁磁性越强。
(3)图a中采用串联接法的目的是保证通过两电磁铁的________相同，根据图示的情境可知________(选填“甲”或“乙”)的磁性强，由此我们可以得出的结论是_________________。
[交流与评估]
(4)根据____________，图a中甲的钉帽相当于电磁铁的________(选填“N”或“S”)极。
(5)电磁铁吸引的大头针下端分散的原因是：同名磁极相互________。
(6)断开开关，铁钉上仍吸附有少许大头针，这是因为__________________。
(7)(2023·湖北改编)图b为电路中空气开关的原理图，P为电磁铁，Q为衔铁，S为开关。P的左端为________极，电流过大时，图乙中P的磁性________，吸引Q向左偏转，弹簧拉起S切断电路。
答案　(1)电磁铁吸引大头针数目的多少　转换法　(2)增加　大　(3)电流　甲　电流一定时，线圈匝数越多，电磁铁磁性越强　(4)安培定则　S　(5)排斥　(6)大头针被磁化　(7)N　增强
实验三　探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件
实验图解
实验原理　电磁感应。
实验器材　蹄形磁体、导体棒、灵敏电流计、支架、细线、导线。
实验装置　
实验步骤　(1)按实验装置连接实物电路。
(2)闭合开关，保持导体棒AB与磁场相对静止，观察灵敏电流计的指针偏转情况。
(3)保持开关闭合和蹄形磁体不动，让导体棒AB在磁场中上下、左右运动，观察灵敏电流计的指针偏转情况。
(4)保持开关闭合和导体棒AB不动，让蹄形磁体上下、左右运动，观察灵敏电流计的指针偏转情况。
(5)断开开关，重复上述实验。
实验方法　(1)转换法的应用：通过观察灵敏电流计指针是否偏转来判断电路中是否产生感应电流。
(2)控制变量法的应用：
①探究感应电流方向与导体运动方向的关系时，控制磁场方向不变，改变导体运动方向。
②探究感应电流方向与磁场方向的关系时，控制导体运动方向不变，改变磁场方向。
实验结论　闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生感应电流。
例3　小亮利用如图所示的实验装置“探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件”。
[设计与进行实验]
(1)实验中可以通过灵敏电流计的指针是否偏转来判断电路中______________________，通过灵敏电流计指针的偏转方向来判断________________，通过灵敏电流计指针的偏转角度大小来判断________________。
(2)小亮将导体静止悬挂起来后，闭合开关，灵敏电流计指针不偏转说明电路中________(选填“有”或“没有”)感应电流产生。灵敏电流计指针不偏转的原因是________。
A．电路没有闭合
B．导体没有做切割磁感线运动
C．产生的感应电流太小
[分析论证]
(3)他将实验中观察到的现象记录在下表中。
实验次序 开关 磁场方向 导体AB的运动方向 电流计的指针
1 断开 上N下S 向右运动 不偏转
2 闭合 向右运动 向左偏转
3 向左运动 向右偏转
4 上下运动 不偏转
5 上S下N 向右运动 向右偏转
6 向左运动 向左偏转
①比较实验2和3(或5和6)可知：磁场方向一定时，感应电流的方向与______________有关。
②比较实验________可知：导体切割磁感线运动方向不变时，感应电流的方向与磁场方向有关。
③分析实验现象得出：________电路中的一部分导体在磁场中做________运动时，导体中就会产生感应电流。
[交流与评估]
(4)完成实验后小亮认为实验现象不太明显，请你提出一条改进措施_____________________
______________________________________________________________________________。
[拓展设问]
(5)(2023·武汉改编)安检时使用的一种金属探测仪，金属探测仪靠近金属物体时，会产生感应电流，发出报警信号。金属探测仪的工作原理和______________(选填“电磁铁”“电动机”或“动圈式话筒”)相同。电路中产生感应电流的过程中将________能转化为电能。
(6)如果将电流表换成________，可以探究磁场对通电导体的作用。
答案　(1)是否产生感应电流　感应电流的方向　感应电流的大小　(2)没有　B　(3)①导体运动方向　②2、5(或3、6)　③闭合　切割磁感线　(4)用多匝线圈替代单根导体棒(加快导体切割磁感线的速度或换用磁性更强的蹄形磁体)　(5)动圈式话筒　机械　(6)电源
实验一　探究通电螺线管外部磁场的方向
1.(科学思维)(2023·成都)如图是小聪和小明同学探究“通电螺线管的磁场方向”实验示意图。实验时，在小圆位置放置小磁针，闭合开关，画出不同位置小磁针静止时N极的指向；对调电源正负极，重复上述操作。下列说法不正确的是(　　)
A．小磁针的作用是指示通电螺线管周围的磁场方向
B．闭合开关，放置在a、b处的小磁针静止时N极指向相同
C．对调电源正负极，闭合开关，通电螺线管的磁场方向改变
D．通过实验可总结出通电螺线管的磁极性和电流方向的关系
答案　B
解析　小磁针的作用是指示通电螺线管周围的磁场方向，故A正确；闭合开关，放置在a、b处的小磁针静止时N极指向是不同的，a点小磁针N指向左下，b点小磁针N指向左上，磁场方向不同，故B错误；对调电源正负极，闭合开关，通电螺线管的磁场方向改变，故C正确；通过实验可总结出通电螺线管的磁极性和电流方向的关系，故D正确。
2．为了探究磁场，小华做了如下实验，如图。
(1)探究磁体周围的磁场：
①在玻璃板上均匀撒上一层铁屑，再将玻璃板放在条形磁体上方，然后轻敲玻璃板，观察铁屑的分布情况。铁屑在磁场中被________成一个个小磁针，从而在磁场中有序地排列起来，如图甲所示。
②再在玻璃板上放一些小磁针，小磁针静止时的情况如图乙所示，黑色一端表示磁体的N极，某点小磁针________极所指的方向就是该点的磁场方向。
③人们仿照铁屑在磁场中排列的情况和小磁针N极的指向画出一些带箭头的曲线来形象、直观地描述磁场，物理学中把这样的曲线叫做________。
(2)探究通电螺线管周围的磁场：
①把小磁针放在螺线管四周不同的位置，通电后发现小磁针的指向如图丙所示，说明通电螺线管周围的磁场跟________磁体的磁场相似，图中________(选填“左”或“右”)端是螺线管的N极。
②对调电源的正负极重复上述实验，小磁针的指向与之前相反，说明通电螺线管的极性跟________有关，断开开关后，小磁针静止时________极指向地理南方。
答案　(1)①磁化　②N　③磁感线　(2)①条形　右　②电流方向　S
解析　(1)①铁屑在磁场中被磁化成一个个小磁针；
②某点小磁针N极所指的方向就是该点的磁场方向；
③为了形象地描述磁场，人们用一些带箭头的曲线来表示磁场的存在以及磁场的强弱，这样的曲线叫做磁感线；
(2)①由题图丙可看出，通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似；根据安培定则可知，螺线管的右端是N极；
②对调电源的正负极重复上述实验，电流的方向发生了变化，小磁针的指向与之前相反，说明通电螺线管的极性跟电流方向有关；断开开关后，在地磁场的作用下，小磁针静止时S极指向南方。
实验二　探究影响电磁铁磁性强弱的因素
3.(2023·扬州)如图所示，下列做法中电磁铁不能吸引更多大头针的是(　　)
A．只提高电源电压
B．只将滑片P向左移动
C．只增加螺线管线圈的匝数
D．只将铁芯换成同规格的铜芯
答案　D
解析　只提高电源电压，由I＝可知，电路中电流增大，电磁铁磁性增强，能吸引更多大头针，故A不符合题意；将滑片P向左移动，滑动变阻器接入电路中电阻变小，由I＝可知，电路中电流增大，电磁铁磁性增强，能吸引更多大头针，故B不符合题意；增加螺线管线圈的匝数，电磁铁磁性增强，能吸引更多大头针，故C不符合题意；只将铁芯换成同规格的铜芯，铜芯不能被磁化，电磁铁磁性减弱，不能吸引更多大头针，故D符合题意。
4.(2023·惠州惠东县模拟)探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”的实验。如图是小明同学用漆包线(表面涂有绝缘漆的导线)绕在铁钉上做成了线圈有四个接线柱a、b、c、d的电磁铁，使用不同的接线柱，可改变电磁铁线圈的匝数，该同学将自制的电磁铁和相关实验器材组成了如图所示的实验电路。
(1)此实验中电磁铁磁性的强弱用吸引大头针的多少来反映，这种实验方法叫做________法。下列研究问题的方法与此相同的是________。
A．学习电压时，我们可以通过对比水压来认识它
B．学习电压表的使用时，对比找出电压表与电流表的异同点
C．研究电流与电压、电阻关系时，控制电阻不变，研究电流与电压关系
D．在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验中，通过观察被加热容器液面高度变化来比较电流通过电阻产生热量的多少
(2)固定连接电磁铁线圈的接线柱a，结合图示，当滑动变阻器滑片向左移动时，电磁铁吸引大头针的个数________(选填“增加”或“减少”)，说明________越大，电磁铁磁性越强。
(3)分别连接电磁铁线圈的接线柱a、c，并调节滑动变阻器控制电流不变，可以发现接________接线柱时，大铁钉下方吸引大头针较多。
(4)大铁钉下方吸引的大头针的下端是彼此分开的，原因是________。
答案　(1)转换　D　(2)增加　电流　(3)c　(4)同名磁极相互排斥
解析　(1)采用观察比较吸引大头针的数量来判断磁性的强弱，这属于转换法的思维；在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验中，比较电流通过电阻产生热量的多少转换为观察被加热容器液面高度变化，故选D。
(2)连接电磁铁线圈的接线柱a，调节滑动变阻器，使电路中电流不同，当滑动变阻器滑片向左移动时，电路中电流增大，电磁铁吸引大头针的个数增加，可以探究电磁铁磁性强弱与电流大小有关；
(3)分别连接电磁铁线圈的接线柱a、c，并调节滑动变阻器控制电流不变，接c时，接入电路线圈匝数更多，电磁铁磁性更强，大铁钉下方吸引大头针较多；
(4)大头针被磁化，同一端的磁性相同，互相排斥，所以下端分散。
实验三　探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件
5.将导体ab、开关和灵敏电流计用导线连接，导体ab放置在磁极间，如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．开关闭合，导体ab斜向上运动，指针要偏转
B．开关闭合，导体ab不动，磁铁上下运动，指针要偏转
C．开关断开，导体ab快速运动，速度越快，指针偏转角度越大
D．开关闭合，磁铁不动，ab水平向左或水平向右快速移动，指针偏转方向相同
答案　A
解析　开关闭合，导体ab斜向上运动，导体ab做切割磁感线运动，产生感应电流，指针发生偏转，故A正确；开关闭合，导体ab不动，磁铁上下运动，导体ab没有做切割磁感线运动，不产生感应电流，指针不偏转，故B错误；开关断开，不是闭合电路，导体ab快速运动也不产生感应电流，指针不偏转，故C错误；感应电流的方向跟导体切割磁感线的运动方向有关，开关闭合，磁铁不动，ab水平向左或水平向右快速移动，指针偏转方向不相同，故D错误。
6.(2023·汕头模拟)如图所示，在“探究感应电流产生的条件”实验中，闭合开关，让导体AB静止在磁场中，回路中________(选填“能”或“不能”)产生感应电流；当回路中有感应电流时，将磁极对调，改变磁场方向，感应电流的方向________(选填“改变”或“不改变”)。
答案　不能　改变
7．(2023·惠州一模)小明在进行项目式学习制作发电机时，利用如图甲所示的装置探究感应电流产生的条件。
(1)如图甲所示，保持蹄形磁体竖直放置，使导体AB从图示位置向上运动，灵敏电流计的指针________(选填“会”或“不会”)偏转。
(2)图甲所示实验中涉及的能量转化是导体AB的机械能转化为________能。实验中产生电流的原理是___________________________________________________________。
(3)若想使AB的感应电流与原来方向相反，下列操作可行的是________。(选填字母)
A．保持AB运动方向不变，对调磁体的磁极
B．改变导体AB运动方向的同时对调磁体的磁极
(4)如图乙所示，保持线圈不动，使蹄形磁体快速向左运动，电流计指针________(选填“会”或“不会”)偏转。
(5)如图丙为小明制作的手摇发电机，用该发电机给小灯泡供电，想要让小灯泡变亮，可采取的方法是_____________________________________________________________。
答案　(1)会　(2)电　电磁感应　(3)A　(4)会　(5)加快摇动速度
解析　(1)由题图甲可知，导体AB从图示位置向上运动，闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动，所以电路中就有感应电流；
(2)题图甲所示实验中涉及的能量转化是导体AB的机械能转化为电能；实验中产生电流的原理是电磁感应；
(3)保持AB运动方向不变，对调磁体的磁极，磁场的方向改变、导体运动的方向不变，感应电流的方向改变；AB运动方向和磁体的磁极同时对调，磁场的方向、导体运动的方向同时发生了变化，感应电流方向不变，故选A；
(4)由题图乙可知，线圈不动，蹄形磁铁快速向左运动时，闭合电路的一部分导体也切割磁感线，电路中也有电流，因此电流计指针会偏转；
(5)用手摇发电机给小灯泡供电时，想要让小灯泡变亮，可采取的方法是加快摇动速度。
8.(2023·汕头龙湖区一模)利用如图所示的装置进行电与磁的相关实验。
(1)①若利用该装置探究“通电导体在磁场中受力”，应将开关的接线柱1与________(选填“2”或“3”)接通。其中________(选填“扬声器”或“动圈式话筒”)工作过程与该原理相同；
②为使悬挂的导体ab运动速度加快，可将滑动变阻器的滑片向______(选填“左移”或“右移”)或改用磁性________(选填“更强”或“更弱”)的磁体。
(2)将开关反方向闭合，利用该装置探究“产生感应电流的条件”：
①让悬挂的导体ab在如图所示位置沿竖直方向上下运动，灵敏电流计指针________(选填“会”或“不会”)发生偏转；
②保持磁体不动，若导体ab水平向右运动，灵敏电流计指针向左偏转；若要使灵敏电流计的指针向右偏转，可以________(填字母)；
A．将磁体的磁极对调，导体ab向左运动；
B．保持磁体不动，导体ab向左运动；
③为使灵敏电流计的指针偏转角度更大，可以______________________。(写出一种方法即可)
答案　(1)①3　扬声器　②右移　更强　(2)①不会　②B　③增大导体运动速度(或更换磁性更强的磁体)
解析　(1)①若利用该装置探究“通电导体在磁场中受力”，必须要有电源，应将开关的接线柱1与3接通；扬声器的工作原理是通电导体在磁场中受力运动，动圈式话筒的工作原理是电磁感应现象；
②为使悬挂的导体ab运动速度加快，可以增大电路中的电流，减小滑动变阻器接入电路的电阻，将滑动变阻器的滑片向右移动；也可以改用磁场更强的磁体。
(2)①让悬挂的导体ab在如图所示位置沿竖直方向上下运动，不切割磁感线，不会产生感应电流，灵敏电流计指针不会发生偏转；
②产生感应电流的方向与导体运动方向和磁场方向有关；若保持磁体不动，将导体ab水平向右运动，灵敏电流计指针向左偏转；若要使灵敏电流计的指针向右偏转，可以将磁体的磁极对调或导体ab向左运动，两者不能同时改变，故B符合题意；
③产生的感应电流的大小与切割磁感线的速度、磁场的强弱有关，所以为使灵敏电流计的指针偏转角度更大，可以换用磁性更强的磁体或可以加快导体的移动速度。