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第一部分 物质科学
第19讲 电和磁
01考情透视·目标导航
02知识导图·思维引航
03考点突破·考法探究
考点一 磁现象 磁场
考点二 电生磁
考点三 电磁铁 电磁继电器
考点四 电动机
考点五 磁生电
04题型精研·考向洞悉
题型一 磁性、磁体、磁极、磁感线
题型二 电流磁效应 安培定则
题型三 电磁继电器及其应用
题型四 电动机的工作原理
题型五 电磁感应 发电机
05分层训练·巩固提升
基础巩固
能力提升
考点要求 课标要求 考查频次 命题预测
电和磁 1、知道磁体周围存在磁场并能说出证据。 2、通过实验认识通电导线周围存在磁场，探究通电螺线管周围磁场强弱的影响因素。 3、通过实验认识通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向、电流方向有关。 4、通过实验了解导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。 24年考查2分 1.磁场基础知识涉及的主要考点有：磁场、磁体的理解；磁感线的分布；地磁场的理解(地理两极和地磁场两极)；磁极间的相互作用；主要考查磁场基础知识，形式比较简单，试题难度不大．主要在选择和填空题中考查．通常以电与磁的综合题的形式出现，有时会单独考查(地理两极和地磁场两极的关系、磁极间的相互作用、磁场分布及磁性强弱等)； 2.电磁现象识辨主要在选择题中考查，经常以电与磁的综合题的形式出现，有时会单独考查(磁现象的辨识、电动机和发电机的工作原理)；涉及的主要考点有：电磁感应、电流的磁效应、磁场对通电导体的作用，以及三者之间的辨析； 3.电流的磁效应主要考查：电流大小对磁性强弱的影响；安培定则的理解及应用；电磁继电器的工作原理等；本命题点中应用安培定则判断通电螺线管的极性或判断电源正负极考查较多，应重点复习．主要在选择题和填空题中考查，有时会结合其他知识进行考查，有时也会单独考查； 4.电动机和发电机涉及的主要考点有：磁现象的辨识(电磁感应、电流的磁效应、磁场对通电导体的作用)；电动机和发电机的工作原理；通电导线在磁场中受力运动的探究等；主要在选择题中考查，经常以电与磁的综合题的形式出现，有时会单独考查电动机和发电机的工作原理；
考点一 磁现象 磁场
一、磁现象
1.磁性和磁体
（1）磁性
我们把物体能够吸引铁、钴、镍等物质的性质叫做磁性。铁、钴、镍等物质称为铁磁性物质（磁性材料）。
（2）磁体
①定义：具有磁性的物体叫做磁体。
②特点：一是能吸引磁性材料；二是吸引磁性材料时，不必与这些物体直接接触，如隔着薄木板，磁体也能吸引铁块。
2.磁极
（1）认识磁极
条形磁体的两端磁性最强，中间部位磁性最弱。磁体吸引能力最强的两个部位叫磁极
能够自由转动的磁体，静止时指南的那个磁极叫南极（S极），指北的那个磁极叫北极（N极）。
（2）磁极间相互作用规律
实验探究 把一个条形磁体悬挂起来，用另一个条形磁体的一端去接近它的其中一端，观察现象。换用磁体的另一端再去接近，观察现象。
实验现象 相同的两个磁极相互靠近时会相互排斥，不同的两个磁极相互靠近时会相互吸引。
归纳总结 磁极间相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互排斥。
（3）判断物体是否具有磁性的方法
外形相同的A、B棒 若两次都不吸引，则A、B都没有磁性
若两次都吸引，则A、B都有磁性
若只有甲吸引，则B有磁性，A没有磁性
若只有乙吸引，则A有磁性，B没有磁性
3.磁化
（1）磁化实验
实验探究 （1）如图甲所示，在铁架台上固定一根铁棒，在铁棒的下方放一些铁屑，铁棒不吸引铁屑；如图乙所示，在铁棒的上方放一根条形磁体并靠近铁棒，发现铁棒能吸引铁屑；当把条形磁体拿开，铁屑几乎全部掉下来。 （2）换成钢棒后，开始时钢棒也不能吸引铁屑；当在钢棒上方放一条形磁体并靠近钢棒时，钢棒吸引铁屑；把磁体移开后，吸引到钢棒上铁屑几乎没有减少。
实验结论 当磁体靠近原来没有磁性的铁棒或钢棒时，铁棒或钢棒均能够获得磁性；移开磁体后，铁棒的磁性很快消失，而钢棒的磁性能够抽时间保持（常用钢棒做永磁体）。
归纳总结 一些物体在磁体（或电流）的作用下会获得磁性，这种现象叫做磁化。
（2）磁化的利与弊
利 （1）钢针被磁化后，可以用作指南针； （2）磁带、录像带、磁卡上的磁性物质被有序磁化后，可以存储声音、图像和文字等信息。
弊 （1）机械手表被磁化后，走时不准； （2）老式彩色电视机显像管被磁化后，显示器色彩失真； （3）将磁带、磁盘、磁卡等放入磁性环境中，它们存储的信息可能会消失等。
（3）消磁
通过撞击、煅烧或使用消磁器使磁体失去磁性的过程。
二、磁场
1.磁场的基本性质：对放入其中的磁体产生力的作用
当把小磁针放在条形磁体附近时，会看到小磁针发生偏转，这是因为小磁针处在条形磁体的磁场中时收到了条形磁体磁场的力的作用，运动状态发生改变。
2.磁场的方向
物理学中规定，在磁场中的某一点，小磁针静止时北极所指的方向，就是该点磁场的方向。
3.常见磁体的磁感线分布图
条形磁体 蹄形磁体
异名磁极间 同名磁极间（N） 同名磁极间（S）
4.理解磁感线应注意的六个问题
是物理模型，并不存在 磁场是真实存在于磁体周围的一种特殊物质，而磁感线是人们为了直观、形象的描述磁场的方向和分布情况而引入带有方向的曲线，它并不是真实存在的。正如探究光时，引入光线的概念一样。这在物理学上称为模型法。
疏密表示磁场强弱 磁感线分布的疏密程度可以表示磁场的强弱。磁体的两极处磁感线最密，表示磁体两极处的磁场最强。
有方向 磁感线是有方向的，磁体周围任意一点的磁场方向都是沿着磁感线从N极指向S极的。
是闭合曲线 在磁体外部，磁感线从磁体的N极出发，回到磁体的S极；在磁体内部，磁感线从磁体的S极出发回到N极，形成一条条闭合曲线。
立体分布 在画图时，因受纸面的限制，只画了一个平面内的磁感线的分布情况。但实际上磁体周围的磁感线的分布是立体的，在磁体周围空间都分布有磁场。
任意两条不相交 磁体周围不管磁感线如何曲折都不会相交，因为磁场中任何一点的磁场只有一个确定的方向，如果某一点有两条磁感线相交，则该点的磁场就有两个方向，这是不可能的。
三、地磁场
1.小磁针指南北的原因
现象分析 让一个小磁针在水平面内自由转动，发现静止后小磁针的南极指向南方，北极指向北方；再施加一个力，让小磁针指向东西方向后放手，发现小磁针转回到南北方向。
归纳总结 （1）根据磁场的性质可知，小磁针一定处在一个磁场中； （2）地球本身相当于一个大磁体，地球周围存在着磁场，叫做地磁场。
2.地磁场
小磁针的N极总是指向北方，说明地磁场的磁场方向在地表是由南指向北的，所以地磁场的北极应在应在地理的南极附近，地磁场的南极应在地理的北极附近。如图所示，实际上地磁场的分布跟条形磁体的磁场相似。
3.磁偏角
地磁场的两极与地理两极并不重合，所以小磁针所指的方向并不是地理正南、正北方向，而是稍微有点偏离。地磁南、北极的连线和地理南、北极的连线之间有一个夹角，称为磁偏角。世界上最早发现并记录这一现象的人是我国宋代学者沈括，这一发现比西方早 了400多年。
（2024 台州一模）有一种“魔法磁泥”，当磁铁靠近时，它就会被拉丝般地吸起，如图所示。制作“魔法磁泥”的磁化材料可以是（ ）
A．铁粉 B．铜粉 C．铝粉 D．碳粉
【解答】解：制作“魔法磁泥”的磁化材料可以是铁粉，铜、铝、碳等物质不能被磁化，故A正确，BCD错误。
故选：A。
（2023 江干区校级二模）如图所示，重为G的小铁块在水平方向力F的作用下，沿条形磁铁的表面从N极向S极以5m/s做匀速直线运动，此时，条形磁铁相对于地面静止，下列说法正确的是（ ）
A．小铁块对磁铁的压力始终不变
B．小铁块的重力和磁铁对小铁块的支持力是一对平衡力
C．地面上的条形磁铁受到地面对它摩擦力方向为水平向左
D．撤去拉力F后，物体慢慢停下来，说明力是维持物体运动的原因
【解答】解：A、铁块在左端时，受到N极的引力较大，铁块对磁铁的压力较大；越靠近中间，磁性减弱，磁铁对铁块的作用减小，铁块对磁铁的压力减小；靠近S极，磁性增强，引力增大，铁块对磁铁的压力较大；也就是铁块对磁铁的压力先变小后变大，故A错误；
B、小铁块受到重力、支持力和引力，小铁块的重力和磁铁对小铁块的支持力大小不相等，不是一对平衡力，故B错误；
C、小铁块相对于磁铁向右运动，受到的摩擦力水平向左，由力的作用相互性可知磁铁受到小铁块的摩擦力水平向右，条形磁铁相对于地面静止，由力的平衡可知，地面对磁铁摩擦力方向为水平向左，故C正确；
D、撤去拉力F后，物体慢慢停下来，说明力是改变物体运动状态的原因，故D错误。
故选：C。
考点二 电生磁
一、电流的磁效应
1.奥斯特实验
实验探究 在静止的小磁针上方放一根与小磁针平行的直导线，依次进行如图甲、乙、丙所示的操作。
现象分析 （1）比较甲、乙两图所示现象，导线通电后，小磁针发生偏转（转换法：有无磁场→小磁针是否发生偏转），断电后，小磁针又回到原位置，这说明通电直导线周围产生了磁场； （2）比较甲、丙两图所示现象，改变电流的方向，小磁针偏转方向发生改变，即小磁针处磁场方向发生改变，这说明电流的磁场方向与电流方向有关。
研究归纳 （1）通电导线周围存在着磁场； （2）电流的磁场方向与电流方向有关。
2.电流的磁效应
通电导线周围存在着与电流方向有关的磁场，这种现象叫做电流的磁效应。电流磁效应是丹麦物理学家奥斯特通过实验首先发现的。奥斯特实验第一次揭示了电与磁之间的联系，即电可以产生磁。
二、通电螺线管的磁场
1..探究通电螺线管外部的磁场分布
实验探究1：通电螺线管的磁场方向和电流方向的关系 （1）用铜导线穿过玻璃板，做成螺线管，给螺线管通入电流，将小磁针放在螺线管周围的不同位置，记下小磁针在各个位置时N极的指向； （2）改变电流方向，再次观察实验现象。
实验现象 （1）通电后小磁针发生偏转，不同位置的小磁针N极指向不同，如图所示； （2）改变电流方向，小磁针指向发生改变。
现象分析 （1）从小磁针的N极指向看，通电螺线管外部的磁感线从螺线管的一端出来回到另一端，说明通电螺线管有两个磁极且在两端。 （2）小磁针的N极指向改变，说明了磁场方向的改变，即通电螺线管两端的极性改变了，由此可知，电流方向改变了磁场方向，即通电螺线管的磁场方向与电流方向有关。
实验探究2：通电螺线管外部的磁场的分布特征 在玻璃板上撒一些铁屑，给螺线管通电后，轻轻敲击玻璃板，观察铁屑的分布情况。实验现象如图所示。
现象分析 从铁屑的分布情况看，通电螺线管外部的铁屑排列情况和条形磁体周围铁屑的分布情况相似。
归纳总结 （1）通电螺线管外部的磁场方向与电流方向有关； （2）通电螺线管外部磁场跟条形磁体的磁场相似，通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个磁极； （3）通电螺线管的内部也存在磁场，其磁场方向与外部相反（内外磁场方向大致走向相反）。
2.探究通电螺线管极性与环绕螺线管的电流方向的关系
实验探究 去绕向不同的螺线管，依次设计并进行实验：给螺线管通入不同方向的电流，用小磁针验证它的N、S极。
实验现象
现象分析 （1）两个螺线管的绕向相同，电流不同，它的螺线管两端的极性不同。 （2）调换螺线管左右位置，绕向发生改变，即便电流方向相同，螺线管两端极性也不同。
实验结论 通电螺线管两端的极性与通电螺线管中电流方向有关。
三、安培定则
安培定则又叫右手螺旋定则，用来描述通电螺线管的极性与电流方向关系。
1.内容
用右手握住螺线管，让四指弯向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的那端就是螺线管的北极（N极）。
2.安培定则的应用
（1）已知通电螺线管中电流的方向，判断通电螺线管两端的极性。
具体方法：
①标出通电螺线管中电流的方向；
②用右手握住螺线管，让弯曲的四指指向螺线管中电流方向；
③大拇指所指的那端就是通电螺线管的N极，如图所示。
（2）已知通电螺线管两端磁极，判断通电螺线管中电流的方向。
具体方法：
①先用右手握住通电螺线管，大拇指指向N极；
②弯曲的四指所指的方向就是螺线管中电流的方向；
③按照四指弯曲的方向在螺线管中标出电流方向。
（2024 温州一模）为了直观地反映通电螺线管周围磁场分布，可用如图所示的磁感线表示。如果在该通电螺线管内部插入一根铁芯，则下列磁感线中能正确反映其磁场变化的是（ ）
A． B．
C． D．
【解答】解：在通电螺线管中插入一根铁芯，铁棒被磁化，磁性增强，因此通电螺线管周围的磁感线变密，但磁场方向不变，故ABC错误，D正确。
故选：D。
（2024 路桥区一模）如图所示，给电磁铁通电，条形磁铁及弹簧在图中位置静止，当滑动变阻器的滑片向a端滑动时，下列关于电流表示数和弹簧长度变化情况正确的是（ ）
A．电流表的示数增大，弹簧的长度增加
B．电流表的示数减小，弹簧的长度增加
C．电流表的示数增大，弹簧的长度减小
D．电流表的示数减小，弹簧的长度减小
【解答】解：
由图可知，电流由螺线管的下方流入、上端流出，则由右手螺旋定则可知，螺线管上端为N极，
两磁铁的同名磁极相对，同名磁极相互排斥；
当滑动变阻器的滑片向a端滑动时，滑动变阻器接入电阻增大，电路中的总电阻增大，
由I可知，电路中电流减小，即电流表的示数减小，故AC错误；
因电流减小时，条形磁铁受向上的排斥力减弱，
所以，弹簧的长度增加，故B正确、D错误。
故选：B。
考点三 电磁铁 电磁继电器
一、电磁铁
1.概念
用一根导线绕成螺线管，再在螺线管内插入铁芯，当有电流通过时由磁性，没有电流时就失去磁性。我们把这种磁体叫做电磁铁。
2.电磁铁的构造
如图所示，电磁铁主要由线圈和铁芯（由软铁制成，不能用钢，因钢磁化后磁性不易消失）构成。当线圈通过电流时产生磁场，而铁芯可以可以在线圈产生磁场时被磁化，产生与螺线管的磁场方向一致的磁场，大大增强了电磁铁的磁性。
3.电磁铁极性的判断
插入铁芯只是为了增强螺线管的磁性，不会影响通电螺线管的磁极磁性，仍然可以用安培定则来表述电流方向和磁极之间的关系。
二、电磁铁的磁性
1.探究-电磁铁磁性的强弱与哪些因素有关
（1）电磁铁的匝数一定时，线圈中通过的电流越大，电磁铁的磁性越强；
（2）线圈中通过的电流大小一定时，外形相同的线圈，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。
2.电磁铁的特点和应用
（1）电磁铁的特点
①磁性的有无可通过通断电流来控制；
②磁极的极性可通过改变电流的方向来实现；
③磁性的强弱可通过改变电流大小、线圈的匝数来控制。
（2）电磁铁在实际生活中的应用
①对磁性材料有力的作用。主要应用在电铃、电磁起重机、电磁刹车装置和许多自动控制装置上；
②产生强磁场。现代技术上很多地方需要的强磁场都是由电磁铁提供的，如磁浮列车、磁疗设备、测量仪器以及研究微观粒子的加速器等。
三、电磁继电器
1.定义
电磁继电器时利用低电压、弱电流电路的通断，来间接控制高电压、强电流电路的通断的装置，其实质就是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。含电磁铁的电路称为低压控制电路，被控制的电路称为高压工作电路。
2.构造及工作原理
电磁继电器的电路包括低压控制电路、高压工作电路两部分，如图所示。
控制电路接通时，电磁铁产生磁性吸下衔铁，动、静触点接触，接通工作电路；控制电路断开时，电磁铁失去磁性，在弹簧作用下释放衔铁，动、静触点分离，工作电路断开。从而通过控制电路的通断来控制工作电路的通断。
（2024 上城区校级三模）小金家的单元防盗门锁原理如图所示，图中只画出了其中一家住户的控制开关S。该门锁的工作过程是：平时衔铁被压入门扣内，上锁；楼上的住户闭合控制开关S，门锁上的电磁铁通电后吸引衔铁，解锁。若不计摩擦，关于该门锁，下列说法中正确的是（ ）
A．闭合开关S，衔铁的左端被磁化为S极
B．断开开关S，衔铁受到弹簧向左的拉力
C．其电磁铁是利用了电流的磁效应来工作的
D．该单元的各住户控制门锁的开关是串联的
【解答】解：A、根据安培定则，闭合开关S后，电磁铁的右端为S极，因此衔铁的左端被磁化为N极，故A错误；
B、断开开关S，衔铁受到弹簧向右的弹力，故B错误；
C、该门锁中的电磁铁利用了电流的磁效应来工作，当电流通过电磁铁时，电磁铁有磁性，故C正确；
D、该单元的各住户控制门锁的开关是并联的，互不影响，故D错误。
故选：C。
（2024 西湖区一模）为了确保鱼正常的生命活动，通常在鱼池内使用增氧泵（如图甲）。其中图乙为气室和橡皮碗的局部放大图。弹性金属片左端固定一固体A，当A被电磁铁吸引时，橡皮碗被压缩，气室内的空气被压入水中：当A被电磁铁排斥时，橡皮碗恢复原状，空气被吸进气室。a和b是与气室相连的导管。增氧泵工作时能不断地将空气压入水中，从而增加水体的溶解氧。
（1）为使增氧泵正常工作，固体A应选用 （选填“磁体”或“铁块”）。
（2）当弹性金属片向下压缩橡皮碗时，K1、K2的开闭情况为 。
（3）增氧泵工作时，为使氧气充分的溶解在水中，以下措施可行的是 （选填序号）。
A.增加气室的高度B.增加导管b伸入水面以下的长度
C.导管b的下端加装一个多孔装置
（4）养鱼时，冬季与夏季，哪个季节更需要增氧泵？判断并说明理由。 。
【解答】解：（1）增氧泵依靠吸引和排斥来上下运动，而铁块一定是被吸引，为使增氧泵正常工作，固体A应选用磁体，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引；
（2）当弹性金属片向下压缩橡皮碗时，内部压强增大，K1关闭，K2打开。
（3）增氧泵工作时，为使氧气充分的溶解在水中，应增大空气与水的接触面积，导管b的下端加装一个多孔装置，增加导管b伸入水面以下的长度上升时不断与水接触，可以增大接触面积，增加气室的高度不能增大气泡与水的接触面积，故选BC。
（4）根据夏季鱼容易缺氧死亡分析，夏季需要增氧，因为气温高，氧气的溶解度降低。
故答案为：（1）磁体；（2）K1关闭，K2打开；（3）BC；（4）夏季；气温高，氧气的溶解度降低。
考点四 电动机
一、磁场对通电导线的作用
1.通电导线在磁场中受到力的作用
（1）通电导线在磁场中会受到力的作用；
（2）力的方向和电流方向、磁场方向有关。
2.磁场对线圈的作用
通电线圈在磁场中会受力转过一个角度，但不能持续转动。
二、电动机的基本构造
1.电动机的基本构造
电动机由两部分组成，一是能转动的线圈，叫做转子；二是固定不动磁体，叫做定子。电动机工作时，转子在定子中飞快的转动。
2.电动机的工作原理
根据通电线圈在磁场中受力的作用而发生转动的原理制成的。
（2）如何使线圈连续转动
方法一：当线圈越过平衡位置后停止对线圈供电，让线圈靠惯性转过后半周。但因为后半周线圈不受力的作用，故这种方法线圈的转动不稳定，动力弱。
方法二：在线圈转动的后半周，设法改变电流方向，使线圈在后半周也获得同转动方向相同的动力，这样线圈会平稳、有力地转动下去。实际的电动机就是采用该方法使线圈连续转动的，实现该目的的装置叫换向器。
（3）换向器的构造及作用
构造 如图所示，两个铜半环分别与线圈两端相连，中间断开，彼此绝缘，并通过电刷和电源组成闭合回路。
作用 当线圈转过平衡位置时，改变线圈中的电流方向，从而使线圈获得同转动方向相同的力，能持续转动下去。
4.电动机中的能量转化
电动机在使用过程中，主要将电能转化为机械能对外做功，同时因为电流的热效应，电流流经线圈时也会将部分电能转化为内能，即产生电热，所以电动机在正常工作时会发热。只要通风良好，电热一般不会影响电动机的正常运转，但如果散热不及时就会导致温度过高而烧坏电动机，故在使用电动机时要注意散热。
5.电动机的优点
和热机相比，电动机结构简单、体积小、效率高、制造方便、污染较小，种类繁多，能满足各种不同的需求。
6.直流电动机的转向、转速的调节
影响电动机线圈转向的因素是电流方向和磁场方向，影响电动机线圈转速的因素是电流大小和磁场的强弱。所以，对直流电动机来说，改变转向只需改变电流方向或磁场方向；改变转速大小，只需改变电流大小和磁场强弱。
（2023 杭州模拟）小张学习了“电与磁”知识后，设计了如图所示的装置：用导线将磁场中的金属杆ab、cd和光滑金属导轨连接成闭合回路。以下说法正确的是（ ）
A．当左右移动cd时，ab不会运动
B．当左右移动ab时，cd会运动
C．当上下移动右侧磁体时，ab会运动
D．当左右移动cd时，右侧装置工作原理与电动机原理相同
【解答】解：A、当左右移动cd时，导体cd在磁场中做切割磁感线运动，电路中会产生感应电流，此时导体ab有电流通过，则导体ab在磁场中会受到力的作用而运动，故A错误；
B、当左右移动ab时，导体ab在磁场中做切割磁感线运动，电路中会产生感应电流，此时导体cd有电流通过，则导体cd在磁场中会受到力的作用而运动，故B正确；
C、当上下移动右侧磁体时，导体cd没有切割磁感线，不能产生感应电流，故ab没有电流通过，不会运动，故C错误；
D、当左右移动cd时，导体cd在磁场中做切割磁感线运动，电路中会产生感应电流，这就是电磁感应现象，右侧装置工作原理与发电机原理相同，故D错误。
故选：B。
（2023 绍兴模拟）新能源汽车时代正在加速，中国在电机行业具有的先天优势，让电动车行业的“中国制造”迅速占领全球市场。电动汽车的速度由流经电机的电流大小控制的。图甲为控制电动汽车速度的“油门”，图乙为变阻器的构造。据图分析，下列描述中错误的是（ ）
A．“油门”踏板属于简单机械中的省力杠杆
B．变阻器的原理是改变接入电路的电阻丝的有效长度
C．直流电动机通过换向器使通过线圈的电流方向发生改变，实现持续转动
D．若图乙中的A、C接入电路，要使汽车加速，旋钮触片应顺时针转动
【解答】解：A、“油门”踏板的动力臂比阻力臂长，属于简单机械中的省力杠杆，故A正确；
B、变阻器的原理是改变接入电路的电阻丝的有效长度，故B正确；
C、直流电动机通过换向器使通过线圈的电流方向发生改变，实现持续转动，故C正确；
D、若图乙中的A、C接入电路，要使汽车加速，旋钮触片应逆时针转动，减小变阻器接入电路的电阻，增大电路中的电流，故D错误。
故选：D。
考点五 磁生电
一、电磁感应
归纳总结1 闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生电流。这种由于导体在磁场中运动而产生的电流的现象叫做电磁感应，产生的电流叫感应电流。
归纳总结2 在电磁感应现象中，感应电流的方向跟导线在磁场中做诶个磁感线运动的方向和磁场的方向有关。只改变磁场方向或导线切割磁感线运动方向，产生的感应电流的方向改变；若同时使磁场的方向和导线切割磁感线运动方向反向，则产生的感应电流方向不变。
二、发电机
1.手摇发电机
甲 乙
（1）如图甲所示，把手摇发电机和灯泡用导线连接起来，组成闭合电路。转动摇把带动线圈在磁场中转动，灯泡发光，说明线圈中有电流产生。转动速度越快，灯泡越亮，说明电流大小与发电机的转速有关。
（2）如图乙所示，将两个发光二极管极性相反的并联起来，并与发电机串联，转动摇把，可观察到两个二极管交替发光。这表明发电机产生的电流的方向在不断发生变化。
2.交变电流及其频率
（1）交变电流：大小和方向做周期性变化的电流叫交变电流，简称交流。
（2）频率：在交变电流中，电流在每秒内周期性变化的次数叫频率。其单位是赫兹，简称赫，符号为Hz。我国家庭电网以交流供电，频率为50Hz。
3.发电机
（1）构造：主要有磁体、线圈、铜环和电刷四个基本部分组成。实际的发电机比模型式发电机要复杂的多，但仍是由转子（转动部分）和定子（固定不动）两部分组成。
①小型发电机一般采用磁极不动，线圈旋转的方式发电；
②大型发电机一般采用线圈不动、磁极旋转的方式发电，这种发电方式叫旋转磁极式发电；
③为了得到较强的磁场，常用电磁铁代替永磁体。
（2）发电机工作原理：电磁感应。
（3）发电机的种类：交流发电机和直流发电机。
（4）发电机中的能量转化：机械能转化为电能。
4.动圈式话筒
话筒（也称传声器）的作用是把声音转换成电流。话筒种类较多，其中动圈式话筒是依据电磁感应原理制成的。
（1）动圈式话筒的构造：有永磁体、线圈和膜片等构成（如图所示）。
（2）动圈式话筒的工作原理
当声波使膜片振动时，连在膜片上的线圈（也叫音圈）随着膜片一起振动，因为线圈处于永磁体的磁场中，所以线圈会切割磁感线而产生随声音的变化而变化的感应电流。将该电流通入扩音机，就能还原声音（电动机原理）。
闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生电流。这种由于导体在磁场中运动而产生的电流的现象叫做电磁感应，产生的电流叫感应电流。
（2024 嘉善县一模）电动汽车安装了能量回收装置，在刹车时能将汽车的机械能转化为电能，为汽车提供后续运动的能量。该能量回收装置与下列实验揭示的原理相同的s是（ ）
A． B．
C． D．
【解答】解：汽车电动机“变身”为发电机，将汽车动能转化为电能，利用的是电磁感应的原理；
A、图中实验探究导体电阻大小与导体的横截面积关系，故A不符合题意；
B、图中是电磁感应实验，是发电机原理，将机械能转化为电能，故B符合题意；
C、图中是奥斯特实验，说明通电导体周围存在着磁场，故C不符合题意；
D、图中电路有电源，研究通电导体在磁场中受力运动，是电动机原理，故D不符合题意。
故选：B。
（2024 西湖区三模）如图所示，甲、乙两个装置的线圈abcd、a′b′c'd′分别与电刷A、B、A′、B′紧密接触，两组电刷分别用导线按图示连接。用手拨动甲的线圈，使之沿顺时针方向转动，此时乙的线圈也会沿顺时针方向转动。下列说法正确的是（ ）
A．该过程甲装置相当于电动机
B．该过程乙装置相当于发电机
C．若将甲装置中的两磁极对调，则乙装置线圈的转动方向会改变
D．若改成用导线将A与B′，B与A′连接，则乙装置线圈的转动方向不变
【解答】解：A、该过程中导体ab先运动，然后产生感应电流，甲装置相当于发电机，故A错误；
B、该过程中导体a′b′在磁场中受力转动，故乙装置的工作原理为通电导体在磁场中受力运动，相当于电动机，故B错误；
C、若将甲装置中的两磁极对调，则产生感应电流的方向发生改变，因此乙装置线圈的转动方向会改变，故C正确；
D、若改成用导线将A与B′，B与A′连接，则通过乙装置线圈的电流方向发生改变，因此乙装置线圈的转动方向改变，故D错误。
故选：C。
题型一 磁性、磁体、磁极、磁感线
（2023 定海区三模）如图是市场上的一种磁吸式手机充电线。在它的上面固定有磁铁，另一端固定有易磁化的物质，只要将两端靠近，就可以实现对吸充电。
（1）在磁吸式充电线的另一端固定的物质可能是 （选填“铜”、“铁镍合金”或“铝”）。
（2）某手机的充电器上标有“5V、2.1A”，表示充电电压是5V，最大输出电流2.1A，用该充电器对某手机锂电池进行充电3小时，则锂电池获得最多的电能是 焦。
【解答】解：（1）在磁吸式充电线的另一端固定的物质可能是铁镍合金，因为铁镍合金是磁性材料，铜和铝都不是磁性材料。
（2）根据电能公式得到锂电池获得的电能为：W＝UIt＝5V×2.1A×3×3600s＝113400J。
故答案为：铁镍合金；113400。
（2023 南浔区一模）在项目化学习中，小科用条形磁体、大号缝衣针、硬卡纸、橡皮、大头针制作简易指南针，指南针制作过程如下：
步骤Ⅰ：取2枚大号钢质缝衣针，分别将条形磁体沿同一方向摩擦缝衣针10余次（如图甲），使缝衣针磁化。
步骤Ⅱ：将1张硬壳卡纸折成直角，将2枚被磁化的缝衣针对称地穿在卡纸两侧，如图乙所示，用1块橡皮和1枚大头针做成支座，将插有缝衣针的卡纸水平支起。
步骤Ⅲ：用当地的地图确定简易指南针所指的方向。
步骤Ⅳ：在老师的指导下，针对制作指南针的科学性设计了评价表。
“自制指南针”评价量表（节选）
评价指标 优秀 合格 待改进
指标一 指针磁性强，且能自 由转动 指针磁性强，不能自 由转动 指针磁性弱，不能自 由转动
指标二 能准确指示南北方 向，能保持平衡 能指示南北方向，不 能保持平衡 不能指示南北方向， 不能保持平衡
（1）将条形磁铁的S极靠近图乙中缝衣针的针尖，缝衣针被排斥，则缝衣针针尖位置应标为 极。
（2）在不添加器材情况下，若要确定简易指南针是否能够指示南北，应如何操作 。
（3）根据评价量表进行测试评价，小科制作的指南针“指标一”被评为“优秀”，“指标二”被评为“合格”。为使该指南针的“指标二”达到优秀水平，请你对该指南针提出合理的改进建议： 。
【解答】解：（1）将条形磁铁的S极靠近图乙中缝衣针的针尖，缝衣针被排斥，则缝衣针针尖位置应标为S极。
（2）在不添加器材情况下，若要确定简易指南针是否能够指示南北，可以将自制的指南针放在水平支架上，静止时指示的方向与地图确定的方向进行比较。
（3）根据评价量表进行测试评价，小科制作的指南针“指标一”被评为“优秀”，“指标二”被评为“合格”。为使该指南针的“指标二”达到优秀水平，可以调整指南针的重心位置。
故答案为：（1）S；（2）可以将自制的指南针放在水平支架上，静止时指示的方向与地图确定的方向进行比较；（3）调整指南针的重心位置。
题型二 电流磁效应 安培定则
（2024 余姚市校级四模）如图为项目学习小组的同学自制的漂浮式指南针。铜片、锌片和食盐水溶液共同组成了“盐水电池”。铜片是盐水电池的正极，锌片是负极。下列说法正确的是（ ）
A．通电螺线管A端为N极
B．通电螺线管静止时B端指向地理南方
C．电子从铜片经螺线管流到锌片
D．通电螺线管外C点的磁场方向向左
【解答】解：A、铜片是“盐水电池”的正极，锌片是负极，则螺线管中的电流是从右端流入的，根据安培定则可知，通电螺线管的B端为N极，A端为S极，故A错误；
B、静止时通电螺线管由于受到地磁场的作用，B端指向地理北方，故B错误；
C、电路中电流的方向是从铜片经过螺线管流向锌片；电子定向移动的方向与电流的方向相反，所以电子定向移动的方向是从锌片经螺线管流向铜片，故C错误；
D、在磁体的外部，磁感线是从磁体的N极出发回到磁体的S极的，即C点的磁场方向是向左的，故D正确。
故选：D。
（2024 海曙区模拟）如图所示，驱动线圈通过开关S与电源连接，待发射小磁体放在绝缘且内壁光滑的发射管内。闭合开关S后，在0～t0时间内驱动线圈的电流I随时间t的变化如图乙所示，这段时间内，下列说法正确的是（ ）
A．驱动线圈右侧的磁场方向水平向左
B．待发射小磁体左侧应该是S极
C．0～t0时间内，线圈产生的磁场逐渐变弱
D．线圈通电时，磁体对线圈有力的作用
【解答】解：A、电流从驱动线圈的左侧流入，根据安培定则，驱动线圈的右侧为N极，根据磁体外侧磁感线由N出发进入S极判断磁场方向水平向右，故A错误；
B、驱动线圈的右侧为N极，根据同名磁极相互排斥，待发射小磁体左侧应该是N极，故B错误；
C、线圈产生的磁场随着电流的增大而增大，故C错误；
D、通电线圈在磁场中受到力的作用，即磁体对通电线圈有力的作用，故D正确。
故选：D。
题型三 电磁继电器及其应用
（2023 义乌市模拟）雾天开车需开启雾灯，避免发生危险。如图是小科设计的雾灯模拟电路，衔铁、线圈电阻不计。
（1）要实现闭合开关S后警示灯能持续亮灭闪烁，则应将警示灯连接在如图电路中的 （选填“A”或“B”）位置。
（2）已知该电路的电源电压为6V，定值电阻R的阻值为12Ω，警示灯的规格为“6V 3W”，若灯丝电阻固定不变，闭合开关后，当警示灯亮时，其实际功率为 。
【解答】解：（1）根据图象可知电阻R和电磁铁串联，当将警示灯连接在B点时，无论衔铁是否被吸下来，灯都会发光，不会闪烁，
当警示灯连接在A点时，闭合开关，灯亮，电磁铁中有电流流过，有磁性，将衔铁吸下，触点接通，灯泡和电磁铁被短路，灯灭、电磁铁因不过电流而失去磁性，衔铁被弹簧拉起来，触点断开，灯泡又重新发光，如此循环往复，使警示灯闪烁；
（2）警示灯的电阻RL12Ω，
闭合开关后，当警示灯亮时，R和警示灯串联，由串联电路电阻的规律知，电路中的总电阻R总＝R+RL＝12Ω+12Ω＝24Ω，
电路中的电流I0.25A，
警示灯的实际功率PL实＝I2RL＝（0.25A）2×12Ω＝0.75W。
故答案为：（1）A；（2）0.75。
（2024 台州一模）某同学设计了一种能让太阳能电池板自动朝向阳光的控制电路，如图甲所示，控制电路由对比电路和转向电路两部分组成。R1、R3是分别检测左、右两侧光照强度的光敏电阻，其阻值均随光照强度增强而减小。若一侧光照偏暗，则转向电路中电动机M会带动太阳能电池板和对比电路一起转向光亮一侧，直到左右两侧光照强度平衡。
该同学在某光照强度下调试控制电路时，滑动变阻器R4；的滑片由最下端向上移动的过程中，两电表示数变化情况如图乙所示。对比电路中，电源电压U恒定，L1、L2线圈电阻不计。
（1）根据台州的地理位置，正午时太阳能电池板的正面朝 （填“东”、“南”、“西”或“北”）。
（2）滑动变阻器R4的最大阻值是多少？
（3）调试控制电路的过程中，对比电路右侧支路消耗的最小电功率是多少？
（4）请你解释说明：当右侧光照偏暗时，控制电路转动太阳能电池板的工作过程。
【解答】解：（1）台州在北半球，正午时太阳能电池板的正面朝南；
（2）由图乙知电路中的最小电流为：I最小＝0.2A，电压表的最大示数为：U4大＝8V，
由欧姆定律可得，滑动变阻器的最大阻值：R440Ω；
（3）当滑片在最下端时滑动变阻器接入电路的电阻最大，电源电压：U＝I最小R3+U4大＝0.2A×R3+8V﹣﹣﹣﹣①
由图乙可知当电流表示数为0.5A时，电压表的示数为2V，
同理可得电源电压：U＝I3R3+U4＝0.5A×R3+2V﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
由①②两式解得：R3＝20Ω，U＝12V；
电路消耗的最小功率：P最小＝UI最小＝12V×0.2A＝2.4W；
（4）当右侧光照偏弱时，R3大于R1，通过线圈L2的电流较小，左侧电磁铁的磁性较强，衔铁被左侧的电磁铁吸过去，动触头接通左转电源，转向电动机M会带动太阳能电池板转向阳光，直到左右两侧光照强度平衡，衔铁和动触头居中，电动机M不动。
题型四 电动机的工作原理
（2023 西湖区二模）如图所示，将一辆汽车模型固定在托盘测力计上，在汽车模型的正前方用电扇迎面吹风，模拟汽车行驶时的气流。当无风时，托盘测力计示数为20N；当电风扇吹风时，托盘测力计的示数为15N。据此分析下列说法正确的是（ ）
A．托盘测力计和气流相对于汽车模型是静止的
B．电风扇中电动机的工作原理是电磁感应
C．电风扇水平方向受到空气推力与地面摩擦力是平衡力
D．汽车高速直线行驶与低速时相比，对地面的压力不变
【解答】解：
A、气流与汽车模型之间发生了位置的变化，是运动的，故A错误；
B、电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力而运动，故B错误；
C、电风扇水平方向受到空气推力与地面摩擦力是平衡力，故C正确；
D、汽车加速时，通过汽车上方空气的流速大、压强小，下方的流速小，压强大，给汽车产生一个向上的压力差，使得汽车对地面的压力减小，故D错误。
故选：C。
（2023 萧山区校级二模）如图所示，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”）。
【解答】解：由图可知，电流是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，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。
故答案为：N；电动机；相同。
题型五 电磁感应 发电机
（2023 温州模拟）如图的新型海浪发电机置于海面后，浮筒随着海浪浮动带动装置中齿轮转动而发电，下列图中能表示海浪发电机工作原理的是（ ）
A． B．
C． D．
【解答】解：
A、图中有电源，说明的是磁场对电流的作用，故A错误；
B、图是电磁感应实验，是发电机的原理图，故B正确；
C、图中奥斯特实验，说明的是电流的磁效应故C错误；
D、图中电流大小一定，匝数多的线圈吸引较多的铁钉，可用来演示电磁铁中磁性强弱与线圈匝数的关系，故D错误。
故选：B。
（2024 鄞州区校级模拟）如图是小灵在探究“感应电流产生条件”的实验装置，下列有关说法错误的是（ ）
A．闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，主要能量转化为机械能转化为电能
B．若将此装置中的灵敏电流计换成电源，可进一步探究电动机的工作原理
C．开关闭合后，AB棒来回反复切割磁感线运动时，产生的是直流电
D．若要改变产生的电流方向，可保持AB棒运动方向不变，仅将磁体N、S极对调
【解答】解：A、闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生电流，主要能量转化为机械能转化为电能，故A正确；
B、若将此装置中灵敏电流计换成电源，可进一步探究电动机的工作原理，故B正确；
C、开关闭合后，AB棒来回反复切割磁感线运动时，产生的是交流电，故C错误；
D、感应电流方向跟磁场方向和导线切割磁感线运动方向有关，若要改变产生的电流方向，可保持AB棒运动方向不变，仅将磁体N、S极对调，故D正确。
故选：C。
基础巩固
（2024 柯桥区模拟）超市的商品上贴有软磁条，消费者如果未买单直接将商品带出超市，软磁条没有消磁，防盗报警器上的检测头就会有电流产生，报警器报警，以下选项中工作原理与此相似的是（ ）
A． B．
C． D．
【解答】解：消费者如果不买单，直接走出超市，软磁条没有消磁，防盗报警器上的检测头就会有电流产生，这是电磁感应现象；
A、该实验是探究电磁铁磁性强弱影响因素的实验，故A不符合题意；
B、该装置中有电源，通电导体在磁场中受力而运动，反映了电动机的工作原理，故B不符合题意；
C、该实验是奥斯特实验，说明通电导线周围有磁场，是电流的磁效应，故C不符合题意。
D、该实验中无电源，是探究电磁感应现象的实验，与题中报警器的工作原理相同，故D符合题意；
故选：D。
（2024 诸暨市二模）在班级组织的“自制指南针”活动中，小伟同学用条形磁体将缝衣针磁化后，将其放在水中漂浮的一片树叶上。多次将树叶轻轻旋转，待树叶静止后，观察到树叶的尖端总是指向南方，如图所示。下列说法中正确的是（ ）
A．树叶尖端指向地磁南极
B．指南针的“N”应标注在树叶尖端
C．树叶周围存在磁场和磁感线
D．若用磁体的N极靠近树叶尖端，会相互吸引
【解答】解：A、树叶尖端指向地理南极，故A错误；
B、指南针的“S”应标注在树叶尖端，故B错误；
C、树叶周围存在磁场，不存在磁感线，故C错误；
D、若用磁体的N极靠近树叶尖端（S极），是异名磁极，会相互吸引，故D正确。
故选：D。
（2024 鹿城区校级三模）某同学设计了一个利用电磁铁起升道闸杆的模拟装置。当车牌识别成功相当于图中开关S闭合，电磁铁有磁性，吸引铁柱，道闸杆绕O点顺时针转动，闸杆升起。下列有关说法正确的是（ ）
A．若车牌识别成功，图中电磁铁的上端为N极
B．改变电源正负极，该模拟装置仍能正常工作
C．小灯泡L与滑动变阻器的连接方式为并联
D．滑动变阻器的滑片P向下移动后，栏杆更容易抬起
【解答】解：A、由图知，电流从电磁铁的下端流入，上端流出，根据安培定则可知，电磁铁的上端为S极，故A错误；
B、改变电源正负极，电磁铁中的电流方向改变，电磁铁的磁极改变，但对铁柱的吸引力不变，因此该模拟装置仍能正常工作，故B正确；
C、小灯泡L与滑动变阻器的连接方式为串联，故C错误；
D、滑动变阻器的滑片P向上调整后，阻值变小，电源电压不变，根据I可知，电路的电流变大，电磁铁的磁性增强，栏杆更容易抬起，故D错误。
故选：B。
（2024 滨江区二模）生态鱼缸需要足够的光照，为了补偿光照，小滨设计了如图所示的智能补光电路，光暗时灯L自动补光，自然光较亮时灯L自动熄灭，R1为定值电阻，R2为光敏电阻。已知灯L无法照射到电阻R2，下列说法正确的是（ ）
A．闭合开关S，电磁铁上端为S极
B．自然光照强度降低时，电磁铁的磁性减弱
C．R2的阻值随自然光照强度的减弱而增大
D．当自然光照强度增大时，电压表示数变大
【解答】解：由图知，在控制电路中定值电阻R1和光敏电阻R2串联，电压表测量光敏电阻R2两端的电压；
A、由图可知，电流从电磁铁的上端流入、下端流出，根据安培定则可知，电磁铁的上端为S极，其下端为N极，故A正确；
B、由于光暗时灯L自动补光，自然光较亮时灯L自动熄灭，则当自然光照强度降低时电磁铁上端的衔铁需要在电磁铁的磁力作用下吸下来，使工作电路闭合，所以，自然光照强度降低时，电磁铁的磁性增强，故B错误；
C、由于自然光照强度降低时，电磁铁的磁性需要增强，即控制电路中电流变大，根据I可知电路中的电阻减小，则R2的阻值减小，所以，R2的阻值随自然光照强度的减弱而减小，故C错误；
D、已知R2的阻值随光照强度的增大而增大，则当光照强度增大时，R2的阻值变大，根据串联分压的规律可知，R2两端的电压变大，即电压表示数变大，故D错误。
故选：AD。
（2024 拱墅区二模）关于电和磁，下列说法正确的是（ ）
A．摩擦起电的实质是创造了电荷
B．通电导体周围一定存在磁场
C．磁感线是磁场中真实存在的线
D．导体在磁场中运动就会产生电流
【解答】解：A、摩擦起电的实质是电子的转移，并不是创造了电荷，故A错误；
B、奥斯特实验证明了：通电导体周围一定存在磁场，故B正确；
C、磁感线是科学家引入的模型，并不存在，故C错误。
D、闭合电路的一部分导体，只有在磁场中做切割磁感线运动时，导体中才会有感应电流，故D错误。
故选：B。
（2024 杭州二模）如图以电磁铁为基座的装置，配有直流电源。现将环形磁体（下平面为S极）从光滑塑料直杆顶端自由下落，最终静止在离电磁铁高度为H的位置，不计空气阻力，下列说法正确的是（ ）
A．电源上端为正极
B．滑片右移，静止时的高度H不变
C．磁体下落过程中受到磁力大小不变
D．磁体下落过程中的最大速度在H高度处
【解答】解：A、现将环形磁体（下平面为S极）从光滑塑料直杆顶端自由下落，最终静止在离电磁铁高度为H的位置，是相互排斥，上端为S，根据安培定则知，电源的下端为正极；
B、滑片右移电阻变大，电路中电流减小，磁性减弱，静止时的高度H减小，故B错误；
CD、磁体下落过程中，越靠近磁极，受到磁力大小越大，开始重力大于磁力加速下落，后来重力小于磁力减速运动，因而在重力等于磁极时速度最大，而最终静止的位置磁力等于重力，故磁体下落过程中的最大速度在H高度处，故C错误，D正确。
故选：D。
（2024 文成县二模）如图1是小文所在的项目化小组制作的磁悬浮地球仪，图2是其内部结构图，地球仪内部顶端是一块磁铁，支撑装置顶部内有电磁铁，通电之后将地球仪放在适当位置即可悬浮。请回答下面小题：
以下能实现地球仪悬浮的装置图是（ ）
A． B． C． D．
【解答】解：地球仪利用了同名磁极相互排斥的原理；由安培定则和图示可知，右手握住螺线管，四指指向电流的方向，大拇指指向螺线管的下端；
则图A中螺线管的下端为N极、上端为S极，符合同名磁极相互排斥的原理，故A正确；
则图B中螺线管的下端为S极、上端为N极，符合同名磁极相互排斥的原理，故B正确；
则图C中螺线管的下端为N极、上端为S极，不符合同名磁极相互排斥的原理，故C错误；
则图D中螺线管的下端为S极、上端为N极，符合同名磁极相互排斥的原理，故D正确。
故选：ABD。
（2024 鄞州区模拟）小宁为某养鸡场设计了简易恒温箱系统，如图所示。控制电路由电磁继电器、滑动变阻器R1，热敏电阻R2（安装在恒温箱内，阻值随温度升高而显著减小）、低压电源等组成。加热电路由电源、电热丝R3和R4等组成。调好R1阻值，闭合开关S1、S2，箱内温度升高到设定值后即在小范围内波动。下列说法正确的是（ ）
A．通电线圈上端是S极
B．R3阻值小于R4阻值
C．温度升高时，电磁铁磁性减弱
D．要升高恒温箱控制的温度，可将R1的阻值稍微调小一些
【解答】解：
A、利用安培定则分析可知，通电线圈上端是N极，故A错误；
BC、由电路图可知，温度升高时，阻值减小，电流变大，电磁铁磁性增强，吸引衔铁，使R4电路接通，此时恒温箱处于保温状态；温度降低时，电磁铁磁性减弱，衔铁在左侧弹簧作用下被拉起，使R3电路接通，此时恒温箱处于加热状态；因加热功率大于保温功率，且电源电压不变，由P，可知R3阻值小于R4阻值，故B正确，C错误；
D、根据欧姆定律可知，电磁铁吸引衔铁时的电流不变，控制电路电源电压不变，控制电路的总电阻不变，将R1的阻值稍微调小一些，根据电阻的串联可知热敏电阻R2的阻值变大，因热敏电阻R2的阻值随温度升高而显著减小，故恒温箱控制的温度将降低，故D错误。
故选：B。
能力提升
（2023 宁波模拟）小谦在探究“磁体间相互作用规律”时发现：磁体间的距离不同，作用力大小也不同。他想：磁体间作用力的大小与磁极间的距离有什么关系呢？
（1）你的猜想是 。
（2）小谦用如图所示的实验进行探究。由于磁体间作用力的大小不便测量，他通过观察细线与竖直方向的夹角的变化，来判断磁体间力的变化，用到的科学方法是 法。
（3）小谦分析三次实验现象，得出结论：磁极间距离越近，相互作用力越大。小月认为：这个结论还需要进一步实验论证，联想到磁体间的相互作用规律，还须研究甲、乙两块磁铁相互 时，磁体间作用力与距离的关系。
【解答】解：（1）由生活经验可提出猜想，即：磁体间的距离越近，作用力越大；
（2）磁力大小可以通过细线与竖直方向的夹角大小来反映，故采用了转换法；
（3）联想到磁体间的相互作用规律，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，故还须研究甲、乙两块磁铁相互排斥时，磁体间作用力与距离的关系。
故答案为：（1）磁体间的距离越近，作用力越大；（2）转换；（3）排斥。
（2024 杭州模拟）科学小组的同学设计了一款“重力灯”。图甲是这种“重力灯”的结构简化图，当重物下落时拉动绳子，转轴转动时，小灯泡就可以发光，稳压设备能将电能储存，并输出3.6V稳定的电压给其他电器。当挂上一个质量为25kg的重物时，重物恰好可以缓慢匀速下落。
（1）图甲虚线框内装置的工作原理是 。
（2）整个装置的能量转换率为20%，在重物竖直下落2.4m的过程中产生的电能，可以供一个标有“3.6V 1W”字样的LED灯持续正常发光多长时间？
（3）取下灯泡，将图甲装置的两个输出端接入图乙中的a、b两个接线柱进行实验。R0为标有“5Ω 0.3A“的定值电阻，滑动变阻器R1标有“50Ω 1A”，电流表选择量程为0～0.6A，电压表选择量程为0～3V。为了保证电路安全，求滑动变阻器接入电路的阻值变化范围。
【解答】解：（1）当重物下落时拉动绳子，转轴转动时，小灯泡就可以发光，说明虚线框内装置在工作过程中把机械能转化为电能，所用该虚线框内装置的工作原理是电磁感应现象；
（2）重物所做的功：W＝Gh＝mgh＝25kg×10N/kg×2.4m＝600J，
由η可知，产生的电能：W电＝ηW＝20%×600J＝120J，
由P可知，LED灯持续正常发光的时间：t120s；
（3）将图甲装置的两个输出端接入图乙中的a、b两个接线柱进行实验，图甲装置提供3.6V的电源，
由图乙可知，R0与R1串联，电流表测量电路中的电流，电压表测量R1两端的电压，
根据的R0和R1的规格以及电流表的量程可知，电路中的最大电流：I大＝0.3A，
由I可知，电路中最小阻值：R小12Ω，
根据串联电路的电阻特点可知，滑动变阻器R1接入电路的最小阻值：R1小＝R小﹣R0＝12Ω﹣5Ω＝7Ω，
根据电压表量程可知，电压表的最大示数为U1大＝3V，
根据串联电路的电压特点可知，R0两端的最小电压：U0小＝U﹣U1大＝3.6V﹣3V＝0.6V，
则电路中的最小电流：I小＝I00.12A，
由I可知，滑动变阻器接入电路的最大阻值：R1大25Ω，
所以滑动变阻器接入电路的阻值变化范围为7Ω～25Ω。
（2024 上城区二模）小金发现不少商场洗手间为顾客提供干手器（图甲），他也想设计并制作一款干手器供学校使用。
（1）小金利用电磁继电器设计了如下电路图（图乙），实现自动化控制。闭合开关S、S1、S2后，干手器感应到手伸入时，感应开关闭合，电动机开始工作。此时电磁铁上端为 极，图中的光敏电阻 （选填“①或②”）符合他的设计要求。
干手器参数
额定电压 220V
电动机额定功率 50W
R1加热功率 950W
延时工作时间 18S
（2）小金发现有些商场为顾客提供擦手纸，他们针对学校洗手间应提供“擦手纸”还是“干手器”展开了调查研究，发现学校一周平均用纸50包，干手纸进货价为5元/包；目前我市电费是0.6元/千瓦时（不考虑峰谷电）。
①已知全校师生均使用热风干手，一周累计10000次，按照小金的设计图及干手器参数表计算干手器一周消耗的电能？
②你建议学校洗手间提供“擦手纸”还是“干手器”？结合以上信息给出理由。
【解答】解：（1）根据电流从上方后侧流入，由安培定则知，上端为N极，干手器感应到手伸入时，光强减小，此时开关必须说明电流变大，则电阻减小，根据图中知，①符合题意；
（2）干手器工作时，电动机与电阻同时工作，总功率P＝50W+950W＝1000W；
累计10000次，消耗的电能W＝Pt＝1000W×18s×1000＝1.8×107J＝50kW h；
消耗电能的电费Q＝50kW h×0.6元/kW h＝30元，
使用擦手纸Q：5元/包×50包＝250元，建议选干手器，从经济角度考虑，干手器更便宜。
故答案为：（1）N；①；
（2）①干手器一周消耗的电能50kW h；
②建议选干手器，从经济角度考虑，干手器更便宜。
（2024 钱塘区三模）某展览厅（如图甲）为保护展品，设置了调光天窗，当外界光照较强时，能启动电动卷帘适时调整进光量：当外界光照较弱时，能自动启动节能灯给予补光。调光天窗的电路原理如图乙所示；R0为定值电阻：R为光敏电阻，其电阻值R随光照强度的变化如图丙所示，光照强度的国际单位为勒克斯（1x）；P为电磁铁，其线圈电阻Rp为20Ω，当电流达到0.04A时能吸合衔铁。图乙中的M、N，其中一处是节能灯，另一处是电动卷帘。已知电源电压I，U1＝12V，U2＝220V，则：
（1）电磁铁P上端为 极（填“N”或“S”）。
（2）当外界光照强度达到1501x时，电动卷帘便开始工作，求R0的阻值（有计算过程）。
（3）展厅内有一由透明无色弹性橡皮膜制成的生态球（如图丁），球的体积随内部气压变化而变化。球内有水、沙、无机盐、水草、藻类、鱼、虾、微生物等，二氧化碳缓冲液能维持球内二氧化碳含量稳定。当整个球密封后放入大水箱内，处于漂浮状态。将装置置于实验室中，白天用1千勒克斯以上的光源持续照射，生态球将上浮。（忽略温度及外界气压对整个装置的影响）
①实验中选择透明无色橡皮膜制作生态球，其目的是 。
②请说明该生态球在白天实现上浮的原理 。
【解答】解：（1）开关S闭合时，电磁铁中电流的方向是向左的，根据安培定则可知，电磁铁P的上端为S极；
（2）当外界光照强度达到150lx时，由图丙可知此时光敏电阻的阻值R＝90Ω，
当电动卷帘便开始工作，电磁铁能吸合衔铁的电流I＝0.04A，
由欧姆定律得，控制电路的总电阻：R总300Ω，
根据串联电路电阻规律可知，R0的阻值：R0＝R总﹣R﹣RP＝300Ω﹣90Ω﹣20Ω＝190Ω；
（3）①无色透明物体能透过所有颜色的光，实验中选择透明无色橡皮膜制作生态球，其目的是生态系统获得太阳光中所有颜色的光，满足光合作用的需要。
②白天在光照条件下，生态系统可以光合作用，消耗二氧化碳，产生氧气，使得气球的体积变大，受到的浮力变大，大于重力而上浮。
故答案为：（1）S；
（2）R0的阻值为190Ω；
（3）①生态系统获得太阳光中所有颜色的光，满足光合作用的需要。
②白天在光照条件下，生态系统可以光合作用，消耗二氧化碳，产生氧气，使得气球的体积变大，受到的浮力变大。
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第一部分 物质科学
第19讲 电和磁
01考情透视·目标导航
02知识导图·思维引航
03考点突破·考法探究
考点一 磁现象 磁场
考点二 电生磁
考点三 电磁铁 电磁继电器
考点四 电动机
考点五 磁生电
04题型精研·考向洞悉
题型一 磁性、磁体、磁极、磁感线
题型二 电流磁效应 安培定则
题型三 电磁继电器及其应用
题型四 电动机的工作原理
题型五 电磁感应 发电机
05分层训练·巩固提升
基础巩固
能力提升
考点要求 课标要求 考查频次 命题预测
电和磁 1、知道磁体周围存在磁场并能说出证据。 2、通过实验认识通电导线周围存在磁场，探究通电螺线管周围磁场强弱的影响因素。 3、通过实验认识通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向、电流方向有关。 4、通过实验了解导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。 24年考查2分 1.磁场基础知识涉及的主要考点有：磁场、磁体的理解；磁感线的分布；地磁场的理解(地理两极和地磁场两极)；磁极间的相互作用；主要考查磁场基础知识，形式比较简单，试题难度不大．主要在选择和填空题中考查．通常以电与磁的综合题的形式出现，有时会单独考查(地理两极和地磁场两极的关系、磁极间的相互作用、磁场分布及磁性强弱等)； 2.电磁现象识辨主要在选择题中考查，经常以电与磁的综合题的形式出现，有时会单独考查(磁现象的辨识、电动机和发电机的工作原理)；涉及的主要考点有：电磁感应、电流的磁效应、磁场对通电导体的作用，以及三者之间的辨析； 3.电流的磁效应主要考查：电流大小对磁性强弱的影响；安培定则的理解及应用；电磁继电器的工作原理等；本命题点中应用安培定则判断通电螺线管的极性或判断电源正负极考查较多，应重点复习．主要在选择题和填空题中考查，有时会结合其他知识进行考查，有时也会单独考查； 4.电动机和发电机涉及的主要考点有：磁现象的辨识(电磁感应、电流的磁效应、磁场对通电导体的作用)；电动机和发电机的工作原理；通电导线在磁场中受力运动的探究等；主要在选择题中考查，经常以电与磁的综合题的形式出现，有时会单独考查电动机和发电机的工作原理；
考点一 磁现象 磁场
一、磁现象
1.磁性和磁体
（1）磁性
我们把物体能够吸引铁、钴、镍等物质的性质叫做磁性。铁、钴、镍等物质称为铁磁性物质（磁性材料）。
（2）磁体
①定义：具有磁性的物体叫做磁体。
②特点：一是能吸引磁性材料；二是吸引磁性材料时，不必与这些物体直接接触，如隔着薄木板，磁体也能吸引铁块。
2.磁极
（1）认识磁极
条形磁体的两端磁性最强，中间部位磁性最弱。磁体吸引能力最强的两个部位叫磁极
能够自由转动的磁体，静止时指南的那个磁极叫南极（S极），指北的那个磁极叫北极（N极）。
（2）磁极间相互作用规律
实验探究 把一个条形磁体悬挂起来，用另一个条形磁体的一端去接近它的其中一端，观察现象。换用磁体的另一端再去接近，观察现象。
实验现象 相同的两个磁极相互靠近时会相互排斥，不同的两个磁极相互靠近时会相互吸引。
归纳总结 磁极间相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互排斥。
（3）判断物体是否具有磁性的方法
外形相同的A、B棒 若两次都不吸引，则A、B都没有磁性
若两次都吸引，则A、B都有磁性
若只有甲吸引，则B有磁性，A没有磁性
若只有乙吸引，则A有磁性，B没有磁性
3.磁化
（1）磁化实验
实验探究 （1）如图甲所示，在铁架台上固定一根铁棒，在铁棒的下方放一些铁屑，铁棒不吸引铁屑；如图乙所示，在铁棒的上方放一根条形磁体并靠近铁棒，发现铁棒能吸引铁屑；当把条形磁体拿开，铁屑几乎全部掉下来。 （2）换成钢棒后，开始时钢棒也不能吸引铁屑；当在钢棒上方放一条形磁体并靠近钢棒时，钢棒吸引铁屑；把磁体移开后，吸引到钢棒上铁屑几乎没有减少。
实验结论 当磁体靠近原来没有磁性的铁棒或钢棒时，铁棒或钢棒均能够获得磁性；移开磁体后，铁棒的磁性很快消失，而钢棒的磁性能够抽时间保持（常用钢棒做永磁体）。
归纳总结 一些物体在磁体（或电流）的作用下会获得磁性，这种现象叫做磁化。
（2）磁化的利与弊
利 （1）钢针被磁化后，可以用作指南针； （2）磁带、录像带、磁卡上的磁性物质被有序磁化后，可以存储声音、图像和文字等信息。
弊 （1）机械手表被磁化后，走时不准； （2）老式彩色电视机显像管被磁化后，显示器色彩失真； （3）将磁带、磁盘、磁卡等放入磁性环境中，它们存储的信息可能会消失等。
（3）消磁
通过撞击、煅烧或使用消磁器使磁体失去磁性的过程。
二、磁场
1.磁场的基本性质：对放入其中的磁体产生力的作用
当把小磁针放在条形磁体附近时，会看到小磁针发生偏转，这是因为小磁针处在条形磁体的磁场中时收到了条形磁体磁场的力的作用，运动状态发生改变。
2.磁场的方向
物理学中规定，在磁场中的某一点，小磁针静止时北极所指的方向，就是该点磁场的方向。
3.常见磁体的磁感线分布图
条形磁体 蹄形磁体
异名磁极间 同名磁极间（N） 同名磁极间（S）
4.理解磁感线应注意的六个问题
是物理模型，并不存在 磁场是真实存在于磁体周围的一种特殊物质，而磁感线是人们为了直观、形象的描述磁场的方向和分布情况而引入带有方向的曲线，它并不是真实存在的。正如探究光时，引入光线的概念一样。这在物理学上称为模型法。
疏密表示磁场强弱 磁感线分布的疏密程度可以表示磁场的强弱。磁体的两极处磁感线最密，表示磁体两极处的磁场最强。
有方向 磁感线是有方向的，磁体周围任意一点的磁场方向都是沿着磁感线从N极指向S极的。
是闭合曲线 在磁体外部，磁感线从磁体的N极出发，回到磁体的S极；在磁体内部，磁感线从磁体的S极出发回到N极，形成一条条闭合曲线。
立体分布 在画图时，因受纸面的限制，只画了一个平面内的磁感线的分布情况。但实际上磁体周围的磁感线的分布是立体的，在磁体周围空间都分布有磁场。
任意两条不相交 磁体周围不管磁感线如何曲折都不会相交，因为磁场中任何一点的磁场只有一个确定的方向，如果某一点有两条磁感线相交，则该点的磁场就有两个方向，这是不可能的。
三、地磁场
1.小磁针指南北的原因
现象分析 让一个小磁针在水平面内自由转动，发现静止后小磁针的南极指向南方，北极指向北方；再施加一个力，让小磁针指向东西方向后放手，发现小磁针转回到南北方向。
归纳总结 （1）根据磁场的性质可知，小磁针一定处在一个磁场中； （2）地球本身相当于一个大磁体，地球周围存在着磁场，叫做地磁场。
2.地磁场
小磁针的N极总是指向北方，说明地磁场的磁场方向在地表是由南指向北的，所以地磁场的北极应在应在地理的南极附近，地磁场的南极应在地理的北极附近。如图所示，实际上地磁场的分布跟条形磁体的磁场相似。
3.磁偏角
地磁场的两极与地理两极并不重合，所以小磁针所指的方向并不是地理正南、正北方向，而是稍微有点偏离。地磁南、北极的连线和地理南、北极的连线之间有一个夹角，称为磁偏角。世界上最早发现并记录这一现象的人是我国宋代学者沈括，这一发现比西方早 了400多年。
（2024 台州一模）有一种“魔法磁泥”，当磁铁靠近时，它就会被拉丝般地吸起，如图所示。制作“魔法磁泥”的磁化材料可以是（ ）
A．铁粉 B．铜粉 C．铝粉 D．碳粉
（2023 江干区校级二模）如图所示，重为G的小铁块在水平方向力F的作用下，沿条形磁铁的表面从N极向S极以5m/s做匀速直线运动，此时，条形磁铁相对于地面静止，下列说法正确的是（ ）
A．小铁块对磁铁的压力始终不变
B．小铁块的重力和磁铁对小铁块的支持力是一对平衡力
C．地面上的条形磁铁受到地面对它摩擦力方向为水平向左
D．撤去拉力F后，物体慢慢停下来，说明力是维持物体运动的原因
考点二 电生磁
一、电流的磁效应
1.奥斯特实验
实验探究 在静止的小磁针上方放一根与小磁针平行的直导线，依次进行如图甲、乙、丙所示的操作。
现象分析 （1）比较甲、乙两图所示现象，导线通电后，小磁针发生偏转（转换法：有无磁场→小磁针是否发生偏转），断电后，小磁针又回到原位置，这说明通电直导线周围产生了磁场； （2）比较甲、丙两图所示现象，改变电流的方向，小磁针偏转方向发生改变，即小磁针处磁场方向发生改变，这说明电流的磁场方向与电流方向有关。
研究归纳 （1）通电导线周围存在着磁场； （2）电流的磁场方向与电流方向有关。
2.电流的磁效应
通电导线周围存在着与电流方向有关的磁场，这种现象叫做电流的磁效应。电流磁效应是丹麦物理学家奥斯特通过实验首先发现的。奥斯特实验第一次揭示了电与磁之间的联系，即电可以产生磁。
二、通电螺线管的磁场
1..探究通电螺线管外部的磁场分布
实验探究1：通电螺线管的磁场方向和电流方向的关系 （1）用铜导线穿过玻璃板，做成螺线管，给螺线管通入电流，将小磁针放在螺线管周围的不同位置，记下小磁针在各个位置时N极的指向； （2）改变电流方向，再次观察实验现象。
实验现象 （1）通电后小磁针发生偏转，不同位置的小磁针N极指向不同，如图所示； （2）改变电流方向，小磁针指向发生改变。
现象分析 （1）从小磁针的N极指向看，通电螺线管外部的磁感线从螺线管的一端出来回到另一端，说明通电螺线管有两个磁极且在两端。 （2）小磁针的N极指向改变，说明了磁场方向的改变，即通电螺线管两端的极性改变了，由此可知，电流方向改变了磁场方向，即通电螺线管的磁场方向与电流方向有关。
实验探究2：通电螺线管外部的磁场的分布特征 在玻璃板上撒一些铁屑，给螺线管通电后，轻轻敲击玻璃板，观察铁屑的分布情况。实验现象如图所示。
现象分析 从铁屑的分布情况看，通电螺线管外部的铁屑排列情况和条形磁体周围铁屑的分布情况相似。
归纳总结 （1）通电螺线管外部的磁场方向与电流方向有关； （2）通电螺线管外部磁场跟条形磁体的磁场相似，通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个磁极； （3）通电螺线管的内部也存在磁场，其磁场方向与外部相反（内外磁场方向大致走向相反）。
2.探究通电螺线管极性与环绕螺线管的电流方向的关系
实验探究 去绕向不同的螺线管，依次设计并进行实验：给螺线管通入不同方向的电流，用小磁针验证它的N、S极。
实验现象
现象分析 （1）两个螺线管的绕向相同，电流不同，它的螺线管两端的极性不同。 （2）调换螺线管左右位置，绕向发生改变，即便电流方向相同，螺线管两端极性也不同。
实验结论 通电螺线管两端的极性与通电螺线管中电流方向有关。
三、安培定则
安培定则又叫右手螺旋定则，用来描述通电螺线管的极性与电流方向关系。
1.内容
用右手握住螺线管，让四指弯向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的那端就是螺线管的北极（N极）。
2.安培定则的应用
（1）已知通电螺线管中电流的方向，判断通电螺线管两端的极性。
具体方法：
①标出通电螺线管中电流的方向；
②用右手握住螺线管，让弯曲的四指指向螺线管中电流方向；
③大拇指所指的那端就是通电螺线管的N极，如图所示。
（2）已知通电螺线管两端磁极，判断通电螺线管中电流的方向。
具体方法：
①先用右手握住通电螺线管，大拇指指向N极；
②弯曲的四指所指的方向就是螺线管中电流的方向；
③按照四指弯曲的方向在螺线管中标出电流方向。
（2024 温州一模）为了直观地反映通电螺线管周围磁场分布，可用如图所示的磁感线表示。如果在该通电螺线管内部插入一根铁芯，则下列磁感线中能正确反映其磁场变化的是（ ）
A． B．
C． D．
（2024 路桥区一模）如图所示，给电磁铁通电，条形磁铁及弹簧在图中位置静止，当滑动变阻器的滑片向a端滑动时，下列关于电流表示数和弹簧长度变化情况正确的是（ ）
A．电流表的示数增大，弹簧的长度增加
B．电流表的示数减小，弹簧的长度增加
C．电流表的示数增大，弹簧的长度减小
D．电流表的示数减小，弹簧的长度减小
考点三 电磁铁 电磁继电器
一、电磁铁
1.概念
用一根导线绕成螺线管，再在螺线管内插入铁芯，当有电流通过时由磁性，没有电流时就失去磁性。我们把这种磁体叫做电磁铁。
2.电磁铁的构造
如图所示，电磁铁主要由线圈和铁芯（由软铁制成，不能用钢，因钢磁化后磁性不易消失）构成。当线圈通过电流时产生磁场，而铁芯可以可以在线圈产生磁场时被磁化，产生与螺线管的磁场方向一致的磁场，大大增强了电磁铁的磁性。
3.电磁铁极性的判断
插入铁芯只是为了增强螺线管的磁性，不会影响通电螺线管的磁极磁性，仍然可以用安培定则来表述电流方向和磁极之间的关系。
二、电磁铁的磁性
1.探究-电磁铁磁性的强弱与哪些因素有关
（1）电磁铁的匝数一定时，线圈中通过的电流越大，电磁铁的磁性越强；
（2）线圈中通过的电流大小一定时，外形相同的线圈，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。
2.电磁铁的特点和应用
（1）电磁铁的特点
①磁性的有无可通过通断电流来控制；
②磁极的极性可通过改变电流的方向来实现；
③磁性的强弱可通过改变电流大小、线圈的匝数来控制。
（2）电磁铁在实际生活中的应用
①对磁性材料有力的作用。主要应用在电铃、电磁起重机、电磁刹车装置和许多自动控制装置上；
②产生强磁场。现代技术上很多地方需要的强磁场都是由电磁铁提供的，如磁浮列车、磁疗设备、测量仪器以及研究微观粒子的加速器等。
三、电磁继电器
1.定义
电磁继电器时利用低电压、弱电流电路的通断，来间接控制高电压、强电流电路的通断的装置，其实质就是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。含电磁铁的电路称为低压控制电路，被控制的电路称为高压工作电路。
2.构造及工作原理
电磁继电器的电路包括低压控制电路、高压工作电路两部分，如图所示。
控制电路接通时，电磁铁产生磁性吸下衔铁，动、静触点接触，接通工作电路；控制电路断开时，电磁铁失去磁性，在弹簧作用下释放衔铁，动、静触点分离，工作电路断开。从而通过控制电路的通断来控制工作电路的通断。
（2024 上城区校级三模）小金家的单元防盗门锁原理如图所示，图中只画出了其中一家住户的控制开关S。该门锁的工作过程是：平时衔铁被压入门扣内，上锁；楼上的住户闭合控制开关S，门锁上的电磁铁通电后吸引衔铁，解锁。若不计摩擦，关于该门锁，下列说法中正确的是（ ）
A．闭合开关S，衔铁的左端被磁化为S极
B．断开开关S，衔铁受到弹簧向左的拉力
C．其电磁铁是利用了电流的磁效应来工作的
D．该单元的各住户控制门锁的开关是串联的
（2024 西湖区一模）为了确保鱼正常的生命活动，通常在鱼池内使用增氧泵（如图甲）。其中图乙为气室和橡皮碗的局部放大图。弹性金属片左端固定一固体A，当A被电磁铁吸引时，橡皮碗被压缩，气室内的空气被压入水中：当A被电磁铁排斥时，橡皮碗恢复原状，空气被吸进气室。a和b是与气室相连的导管。增氧泵工作时能不断地将空气压入水中，从而增加水体的溶解氧。
（1）为使增氧泵正常工作，固体A应选用 （选填“磁体”或“铁块”）。
（2）当弹性金属片向下压缩橡皮碗时，K1、K2的开闭情况为 。
（3）增氧泵工作时，为使氧气充分的溶解在水中，以下措施可行的是 （选填序号）。
A.增加气室的高度B.增加导管b伸入水面以下的长度
C.导管b的下端加装一个多孔装置
（4）养鱼时，冬季与夏季，哪个季节更需要增氧泵？判断并说明理由。 。
考点四 电动机
一、磁场对通电导线的作用
1.通电导线在磁场中受到力的作用
（1）通电导线在磁场中会受到力的作用；
（2）力的方向和电流方向、磁场方向有关。
2.磁场对线圈的作用
通电线圈在磁场中会受力转过一个角度，但不能持续转动。
二、电动机的基本构造
1.电动机的基本构造
电动机由两部分组成，一是能转动的线圈，叫做转子；二是固定不动磁体，叫做定子。电动机工作时，转子在定子中飞快的转动。
2.电动机的工作原理
根据通电线圈在磁场中受力的作用而发生转动的原理制成的。
（2）如何使线圈连续转动
方法一：当线圈越过平衡位置后停止对线圈供电，让线圈靠惯性转过后半周。但因为后半周线圈不受力的作用，故这种方法线圈的转动不稳定，动力弱。
方法二：在线圈转动的后半周，设法改变电流方向，使线圈在后半周也获得同转动方向相同的动力，这样线圈会平稳、有力地转动下去。实际的电动机就是采用该方法使线圈连续转动的，实现该目的的装置叫换向器。
（3）换向器的构造及作用
构造 如图所示，两个铜半环分别与线圈两端相连，中间断开，彼此绝缘，并通过电刷和电源组成闭合回路。
作用 当线圈转过平衡位置时，改变线圈中的电流方向，从而使线圈获得同转动方向相同的力，能持续转动下去。
4.电动机中的能量转化
电动机在使用过程中，主要将电能转化为机械能对外做功，同时因为电流的热效应，电流流经线圈时也会将部分电能转化为内能，即产生电热，所以电动机在正常工作时会发热。只要通风良好，电热一般不会影响电动机的正常运转，但如果散热不及时就会导致温度过高而烧坏电动机，故在使用电动机时要注意散热。
5.电动机的优点
和热机相比，电动机结构简单、体积小、效率高、制造方便、污染较小，种类繁多，能满足各种不同的需求。
6.直流电动机的转向、转速的调节
影响电动机线圈转向的因素是电流方向和磁场方向，影响电动机线圈转速的因素是电流大小和磁场的强弱。所以，对直流电动机来说，改变转向只需改变电流方向或磁场方向；改变转速大小，只需改变电流大小和磁场强弱。
（2023 杭州模拟）小张学习了“电与磁”知识后，设计了如图所示的装置：用导线将磁场中的金属杆ab、cd和光滑金属导轨连接成闭合回路。以下说法正确的是（ ）
A．当左右移动cd时，ab不会运动
B．当左右移动ab时，cd会运动
C．当上下移动右侧磁体时，ab会运动
D．当左右移动cd时，右侧装置工作原理与电动机原理相同
（2023 绍兴模拟）新能源汽车时代正在加速，中国在电机行业具有的先天优势，让电动车行业的“中国制造”迅速占领全球市场。电动汽车的速度由流经电机的电流大小控制的。图甲为控制电动汽车速度的“油门”，图乙为变阻器的构造。据图分析，下列描述中错误的是（ ）
A．“油门”踏板属于简单机械中的省力杠杆
B．变阻器的原理是改变接入电路的电阻丝的有效长度
C．直流电动机通过换向器使通过线圈的电流方向发生改变，实现持续转动
D．若图乙中的A、C接入电路，要使汽车加速，旋钮触片应顺时针转动
考点五 磁生电
一、电磁感应
归纳总结1 闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生电流。这种由于导体在磁场中运动而产生的电流的现象叫做电磁感应，产生的电流叫感应电流。
归纳总结2 在电磁感应现象中，感应电流的方向跟导线在磁场中做诶个磁感线运动的方向和磁场的方向有关。只改变磁场方向或导线切割磁感线运动方向，产生的感应电流的方向改变；若同时使磁场的方向和导线切割磁感线运动方向反向，则产生的感应电流方向不变。
二、发电机
1.手摇发电机
甲 乙
（1）如图甲所示，把手摇发电机和灯泡用导线连接起来，组成闭合电路。转动摇把带动线圈在磁场中转动，灯泡发光，说明线圈中有电流产生。转动速度越快，灯泡越亮，说明电流大小与发电机的转速有关。
（2）如图乙所示，将两个发光二极管极性相反的并联起来，并与发电机串联，转动摇把，可观察到两个二极管交替发光。这表明发电机产生的电流的方向在不断发生变化。
2.交变电流及其频率
（1）交变电流：大小和方向做周期性变化的电流叫交变电流，简称交流。
（2）频率：在交变电流中，电流在每秒内周期性变化的次数叫频率。其单位是赫兹，简称赫，符号为Hz。我国家庭电网以交流供电，频率为50Hz。
3.发电机
（1）构造：主要有磁体、线圈、铜环和电刷四个基本部分组成。实际的发电机比模型式发电机要复杂的多，但仍是由转子（转动部分）和定子（固定不动）两部分组成。
①小型发电机一般采用磁极不动，线圈旋转的方式发电；
②大型发电机一般采用线圈不动、磁极旋转的方式发电，这种发电方式叫旋转磁极式发电；
③为了得到较强的磁场，常用电磁铁代替永磁体。
（2）发电机工作原理：电磁感应。
（3）发电机的种类：交流发电机和直流发电机。
（4）发电机中的能量转化：机械能转化为电能。
4.动圈式话筒
话筒（也称传声器）的作用是把声音转换成电流。话筒种类较多，其中动圈式话筒是依据电磁感应原理制成的。
（1）动圈式话筒的构造：有永磁体、线圈和膜片等构成（如图所示）。
（2）动圈式话筒的工作原理
当声波使膜片振动时，连在膜片上的线圈（也叫音圈）随着膜片一起振动，因为线圈处于永磁体的磁场中，所以线圈会切割磁感线而产生随声音的变化而变化的感应电流。将该电流通入扩音机，就能还原声音（电动机原理）。
闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生电流。这种由于导体在磁场中运动而产生的电流的现象叫做电磁感应，产生的电流叫感应电流。
（2024 嘉善县一模）电动汽车安装了能量回收装置，在刹车时能将汽车的机械能转化为电能，为汽车提供后续运动的能量。该能量回收装置与下列实验揭示的原理相同的s是（ ）
A． B．
C． D．
（2024 西湖区三模）如图所示，甲、乙两个装置的线圈abcd、a′b′c'd′分别与电刷A、B、A′、B′紧密接触，两组电刷分别用导线按图示连接。用手拨动甲的线圈，使之沿顺时针方向转动，此时乙的线圈也会沿顺时针方向转动。下列说法正确的是（ ）
A．该过程甲装置相当于电动机
B．该过程乙装置相当于发电机
C．若将甲装置中的两磁极对调，则乙装置线圈的转动方向会改变
D．若改成用导线将A与B′，B与A′连接，则乙装置线圈的转动方向不变
题型一 磁性、磁体、磁极、磁感线
（2023 定海区三模）如图是市场上的一种磁吸式手机充电线。在它的上面固定有磁铁，另一端固定有易磁化的物质，只要将两端靠近，就可以实现对吸充电。
（1）在磁吸式充电线的另一端固定的物质可能是 （选填“铜”、“铁镍合金”或“铝”）。
（2）某手机的充电器上标有“5V、2.1A”，表示充电电压是5V，最大输出电流2.1A，用该充电器对某手机锂电池进行充电3小时，则锂电池获得最多的电能是 焦。
（2023 南浔区一模）在项目化学习中，小科用条形磁体、大号缝衣针、硬卡纸、橡皮、大头针制作简易指南针，指南针制作过程如下：
步骤Ⅰ：取2枚大号钢质缝衣针，分别将条形磁体沿同一方向摩擦缝衣针10余次（如图甲），使缝衣针磁化。
步骤Ⅱ：将1张硬壳卡纸折成直角，将2枚被磁化的缝衣针对称地穿在卡纸两侧，如图乙所示，用1块橡皮和1枚大头针做成支座，将插有缝衣针的卡纸水平支起。
步骤Ⅲ：用当地的地图确定简易指南针所指的方向。
步骤Ⅳ：在老师的指导下，针对制作指南针的科学性设计了评价表。
“自制指南针”评价量表（节选）
评价指标 优秀 合格 待改进
指标一 指针磁性强，且能自 由转动 指针磁性强，不能自 由转动 指针磁性弱，不能自 由转动
指标二 能准确指示南北方 向，能保持平衡 能指示南北方向，不 能保持平衡 不能指示南北方向， 不能保持平衡
（1）将条形磁铁的S极靠近图乙中缝衣针的针尖，缝衣针被排斥，则缝衣针针尖位置应标为 极。
（2）在不添加器材情况下，若要确定简易指南针是否能够指示南北，应如何操作 。
（3）根据评价量表进行测试评价，小科制作的指南针“指标一”被评为“优秀”，“指标二”被评为“合格”。为使该指南针的“指标二”达到优秀水平，请你对该指南针提出合理的改进建议： 。
题型二 电流磁效应 安培定则
（2024 余姚市校级四模）如图为项目学习小组的同学自制的漂浮式指南针。铜片、锌片和食盐水溶液共同组成了“盐水电池”。铜片是盐水电池的正极，锌片是负极。下列说法正确的是（ ）
A．通电螺线管A端为N极
B．通电螺线管静止时B端指向地理南方
C．电子从铜片经螺线管流到锌片
D．通电螺线管外C点的磁场方向向左
（2024 海曙区模拟）如图所示，驱动线圈通过开关S与电源连接，待发射小磁体放在绝缘且内壁光滑的发射管内。闭合开关S后，在0～t0时间内驱动线圈的电流I随时间t的变化如图乙所示，这段时间内，下列说法正确的是（ ）
A．驱动线圈右侧的磁场方向水平向左
B．待发射小磁体左侧应该是S极
C．0～t0时间内，线圈产生的磁场逐渐变弱
D．线圈通电时，磁体对线圈有力的作用
题型三 电磁继电器及其应用
（2023 义乌市模拟）雾天开车需开启雾灯，避免发生危险。如图是小科设计的雾灯模拟电路，衔铁、线圈电阻不计。
（1）要实现闭合开关S后警示灯能持续亮灭闪烁，则应将警示灯连接在如图电路中的 （选填“A”或“B”）位置。
（2）已知该电路的电源电压为6V，定值电阻R的阻值为12Ω，警示灯的规格为“6V 3W”，若灯丝电阻固定不变，闭合开关后，当警示灯亮时，其实际功率为 。
（2024 台州一模）某同学设计了一种能让太阳能电池板自动朝向阳光的控制电路，如图甲所示，控制电路由对比电路和转向电路两部分组成。R1、R3是分别检测左、右两侧光照强度的光敏电阻，其阻值均随光照强度增强而减小。若一侧光照偏暗，则转向电路中电动机M会带动太阳能电池板和对比电路一起转向光亮一侧，直到左右两侧光照强度平衡。
该同学在某光照强度下调试控制电路时，滑动变阻器R4；的滑片由最下端向上移动的过程中，两电表示数变化情况如图乙所示。对比电路中，电源电压U恒定，L1、L2线圈电阻不计。
（1）根据台州的地理位置，正午时太阳能电池板的正面朝 （填“东”、“南”、“西”或“北”）。
（2）滑动变阻器R4的最大阻值是多少？
（3）调试控制电路的过程中，对比电路右侧支路消耗的最小电功率是多少？
（4）请你解释说明：当右侧光照偏暗时，控制电路转动太阳能电池板的工作过程。
题型四 电动机的工作原理
（2023 西湖区二模）如图所示，将一辆汽车模型固定在托盘测力计上，在汽车模型的正前方用电扇迎面吹风，模拟汽车行驶时的气流。当无风时，托盘测力计示数为20N；当电风扇吹风时，托盘测力计的示数为15N。据此分析下列说法正确的是（ ）
A．托盘测力计和气流相对于汽车模型是静止的
B．电风扇中电动机的工作原理是电磁感应
C．电风扇水平方向受到空气推力与地面摩擦力是平衡力
D．汽车高速直线行驶与低速时相比，对地面的压力不变
（2023 萧山区校级二模）如图所示，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”）。
题型五 电磁感应 发电机
（2023 温州模拟）如图的新型海浪发电机置于海面后，浮筒随着海浪浮动带动装置中齿轮转动而发电，下列图中能表示海浪发电机工作原理的是（ ）
A． B．
C． D．
（2024 鄞州区校级模拟）如图是小灵在探究“感应电流产生条件”的实验装置，下列有关说法错误的是（ ）
A．闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，主要能量转化为机械能转化为电能
B．若将此装置中的灵敏电流计换成电源，可进一步探究电动机的工作原理
C．开关闭合后，AB棒来回反复切割磁感线运动时，产生的是直流电
D．若要改变产生的电流方向，可保持AB棒运动方向不变，仅将磁体N、S极对调
基础巩固
（2024 柯桥区模拟）超市的商品上贴有软磁条，消费者如果未买单直接将商品带出超市，软磁条没有消磁，防盗报警器上的检测头就会有电流产生，报警器报警，以下选项中工作原理与此相似的是（ ）
A． B．
C． D．
（2024 诸暨市二模）在班级组织的“自制指南针”活动中，小伟同学用条形磁体将缝衣针磁化后，将其放在水中漂浮的一片树叶上。多次将树叶轻轻旋转，待树叶静止后，观察到树叶的尖端总是指向南方，如图所示。下列说法中正确的是（ ）
A．树叶尖端指向地磁南极
B．指南针的“N”应标注在树叶尖端
C．树叶周围存在磁场和磁感线
D．若用磁体的N极靠近树叶尖端，会相互吸引
（2024 鹿城区校级三模）某同学设计了一个利用电磁铁起升道闸杆的模拟装置。当车牌识别成功相当于图中开关S闭合，电磁铁有磁性，吸引铁柱，道闸杆绕O点顺时针转动，闸杆升起。下列有关说法正确的是（ ）
A．若车牌识别成功，图中电磁铁的上端为N极
B．改变电源正负极，该模拟装置仍能正常工作
C．小灯泡L与滑动变阻器的连接方式为并联
D．滑动变阻器的滑片P向下移动后，栏杆更容易抬起
（2024 滨江区二模）生态鱼缸需要足够的光照，为了补偿光照，小滨设计了如图所示的智能补光电路，光暗时灯L自动补光，自然光较亮时灯L自动熄灭，R1为定值电阻，R2为光敏电阻。已知灯L无法照射到电阻R2，下列说法正确的是（ ）
A．闭合开关S，电磁铁上端为S极
B．自然光照强度降低时，电磁铁的磁性减弱
C．R2的阻值随自然光照强度的减弱而增大
D．当自然光照强度增大时，电压表示数变大
（2024 拱墅区二模）关于电和磁，下列说法正确的是（ ）
A．摩擦起电的实质是创造了电荷
B．通电导体周围一定存在磁场
C．磁感线是磁场中真实存在的线
D．导体在磁场中运动就会产生电流
（2024 杭州二模）如图以电磁铁为基座的装置，配有直流电源。现将环形磁体（下平面为S极）从光滑塑料直杆顶端自由下落，最终静止在离电磁铁高度为H的位置，不计空气阻力，下列说法正确的是（ ）
A．电源上端为正极
B．滑片右移，静止时的高度H不变
C．磁体下落过程中受到磁力大小不变
D．磁体下落过程中的最大速度在H高度处
（2024 文成县二模）如图1是小文所在的项目化小组制作的磁悬浮地球仪，图2是其内部结构图，地球仪内部顶端是一块磁铁，支撑装置顶部内有电磁铁，通电之后将地球仪放在适当位置即可悬浮。请回答下面小题：
以下能实现地球仪悬浮的装置图是（ ）
A． B． C． D．
（2024 鄞州区模拟）小宁为某养鸡场设计了简易恒温箱系统，如图所示。控制电路由电磁继电器、滑动变阻器R1，热敏电阻R2（安装在恒温箱内，阻值随温度升高而显著减小）、低压电源等组成。加热电路由电源、电热丝R3和R4等组成。调好R1阻值，闭合开关S1、S2，箱内温度升高到设定值后即在小范围内波动。下列说法正确的是（ ）
A．通电线圈上端是S极
B．R3阻值小于R4阻值
C．温度升高时，电磁铁磁性减弱
D．要升高恒温箱控制的温度，可将R1的阻值稍微调小一些
能力提升
（2023 宁波模拟）小谦在探究“磁体间相互作用规律”时发现：磁体间的距离不同，作用力大小也不同。他想：磁体间作用力的大小与磁极间的距离有什么关系呢？
（1）你的猜想是 。
（2）小谦用如图所示的实验进行探究。由于磁体间作用力的大小不便测量，他通过观察细线与竖直方向的夹角的变化，来判断磁体间力的变化，用到的科学方法是 法。
（3）小谦分析三次实验现象，得出结论：磁极间距离越近，相互作用力越大。小月认为：这个结论还需要进一步实验论证，联想到磁体间的相互作用规律，还须研究甲、乙两块磁铁相互 时，磁体间作用力与距离的关系。
（2024 杭州模拟）科学小组的同学设计了一款“重力灯”。图甲是这种“重力灯”的结构简化图，当重物下落时拉动绳子，转轴转动时，小灯泡就可以发光，稳压设备能将电能储存，并输出3.6V稳定的电压给其他电器。当挂上一个质量为25kg的重物时，重物恰好可以缓慢匀速下落。
（1）图甲虚线框内装置的工作原理是 。
（2）整个装置的能量转换率为20%，在重物竖直下落2.4m的过程中产生的电能，可以供一个标有“3.6V 1W”字样的LED灯持续正常发光多长时间？
（3）取下灯泡，将图甲装置的两个输出端接入图乙中的a、b两个接线柱进行实验。R0为标有“5Ω 0.3A“的定值电阻，滑动变阻器R1标有“50Ω 1A”，电流表选择量程为0～0.6A，电压表选择量程为0～3V。为了保证电路安全，求滑动变阻器接入电路的阻值变化范围。
（2024 上城区二模）小金发现不少商场洗手间为顾客提供干手器（图甲），他也想设计并制作一款干手器供学校使用。
（1）小金利用电磁继电器设计了如下电路图（图乙），实现自动化控制。闭合开关S、S1、S2后，干手器感应到手伸入时，感应开关闭合，电动机开始工作。此时电磁铁上端为 极，图中的光敏电阻 （选填“①或②”）符合他的设计要求。
干手器参数
额定电压 220V
电动机额定功率 50W
R1加热功率 950W
延时工作时间 18S
（2）小金发现有些商场为顾客提供擦手纸，他们针对学校洗手间应提供“擦手纸”还是“干手器”展开了调查研究，发现学校一周平均用纸50包，干手纸进货价为5元/包；目前我市电费是0.6元/千瓦时（不考虑峰谷电）。
①已知全校师生均使用热风干手，一周累计10000次，按照小金的设计图及干手器参数表计算干手器一周消耗的电能？
②你建议学校洗手间提供“擦手纸”还是“干手器”？结合以上信息给出理由。
（2024 钱塘区三模）某展览厅（如图甲）为保护展品，设置了调光天窗，当外界光照较强时，能启动电动卷帘适时调整进光量：当外界光照较弱时，能自动启动节能灯给予补光。调光天窗的电路原理如图乙所示；R0为定值电阻：R为光敏电阻，其电阻值R随光照强度的变化如图丙所示，光照强度的国际单位为勒克斯（1x）；P为电磁铁，其线圈电阻Rp为20Ω，当电流达到0.04A时能吸合衔铁。图乙中的M、N，其中一处是节能灯，另一处是电动卷帘。已知电源电压I，U1＝12V，U2＝220V，则：
（1）电磁铁P上端为 极（填“N”或“S”）。
（2）当外界光照强度达到1501x时，电动卷帘便开始工作，求R0的阻值（有计算过程）。
（3）展厅内有一由透明无色弹性橡皮膜制成的生态球（如图丁），球的体积随内部气压变化而变化。球内有水、沙、无机盐、水草、藻类、鱼、虾、微生物等，二氧化碳缓冲液能维持球内二氧化碳含量稳定。当整个球密封后放入大水箱内，处于漂浮状态。将装置置于实验室中，白天用1千勒克斯以上的光源持续照射，生态球将上浮。（忽略温度及外界气压对整个装置的影响）
①实验中选择透明无色橡皮膜制作生态球，其目的是 。
②请说明该生态球在白天实现上浮的原理 。
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