第三篇 物质科学(物理部分)
第11课时 电与磁
1．[2018·绍兴义乌]汤姆生在研究阴极射线时发现了电子。如图所示，一条向上射出的阴极射线可以看作是许多电子定向运动形成的电子流。则通过这束电子流的运动方向推断电流及周围的磁场方向是
( A )
图11－1 A
B
C
D
【解析】
电子带负电，电子向上运动则电流方向向下。再根据安培定则(右手螺旋定则)可判断通电导体周围的磁场方向。
2．[山西中考]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，铁屑的排列如图所示。下列说法正确的是
( C )
A．图中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
(
图11－2
)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
【解析】
通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场一样，Q点铁屑的分布比P点密集，Q点的磁场比P点强；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；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。
3．[2018·毕节]图中的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，下列四种情况不会产生感应电流的是( D )
【解析】
D图中导线运动时不切割磁感线。
4．[2018·温州]如图所示的小制作中，装置A中有磁铁和可转动的线圈。当有风吹向风扇时扇叶转动，引起灯泡发光。装置A的工作原理是
( B )
(
图11－3
)A．通电线圈周围存在磁场
B．电磁感应
C．通电线圈能在磁场中转动
D．磁极间相互作用
【解析】
当有风吹向风扇时扇叶转动，引起灯泡发光，此时装置A的作用是把机械能转化为电能，相当于发电机。
5．[2018·孝感]如图所示，条形磁铁放在粗糙程度相同的水平桌面上静止后，闭合开关S，滑片P向下移动。下列说法正确的是(多选)
( AD )
图11－4
A．通电螺线管的右端为N极
B．滑片P向下移动过程中，通电螺线管的磁性变弱
C．滑片P向下移动过程中，条形磁铁所受摩擦力一直不变
D．滑片P向下移动过程中，条形磁铁可能静止，也可能向左运动
【解析】
由图可知，闭合开关S，电流从螺线管右侧流入；根据安培定则，右手握住螺线管，四指指向电流的方向，则大拇指指向螺线管的右侧，即螺丝管的右端为N极；当滑片P向下移动时，变阻器连入电路的电阻逐渐变小，由欧姆定律可知线圈中电流逐渐变大，则通电螺线管的磁性逐渐变强，条形磁铁受到电磁铁的吸引力逐渐变大，则条形磁铁可能静止，也可能向左运动；当条形磁铁静止时，静摩擦力和吸引力平衡，吸引力增大时，静摩擦力也随着增大；当条形磁铁运动时，因压力大小和接触面的粗糙程度不变，则条形磁铁所受滑动摩擦力的大小不变；所以，条形磁铁所受摩擦力不是一直不变。
6．[2017·滨州]对下列四幅图的表述正确的是
( A )
图11－5
A．甲图中，闭合开关，小磁针静止时N极指向右侧
B．乙图中，闭合开关，滑动变阻器滑片P向右滑动时，弹簧测力计的示数
变小
C．丙图是发电机的工作原理图
D．丁图是电动机的工作原理图
【解析】
甲图：由安培定则可知，螺线管的右端为N极，左端为S极，故小磁针静止时N极指向右侧；乙图中，闭合开关，滑动变阻器滑片P向右侧滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，电流变大，电磁铁磁性变强，但不知电流的方向，无法判定螺线管的极性，故无法判定测力计的示数变化；丙图中有电源，若闭合开关，磁场中的导体会受力运动，即说明通电导线在磁场中受力的作用，是电动机的原理图；丁图中没有电源，闭合开关后，当导体棒做切割磁感线运动时，电路中就会产生感应电流，是发电机的原理图。
(
图11－6
)7．[2018·金华丽水]小科在实验室发现一枚钢针，为能快速利用小磁针判断：①钢针是否有磁性，②若有磁性则磁极如何分布，小科画出思维导图。请补充完整：
【解析】
要注意的是：磁体的磁极既能吸引异名磁极，也能吸引没有磁性的铁、钴、镍等物质。
(
图11－7
)8．[北京中考]在验证电流产生磁场的实验中，小东连接了如图所示的实验电路。他把小磁针(图中没有画出)放在直导线AB的正下方，闭合开关后，发现小磁针指向不发生变化。经检查，各元件完好，电路连接无故障。
(1)请你猜想小磁针指向不发生变化的原因是__小磁针与直导线距离远(或小磁针与导线垂直，合理即可)__。
(2)写出检验你的猜想是否正确的方法：__使小磁针尽量靠近直导线，小磁针静止时，给直导线通电，观察小磁针指向是否变化，若小磁针指向变化，说明猜想正确；若小磁针指向不变化，说明猜想错误(或改变小磁针的指向，给直导线通电观察小磁针是否转动，合理即可)__。
(
图11－8
)9．[潍坊中考]同学们在制作电动机模型时，把一段粗漆包线烧成约3cm×2cm的矩形线圈，漆包线在线圈的两端各伸出约3cm。然后，用小刀刮去两端引线的漆皮。用硬金属丝做两个支架，固定在硬纸板上。两个支架分别与电池的两极相连。把线圈放在支架上，线圈下放一块强磁铁，如图所示。给线圈通电并用手轻推一下，线圈就会不停地转下去。
(1)在漆包线两端用小刀刮去引线的漆皮，刮线的要求是__B__(填字母)。
A．两端全刮掉 B．一端全部刮掉，另一端只刮半周
(2)线圈在转动过程中__电__能转化为__机械(或动)__能。
(3)小华组装好实验装置，接通电源后，发现线圈不能转动，写出一条可能造成该现象的原因：__电源电压较低(或线圈正好处于平衡位置等)__。
【解析】
(1)在漆包线两端用小刀刮去引线的漆皮时，一端全部刮掉，另一端只刮半周，这样做相当于“换向器”。(3)电动机模型组装实验中，通电后不转的原因最常见的有线圈正好处于平衡位置、导线接触不良、电源电压偏
低等。
10．[湖州中考]科学兴趣小组做了一个有趣的纸盒实验：在水平桌面的右端放有一个封闭纸盒，一辆绑有磁铁的小车从斜面上静止下滑后在水平桌面上向右运动。在靠近纸盒的过程中小车的速度越来越小，最后停在了A位置。如图所示。
图11－9
小组同学对这一现象展开了讨论：
(1)小明认为小车的速度减小除了受到了摩擦力的作用外，可能还受到纸盒的影响。为了证实他的猜想，小明应该如何设置实验？__拿掉纸盒后重复实验，观察小车停止的位置，并与原来比较__。
(2)小强打开纸盒，发现里面是一个闭合的线圈。为什么闭合的线圈会使小车的速度减小得更快？请对这一现象作出合理的解释。__带磁铁的小车靠近闭合的线圈时，闭合线圈切割磁感线产生感应电流，小车的动能转化为线圈的电能，动能减小，速度减小得更快(合理即可)__。
【解析】
(2)电磁感应现象：当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生感应电流。
11．在物理学中，磁感应强度(用字母B表示，国际单位是特斯拉，符号是T)表示磁场的强弱，磁感应强度B越大，磁场越强；磁感线形象、直观地描述磁场，磁感线越密，磁场越强。
(1)图甲为某磁极附近磁感线的方向和分布的示意图。由图可知，该磁极为__N__极，若在1处放置一个小磁针，当小磁针静止时，其指向应是图乙中的__A__。
(
丙
)
(
丁
)
图11－10
(2)对照该磁敏电阻的R－B特性曲线(如图丁)可以测量图甲磁场中各处的磁感应强度。
①将该磁敏电阻R放置在磁场中的位置1处。小吴设计了一个可以测量该磁敏电阻R的电路，所提供的实验器材如图丙所示，其中磁敏电阻所处的磁场未画出。请你将该实验电路连接完整。
②正确接线后，测得的数据如表所示。该磁敏电阻的测量值为__500__Ω。
1
2
3
U(V)
1.50
3.00
4.50
I(mA)
3.00
6.00
9.00
③根据该磁敏电阻的R－B特性曲线可知，1处的磁感应强度为__1.0__T。
④在实验过程中，仅将磁敏电阻从1处移至2处，其他条件不变，那么电流表的示数__增大__，电压表的示数__减小__(均选填“增大”“减小”或
“不变”)。
(3)在上述电路中，将该磁敏电阻从待测磁场中移出，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，当电流表的示数为10.0mA时，求滑动变阻器接入电路的阻值。设电源电压为5.50V。
【答案】
(2)①如答图所示。
第11(2)①题答图
(3)由图可知，移出磁场时，磁敏电阻为R＝100Ω，
根据欧姆定律，电路中总电阻R总＝＝550Ω，
则滑动变阻器接入电路的阻值R滑＝R总－R＝550Ω－100Ω＝450Ω。
12．[2018·宁波]为响应宁波市政府提出的“创建海绵型城市”的号召，小科设计了如图所示的市政自动排水装置模型，控制电路由电压为12V、最大容量为100Ah的蓄电池供电，蓄电池用“发电玻璃”制成的太阳能电板充电。R0为
(
图11－11
)定值电阻，R为压敏电阻，压敏电阻通过杠杆ABO与圆柱形浮体相连，AB∶BO＝4∶1，压敏电阻的阻值随压力变化的关系如下表。(压板、杠杆和硬质连杆的质量及电磁铁线圈电阻忽略不计，所用绿灯、红灯及排水泵的额定电压均为220V)
压敏电阻受到的压力F(N)
60
120
180
240
300
360
420
480
…
压敏电阻R阻值(Ω)
500
360
260
180
120
80
65
55
…
(1)当水位在安全位置以下时绿灯亮，排水泵不工作；当水位达到安全位置上限时红灯亮，同时排水泵正常工作。请按要求完成图中工作电路的连接。
(2)“发电玻璃”光电转化率接近18%。要求在5h内对控制电路的蓄电池充满电，则选用的“发电玻璃”面积至少为__1.3____m2。(太阳能辐射到每平方米地面上的平均功率按1000W计算，计算结果精确到0.1m2)
(3)按照设计要求，当水位上升到浮体刚好全部浸入水中时，压敏电阻受到的压力为360N，通过电磁铁线圈的电流为100mA，排水泵启动；当水位回落到浮体只有体积浸入水中时，杠杆ABO仍处于水平位置，线圈中电流为30mA，排水泵停止工作，则小科应选择重力为多大的浮体？
【答案】
(1)如答图所示。
第12(1)题答图
(3)当浮体刚好全部浸入水中时，压敏电阻受到的压力FB为360N，查表可知R＝80Ω，
R总＝＝＝120Ω，
R0＝R总－R＝120Ω－80Ω＝40Ω，
根据杠杆平衡条件有：FALOA＝FBLOB，
FA＝＝360N×＝72N，
F浮
＝G＋FA′，即F浮＝G＋72N…①；
当浮体只有体积浸入水中时，F浮′＝F浮，
R总′＝＝＝400Ω，
R′＝
R总′－R0＝400Ω－40Ω＝360Ω，
查表可知，FB′＝120N，
根据杠杆平衡条件有：FA′LOA
＝FB′LOB，
FA′＝＝120N×＝24N，
F浮′＝G＋FA′′，即F浮＝G＋24N…②，由①、②得出：F浮
＝80N，G＝8N。所以小科应选择的浮体重力为8N。
【解析】
(1)当水位在安全位置以下时，浮体受到的浮力较小，作用在硬质连杆向上的力较小，杠杆上A点受到向上的力较小，则B点受到压板向下的力较小，根据相互作用力的特点，压敏电阻受到的压力较小，由表格可知控制电路电阻较大，电流较小，电磁继电器不能将衔铁吸下，此时绿灯亮。由于红灯和排水泵的额定电压均为220V，因此两者并联，当衔铁被吸下时，两者同时工作。(2)1000W×S×18%×5h＝12V×100Ah，解得S≈1.3m2。第11课时 电与磁 [学生用书P119]
一、磁现象(a)
1．磁铁
磁性是磁体具有吸引__铁、钴、镍__等物质的性质(吸铁性)。具有磁性的物质称为磁体，永磁体分为天然磁体和人造磁体。
2．磁极
磁体上磁性最强的部位叫__磁极__(磁体两端最强中间最弱)。能自由转动的磁体，静止时指南的磁极叫__南极(S)__，指北的磁极叫__北极(N)__。磁极间的相互作用规律为：__同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引__。
【知识拓展】
最早的指南针叫__司南__。其勺柄是磁铁的S极，指向地理南方。
一个永磁体分成多部分后，每一部分仍存在__两__个磁极。
磁化指使原来没有磁性的物体__得到磁性__的过程。磁铁之所以可以吸引铁钉是因为铁钉被磁化后，铁钉与磁铁的接触部分间形成__异名__磁极后相互吸引的结果。
软铁被磁化后，磁性很容易消失，称为软磁性材料。钢被磁化后，磁性能长期保持，称为__硬磁性__材料。所以制造永磁体使用钢，制造电磁铁的铁芯使用__软铁__。
物体是否具有磁性的判断方法：①根据磁体的__吸铁性__判断；②根据磁体的__指向性__判断；③根据磁体__相互作用规律__判断；④根据__磁极的磁性
最强__判断。
二、磁场(b)
1．磁场
磁场是磁体周围存在着的看不见、摸不着的特殊物质。可利用转换法根据磁场所产生的作用来认识磁场。磁场对放入其中的磁体会产生力的作用。磁极间的相互作用是通过磁场而发生的。在磁场中某点，__小磁针静止时北极所指的
方向__就是该点的磁场方向。
2．磁感线
磁感线是用来描述磁场强弱、方向的一种科学模型。任何一点的曲线方向都跟__放在该点的小磁针北极所指的方向__一致。磁感线的方向：磁体周围的磁感线总是从磁体的__北极__出来，回到磁体的__南极__。
【知识拓展】
磁感线是为了直观、形象地描述磁场而引入的带方向的曲线，不是客观存在的。但磁场是客观存在的。用磁感线描述磁场的方法叫模型法。磁感线是封闭的曲线。磁感线__立体__的分布在磁体周围，而不是平面的，磁感线不__相交__，磁感线的疏密程度表示__磁场的强弱__。
三、地磁场(a)
地球是一个大磁体，地球产生的磁场叫地磁场，地磁场分布于地球周围的空间里。小磁针总是指南北是因为受到地磁场的作用。地磁场的北极在__地理的南极附近__，地磁场的南极在__地理的北极附近__。首先由我国宋代的__沈括__发现磁偏角(磁场方向与经线的夹角)。
四、电流的磁场(a)
1．奥斯特实验：小磁针在通电导线的周围发生偏转，称为电流的磁效应。该现象说明：通电导线的周围存在磁场，且产生的磁场方向与电流方向有关。
2．通电螺线管的磁场：通电螺线管周围的磁场和__条形磁体__的磁场很相似。其两端的极性跟电流方向有关，电流方向与磁极间的关系可由__右手螺旋定则(或安培定则)__来判断。
五、电磁铁(b)
电磁铁是带有铁芯的通电螺线管。电磁铁是由线圈和铁芯两部分组成的。
电磁铁通电时有磁性，断电时磁性消失；当线圈匝数一定时，通过电磁铁的电流越大，电磁铁的磁性越强；当电流一定时，电磁铁线圈的匝数越多，磁性越强。电磁铁磁性的有无，可由开关来控制；电磁铁磁性的强弱，可由电流大小和线圈匝数来控制；电磁铁的极性位置，可由电流方向来控制。
六、电磁继电器(b)
1．电磁继电器：利用电磁铁来控制工作电路的一种自动开关。应用：用低电压和弱电流电路的通断，来控制高电压和强电流电路的通断，进行远距离操作和自动控制。电磁继电器的主要部件是电磁铁、衔铁、弹簧和动触点。
2．电磁继电器工作原理如图所示，是一个利用电磁继电器来控制电动机的电路。其中电源E1、电磁铁线圈、开关S1组成控制电路；而电源E2、电动机M、开关S2和触点开关S组成工作电路。当闭合S1时，电磁铁线圈中有电流通过，电磁铁有磁性，将衔铁吸下，触点开关接通，电动机便转动起来；当断开S1时，电磁铁线圈中失去电流，电磁铁失去磁性，弹簧使衔铁上升，触点开关断开，电动机停止运转。
图11－1
七、磁场对电流的作用(电动机)(a)
1．磁场对电流的作用
通电导线在磁场中会受到力的作用，力的方向与磁场方向及电流方向有关。
通电线圈在磁场中，当线圈平面与磁感线不垂直时，磁场力会使线圈转动；当线圈平面与磁感线垂直时，线圈也会受到磁场力的作用，但不会转动，这一位置叫做平衡位置。
2．直流电动机
电动机是利用通电线圈能在磁场中转动的原理制成的。
直流电动机模型主要由磁体(定子)、线圈(转子)、换向器和电刷四部分组成，其中，最简单的换向器是两个彼此绝缘的金属半环，它的作用是当通电线圈由于惯性转过平衡位置时，立即改变线圈中的电流方向，以实现线圈的持续转动。
直流电动机的转速可由电流大小来控制；转动方向可由电流方向和磁极的位置来控制。
八、电磁感应与发电机(b)
1．电磁感应
英国物理学家法拉第在1831年发现了电磁感应现象。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。
电磁感应中产生的电流叫感应电流。感应电流的产生条件：电路必须是闭合电路，必须有一部分导体做切割磁感线运动。感应电流的方向跟磁场方向和导体的运动方向有关。
2．发电机
发电机是根据电磁感应原理制成的。
交流发电机主要由定子(磁体)、转子(线圈)、铜环和电刷。
3．直流电与交流电
方向不变的电流叫直流电。大小和方向都发生周期性变化的电流叫交流电。
交流电的周期指电流发生一个周期性变化所用的时间，其单位就是时间的单位秒(s)。
交流电的频率指电流每秒发生周期性变化的次数。其单位是赫兹，符号是Hz。频率和周期的数值互为倒数。
类型一 磁体与磁场
典例
如图所示，一根条形磁体，左端为S极，右端为N极。另用弹簧测力计下悬挂一铁球，将弹簧测力计自左向右沿水平方向移动时，弹簧测力计的示数变化规律是( D )
图11－2
A B C D
【解析】
本身不带磁性的铁球能被磁体吸引。条形磁体两端磁性最强，中间磁性最弱。
跟踪训练
[天津中考]下图中磁体两极间磁感线的画法正确的是( A )
A B C D
【解析】
磁体周围的磁感线总是从N极出来，回到S极。
类型二 电生磁
典例
[金华中考]在探究影响电磁铁磁性强弱的因素时，小科设计了如图所示的电路。下列相关说法不正确的是( A )
图11－3
A．电磁铁A、B上方都是S极
B．通过电磁铁A和B的电流相等
C．电磁铁A的磁性强于电磁铁B的磁性
D．向右移动滑片P，电磁铁A、B磁性都减弱
【解析】
根据安培定则判定电磁铁的极性；串联电路中电流处处相等；磁性的强弱与电流大小和线圈的匝数有关。
跟踪训练
[2018·泸州]如图所示，电磁铁上方附近有一点A，小磁针置于电磁铁的右方附近。闭合开关S，下列判断正确的是( C )
图11－4
A．电磁铁的左端为N极
B．电磁铁上方A点的磁场方向向右
C．小磁针静止后，其N极的指向向右
D．向左移动滑片P，电磁铁的磁性减弱
【解析】
根据安培定则，右手握螺线管，四指指向电流的方向，大拇指指向右端，则通电螺线管的右端为N极；在磁体的外部，磁感线从N极指向S极，所以通电螺线管外A点的磁场方向向左；通电螺线管的右端是N极，根据异名磁极相互吸引可知，小磁针的S极应指向螺线管的右端，故小磁针静止时，其N极的指向向右；向左移动滑片P，滑动变阻器连入电路的电阻减小，电流增大，电磁铁的磁性增强。
类型三 电磁铁的应用
典例
[绍兴中考]如图是温度自动报警器工作电路，在水银温度计上部插入一段金属丝，当温度达到金属丝下端所指示的温度时( A )
图11－5
A．铃响，灯不亮
B．铃不响，灯不亮
C．铃响，灯亮
D．铃不响，灯亮
【解析】
当温度计开关接通时，控制电路(低压电路)接通，电磁铁产生磁性吸引衔铁，使动触点与下面的电铃支路接通，与上面的电灯支路断开。
跟踪训练
1．[2018·潍坊改编]如图是某同学设计的汽车启动电路。旋转钥匙接通a、b间电路，电动机M启动。下列说法正确的是( C )
图11－6
A．F端为螺线管的N极
B．R的滑片左移时螺线管磁性减弱
C．电动机启动说明螺线管产生磁性
D．螺线管两端电压大于电动机两端电压
【解析】
根据安培定则可知，F端为螺线管的S极；R的滑片左移时，接入电路的电阻减小，电流变大，螺线管磁性增强；衔铁向下移动，使电动机启动，说明螺线管产生了磁性；螺线管的电路中电源只有一节干电池，电动机的电源是两节干电池，故螺线管两端电压小于电动机两端电压。
2．[2018·杭州江干区三模]有一种电加热恒温箱，工作原理如图甲所示，控制电路由电压U1＝9V的电源、电磁继电器(线圈电阻不计)、滑动变阻器R2和热敏电阻R1组成，图乙是热敏电阻R1阻值随温度变化的图像；工作电路由电压U2＝220V的电源和电阻R0＝44Ω的电热丝组成。通过实验测得当电磁继电器线圈的电流达到60mA时，电磁继电器的衔铁被吸下来停止加热，实现温
控。求：
图11－7
(1)请用笔画线代替导线，按照题意将图中的工作电路连接完整。
(2)当滑动变阻器R2接入电路中的电阻为50Ω时，可使恒温箱的温度保持为多少摄氏度？
【答案】
(1)如答图所示。
跟踪训练2(1)题答图
(2)当电磁继电器线圈的电流达到60mA时，设此时热敏电阻的阻值为Rx，则：Rx＝－R2＝－50Ω＝100Ω，
由图乙可知，热敏电阻为100Ω时对应的温度为50℃，即恒温箱的温度将稳定在50℃。
类型四 磁场对电流的作用(电动机)
典例
[2018·淄博]如图是探究“通电导线在磁场中受力”的实验装置。瞬间接通电路，原来静止的导线ab向右运动。要使导线ab向左运动，可行的措施是( A )
图11－8
A．将磁体的N、S极对调
B．增大电源电压
C．换用磁性更强的磁体
D．将磁体的N、S极对调，同时改变电流的方向
【解析】
通电导体在磁场中受力的方向与磁场方向和电流方向两个因素有关；将磁体的磁极对调，磁场方向与原来相反，则导线的受力方向与原来相反，能使导线向左运动；增大电源电压、换用磁性更强的磁体，会改变受力大小，但不能改变导线的运动方向；将磁体的N、S极对调，同时改变电流的方向，不会改变导线的运动方向。
跟踪训练
[聊城中考]如图为直流电动机的基本构造示意图。以下相关的分析中正确的是( D )
图11－9
A．电动机是利用电磁感应的原理工作的
B．电动机工作过程中，消耗的电能全部转化为机械能
C．使线圈连续不停地转动下去是靠电磁继电器来实现的
D．仅改变磁感线的方向可以改变线圈转动的方向
【解析】
电动机是利用通电线圈能在磁场中转动的原理制成的；电动机工作过程中，消耗的电能大部分转化为机械能但也有少量转化为内能；使线圈连续不停地转动下去是靠换向器来实现的。
类型五 磁生电(发电机)
典例
[2018·湖州]下列4个实验所揭示的原理能直接推动发电机发明的是( B )
A B C D
【解析】
A实验揭示通电导体在磁场中受力的作用，与电动机发明有关；
B实验揭示电磁感应原理，直接推动发电机的发明；C实验是奥斯特实验，说明通电导体周围存在磁场；D实验说明通电线圈能产生磁场，也能探究通电线圈磁场强弱与哪些因素有关。
跟踪训练
[2018·淮安]在探究“产生感应电流的条件”实验中：
图11－10
(1)实验中，观察__电流表的指针是否偏转__判断电路中是否有感应电流。
(2)闭合开关，若导体AB不动，左右移动磁体，电路中__有__(选填“有”或“无”)感应电流。
(3)该实验的结论是：闭合电路的一部分导体，在磁场中做__切割磁感线__运动时，导体中就会产生感应电流。
(4)如果将小量程电流表换成__电源__，可以探究磁场对通电导体的作用。
【解析】
抓住电磁感应的三个关键词：“闭合电路”“部分导体”“切割磁感线”。该探究实验要用灵敏电流表去检测，普通电流表效果不明显。(4)探究通电导体在磁场中受力运动的实验图与该图的本质区别是将灵敏电流表换成电源。
(
图11－11
)1．[杭州中考]一根条形磁体断裂成三段(如图所示)，以下现象与相关的说法，正确的是
( A )
【解析】
A端为S极，与小磁针的N极相互吸引，所以小磁针的黑色部分为N极；利用安培定则确定螺线管的左端为N极，而C端为S极，所以两者相互吸引；同一块磁体的磁极磁性相同，吸引大头针的数量也相同；闭合电路的EF段导体穿过CD之间时，做切割磁感线运动，会产生感应电流。
2．[2018·绵阳]指南针是我国四大发明之一，《论衡》记载：司南之杓，投之于地，其柢指南。如图所示的司南放在水平光滑的“地盘”上，静止时它的长柄指向南方。司南长柄所指方向是
( A )
A．地理南极，地磁北极
B．地理南极，地磁南极
(
图11－12
)C．地理北极，地磁北极
D．地理北极，地磁南极
【解析】
司南的“司”是动词，即杓柄的指向之意，“南”指地理南方。地磁北极在地理南极附近，地磁南极在地理北极附近。
(
图11－13
)3．[2018·宁波]我国未来的航母将采用自行研制的电磁弹射器。电磁弹射器的弹射车与飞机前轮连接，并处于强磁场中，当弹射车内的导体通以强电流时，舰载机受到强大的推力而快速起飞。电磁弹射器工作原理与下列设备或用电器工作原理一致的是
( C )
A
B
C
D
图11－14
A．电铃
B．手摇发电机
C．电风扇
D．电磁起重机
【解析】
电磁弹射器把电能转化为机械能，相当于电动机。
4．[2018·衡阳]巨磁电阻效应是指某些材料的电阻在磁场中急剧减小的现象，且磁场越强电阻越小，图中是说明巨磁电阻特性原理的示意图，图中GMR是巨磁电阻。如果闭合S1、S2，滑片P向左移动时，电表的变化情况是
( D )
图11－15
A.表和表示数均变小
B.表和表示数均变大
C.表示数变小，表示数变大
D.表示数变大，表示数变小
【解析】
滑片P向左移动时，R0连入电路的阻值减小，控制电路电流增大，电磁铁磁性增强，巨磁电阻GMR阻值减小，其分压减小，右侧工作电路总电阻减小，电流增大。
5．[2018·株洲]如图为交流发电机原理图，线圈在磁场中转动，则
( B )
图11－16
A．两磁极间的磁场方向向左
B．线圈在磁场中切割磁感线
C．通过灯泡的电流方向不变
D．线圈一定不受磁场力作用
【解析】
磁场方向是从N极出来到S极，所以图中两磁极间的磁场方向向右。发电机发电时，线圈一定做切割磁感线运动。交流发电机输出的是交流电，方向会周期性变化。发电机线圈转动时会受磁场力作用。
6．[2018·嘉兴舟山]如图是一个温度自动报警器的工作原理电路图。
图11－17
当控制电路中有电流通过时，电磁铁左端为__S(或南)__极。在使用中发现，当温度达到设定值时，电铃没有报警。经检查，各元件完好、电路连接无误，则可能是因为__控制电路电源电压太小(合理即可)__(任写一种)导致工作电路没有接通。
【解析】
当温度升高到设定值时，水银柱与上方金属丝连通，使左侧形成通路，电磁铁中有电流通过，产生磁性，电磁铁吸引衔铁，由于电磁铁磁性的大小与电流大小和线圈匝数多少有关，如果电源电压太小，使得电流太小，磁性太小，则电磁铁吸引不动衔铁，工作电路不会工作。
7．[2018·枣庄]在探究“通电螺线管的外部磁场”的实验中，小明在螺线管周围摆放了一些小磁针。
图11－18
(1)通电后小磁针静止时的分布如图甲所示，由此可看出通电螺线管外部的磁场与__条形磁体__的磁场相似。
(2)小明改变通电螺线管中的电流方向，发现小磁针指向转动180°，南北极发生了对调，由此可知：通电螺线管外部的磁场方向与螺线管中__电流__方向
有关。
(3)小明继续实验探究，并按图乙连接电路，他先将开关S接a，观察电流表的示数及吸引大头针的数目；再将开关S从a换到b，调节变阻器的滑片P，再次观察电流表的示数及吸引大头针的数目，此时调节滑动变阻器是为了__控制两次实验的电流大小不变__，来探究__通电螺线管磁场强弱与线圈匝数__的
关系。
【解析】
(1)通电螺线管的磁场分布与条形磁体相似，都具有两个磁性较强的磁极。(2)实验中，他将开关S从a换到b上时，连入电路的线圈匝数发生了变化，应调节变阻器的滑片P，控制两次实验的电流大小不变，再次观察电流表示数及吸引的大头针数目，这样才能探究出通电螺线管磁场强弱与线圈匝数的关系。
(
图11－19
)8．[2018·福建A卷]如图是“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。闭合开关后，导体棒、灵敏电流计、开关、导线组成闭合电路。实验观察到的现象如下表。
实验序号
磁场方向
导体棒ab运动方向
灵敏电流计指针偏转情况
1
向下
向上
不偏转
2
向下
不偏转
3
向左
向右偏
4
向右
向左偏
5
向上
向上
不偏转
6
向下
不偏转
7
向左
向左偏
8
向右
向右偏
(1)实验时通过观察__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)由实验可知，闭合电路中的部分导体在磁场中做__切割磁感线__运动时，电路中产生感应电流。
(3)比较第4次和第__8__次实验可知，导体棒运动方向相同时，感应电流的方向与磁场的方向有关。
(4)比较第7次和第8次实验可知，__磁场方向相同时，感应电流方向和导体棒运动方向有关__。(共38张PPT)
第11课时
电与磁
一、磁现象(a)
1．磁铁
磁性是磁体具有吸引______________等物质的性质(吸铁性)。具有磁性的物质称为磁体，永磁体分为天然磁体和
人造磁体。
铁、钴、镍
2．磁极
磁体上磁性最强的部位叫________(磁体两端最强中间最弱)。能自由转动的磁体，静止时指南的磁极叫________，指北的磁极叫___________。磁极间的相互作用规律为：_______________________________________。
【知识拓展】
最早的指南针叫________。其勺柄是磁铁的S极，指向地理南方。
一个永磁体分成多部分后，每一部分仍存在______个磁极。
磁极
南极(S)
北极(N)
同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引
司南
两
磁化指使原来没有磁性的物体____________的过程。磁铁之所以可以吸引铁钉是因为铁钉被磁化后，铁钉与磁铁的接触部分间形成________磁极后相互吸引的结果。
软铁被磁化后，磁性很容易消失，称为软磁性材料。钢被磁化后，磁性能长期保持，称为__________材料。所以制造永磁体使用钢，制造电磁铁的铁芯使用________。
物体是否具有磁性的判断方法：①根据磁体的__________判断；②根据磁体的__________判断；③根据磁体__________
______判断；④根据__________________判断。
得到磁性
异名
硬磁性
软铁
吸铁性
指向性
相互作用
规律
磁极的磁性最强
二、磁场(b)
1．磁场
磁场是磁体周围存在着的看不见、摸不着的特殊物质。可利用转换法根据磁场所产生的作用来认识磁场。磁场对放入其中的磁体会产生力的作用。磁极间的相互作用是通过磁场而发生的。在磁场中某点，______________________
________就是该点的磁场方向。
2．磁感线
磁感线是用来描述磁场强弱、方向的一种科学模型。任何一点的曲线方向都跟________________________________
一致。磁感线的方向：磁体周围的磁感线总是从磁体的________出来，回到磁体的________。
小磁针静止时北极所指
的方向
放在该点的小磁针北极所指的方向
北极
南极
【知识拓展】
磁感线是为了直观、形象地描述磁场而引入的带方向的曲线，不是客观存在的。但磁场是客观存在的。用磁感线描述磁场的方法叫模型法。磁感线是封闭的曲线。磁感线________的分布在磁体周围，而不是平面的，磁感线不________，磁感线的疏密程度表示______________。
立体
相交
磁场的强弱
三、地磁场(a)
地球是一个大磁体，地球产生的磁场叫地磁场，地磁场分布于地球周围的空间里。小磁针总是指南北是因为受到地磁场的作用。地磁场的北极在__________________，地磁场的南极在___________________。首先由我国宋代的________发现磁偏角(磁场方向与经线的夹角)。
地理的南极附近
地理的北极附近
沈括
四、电流的磁场(a)
1．奥斯特实验：小磁针在通电导线的周围发生偏转，称为电流的磁效应。该现象说明：通电导线的周围存在磁场，且产生的磁场方向与电流方向有关。
2．通电螺线管的磁场：通电螺线管周围的磁场和__________
的磁场很相似。其两端的极性跟电流方向有关，电流方向与磁极间的关系可由____________________________来判断。
条形磁体
右手螺旋定则(或安培定则)
五、电磁铁(b)
电磁铁是带有铁芯的通电螺线管。电磁铁是由线圈和铁芯两部分组成的。
电磁铁通电时有磁性，断电时磁性消失；当线圈匝数一定时，通过电磁铁的电流越大，电磁铁的磁性越强；当电流一定时，电磁铁线圈的匝数越多，磁性越强。电磁铁磁性的有无，可由开关来控制；电磁铁磁性的强弱，可由电流大小和线圈匝数来控制；电磁铁的极性位置，可由电流方向来控制。
六、电磁继电器(b)
1．电磁继电器：利用电磁铁来控制工作电路的一种自动开关。应用：用低电压和弱电流电路的通断，来控制高电压和强电流电路的通断，进行远距离操作和自动控制。电磁继电器的主要部件是电磁铁、衔铁、弹簧和动触点。
2．电磁继电器工作原理如图所示，是一个利用电磁继电器来控制电动机的电路。其中电源E1、电磁铁线圈、开关S1组成控制电路；而电源E2、电动机M、开关S2和触点开关S组成工作电路。当闭合S1时，电磁铁线圈中有电流通过，电磁铁有磁性，将衔铁吸下，触点开关接通，电动机便转动
起来；当断开S1时，电磁铁线圈中失去电流，电磁铁失去磁性，弹簧使衔铁上升，触点开关断开，电动机停止运转。
图
11－1
七、磁场对电流的作用(电动机)(a)
1．磁场对电流的作用
通电导线在磁场中会受到力的作用，力的方向与磁场方向
及电流方向有关。
通电线圈在磁场中，当线圈平面与磁感线不垂直时，磁场
力会使线圈转动；当线圈平面与磁感线垂直时，线圈也会
受到磁场力的作用，但不会转动，这一位置叫做平衡位置。
2．直流电动机
电动机是利用通电线圈能在磁场中转动的原理制成的。
直流电动机模型主要由磁体(定子)、线圈(转子)、换向器
和电刷四部分组成，其中，最简单的换向器是两个彼此
‘绝缘的金属半环，它的作用是当通电线圈由于惯性转过
平衡位置时，立即改变线圈中的电流方向，以实现线圈的持续转动。
直流电动机的转速可由电流大小来控制；转动方向可由电流方向和磁极的位置来控制。
八、电磁感应与发电机(b)
1．电磁感应
英国物理学家法拉第在1831年发现了电磁感应现象。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。
电磁感应中产生的电流叫感应电流。感应电流的产生条件：电路必须是闭合电路，必须有一部分导体做切割磁感线运动。感应电流的方向跟磁场方向和导体的运动方向有关。
2．发电机
发电机是根据电磁感应原理制成的。
交流发电机主要由定子(磁体)、转子(线圈)、铜环和电刷。
3．直流电与交流电
方向不变的电流叫直流电。大小和方向都发生周期性变化的电流叫交流电。
交流电的周期指电流发生一个周期性变化所用的时间，其单位就是时间的单位秒(s)。
交流电的频率指电流每秒发生周期性变化的次数。其单位是赫兹，符号是Hz。频率和周期的数值互为倒数。
类型一 磁体与磁场
典例
如图所示，一根条形磁体，左端为S极，右端为N极。另用弹簧测力计下悬挂一铁球，将弹簧测力计自左向右沿水平方向移动时，弹簧测力计的示数变化规律是
(
)
图
11－2
D
A
B
C
D
【解析】
本身不带磁性的铁球能被磁体吸引。条形磁体两端磁性最强，中间磁性最弱。
跟踪训练
[天津中考]下图中磁体两极间磁感线的画法正确的是
(
)
A
B C D
【解析】
磁体周围的磁感线总是从N极出来，回到S极。
A
类型二 电生磁
典例
[金华中考]在探究影响电磁铁磁性强弱的因素时，小科设计了如图所示的电路。下列相关说法不正确的是
(
)
A．电磁铁A、B上方都是S极
B．通过电磁铁A和B的电流相等
C．电磁铁A的磁性强于电磁铁B的磁性
性
D．向右移动滑片P，电磁铁A、B磁性都
减弱
图
11－3
A
【解析】
根据安培定则判定电磁铁的极性；串联电路中电流处处相等；磁性的强弱与电流大小和线圈的匝数有关。
跟踪训练
[2018·泸州]如图所示，电磁铁上方附近有一点A，小磁针置于电磁铁的右方附近。闭合开关S，下列判断正确的是
(
)
A．电磁铁的左端为N极
B．电磁铁上方A点的磁场方向向右
C．小磁针静止后，其N极的指向向右
D．向左移动滑片P，电磁铁的磁性减弱
图
11－4
C
【解析】
根据安培定则，右手握螺线管，四指指向电流的方向，大拇指指向右端，则通电螺线管的右端为N极；在磁体的外部，磁感线从N极指向S极，所以通电螺线管外A点的磁场方向向左；通电螺线管的右端是N极，根据异名磁极相互吸引可知，小磁针的S极应指向螺线管的右端，故小磁针静止时，其N极的指向向右；向左移动滑片P，滑动变阻器连入电路的电阻减小，电流增大，电磁铁的磁性增强。
类型三 电磁铁的应用
典例
[绍兴中考]如图是温度自动报警器工作电路，在水银温度计上部插入一段金属丝，当温
度达到金属丝下端所指示的温
度时
(
)
A．铃响，灯不亮
B．铃不响，灯不亮
C．铃响，灯亮
D．铃不响，灯亮
A
图
11－5
【解析】
当温度计开关接通时，控制电路(低压电路)接通，电磁铁产生磁性吸引衔铁，使动触点与下面的电铃支路接通，与上面的电灯支路断开。
跟踪训练
1．[2018·潍坊改编]如图是某同学设
计的汽车启动电路。旋转钥匙接
通a、b间电路，电动机M启动。下列
说法正确的是
(
)
A．F端为螺线管的N极
B．R的滑片左移时螺线管磁性减弱
C．电动机启动说明螺线管产生磁性
D．螺线管两端电压大于电动机两端电压
图
11－6
C
【解析】
根据安培定则可知，F端为螺线管的S极；R的滑片左移时，接入电路的电阻减小，电流变大，螺线管磁性增强；衔铁向下移动，使电动机启动，说明螺线管产生了磁性；螺线管的电路中电源只有一节干电池，电动机的电源是两节干电池，故螺线管两端电压小于电动机两端电压。
2．[2018·杭州江干区三模]有一种电加热恒温箱，工作原理如图甲所示，控制电路由电压U1＝9V的电源、电磁继电器(线圈电阻不计)、滑动变阻器R2和热敏电阻R1组成，图乙是热敏电阻R1阻值随温度变化的图像；工作电路由电压U2＝220V的电源和电阻R0＝44Ω的电热丝组成。通过实验测得当电磁继电器线圈的电流达到60mA时，电磁继电器的衔铁被吸下来停止加热，实现温控。求：
图
11－7
(1)请用笔画线代替导线，按照题意将图中的工作电路连接完整。
(2)当滑动变阻器R2接入电路中的电阻为50Ω时，可使恒温箱的温度保持为多少摄氏度？
【答案】
(1)如答图所示。
跟踪训练2(1)题答图
可知，热敏电阻为100Ω时对应的温度为50℃，即恒温箱的温度将稳定在50℃。
类型四 磁场对电流的作用(电动机)
典例
[2018·淄博]如图是探究“通电导线在磁场中受力”的实验装置。瞬间接通电路，原来静止的导线ab向右运动。要使导线ab向左运动，可行的措施是
(
)
图
11－8
A．将磁体的N、S极对调
B．增大电源电压
C．换用磁性更强的磁体
D．将磁体的N、S极对调，同时改变电流的方向
A
【解析】
通电导体在磁场中受力的方向与磁场方向和电流方向两个因素有关；将磁体的磁极对调，磁场方向与原来相反，则导线的受力方向与原来相反，能使导线向左运动；增大电源电压、换用磁性更强的磁体，会改变受力大小，但不能改变导线的运动方向；将磁体的N、S极对调，同时改变电流的方向，不会改变导线的运动方向。
跟踪训练
[聊城中考]如图为直流电动机的基本构造示意图。以下相关的分析中正确的是
(
)
A．电动机是利用电磁感应的原理工作的
B．电动机工作过程中，消耗的电能全
部转化为机械能
C．使线圈连续不停地转动下去是靠电
磁继电器来实现的
D．仅改变磁感线的方向可以改变线圈转动的方向
图
11－9
D
【解析】
电动机是利用通电线圈能在磁场中转动的原理制成的；电动机工作过程中，消耗的电能大部分转化为机械能但也有少量转化为内能；使线圈连续不停地转动下去是靠换向器来实现的。
类型五 磁生电(发电机)
典例
[2018·湖州]下列4个实验所揭示的原理能直接推动发电机发明的是
(
)
A
B
C
D
【解析】
A实验揭示通电导体在磁场中受力的作用，与电动机发明有关；B实验揭示电磁感应原理，直接推动发电机的发明；C实验是奥斯特实验，说明通电导体周围存在磁场；D实验说明通电线圈能产生磁场，也能探究通电线圈磁场强弱与哪些因素有关。
B
跟踪训练
[2018·淮安]在探究“产生感应电流的条件”实验中：
(1)实验中，观察__________________
______判断电路中是否有感应电流。
(2)闭合开关，若导体AB不动，左右
移动磁体，电路中______(选填“有”
或“无”)感应电流。
(3)该实验的结论是：闭合电路的一
部分导体，在磁场中做______________运动时，导体中就会产生感应电流。
(4)如果将小量程电流表换成________，可以探究磁场对通电导体的作用。
图
11－10
电流表的指针是否
偏转
有
切割磁感线
电源
【解析】
抓住电磁感应的三个关键词：“闭合电路”“部分导体”“切割磁感线”。该探究实验要用灵敏电流表去检测，普通电流表效果不明显。(4)探究通电导体在磁场中受力运动
的实验图与该图的本质区别是将灵敏电流表换成电源。
当堂测评
高分作业
