2 电流的磁效应
第2课时 电磁铁 电磁继电器
知识点
1 研究影响电磁铁的磁性强弱的因素
1.在“探究影响电磁铁磁性强弱的因素”的实验中,实验室准备的器材有:电源、开关、滑动变阻器、两根完全相同的铁钉、表面绝缘的铜线、大头针若干。小明利用上述器材,制成简易电磁铁甲、乙,并设计了如图A5-2-1所示的电路。
图A5-2-1
(1)实验中通过观察电磁铁 的不同,可以判断电磁铁的磁性强弱不同。?
(2)当滑动变阻器的滑片向左移动时,电磁铁甲、乙吸引大头针的个数 (填“增加”或“减少”),说明电流越 ,电磁铁的磁性越强。?
(3)根据图示的情景可知, (填“甲”或“乙”)的磁性强,说明电流一定时,
,?电磁铁的磁性越强。
2.如图A5-2-2所示,把一根包有绝缘层的导线绕在铁钉上,把导线两端的绝缘层刮去,接上干电池后,铁钉
( )
图A5-2-2
A.有磁性
B.会熔化
C.有电流流过
D.两端对小磁针北极都有吸引力
3.许多自动控制的电路中都安装有电磁铁。有关电磁铁,下列说法中正确的是
( )
A.电磁铁的铁芯可以用铜棒代替
B.电磁继电器中的磁体可以使用永磁体
C.电磁铁磁性的强弱只与电流的大小有关
D.电磁铁是根据电流的磁效应制成的
知识点
2 电磁继电器
4.如图A5-2-3所示,
A是电磁铁,B是衔铁,C是弹簧,D是动触点,E是静触点。电磁继电器工作电路由 压控制电路和 压工作电路组成。控制电路是由电磁铁A、衔铁B、低压电源U1和开关组成;工作电路是由小灯泡L、电源U2和相当于开关的静触点E、动触点D组成。闭合开关S,衔铁被电磁铁吸下来,动触点与静触点接触,使D、E间连通,小灯泡L
(填“亮”或“不亮”)。断开开关S,电磁铁失去磁性,衔铁在弹簧的拉力作用下回到原来的位置,动触点与静触点分开,工作电路被切断,小灯泡L (填“亮”或“不亮”)。?
图A5-2-3
5.如图A5-2-4所示,在电磁铁正上方用弹簧挂着一条形磁铁,开关S闭合后,当滑片P从a端向b端滑动时,会出现的现象是
( )
A.电流表示数变小,弹簧长度变短
B.电流表示数变小,弹簧长度变长
C.电流表示数变大,弹簧长度变长
D.电流表示数变大,弹簧长度变短
图A5-2-4
图A5-2-5
6.[2019·绍兴]
如图A5-2-5所示是小敏设计的汽车尾气中一氧化碳排放量的检测电路。当一氧化碳浓度高于某一设定值时,电铃发声报警。图中气敏电阻R1的阻值随一氧化碳浓度的增大而减小。下列说法中正确的是
( )
A.电铃应接在A和C之间
B.当一氧化碳浓度升高,电磁铁的磁性减弱
C.用久后,电源电压U1会减小,报警时一氧化碳最小浓度比设定值高
D.为使该检测电路在一氧化碳浓度更低时报警,可将控制电路R的滑片向下移
7.小俞买了一个磁浮玩具如图A5-2-6所示,其中上面的玩偶部分用磁铁做成。下列叙述正确的是
( )
图A5-2-6
A.由图可判断,电源a端为负极
B.将软铁芯改成塑料芯,使玩偶悬得更高
C.将可变电阻的滑片向下移动,使玩偶悬得更高
D.增加环绕软铁的线圈匝数,使玩偶悬得更高
8.如图A5-2-7所示是利用磁浮原理浮在空中的盆栽,盆栽底部有磁体,底座内装有电磁铁。给盆栽浇水前后
( )
图A5-2-7
A.盆栽受到的磁力大小不变
B.底座对桌面的压强大小不变
C.要使盆栽与底座之间距离不变,可改变电磁铁线圈内的电流方向
D.要使盆栽与底座之间距离不变,可适当增大电磁铁线圈内的电流
9.如图A5-2-8所示,电磁铁的左下方有一铁块,在恒力F作用下沿水平地面向右做直线运动,在铁块从电磁铁的左下方运动到正下方的过程中,若滑动变阻器的滑片逐渐向上滑动,则( )
图A5-2-8
A.电磁铁上端为S极
B.铁块运动过程中,电磁铁的磁性逐渐减弱
C.铁块做匀速运动
D.铁块对地面的压强逐渐增大
10.如图A5-2-9所示,A是一根锰铜丝制成的软质弹簧,B是水银槽,槽内盛有水银,A的上端通过接线柱与电源相连,A的下端恰好与水银表面接触,开关S闭合后发生的现象是
( )
图A5-2-9
A.弹簧伸长,灯持续发光
B.弹簧缩短,灯熄灭
C.弹簧上下振动,灯忽亮忽灭
D.弹簧静止不动,灯持续发光
11.[2020·宁波]
如图A5-2-10所示的电路,a、b处接电动机或指示灯。当低压控制电路断开时,指示灯亮;当低压控制电路闭合时,电动机工作。则a处接的是
。?
图A5-2-10
自|我|提|升
12.[知识加油站]
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。磁感线能形象、直观地描述磁场,磁感线越密,磁场越强。如果电阻的大小随磁场的强弱变化而变化,则这种电阻叫磁敏电阻。
[例题]
为了探究磁铁外轴线上磁感应强度的大小与哪些因素有关,小鹭设计了如图A5-2-11甲所示的电路,图甲中左侧电路电源电压为6
V,R为磁敏电阻,其阻值随磁感应强度变化的关系图线如图乙所示。
甲 乙
图A5-2-11
(1)当S2断开、S1闭合时,电流表的示数为 mA。闭合S1和S2,滑动变阻器的滑片P向右移动,电流表的示数逐渐减小,说明磁敏电阻R处的磁感应强度B逐渐 。?
(2)闭合S1和S2,滑片P不动,沿电磁铁轴线向左移动磁敏电阻R,测出R离电磁铁左端的距离x与对应的电流表示数I,算出R处磁感应强度B的数值如下表。请计算x=5
cm时,B=
T。?
x/cm
1
2
3
4
5
6
I/mA
10
12
15
20
30
46
B/T
0.68
0.65
0.60
0.51
0.20
(3)综合以上实验可以得出:电磁铁外轴线上磁感应强度随电磁铁电流的增大而 ;离电磁铁越远,磁感应强度越
。?
教师详解详析
1.(1)吸引大头针数目
(2)增加 大
(3)乙 线圈匝数越多
[解析]
(1)电磁铁磁性的强弱可以通过吸引大头针的数目来判断,电磁铁吸引的大头针数目越多,说明电磁铁的磁性越强。(2)当滑动变阻器的滑片向左移动时,其接入电路中的电阻变小,根据欧姆定律可知电路中的电流变大,发现电磁铁甲、乙吸引大头针的数目增加,说明电流越大,电磁铁的磁性越强。(3)根据图示的情景可知,电磁铁乙吸引的大头针比甲多,说明乙的磁性较强。电流相同时,乙缠绕的线圈的匝数多,吸引的大头针个数多,说明电流一定时,线圈匝数越多,电磁铁的磁性越强。
2.A
3.D
4.低 高
亮 不亮
5.D
6.C [解析]
当一氧化碳浓度增大时,R1的阻值减小,电路中的电流增大,此时电磁铁的磁性会增强,电磁铁吸引衔铁,这时衔铁与下面的触点接通,只有电铃在B、D部分才能报警;电磁铁吸引衔铁需要的磁力是不变的,即线圈中需要达到的电流大小不变,当电源电压U1减小时,控制电路部分电流减小,此时电磁铁磁力较小不能将衔铁吸下来使报警电铃工作,只有一氧化碳的浓度继续增大,气敏电阻R1的阻值继续减小,电路电流增大,电铃才能报警,因此报警时一氧化碳的最小浓度比设定值高;报警时控制电路中的电流保持不变,即总电阻不变,当一氧化碳的浓度降低时,气敏电阻R1的阻值变大,为了正常报警,变阻器R的阻值必须减小,即滑片应向上移动。
7.D
8.D [解析]
该盆栽利用了同名磁极相互排斥的原理,当盆栽悬浮在空中静止不动时,受到的力是平衡力,即盆栽的总重力和磁力大小相等,浇水后盆栽重力变大,磁力也变大;对底座受力分析可知,浇水后底座对桌面的压力变大,根据p=知,底座对桌面的压强变大;要使盆栽与底座之间距离不变,需增大磁力,磁力的大小与电流的方向无关;其他条件相同时,电流越大,磁性越强,故要增大磁力可增大电流。
9.A [解析]
根据右手螺旋定则判断,电磁铁的下端是N极,上端是S极。由电路图知,滑片逐渐向上滑动,滑动变阻器接入电路的阻值变小,电路中的电流变大,通过电磁铁的电流逐渐增大,电磁铁的磁性逐渐增强。因为电磁铁的磁性增强,当铁块运动到其下方时会受到较大的吸引力,使铁块对地面的压力减小,在接触面粗糙程度不变的情况下,铁块与地面的摩擦力也减小,此时的恒力F大于摩擦力,故铁块做加速运动。铁块对地面的压力减小,由p=知,铁块对地面的压强减小。
10.C
11.指示灯
[解析]
当低压控制电路断开时,电磁铁没有磁性,动触点接上面接线柱,a工作。因此a是指示灯。
12.(1)60 增大
(2)0.4
(3)增大 小
[解析]
(1)当S2断开、S1闭合时,磁场强度为0,由图乙可知,此时R=100
Ω,故此时电路中的电流I===0.06
A=60
mA;图乙中滑动变阻器的滑片P向右移动,图甲中电流表的示数逐渐减小,即R的阻值变大,据图乙分析可知:磁敏电阻R处的磁感应强度B逐渐增大。(2)x=5
cm时,由表得出电流是30
mA,由欧姆定律可知,R'===200
Ω,由图乙可知对应的磁场强度是0.4
T。(3)由(1)中的实验可知,变阻器滑片向右移动,电磁铁电路中的电阻变小,电流变大,此时电磁铁外轴线上磁感应强度增大,可以得出电磁铁外轴线上磁感应强度随电磁铁电流的增大而增大;由(2)中的表格数据可知,离电磁铁越远,磁感应强度越小。2 电流的磁效应
第1课时 直线电流的磁场 通电螺线管的磁场
知识点
1 探究奥斯特实验
1.如图B5-2-1所示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:?
;观察比较甲、丙两图,可得实验结论:
。?
图B5-2-1
2.如图B5-2-2所示,将一根直导线放在静止小磁针的正上方,并与小磁针平行,接通电路后,观察到小磁针偏转。
图B5-2-2
(1)实验探究的是通电直导线周围是否存在 。?
(2)改变直导线中的电流方向,小磁针偏转方向也发生改变,表明
。?
(3)实验中小磁针的作用是?
。?
(4)实验中用到的一种科学研究方法是
。?
A.类比法
B.转换法
C.控制变量法
D.等效替代法
知识点
2 直线电流的磁场
3.小明探究通电直导线周围的磁场分布情况,找来小磁针、铁屑、硬纸板等,做了如图B5-2-3甲所示的实验。先在有机玻璃板上均匀地撒上铁屑,然后给直导线通电,为了更好地通过铁屑客观描述出磁场分布情况,接下来的操作是 ,该操作的主要目的是减小铁屑与玻璃板之间的摩擦,使铁屑在磁场力作用下动起来,说明力能 。在纸板上放上小磁针,观察实验结果,发现直导线周围的磁场是以 为中心的一系列同心圆。同时他找到了判断直导线周围磁场的方法:“用右手握住直导线,大拇指指向直导线中电流的方向,则弯曲的四指所指方向为 方向。”请你用小明的方法判断图乙中小磁针N极转向 ;图丙中小磁针N极转向 。(后两空均填“纸内”或“纸外”)?
图B5-2-3
知识点
3 通电螺线管的磁场
4.如图B5-2-4所示,小磁针静止在螺线管附近,闭合开关后,下列判断正确的是
( )
图B5-2-4
A.通电螺线管的左端为N极
B.通电螺线管外A点磁场的方向向右
C.小磁针N极指向左
D.小磁针S极指向左
5.如图B5-2-5所示,当开关闭合后,螺线管上方的小磁针静止在图示位置,则小磁针的右侧为 极;关于通电螺线管磁场的方向,小明通过实验得出的结论是:通电螺线管的极性跟导线的环绕方向有关。请对此结论作出评价: ?
。?
图B5-2-5
6.小军利用如图B5-2-6所示的装置来探究通电螺线管外部磁场的方向,请根据实验要求回答下列问题:
图B5-2-6
(1)实验时,他选用小磁针的目的是 。?
(2)实验过程中,他将电池的正、负极位置对调接入电路中,此操作的目的是研究
与 是否有关。?
7.如图B5-2-7所示,请根据通电螺线管的N、S极判断:(1)磁感线的方向并标在虚线上;(2)电源的“+”“-”极并标在括号内。
图B5-2-7
8.如图B5-2-8所示,闭合开关使螺线管通电,A螺线管的上端相当于磁体的 极,可以观察到左边的弹簧 ,右边的弹簧 。(后两空均填“伸长”“不变”或“缩短”)?
图B5-2-8
9.如图B5-2-9所示,用细线悬挂的磁体AB,磁极未知,当闭合电路开关S后,磁体的B端与通电螺线管左端相互排斥,则B端是磁体的 极,断开开关S,磁体静止时,B端会指向地理的 。?
图B5-2-9
10.通电螺线管的外部磁场与条形磁铁周围磁场相似,其磁极可以用右手螺旋定则判定。
(1)图B5-2-10甲中通电螺线管的A端是 极。螺线管实际上是由多个单匝圆形线圈组成的,通电螺线管的磁场可以看成由每一个单匝圆形通电线圈的磁场组合而成,因此应用右手螺旋定则也可以判断单匝圆形通电线圈的磁极。现一单匝圆形通电线圈中的电流方向如图乙所示,则其B端是 极。?
图B5-2-10
(2)地球周围存在磁场,有学者认为,地磁场是由于地球带电自转形成圆形电流引起的,地球自转的方向自西向东,如图丙所示,则形成的圆形电流方向与地球自转方向 (填“相同”或“相反”),科学上规定正电荷定向移动的方向为电流方向,那么地球带 (填“正”或“负”)电。?
11.如图B5-2-11所示,在螺线管上方用弹簧悬挂一根条形磁铁,闭合开关S后,弹簧的伸长量减小,请在图中括号内分别标出螺线管A的N、S极和电源的“+”“-”极。
图B5-2-11
12.如图B5-2-12所示,小磁针放在两通电螺线管之间,静止时小磁针的N、S极处于如图所示的状态,请完成螺线管B的绕线,并标出电源的正、负极。
图B5-2-12
13.如图B5-2-13所示的电路中,闭合开关S,当滑片P向a端移动时,通电螺线管的磁性
(填“增强”或“减弱”),条形磁体对水平地面的压强 (填“增大”或“减小”)。电路中R0的作用是 。?
图B5-2-13
14.在探究通电螺线管外部磁场的实验中,采用了如图B5-2-14甲所示的实验装置。
图B5-2-14
(1)当闭合开关S后,小磁针 (填“会”或“不会”)发生偏转,说明通电螺线管与小磁针之间是通过 发生力的作用的。?
(2)用铁屑来做实验,得到了如图乙所示的情景,它与 磁铁的磁场分布相似。为描述磁场而引入的磁感线 (填“是”或“不是”)真实存在的。?
(3)闭合开关S,通电螺线管周围的小磁针N极指向如图丙所示,由图可知:在通电螺线管外部,磁感线是从 极发出,最后回到 极。?
(4)为了研究通电螺线管的磁极性质,老师与同学们一起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B5-2-15所示的四种情况。该实验说明:当绕线方式相同时,通电螺线管的磁极极性只与它的 有关。?
图B5-2-15
教师详解详析
1.电流周围存在磁场 电流产生的磁场的方向与电流方向有关
2.(1)磁场
(2)磁场方向与电流方向有关
(3)检测磁场的存在并显示磁场的方向
(4)B
3.轻敲玻璃板 改变物体的运动状态 电流
磁场 纸外 纸内
4.D [解析]
闭合开关后,电流由螺线管的左侧流入、右侧流出,根据右手螺旋定则,用右手握住螺线管,四指指向电流的方向,则大拇指指向右端,即通电螺线管的右端为N极、左端为S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极应靠近螺线管的右端,即小磁针的S极指向左。
5.S 不正确,实验时,当观察到电流方向改变时,小磁针磁极的指向发生改变,表明通电螺线管的磁场方向与电流方向有关,与绕线方向无关
6.(1)显示磁场方向
(2)通电螺线管外部磁场方向 电流方向
[解析]
(1)因为小磁针放入磁场中,小磁针静止时N极的指向和该点的磁场方向相同,所以实验中使用小磁针是为了显示磁场方向。(2)把电池正、负极对调,改变了电流方向,闭合开关后,会发现小磁针的N极指向改变了,此现象说明磁场方向和电流方向有关。因此这样操作是为了研究通电螺线管外部磁场方向和电流方向是否有关。
7.如图所示
[解析]
通电螺线管的右端为N极,根据右手螺旋定则知电流是从螺线管的左端流入、右端流出的;在磁体外部,磁感线总是从磁体的N极发出,最后回到S极。
8.N 伸长 缩短
9.N 北方
[解析]
当闭合电路开关S后,电流从螺线管右端流入,左端流出,根据右手螺旋定则可知,螺线管左端为N极,右端为S极。由于磁体的B端与通电螺线管左端相互排斥,根据同名磁极相互排斥可知,B端是磁体的N极。由于地磁的N极在地理的南极附近,地磁的S极在地理的北极附近,由于受地磁场的影响,磁体静止时,B端(N极)会指向地理的北方。
10.(1)N N
(2)相反 负
[解析]
(1)根据右手螺旋定则,可判断出A端为N极。根据右手螺旋定则,用右手握住单匝线圈,四指弯向电流的方向,拇指指向单匝线圈的B端,所以B端为N极。(2)由于地磁北极在地理南极附近,根据右手螺旋定则,拇指指向地磁北极,四指的方向为电流的方向,所以电流自东向西,与地球自转的方向相反;科学上规定正电荷定向移动的方向为电流方向,所以地球带负电。
11.如图所示
[解析]
开关闭合后,弹簧伸长量减小,说明弹簧受到向上的弹力,则可知条形磁铁受到了向上的排斥力;因同名磁极相互排斥,所以可知螺线管上端为N极,下端为S极;则由右手螺旋定则可知,电流由螺线管上端流入,即电源的左端为正极,右端为负极。
12.如图所示
[解析]
(1)小磁针的N极靠近螺线管A的右端,根据磁极间的作用规律可知,螺线管A的右端为S极,左端为N极。同理可以确定螺线管B的左端为N极,右端为S极。(2)利用右手螺旋定则可以确定螺线管A中的电流方向是从螺线管的右端流入,左端流出,即电源的右端为“+”极,左端为“-”极。(3)根据电流方向是从螺线管的右端流入,左端流出,且螺线管B的左端为N极,右端为S极,利用右手螺旋定则可以确定螺线管B的线圈绕向。
13.增强 增大 保护电源,防止短路
[解析]
(1)闭合开关S,当滑片P向a端移动时,变阻器连入电路中的电阻变小,由欧姆定律可知电路中的电流变大,则通电螺线管的磁性增强。
(2)开关闭合,电流从螺线管的上方流入,根据右手螺旋定则可知通电螺线管的下端为N极,根据同名磁极相互排斥可知,通电螺线管对条形磁体有向下的斥力;当滑片P向a端移动时,通电螺线管的磁性增强,通电螺线管对条形磁体向下的斥力增大,则条形磁体对水平地面的压力增大,受力面积不变,由p=可知,条形磁体对水平地面的压强增大。
(3)若无R0存在,当滑片P滑到最左端时,电路短路,有烧坏电源的危险,故R0的作用是保护电源,防止短路。
14.(1)会 磁场
(2)条形 不是
(3)N S
(4)电流方向
