第2节 电生磁
第1课时 电生磁现象
知识点
1 直线电流的磁场
1.1820年,丹麦物理学家 发现了电流的磁现象。通电导线周围存在磁场,电流产生的磁场方向与 方向有关。距离直线电流越近,直线电流的磁场越 。?
2.如图A1-2-1所示是奥斯特实验的示意图,下列分析正确的是
( )
图A1-2-1
A.通电导线周围的磁场方向由小磁针的指向决定
B.发生偏转的小磁针对通电导线有力的作用
C.移去小磁针后,通电导线周围不存在磁场
D.通电导线周围的磁场方向与电流方向无关
3.如图A1-2-2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A1-2-2
(1)实验探究的是通电直导线周围是否存在 。?
(2)改变通电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)实验中用到的一种重要科学研究方法是 。?
A.类比法
B.转换法
C.控制变量法
D.等效替代法
知识点
2 通电螺线管的磁场
4.如图A1-2-3所示,在探究通电螺线管外部的磁场分布的实验中,开关闭合后,下列说法中正确的是
( )
图A1-2-3
A.小磁针甲静止时N极指向右端,小磁针乙静止时N极指向左端
B.小磁针甲静止时N极指向左端,小磁针乙静止时N极指向右端
C.小磁针甲和小磁针乙静止时N极均指向右端
D.小磁针甲和小磁针乙静止时N极均指向左端
5.如图A1-2-4所示为四名同学判断通电螺线管极性时的做法,正确的是
( )
图A1-2-4
6.如图A1-2-5所示是“探究通电螺线管周围磁场分布”的实验,实验时先在螺线管的两端各放一个小磁针,并在硬纸板上均匀地撒满铁屑,通电后观察小磁针的指向,轻敲纸板,观察铁屑的排列情况;改变通电螺线管中的电流方向,发现小磁针转动,南北所指方向发生了改变。
图A1-2-5
(1)实验中轻敲纸板的目的是 ,使铁屑受到磁力的作用而有规律地排列。?
(2)由以上实验可知:通电螺线管周围的磁场分布与 的磁场相似;通电螺线管周围的磁场方向与通电螺线管中的 方向有关。?
(3)为了进一步探究通电螺线管周围磁场的方向,可用 代替铁屑进行实验。?
7.如图A1-2-6所示,请标出闭合开关后通电螺线管的N极,并用箭头标出小磁针N极的旋转方向。
图A1-2-6
8.小磁针静止时的指向如图A1-2-7所示,由此可知
( )
图A1-2-7
A.a端是通电螺线管的N极,c端是电源正极
B.a端是通电螺线管的N极,c端是电源负极
C.b端是通电螺线管的N极,d端是电源正极
D.b端是通电螺线管的N极,d端是电源负极
9.[2018·绍兴]
汤姆生在研究阴极射线时发现了电子。如图A1-2-8甲所示,一条向上射出的阴极射线可以看作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图乙中的
( )
图A1-2-8
10.如图A1-2-9所示,在竖直放置的矩形通电线框中悬挂一个能自由转动的小磁针。当通以图中所示方向的电流时,小磁针N极将
( )
图A1-2-9
A.转动90°,垂直指向纸里
B.转动90°,垂直指向纸外
C.转动180°,指向左边
D.静止不动,指向不变
11.如图A1-2-10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,请完成螺线管的绕线,并标出电源的“+”“-”极。
图A1-2-10
12.某同学利用如图A1-2-11所示装置研究电与磁之间的关系,请仔细观察图中的装置、操作和现象,然后归纳得出初步结论。
图A1-2-11
(1)在该实验中可以观察到:当导线中有电流通过时,小磁针 ;断开电路,导线中无电流通过时,小磁针 。(均填“转动”或“不转动”)?
(2)比较a、b两图可知: ;比较b、c两图可知:
?
。?
自|我|提|升
13.如图A1-2-12所示为一台非铁磁性物质制成的天平,天平左盘中的A是一铁块,B是电磁铁,未通电时天平平衡。给B通以图示方向的电流(a端接电源正极,b端接电源负极),调节线圈中电流的大小,使电磁铁对铁块A的吸引力大于铁块受到的重力,铁块A被吸起。在铁块A向上加速运动的过程中,下列判断正确的是
( )
图A1-2-12
A.电磁铁B的上端为S极,天平仍保持平衡
B.电磁铁B的上端为S极,天平右盘下降
C.电磁铁B的下端为N极,天平左盘下降
D.电磁铁B的下端为N极,无法判断天平的状态
14.如图A1-2-13所示的奥斯特实验中,闭合开关,原来静止的小磁针发生了偏转。造成小磁针偏转的原因是什么呢?
图A1-2-13
猜想一:可能是通电后导线产生的热量使空气对流引起的。
猜想二:可能是通电后导线周围产生的磁场引起的。
(1)小柯看到小磁针偏转,认为它一定受到力的作用,他判断的理由是
?
。?
(2)为了验证猜想一,下列方案可行的是 (可能不止一个正确选项)。?
①将整个装置放在玻璃箱中进行实验
②将小磁针罩在烧杯中,导线置于烧杯上方并平行于小磁针进行实验
③改变导线中的电流方向
(3)如果实验中小磁针偏转不明显,请提出一条改进的建议:
。?
教师详解详析
1.奥斯特 电流 强
2.B [解析]
通电导线周围的磁场方向只由电流的方向决定。当将通电导体放在小磁针上方时,小磁针会发生偏转,说明小磁针受到了力的作用,力的作用是相互的,小磁针对通电导线也有力的作用。该磁场是否存在与小磁针的有无无关,移走小磁针后,磁场仍存在。
3.(1)磁场 (2)电流产生的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
4.B [解析]
由电路图可知,开关闭合后电流从通电螺线管的左后方流入、右前方流出,由右手螺旋定则可知,通电螺线管右端应为N极、左端为S极;因同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引,所以小磁针甲静止时N极指向左端、S极指向右端;小磁针乙静止时N极指向右端、S极指向左端。
5.A [解析]
让右手四指弯向指向电流的方向,大拇指所指的一端即为通电螺线管的北极。
6.(1)减小铁屑与硬纸板的摩擦
(2)条形磁体 电流 (3)小磁针
[解析]
(1)周围铁屑会被磁化,但由于其与硬纸板的摩擦力太大,它不能自己转动,因此实验中轻敲纸板的目的是减小铁屑与硬纸板的摩擦,使铁屑受到磁力的作用而有规律地排列。(2)由以上实验探究的结果是通电螺线管周围的磁场分布与条形磁体相似;改变通电螺线管中的电流方向,发现小磁针转动,南北所指方向发生了改变,可知通电螺线管周围的磁场方向与通电螺线管中的电流方向有关。(3)由于放在磁场的小磁针会由于磁力作用而转动,因此为了进一步探究通电螺线管周围磁场的方向,可用小磁针代替铁屑进行实验。
7.如图所示
8.B [解析]
由题图可知,小磁针左端是N极、右端是S极,所以通电螺线管的a端为N极,b端为S极。由右手螺旋定则可知,电流从d端流出后进入通电螺线管,故d端是电源的正极、c端是负极。
9.A
10.A [解析]
通电后,由右手螺旋定则可知,矩形通电线框中磁感线的方向是垂直于纸面向里的;由于小磁针静止时N极的指向与矩形通电线框中磁感线的方向是一致的,所以小磁针最终静止时N极应该是垂直指向纸里的,即从图中位置转动90°。
11.如图所示
12.(1)转动 不转动
(2)电流的周围存在磁场
电流产生的磁场方向与电流方向有关
[解析]
(1)在该实验中可以观察到:当导线中有电流通过时,小磁针转动;断开电路,导线中无电流通过时,小磁针不转动。(2)比较a、b两图可以知道,a图中小磁针没有转动,而b图中小磁针发生了偏转,证明电流的周围存在磁场.比较b、c两图可以知道,电流反向后,小磁针的偏转方向也发生了变化,说明两次产生的磁场方向不同,故能说明电流产生的磁场方向与电流方向有关。
13.C [解析]
从图可知,电流从通电螺线管的上端流入、下端流出,根据右手螺旋定则可知,螺线管下端是N极,上端是S极。电磁铁通电后,铁块A被吸起,铁块A向上加速运动,因而可知铁块受到的向上的磁力F必然大于铁块的重力G。当铁块离开托盘而又还未到达电磁铁的过程中,虽然铁块对托盘的压力没有了,但铁块对电磁铁有向下的吸引力,因此通过左盘电磁铁支架向下压左盘的力比电磁铁未通电时支架压左盘的力还大,故左盘将下降。
14.(1)力是改变物体运动状态的原因
(2)②③
(3)增大导线中的电流(或增加干电池的节数或用多根直导线等)第2节 电生磁
第2课时 探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”
1.如图B1-2-1所示的电路中,提供足够数量的大头针,只通过控制开关和调节滑动变阻器滑片P的位置,无法探究
( )
图B1-2-1
A.电流的有无对电磁铁磁性有无的影响
B.电流方向对电磁铁磁场方向的影响
C.电流大小对电磁铁磁性强弱的影响
D.线圈匝数对电磁铁磁性强弱的影响
2.如图B1-2-2所示是小李探究“电磁铁磁性强弱与什么因素有关”的实验装置。下列措施中能使电磁铁磁性增强的是
( )
图B1-2-2
A.滑片P向右移动,其他条件不变
B.滑片P向左移动,其他条件不变
C.开关S由1扳到2,其他条件不变
D.电源的正、负极对调,其他条件不变
3.在“探究影响电磁铁磁性强弱的因素”的实验中,电源电压恒定,大、小铁钉各自完全相同,进行如图B1-2-3甲、乙、丙所示的实验。图甲中大铁钉的N极是 (填“钉尖”或“钉帽”)。通过观察甲、乙两图实验现象,可得出的结论是 ;通过观察图丙实验现象,可得出的结论是 。将图甲中的小铁钉换成小钢钉进行实验,断开开关后,观察到的实验现象是
。?
图B1-2-3
4.如图B1-2-4所示的电路,开关S接到a后,电磁铁的左端为 极,小磁针静止时,A端是 极;将开关S由a拨到b,调节滑动变阻器的滑片,使电流表的示数不变,则电磁铁的磁性 (填“增强”“不变”或“减弱”)。?
图B1-2-4
5.如图B1-2-5所示,电磁铁上方附近有一点A,小磁针置于电磁铁的右侧附近。闭合开关S,下列判断中正确的是
( )
图B1-2-5
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.向左移动滑片P,电磁铁的磁性减弱
D.小磁针静止后,其N极的指向向右
6.如图B1-2-6所示,闭合开关S,电磁铁右侧的小磁针静止时,小磁针的N极指向左,则电源的右端为 极。若要使电磁铁的磁性增强,滑动变阻器的滑片P应向 (填“a”或“b”)端移动。?
图B1-2-6
7.如图B1-2-7所示,盛水烧杯放置在电磁铁的A端上,烧杯中的水面上漂浮着一个空心铁球,当电磁铁磁性的强弱发生改变时,烧杯中的空心铁球会上下浮动。闭合开关S,电磁铁A端为 极,将滑动变阻器的滑片P向右滑动时,烧杯中的水面会 (填“上升”或“下降”)。?
图B1-2-7
8.[2019·义乌期中]
如图B1-2-8所示,弹簧测力计甲、乙挂钩上分别挂着一个条形磁体和一个铁块,开关闭合后,当滑动变阻器的滑片向右移动时,弹簧测力计甲的示数 ,弹簧测力计乙的示数 。?
图B1-2-8
9.[2019·衢州]
为研究“通电螺线管磁性强弱与有无铁芯的关系”,小科设计了如图B1-2-9甲所示电路。
图B1-2-9
(1)强弱判断:通电螺线管吸引大头针的数量越多,表示其磁性越 。?
(2)具体操作:
①将无铁芯的螺线管接入电路,把滑片P移至最下端,闭合开关S,发现螺线管吸引大头针的数量较少。
②断开开关S,在螺线管中插入铁芯,将滑片P稍向上移,闭合开关S,发现螺线管吸引大头针的数量较多。
(3)评价交流:
①上述实验,没有进行多次实验,且存在的错误是 。?
②通电螺线管磁性强弱无法用肉眼直接观察,本实验用吸引大头针数量的多少反映磁性的强弱,图乙中的实验采用的方法与之相同的是 。?
10.如图B1-2-10甲所示,水平桌面上两块相同的条形磁体在水平推力F1的作用下,做匀速直线运动。
图B1-2-10
(1)如图乙所示,取走其中一块后,磁体在水平推力F2的作用下仍做匀速直线运动,则F2 (填“>”“=”或“<”)F1。?
(2)如图丙所示,磁体在F2作用下匀速直线运动过程中,闭合开关S,则磁体的速度将 。若将滑动变阻器的滑片向左移动,欲保持磁体匀速直线运动,F2应 。(均填“变大”“不变”或“变小”)?
自|我|提|升
11.如图B1-2-11所示是简易压力传感器的原理图,弹簧甲连接在A、B两绝缘板之间,B板固定,滑动变阻器R的滑片P与A相连,并可随A板一起运动。弹簧乙下端挂有一条形磁体,条形磁体正下方有一电磁铁,R0为定值电阻。开关S闭合,电路接通后,电压表示数为U1,弹簧乙的总长度为L1;当用力F向下压弹簧甲后,电压表示数为U2,弹簧乙的总长度为L2,则U1 U2,L1 L2。(均填“>”“<”或“=”)?
图B1-2-11
12.现在医学使用的心肺机的功能之一是用“电动泵”替代心脏,推动血液循环。其原理如图B1-2-12所示,将线圈ab缠绕并固定在活塞一端,利用它通电时与固定磁体之间的相互作用,带动电动泵中的活塞,抽送血液。图中阀门S1只能向外自由开启,反向则封闭管路;阀门S2只能向内自由开启,反向则封闭管路。当线圈中的电流从a流向b时,线圈的右端为 极,此时活塞将向 运动,阀门 (填“S1”或“S2”)打开。?
图B1-2-12
教师详解详析
1.B
2.B [解析]
电磁铁的磁性强弱与电流大小和线圈匝数有关。滑片P向右移动时,滑动变阻器接入电路的电阻增大,电路中的电流变小,电磁铁磁性减弱。滑片P向左移动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,电路中的电流增大,电磁铁磁性增强。线圈匝数变少,电磁铁磁性减弱。对调电源正、负极,不影响电磁铁的磁性强弱。
3.钉帽 在线圈匝数一定时,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 小钢钉不会掉下来
[解析]
由图可知,图甲中电流从通电螺线管的上端流入,下端流出,根据右手螺旋定则可知,钉帽端为N极;通过观察甲、乙两图实验可知,线圈的匝数相同,滑动变阻器接入电路的阻值不同,图乙的电阻小,通过的电流大,电磁铁吸引的小铁钉个数多,可得出结论:在线圈匝数一定时,电流越大,电磁铁的磁性越强;由图丙可知,该电路为串联电路,电流相同,线圈匝数不同,匝数多的电磁铁吸引的小铁钉多,可得出结论:在电流一定时,线圈匝数越多,电磁铁的磁性越强。将图甲中的小铁钉换成小钢钉进行实验,由于钢是永磁性材料,被铁钉磁化后,断开开关,仍具有磁性,故小钢钉不会掉下来。
4.S S 减弱
[解析]
伸出右手握住螺线管,四指弯曲指示电流的方向,大拇指所指的方向即螺线管的右端为通电螺线管的N极,根据同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引可知,小磁针的A端是S极;在此实验装置中,将开关S由a拨到b,保持电流不变,减少了线圈的匝数,因此电磁铁的磁性减弱。
5.D [解析]
由右手螺旋定则可知,右手握住螺线管,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,左端为S极;在磁体的外部,磁感线从N极出发,回到S极,所以电磁铁上方A点的磁场方向向左;向左移动滑片P,连入电路的电阻减小,电流增大,电磁铁的磁性增强;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,则小磁针的S极向左转动,小磁针会逆时针旋转,故小磁针静止时,其N极的指向向右。
6.正 b
[解析]
小磁针静止时,N极指向左,则由磁极间的相互作用可知,电磁铁右端为S极,则左端为N极,根据右手螺旋定则可以判断电源的右端为正极、左端为负极。若要使电磁铁的磁性增强,需增大电路中的电流,由欧姆定律可知,要减小电路中的电阻,故滑片应向b端移动。
7.S 下降
[解析]
电流由A流向B,则由右手螺旋定则可知,螺线管b端为N极,则a端为S极;当滑片向右移动时,滑动变阻器接入电路的阻值增大,则由欧姆定律可知,电路中电流减小,则螺线管中的磁性减弱,故小铁球所受磁力减小;小铁球受重力、磁力及浮力的作用,因小球处于静止状态,故向下的磁力与重力之和应等于向上的浮力,因磁力减小,故浮力也将减小,所以烧杯中水面会下降。
8.变小 变大
[解析]
由右手螺旋定则可知,蹄形电磁铁的左端为N极,右端为S极,由于同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引,则蹄形电磁铁左侧对上方的条形磁体有一个向上的作用力,因此弹簧测力计甲的拉力变小,长度将变短,示数变小;蹄形电磁铁右侧与上方的铁块相互吸引,故弹簧测力计乙的示数变大。
9.(1)强 (3)①没有控制电流大小相同 ②A
[解析]
(1)实验中通过通电螺线管吸引大头针数目的多少来反映通电螺线管磁性的强弱,通电螺线管吸引大头针的数量越多,表示其磁性越强。(3)①本实验为研究“通电螺线管磁性强弱与有无铁芯的关系”,没有进行多次实验,实验中,没有插入铁芯时把滑片P移至最下端,插入铁芯后将滑片P稍向上移,导致两次的电流不同,即没有控制电流大小相同,这是错误的。②实验时,通过通电螺线管吸引大头针数目的多少来判断通电螺线管的磁性强弱,这种科学研究方法是转换法。海绵的形变程度越大,表示压力的作用效果越明显,也采用了转换法;用黄豆和芝麻混合后体积变小,反映分子间存在间隙,不是转换法,而是类比法。
10.(1)< (2)变小 变大
[解析]
(1)磁体匀速直线运动,所以推力等于摩擦力,当取走其中一块后,压力减小,所以摩擦力减小,则推力F211.< >
[解析]
开关S闭合,定值电阻与滑动变阻器串联,电压表测量滑动变阻器两端电压,此时滑动变阻器接入电路的阻值最小,因此电路中电流最大,电压表示数最小;根据右手螺旋定则可知,螺线管的下方为N极,上方为S极;当用力F向下压弹簧甲后,滑动变阻器接入电路的电阻变大,因此电压表示数变大,故U1L2。
12.S 右 S1
[解析]
当线圈中的电流从a流向b时,由右手螺旋定则可知,线圈的左端为N极,右端为S极,同名磁极相互排斥,此时活塞将向右运动,内部压强增大,则S1打开、S2闭合。
