資源簡介

12.3 通電螺線管的磁場
知識梳理
通電螺旋管：
通電電磁閥外部的磁感應線從電磁閥的北極發送，并返回南極。然而，通電電磁閥內的磁場方向是從電磁閥的南極到北極。條形磁鐵相當于外部電磁閥。通電電磁閥外部的磁場類似于條形磁鐵。
通電螺線管的磁極極性可用安培定則(右手螺旋定則)來判定：
用右手握住電磁閥，將四個手指向電磁閥中的電流方向彎曲，然后拇指指向的一端就是電磁閥的N極，如圖所示。
記憶方法：
以通電螺線管前端電流為例，電流向上，N極在左端，電流向下，N極在右端，便于記憶，可簡化為“左上，右下”。
通電螺線管繞線方法及其畫法：
要繪制通電電磁閥的繞組，需要掌握兩點：
第一點：找準起點
起點非常重要。如果第一條線畫錯了，答案是相反的。在繞線過程中，可以遵循“左上正n，右下正n”的原則，這意味著如果向上的電流在電磁閥的前部，則左側為n極；如果向下的電流在電磁閥的前部，則N極在右側。
第二點：抓住終點
最后一根導線是從前面繞來連接導線，還是從后面繞來連接導線。如果繪制錯誤，導線將無法連接，并且會發生錯誤?？梢圆捎谩皟蓚€一，一個二”的原則來解決結尾問題。
①意思是出線和入線在螺線管的兩側(即螺線管上下都有導線)，則在同一面上(同正面或同反面)，如甲圖所示。
② 如圖B所示，如果出線和人線位于電磁閥的一側（上方或下方），則出線和進線將分布在電磁閥的兩側（一前一后）。
基礎訓練
一、單選題
1．如圖所示的奧斯特實驗，下面的說法正確的是（　　）
A．利用小磁針的轉動顯示電流的磁場，應用了等效法
B．該實驗證明了電流的磁場大小與電流的大小有關
C．甲、丙兩圖的實驗說明電流的磁場方向與電流的方向有關
D．根據此實驗原理可以制成發電機
【答案】C
【詳解】A．利用小磁針的轉動顯示電流的磁場，將不便于觀察的磁場轉換為便于觀察的小磁針的轉動，應用了轉換法，故A錯誤；
BC．該實驗只能說明電流可以產生磁場，無法證明電流的磁場大小與電流的大小有關，甲、丙兩圖的實驗電流的方向改變，小磁針的偏轉方向也改變，說明電流的磁場方向與電流的方向有關，故B錯誤，C正確；
D．根據此實驗原理可以制成電磁鐵，無法制成發電機，故D錯誤。
故選C。
2．下列用磁感線描述的磁場方向不正確的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】D
【詳解】A．地球是一個大磁體，地磁N極在地理南極附近，地磁S極在地理北極附近，磁感線是閉合曲線，磁體外部磁感線是從N極到S極，故A正確，A不符合題意；
BC．磁感線是閉合曲線，磁體外部磁感線是從N極到S極，且同名磁極相互排斥，故BC正確，BC不符合題意；
D．電流從電正極出發，回到電負極，根據安培定則，可知確定螺線管右端為N極，左端為S極，磁體外部磁感線是從N極到S極，故D不正確，D符合題意。
故選D。
3．小明利用鐵屑探究通電螺線管的磁場，通電后輕敲玻璃板，小磁針和鐵屑靜止時分布情況如圖所示，則下列磁感線描述正確的是（　?。?br/>A． B．
C． D．
【答案】C
【詳解】圖中小磁針的左端是N極，右端是S極，由異名磁極相互吸引可知，通電螺線管的左端為S極，右端為N極，螺線管外部的磁感線是從N極出來，回到S極的。
A．圖中螺線管外部的磁感線是從S極出來，回到N極的，是錯誤的，故A錯誤；
BC．在通電螺線管的外部，磁感線是從N極出來回到S極的，在螺線管的內部，磁感線是從S極到N極，磁感線是一條封閉的曲線，故C正確，B錯誤；
D．圖中螺線管外部的磁感線是從S極出來，回到N極的，是錯誤的，故D錯誤。
故選C。
4．如圖所示，閉合開關后，位于通電螺線管左右兩側的小磁針靜止時其指向正確的是
（　　）
A． B．
C． D．
【答案】A
【詳解】A．根據安培定則可知螺線管的右端為N極，左端為S極；異名磁極相互吸引，則左邊小磁針的右端為N極，右邊小磁針的左端為S極，故A正確；
B．根據安培定則可知螺線管的右端為N極，左端為S極；異名磁極相互吸引，則左邊小磁針的右端為N極，右邊小磁針的左端為S極，故B錯誤；
C．根據安培定則可知螺線管的右端為S極，左端為N極；異名磁極相互吸引，則左邊小磁針的右端為S極，右邊小磁針的左端為N極，故C錯誤；
D．根據安培定則可知螺線管的右端為S極，左端為N極；異名磁極相互吸引，則左邊小磁針的右端為S極，右邊小磁針的左端為N極，故D錯誤。
故選A。
5．在探究通電螺線管外部磁場方向時，小明在玻璃板上均勻地撒上鐵屑，螺線管通電后，輕敲玻璃板，鐵屑的分布情況如圖所示（小磁針深色部分為N極）。下列說法正確的是（　　）
A．通電螺線管的左端是S極
B．通電螺線管的外部磁場與蹄形磁體周圍的磁場相似
C．改變螺線管中電流方向，則小磁針N、S極的指向都會發生改變
D．改變螺線管中電流方向，則鐵屑分布情況會改變
【答案】C
【詳解】A．如圖所示，小磁針深色部分為N極，根據磁極間的相互作用規律可知，通
電螺線管右端為S極，左端為N極，故A錯誤；
B．如圖所示，可以看出通電螺線管周圍的小磁針指向與條形磁鐵周圍的小磁針指向相似，由此可看出通電螺線管外部的磁場與條形磁體的磁場相似，故B錯誤；
CD．通電螺線管兩端的極性跟螺線管中電流的方向有關，極性跟電流方向的關系可以用安培定則來判定：用右手握螺線管，讓四指指向螺線管中電流的方向，則大拇指所指的那端就是螺線管的N極，故改變螺線管中電流方向，磁場的方向改變，小磁針N、S極的指向都會發生改變，但磁場的形狀不變，所以鐵屑分布情況不會改變，故C正確，D錯誤。
故選C。
6．在探究通電螺線管的磁場特點時，通電螺線管在某狀態下的兩個實驗現象如圖所示，其中小磁針（黑色一端為N極）靜止時的指向情況如圖甲所示。鐵屑靜止時的分布情況如圖乙所示。圖中能正確用磁感線描述這兩個實驗現象的是（　?。?br/>A． B．
C． D．
【答案】C
【詳解】通電螺線管的外部磁場和條形磁體的磁場相似，由甲圖中小磁針的分布情況可以判斷該通電螺線管的左側為S極，右側為N極。我們規定小磁針靜止時的N極指向為該點的磁場方向，所以在磁體外部，磁感線總是從N極出發回到S極。而在磁體內部，磁感線的分布和磁體的N、S極一致，由此判斷，A、B、D不符合題意；C符合題
意。
故選C。
7．如圖所示為課本中的一個實驗：“把一段通電導線彎成圓環，形成環形電流，讓圓環導線穿過一塊與圓環平面垂直的平板。利用鐵粉觀察它周圍的磁場分布?！比绻麑Ь€內電流方向如箭頭所示，當置于平板上A點的磁針（黑色端為N極）靜止時，下列圖中磁針指向正確的是（　?。?br/>A． B．
C． D．
【答案】A
【詳解】據安培定則知，圖示中的A點的磁場方向指向外，所以小磁針的N極指向外，故A正確，BCD錯誤。
故選A。
8．如圖所示，閉合開關S，觀察到小磁針順時針旋轉90°后保持靜止，下列說法正確的是（　?。?br/>A．電的a端是正極，電磁鐵左端是S極 B．電的a端是負極，電磁鐵左端是N極
C．電的b端是負極，磁感線方向自左向右 D．電的b端是正極，磁感線方向自右向左
【答案】A
【詳解】由題意可知，小磁針順時針旋轉90°后保持靜止，則小磁針靜止時，左端為S極，右端為N極，則由異名磁極相互吸引可知，通電螺線管的右端為N極，左端為S極，則根據通電螺線管中導線的纏繞方式，由安培定則可得，電流從通電螺線管的左端
流入，右端流出，故可知電的a端是正極，因磁感線方向在磁鐵外部是從N極出發，回到S極，故可知磁感線方向是自右向左，故A正確，BCD錯誤。
故選A。
9．如圖所示，閉合開關S1、S2兩個通電螺線管的相互作用情況以及A、B端的極性分別是（　?。?br/>A．相斥，A端為N極，B端為N極 B．相斥，A端為S極，B端為S極
C．相吸，A端為S極，B端為N極 D．相吸，A端為N極，B端為S極
【答案】C
【分析】
【詳解】兩個通電螺線管正面的電流都是向下，根據安培定則可知，A端為S極，B端為N極，因此它們相互靠近的兩端是異名磁極相，相互吸引。故選C。
【點睛】
10．如圖所示，在通電螺線管周圍a、b、c、d四個位置畫出的小磁針指向正確的是（　　）
A．a、b B．b、c C．c、d D．a、d
【答案】A
【詳解】由圖可知，螺線管中電流的方向是向上的，由安培定則知道，通電螺線管的左端為N極，右端為S極，由同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引知道，只有小磁針的指向正確。
故選A。
二、填空題
11．如圖所示，小磁針的黑色端為N極，通電螺線管的磁感線由左端出來、回到右端，則圖中電流表的下端為_____接線柱。
【答案】負
【詳解】在磁體的周圍，磁感線是從磁體的N極出發，回到S極，所以圖示通電螺線管的左端為N極、右端為S極；利用安培定則可以確定電流是從螺線管的左端流入、右端流出，從而可以確定電流表的下端接線柱為負接線柱。
12．閉合開關S后，可以自由轉動的小磁針發生偏轉且指向如圖所示，則電的正極為___________（選填“A”或“B”）端。
【答案】B
【詳解】小磁針靜止時N極所指方向為該點磁場方向，由圖中小磁針N極的指向可知通電螺線管左側為N極，右側為S極，由安培定則可知電流從螺線管右側流入，左側流出，所以電的B端為正極，A端為負極。
13．電與磁之間存在著相互聯系，彰顯物理現象的對稱、統一之美。如圖所示，利用干電池、導線和小磁針進行實驗。通電后小磁針發生偏轉，斷電后小磁針復位。實驗表明______
【答案】通電導線的周圍存在磁場
【詳解】導線通電后，導線周圍產生磁場，導線的磁場與小磁針的磁場發生相互作用，使小磁針發生偏轉，斷電后導線的磁場消失，小磁針復位，這說明通電導線的周圍存在磁場。
14．在探究通電螺線管外部磁場方向的實驗中：
（1）在裝有螺線管的硬紙板上均勻撒滿鐵屑，通電后鐵屑分布無明顯變化，這時需輕敲紙板，觀察到鐵屑排列成圖所示的形狀?？梢姡娐菥€管外部磁場與___________磁體的磁場相似；
（2）用小磁針探究磁場方向時，發現小磁針沒有標N、S極，請寫出一種判斷小磁針N、S極的做法：___________；
（3）對調螺線管所接電正、負極，周圍小磁針的指向也隨之對調，說明通電螺線管的極性與螺線管中電流的___________有關。
【答案】 條形 見解析 方向
【詳解】（1）[1]通過實驗，畫出通電螺線管的磁感線，根據通電螺線管的磁感線分布形狀可知，通電螺線管外部的磁場和條形磁體外部的磁場一樣，通電螺線管的兩端相當于條形磁體的兩個極。
（2）[2]在地磁場的作用下，小磁針靜止時，指向北方的一端即為磁體的N極，另外一端即為S極。
（3）[3]如果改變螺線管中的電流方向，發現小磁針的指向對調，南北極所指方向發生了改變，由此可知：通電螺線管外部磁場方向與螺線管中的電流方向有關。
15．如圖所示，由通電螺線管的磁感線方向可知，電流表的上端為_______接線柱；靜止的小磁針的左端為_________極。
【答案】 正 N
【詳解】[1][2]由圖磁感線可知，螺線管左端為N極，右端S極，因為異名磁極相互吸引，小磁針左端N極，根據安培定則，電流左進右出，所以電流表的上端為正接線柱。
三、計算題
16．如圖所示為某興趣小組為學校辦公樓空調設計的自動控制裝置，R是熱敏電阻，其阻值隨溫度變化關系如下表所示．已知繼電器的線圈電阻R0＝10 Ω，左邊電電壓為6 V恒定不變．當繼電器線圈中的電流大于或等于15 mA時，繼電器的銜鐵被吸合，右邊的空調電路正常工作．
(1)請說明該自動控制裝置的工作原理．
(2)計算說明該空調的啟動溫度是多少？
(3)為了節省電能，將空調啟動溫度設定為30 ℃，控制電路中需要串聯多大的電阻？
【答案】(1)隨室內溫度的升高，熱敏電阻的阻值減小，控制電路中的電流增大，當電流達到15 mA時，銜鐵被吸合，右邊的空調電路開始工作，當溫度下降時，控制電路總電阻增大，電流減小，減小到一定值，空調電路斷開，這樣就實現了自動控制．(2) 25 ℃．(3) 30 Ω．
【詳解】（1）隨室內溫度的升高，熱敏電阻的阻值減小，控制電路中電流增大，當電流達到15 mA 時，銜鐵被吸合，右側空調電路連通，空調開始工作．當溫度下降時，控制電路電阻增大，電流減小，減小到一定值，使空調電路斷開，這樣就實現了自動控制．
（2）電路啟動時的總電阻：，此時熱敏電阻的阻值：，對照表格數據可知，此時的啟動溫度是25 ℃．
（3）電路啟動時的總電阻為，由表中數據可知，空調啟動溫度設定為30 ℃時，熱敏電阻的阻值為，則電路中還應串聯的電阻：12.3 通電螺線管的磁場
知識梳理
通電螺旋管：
通電電磁閥外部的磁感應線從電磁閥的北極發送，并返回南極。然而，通電電磁閥內的磁場方向是從電磁閥的南極到北極。條形磁鐵相當于外部電磁閥。通電電磁閥外部的磁場類似于條形磁鐵。
通電螺線管的磁極極性可用安培定則(右手螺旋定則)來判定：
用右手握住電磁閥，將四個手指向電磁閥中的電流方向彎曲，然后拇指指向的一端就是電磁閥的N極，如圖所示。
記憶方法：
以通電螺線管前端電流為例，電流向上，N極在左端，電流向下，N極在右端，便于記憶，可簡化為“左上，右下”。
通電螺線管繞線方法及其畫法：
要繪制通電電磁閥的繞組，需要掌握兩點：
第一點：找準起點
起點非常重要。如果第一條線畫錯了，答案是相反的。在繞線過程中，可以遵循“左上正n，右下正n”的原則，這意味著如果向上的電流在電磁閥的前部，則左側為n極；如果向下的電流在電磁閥的前部，則N極在右側。
第二點：抓住終點
最后一根導線是從前面繞來連接導線，還是從后面繞來連接導線。如果繪制錯誤，導線將無法連接，并且會發生錯誤?？梢圆捎谩皟蓚€一，一個二”的原則來解決結尾問題。
①意思是出線和入線在螺線管的兩側(即螺線管上下都有導線)，則在同一面上(同正面或同反面)，如甲圖所示。
② 如圖B所示，如果出線和人線位于電磁閥的一側（上方或下方），則出線和進線將分布在電磁閥的兩側（一前一后）。
基礎訓練
一、單選題
1．如圖所示的奧斯特實驗，下面的說法正確的是（　?。?br/>A．利用小磁針的轉動顯示電流的磁場，應用了等效法
B．該實驗證明了電流的磁場大小與電流的大小有關
C．甲、丙兩圖的實驗說明電流的磁場方向與電流的方向有關
D．根據此實驗原理可以制成發電機
2．下列用磁感線描述的磁場方向不正確的是（　?。?br/>A． B．
C． D．
3．小明利用鐵屑探究通電螺線管的磁場，通電后輕敲玻璃板，小磁針和鐵屑靜止時分布情況如圖所示，則下列磁感線描述正確的是（　?。?br/>A． B．
C． D．
4．如圖所示，閉合開關后，位于通電螺線管左右兩側的小磁針靜止時其指向正確的是（　　）
A． B．
C． D．
5．在探究通電螺線管外部磁場方向時，小明在玻璃板上均勻地撒上鐵屑，螺線管通電后，輕敲玻璃板，鐵屑的分布情況如圖所示（小磁針深色部分為N極）。下列說法正確的是（　?。?br/>A．通電螺線管的左端是S極
B．通電螺線管的外部磁場與蹄形磁體周圍的磁場相似
C．改變螺線管中電流方向，則小磁針N、S極的指向都會發生改變
D．改變螺線管中電流方向，則鐵屑分布情況會改變
6．在探究通電螺線管的磁場特點時，通電螺線管在某狀態下的兩個實驗現象如圖所示，其中小磁針（黑色一端為N極）靜止時的指向情況如圖甲所示。鐵屑靜止時的分布情況如圖乙所示。圖中能正確用磁感線描述這兩個實驗現象的是（　?。?br/>A． B．
C． D．
7．如圖所示為課本中的一個實驗：“把一段通電導線彎成圓環，形成環形電流，讓圓環導線穿過一塊與圓環平面垂直的平板。利用鐵粉觀察它周圍的磁場分布?！比绻麑Ь€內電流方向如箭頭所示，當置于平板上A點的磁針（黑色端為N極）靜止時，下列圖中磁針指向正確的是（　?。?br/>A． B．
C． D．
8．如圖所示，閉合開關S，觀察到小磁針順時針旋轉90°后保持靜止，下列說法正確的是（　　）
A．電的a端是正極，電磁鐵左端是S極 B．電的a端是負極，電磁鐵左端是N極
C．電的b端是負極，磁感線方向自左向右 D．電的b端是正極，磁感線方向自右向左
9．如圖所示，閉合開關S1、S2兩個通電螺線管的相互作用情況以及A、B端的極性分別是（　　）
A．相斥，A端為N極，B端為N極 B．相斥，A端為S極，B端為S極
C．相吸，A端為S極，B端為N極 D．相吸，A端為N極，B端為S極
10．如圖所示，在通電螺線管周圍a、b、c、d四個位置畫出的小磁針指向正確的是（　　）
A．a、b B．b、c C．c、d D．a、d
二、填空題
11．如圖所示，小磁針的黑色端為N極，通電螺線管的磁感線由左端出來、回到右端，則圖中電流表的下端為_____接線柱。
12．閉合開關S后，可以自由轉動的小磁針發生偏轉且指向如圖所示，則電的正極為___________（選填“A”或“B”）端。
13．電與磁之間存在著相互聯系，彰顯物理現象的對稱、統一之美。如圖所示，利用干電池、導線和小磁針進行實驗。通電后小磁針發生偏轉，斷電后小磁針復位。實驗表明______
14．在探究通電螺線管外部磁場方向的實驗中：
（1）在裝有螺線管的硬紙板上均勻撒滿鐵屑，通電后鐵屑分布無明顯變化，這時需輕敲紙板，觀察到鐵屑排列成圖所示的形狀?？梢姡娐菥€管外部磁場與___________磁體的磁場相似；
（2）用小磁針探究磁場方向時，發現小磁針沒有標N、S極，請寫出一種判斷小磁針N、S極的做法：___________；
（3）對調螺線管所接電正、負極，周圍小磁針的指向也隨之對調，說明通電螺線管的極性與螺線管中電流的___________有關。
15．如圖所示，由通電螺線管的磁感線方向可知，電流表的上端為_______接線柱；靜止的小磁針的左端為_________極。
三、計算題
16．如圖所示為某興趣小組為學校辦公樓空調設計的自動控制裝置，R是熱敏電阻，其阻值隨溫度變化關系如下表所示．已知繼電器的線圈電阻R0＝10 Ω，左邊電電壓為6 V恒定不變．當繼電器線圈中的電流大于或等于15 mA時，繼電器的銜鐵被吸合，右邊的空調電路正常工作．
(1)請說明該自動控制裝置的工作原理．
(2)計算說明該空調的啟動溫度是多少？
(3)為了節省電能，將空調啟動溫度設定為30 ℃，控制電路中需要串聯多大的電阻？

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