資源簡介

第33講　電與磁實驗專項
命題分析　
廣東省近五年中考物理命題分析
考點 2023 2022 2021 2020 2019
探究通電螺線管外部磁場的方向 ___ ___ ___ 省題15 ___
探究影響電磁鐵磁性強弱的因素 ___ ___ ___ ___ ___
探究導體在磁場中運動時產生感應電流的條件 省題6 ___ 省題16 ___ ___
【課程標準】
4．2.9　探究通電螺線管外部磁場的方向。
例　用小磁針、通電螺線管等，探究通電螺線管外部磁場的方向。
4．2.10　探究導體在磁場中運動時產生感應電流的條件。
例　用矩形線圈或單根導線、磁體、靈敏電流計等探究產生感應電流的條件。
實驗一　探究通電螺線管外部磁場的方向
實驗圖解
實驗器材　通電螺線管磁場演示器、條形磁體、菱形小磁針(2個)、鐵屑、干電池、開關、導線。
實驗裝置　
實驗步驟　(1)在螺線管的兩端各放一個菱形小磁針，并在螺線管的周圍均勻撒適量鐵屑。
(2)閉合開關，觀察菱形小磁針的指向，輕敲紙板，觀察鐵屑的排列情況。
(3)交換電源正負極，閉合開關，觀察菱形小磁針的指向，輕敲紙板，觀察鐵屑的排列情況。
(4)在條形磁體的兩端各放一個菱形小磁針，觀察菱形小磁針的指向，并在條形磁體的周圍均勻撒適量鐵屑，輕敲紙板后，觀察鐵屑的排列情況。
實驗結論　(1)通電螺線管外部的磁場與條形磁體的磁場相似。
(2)通電螺線管兩端的極性與螺線管中電流的方向有關，電流方向改變，螺線管兩端的極性也發生改變。
例1　如圖是小磊“探究通電螺線管外部磁場的方向”的實驗裝置圖：
[設計與進行實驗]
(1)把導線纏繞成螺線管，往嵌入螺線管上的玻璃板上均勻撒上鐵屑，閉合開關通電后，接下來的操作是______________。使鐵屑在玻璃板上跳動以減小它與玻璃板之間的________，從而使鐵屑在磁場力的作用下動起來，更好地顯示磁場分布情況。
(2)在通電螺線管的兩端各放一個小磁針，放小磁針的目的是_________________。通電螺線管和小磁針之間是通過________發生力的作用。運用了________。實驗中________(選填“能”或“不能”)用大頭針代替小磁針。
[分析論證]
(3)從圖中鐵屑的分布情況可知，通電螺線管的外部磁場與________磁體的磁場相似，通電螺線管的左端是________極，圖中A、B點相比，________點磁場較強。為描述磁場而引入的磁感線________(選填“是”或“不是”)真實存在的。
(4)實驗時，在螺線管的不同位置擺放小磁針的目的：____________________。斷開開關后，小磁針靜止時________極指向南方。
[交流與評估]
(5)實驗時發現通電螺線管周圍的磁場比較弱，實驗現象不太明顯，想要增強通電螺線管周圍的磁場的強度，在不更換螺線管的前提下，可行的方法是____________________________。
(6)將玻璃板上的鐵屑去掉，通電螺線管的磁場________(選填“會”或“不會”)消失。
[拓展設問]
(7)為了研究通電螺線管的磁極性質，小磊對螺線管可能的電流方向和繞線方式進行了實驗，得到了如圖所示的四種情況。實驗說明通電螺線管的磁極極性與____________有關。只改變螺線管中電流方向的方法：________________。判斷通電螺線管的極性的方法：____________。
答案　(1)輕敲玻璃板　摩擦　(2)判斷通電螺線管兩端磁場方向　磁場　轉換法　不能　(3)條形　S　A　不是　(4)便于觀察磁場的方向　S　(5)增大通過螺線管線圈中的電流(或在螺線管中插入鐵棒)　(6)不會　(7)電流方向　交換電源正負極　安培定則
實驗二　探究影響電磁鐵磁性強弱的因素
實驗圖解
實驗原理　電流的磁效應。
實驗器材　電磁鐵、電源、開關、滑動變阻器、導線、電流表和一小堆曲別針。
實驗裝置　
實驗步驟　(1)將電源、開關、滑動變阻器、電流表與電磁鐵連成串聯電路。
(2)閉合開關，調節滑動變阻器，使電流增大或減小(觀察電流表指針的示數)，根據電磁鐵吸引曲別針的情況判斷電磁鐵磁性強弱的變化。
(3)閉合開關，使電路中的電流不變(電流表的示數不變)，增加電磁鐵線圈的匝數，根據電磁鐵吸引曲別針的情況判斷電磁鐵磁性強弱的變化。
實驗方法　(1)轉換法的應用：通過比較電磁鐵吸引曲別針數目的多少來反映電磁鐵磁性的強弱。
(2)控制變量法的應用：
①探究電磁鐵磁性強弱與線圈匝數的關系時，控制電流不變，改變電磁鐵的線圈匝數。
②探究電磁鐵磁性強弱與電流大小的關系時，控制線圈匝數不變，改變電路中電流的大小。
實驗結論　電磁鐵磁性的強弱與電流的大小和線圈匝數有關。在線圈匝數一定時，通入的電流越大，電磁鐵的磁性越強。在電流一定時，線圈匝數越多，電磁鐵的磁性越強。
例2　在探究“影響電磁鐵磁性強弱的因素”實驗中，小樂制成簡易電磁鐵甲、乙，并設計了如圖a所示的電路。
[設計與進行實驗]
(1)實驗中是通過觀察________________________________________來判定電磁鐵磁性強弱，這種實驗的研究方法是____________。
[分析與論證]
(2)當滑動變阻器滑片向左移動時，電磁鐵甲、乙吸引大頭針的個數________(選填“增加”或“減少”)，說明當線圈的匝數一定時，電流越________，電磁鐵磁性越強。
(3)圖a中采用串聯接法的目的是保證通過兩電磁鐵的________相同，根據圖示的情境可知________(選填“甲”或“乙”)的磁性強，由此我們可以得出的結論是_________________。
[交流與評估]
(4)根據____________，圖a中甲的釘帽相當于電磁鐵的________(選填“N”或“S”)極。
(5)電磁鐵吸引的大頭針下端分散的原因是：同名磁極相互________。
(6)斷開開關，鐵釘上仍吸附有少許大頭針，這是因為__________________。
(7)(2023·湖北改編)圖b為電路中空氣開關的原理圖，P為電磁鐵，Q為銜鐵，S為開關。P的左端為________極，電流過大時，圖乙中P的磁性________，吸引Q向左偏轉，彈簧拉起S切斷電路。
答案　(1)電磁鐵吸引大頭針數目的多少　轉換法　(2)增加　大　(3)電流　甲　電流一定時，線圈匝數越多，電磁鐵磁性越強　(4)安培定則　S　(5)排斥　(6)大頭針被磁化　(7)N　增強
實驗三　探究導體在磁場中運動時產生感應電流的條件
實驗圖解
實驗原理　電磁感應。
實驗器材　蹄形磁體、導體棒、靈敏電流計、支架、細線、導線。
實驗裝置　
實驗步驟　(1)按實驗裝置連接實物電路。
(2)閉合開關，保持導體棒AB與磁場相對靜止，觀察靈敏電流計的指針偏轉情況。
(3)保持開關閉合和蹄形磁體不動，讓導體棒AB在磁場中上下、左右運動，觀察靈敏電流計的指針偏轉情況。
(4)保持開關閉合和導體棒AB不動，讓蹄形磁體上下、左右運動，觀察靈敏電流計的指針偏轉情況。
(5)斷開開關，重復上述實驗。
實驗方法　(1)轉換法的應用：通過觀察靈敏電流計指針是否偏轉來判斷電路中是否產生感應電流。
(2)控制變量法的應用：
①探究感應電流方向與導體運動方向的關系時，控制磁場方向不變，改變導體運動方向。
②探究感應電流方向與磁場方向的關系時，控制導體運動方向不變，改變磁場方向。
實驗結論　閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時，導體中就產生感應電流。
例3　小亮利用如圖所示的實驗裝置“探究導體在磁場中運動時產生感應電流的條件”。
[設計與進行實驗]
(1)實驗中可以通過靈敏電流計的指針是否偏轉來判斷電路中______________________，通過靈敏電流計指針的偏轉方向來判斷________________，通過靈敏電流計指針的偏轉角度大小來判斷________________。
(2)小亮將導體靜止懸掛起來后，閉合開關，靈敏電流計指針不偏轉說明電路中________(選填“有”或“沒有”)感應電流產生。靈敏電流計指針不偏轉的原因是________。
A．電路沒有閉合
B．導體沒有做切割磁感線運動
C．產生的感應電流太小
[分析論證]
(3)他將實驗中觀察到的現象記錄在下表中。
實驗次序 開關 磁場方向 導體AB的運動方向 電流計的指針
1 斷開 上N下S 向右運動 不偏轉
2 閉合 向右運動 向左偏轉
3 向左運動 向右偏轉
4 上下運動 不偏轉
5 上S下N 向右運動 向右偏轉
6 向左運動 向左偏轉
①比較實驗2和3(或5和6)可知：磁場方向一定時，感應電流的方向與______________有關。
②比較實驗________可知：導體切割磁感線運動方向不變時，感應電流的方向與磁場方向有關。
③分析實驗現象得出：________電路中的一部分導體在磁場中做________運動時，導體中就會產生感應電流。
[交流與評估]
(4)完成實驗后小亮認為實驗現象不太明顯，請你提出一條改進措施_____________________
______________________________________________________________________________。
[拓展設問]
(5)(2023·武漢改編)安檢時使用的一種金屬探測儀，金屬探測儀靠近金屬物體時，會產生感應電流，發出報警信號。金屬探測儀的工作原理和______________(選填“電磁鐵”“電動機”或“動圈式話筒”)相同。電路中產生感應電流的過程中將________能轉化為電能。
(6)如果將電流表換成________，可以探究磁場對通電導體的作用。
答案　(1)是否產生感應電流　感應電流的方向　感應電流的大小　(2)沒有　B　(3)①導體運動方向　②2、5(或3、6)　③閉合　切割磁感線　(4)用多匝線圈替代單根導體棒(加快導體切割磁感線的速度或換用磁性更強的蹄形磁體)　(5)動圈式話筒　機械　(6)電源
實驗一　探究通電螺線管外部磁場的方向
1.(科學思維)(2023·成都)如圖是小聰和小明同學探究“通電螺線管的磁場方向”實驗示意圖。實驗時，在小圓位置放置小磁針，閉合開關，畫出不同位置小磁針靜止時N極的指向；對調電源正負極，重復上述操作。下列說法不正確的是(　　)
A．小磁針的作用是指示通電螺線管周圍的磁場方向
B．閉合開關，放置在a、b處的小磁針靜止時N極指向相同
C．對調電源正負極，閉合開關，通電螺線管的磁場方向改變
D．通過實驗可總結出通電螺線管的磁極性和電流方向的關系
答案　B
解析　小磁針的作用是指示通電螺線管周圍的磁場方向，故A正確；閉合開關，放置在a、b處的小磁針靜止時N極指向是不同的，a點小磁針N指向左下，b點小磁針N指向左上，磁場方向不同，故B錯誤；對調電源正負極，閉合開關，通電螺線管的磁場方向改變，故C正確；通過實驗可總結出通電螺線管的磁極性和電流方向的關系，故D正確。
2．為了探究磁場，小華做了如下實驗，如圖。
(1)探究磁體周圍的磁場：
①在玻璃板上均勻撒上一層鐵屑，再將玻璃板放在條形磁體上方，然后輕敲玻璃板，觀察鐵屑的分布情況。鐵屑在磁場中被________成一個個小磁針，從而在磁場中有序地排列起來，如圖甲所示。
②再在玻璃板上放一些小磁針，小磁針靜止時的情況如圖乙所示，黑色一端表示磁體的N極，某點小磁針________極所指的方向就是該點的磁場方向。
③人們仿照鐵屑在磁場中排列的情況和小磁針N極的指向畫出一些帶箭頭的曲線來形象、直觀地描述磁場，物理學中把這樣的曲線叫做________。
(2)探究通電螺線管周圍的磁場：
①把小磁針放在螺線管四周不同的位置，通電后發現小磁針的指向如圖丙所示，說明通電螺線管周圍的磁場跟________磁體的磁場相似，圖中________(選填“左”或“右”)端是螺線管的N極。
②對調電源的正負極重復上述實驗，小磁針的指向與之前相反，說明通電螺線管的極性跟________有關，斷開開關后，小磁針靜止時________極指向地理南方。
答案　(1)①磁化　②N　③磁感線　(2)①條形　右　②電流方向　S
解析　(1)①鐵屑在磁場中被磁化成一個個小磁針；
②某點小磁針N極所指的方向就是該點的磁場方向；
③為了形象地描述磁場，人們用一些帶箭頭的曲線來表示磁場的存在以及磁場的強弱，這樣的曲線叫做磁感線；
(2)①由題圖丙可看出，通電螺線管外部的磁場與條形磁體的磁場相似；根據安培定則可知，螺線管的右端是N極；
②對調電源的正負極重復上述實驗，電流的方向發生了變化，小磁針的指向與之前相反，說明通電螺線管的極性跟電流方向有關；斷開開關后，在地磁場的作用下，小磁針靜止時S極指向南方。
實驗二　探究影響電磁鐵磁性強弱的因素
3.(2023·揚州)如圖所示，下列做法中電磁鐵不能吸引更多大頭針的是(　　)
A．只提高電源電壓
B．只將滑片P向左移動
C．只增加螺線管線圈的匝數
D．只將鐵芯換成同規格的銅芯
答案　D
解析　只提高電源電壓，由I＝可知，電路中電流增大，電磁鐵磁性增強，能吸引更多大頭針，故A不符合題意；將滑片P向左移動，滑動變阻器接入電路中電阻變小，由I＝可知，電路中電流增大，電磁鐵磁性增強，能吸引更多大頭針，故B不符合題意；增加螺線管線圈的匝數，電磁鐵磁性增強，能吸引更多大頭針，故C不符合題意；只將鐵芯換成同規格的銅芯，銅芯不能被磁化，電磁鐵磁性減弱，不能吸引更多大頭針，故D符合題意。
4.(2023·惠州惠東縣模擬)探究“影響電磁鐵磁性強弱的因素”的實驗。如圖是小明同學用漆包線(表面涂有絕緣漆的導線)繞在鐵釘上做成了線圈有四個接線柱a、b、c、d的電磁鐵，使用不同的接線柱，可改變電磁鐵線圈的匝數，該同學將自制的電磁鐵和相關實驗器材組成了如圖所示的實驗電路。
(1)此實驗中電磁鐵磁性的強弱用吸引大頭針的多少來反映，這種實驗方法叫做________法。下列研究問題的方法與此相同的是________。
A．學習電壓時，我們可以通過對比水壓來認識它
B．學習電壓表的使用時，對比找出電壓表與電流表的異同點
C．研究電流與電壓、電阻關系時，控制電阻不變，研究電流與電壓關系
D．在探究“電流通過導體產生的熱量與哪些因素有關”的實驗中，通過觀察被加熱容器液面高度變化來比較電流通過電阻產生熱量的多少
(2)固定連接電磁鐵線圈的接線柱a，結合圖示，當滑動變阻器滑片向左移動時，電磁鐵吸引大頭針的個數________(選填“增加”或“減少”)，說明________越大，電磁鐵磁性越強。
(3)分別連接電磁鐵線圈的接線柱a、c，并調節滑動變阻器控制電流不變，可以發現接________接線柱時，大鐵釘下方吸引大頭針較多。
(4)大鐵釘下方吸引的大頭針的下端是彼此分開的，原因是________。
答案　(1)轉換　D　(2)增加　電流　(3)c　(4)同名磁極相互排斥
解析　(1)采用觀察比較吸引大頭針的數量來判斷磁性的強弱，這屬于轉換法的思維；在探究“電流通過導體產生的熱量與哪些因素有關”的實驗中，比較電流通過電阻產生熱量的多少轉換為觀察被加熱容器液面高度變化，故選D。
(2)連接電磁鐵線圈的接線柱a，調節滑動變阻器，使電路中電流不同，當滑動變阻器滑片向左移動時，電路中電流增大，電磁鐵吸引大頭針的個數增加，可以探究電磁鐵磁性強弱與電流大小有關；
(3)分別連接電磁鐵線圈的接線柱a、c，并調節滑動變阻器控制電流不變，接c時，接入電路線圈匝數更多，電磁鐵磁性更強，大鐵釘下方吸引大頭針較多；
(4)大頭針被磁化，同一端的磁性相同，互相排斥，所以下端分散。
實驗三　探究導體在磁場中運動時產生感應電流的條件
5.將導體ab、開關和靈敏電流計用導線連接，導體ab放置在磁極間，如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A．開關閉合，導體ab斜向上運動，指針要偏轉
B．開關閉合，導體ab不動，磁鐵上下運動，指針要偏轉
C．開關斷開，導體ab快速運動，速度越快，指針偏轉角度越大
D．開關閉合，磁鐵不動，ab水平向左或水平向右快速移動，指針偏轉方向相同
答案　A
解析　開關閉合，導體ab斜向上運動，導體ab做切割磁感線運動，產生感應電流，指針發生偏轉，故A正確；開關閉合，導體ab不動，磁鐵上下運動，導體ab沒有做切割磁感線運動，不產生感應電流，指針不偏轉，故B錯誤；開關斷開，不是閉合電路，導體ab快速運動也不產生感應電流，指針不偏轉，故C錯誤；感應電流的方向跟導體切割磁感線的運動方向有關，開關閉合，磁鐵不動，ab水平向左或水平向右快速移動，指針偏轉方向不相同，故D錯誤。
6.(2023·汕頭模擬)如圖所示，在“探究感應電流產生的條件”實驗中，閉合開關，讓導體AB靜止在磁場中，回路中________(選填“能”或“不能”)產生感應電流；當回路中有感應電流時，將磁極對調，改變磁場方向，感應電流的方向________(選填“改變”或“不改變”)。
答案　不能　改變
7．(2023·惠州一模)小明在進行項目式學習制作發電機時，利用如圖甲所示的裝置探究感應電流產生的條件。
(1)如圖甲所示，保持蹄形磁體豎直放置，使導體AB從圖示位置向上運動，靈敏電流計的指針________(選填“會”或“不會”)偏轉。
(2)圖甲所示實驗中涉及的能量轉化是導體AB的機械能轉化為________能。實驗中產生電流的原理是___________________________________________________________。
(3)若想使AB的感應電流與原來方向相反，下列操作可行的是________。(選填字母)
A．保持AB運動方向不變，對調磁體的磁極
B．改變導體AB運動方向的同時對調磁體的磁極
(4)如圖乙所示，保持線圈不動，使蹄形磁體快速向左運動，電流計指針________(選填“會”或“不會”)偏轉。
(5)如圖丙為小明制作的手搖發電機，用該發電機給小燈泡供電，想要讓小燈泡變亮，可采取的方法是_____________________________________________________________。
答案　(1)會　(2)電　電磁感應　(3)A　(4)會　(5)加快搖動速度
解析　(1)由題圖甲可知，導體AB從圖示位置向上運動，閉合電路的一部分導體做切割磁感線運動，所以電路中就有感應電流；
(2)題圖甲所示實驗中涉及的能量轉化是導體AB的機械能轉化為電能；實驗中產生電流的原理是電磁感應；
(3)保持AB運動方向不變，對調磁體的磁極，磁場的方向改變、導體運動的方向不變，感應電流的方向改變；AB運動方向和磁體的磁極同時對調，磁場的方向、導體運動的方向同時發生了變化，感應電流方向不變，故選A；
(4)由題圖乙可知，線圈不動，蹄形磁鐵快速向左運動時，閉合電路的一部分導體也切割磁感線，電路中也有電流，因此電流計指針會偏轉；
(5)用手搖發電機給小燈泡供電時，想要讓小燈泡變亮，可采取的方法是加快搖動速度。
8.(2023·汕頭龍湖區一模)利用如圖所示的裝置進行電與磁的相關實驗。
(1)①若利用該裝置探究“通電導體在磁場中受力”，應將開關的接線柱1與________(選填“2”或“3”)接通。其中________(選填“揚聲器”或“動圈式話筒”)工作過程與該原理相同；
②為使懸掛的導體ab運動速度加快，可將滑動變阻器的滑片向______(選填“左移”或“右移”)或改用磁性________(選填“更強”或“更弱”)的磁體。
(2)將開關反方向閉合，利用該裝置探究“產生感應電流的條件”：
①讓懸掛的導體ab在如圖所示位置沿豎直方向上下運動，靈敏電流計指針________(選填“會”或“不會”)發生偏轉；
②保持磁體不動，若導體ab水平向右運動，靈敏電流計指針向左偏轉；若要使靈敏電流計的指針向右偏轉，可以________(填字母)；
A．將磁體的磁極對調，導體ab向左運動；
B．保持磁體不動，導體ab向左運動；
③為使靈敏電流計的指針偏轉角度更大，可以______________________。(寫出一種方法即可)
答案　(1)①3　揚聲器　②右移　更強　(2)①不會　②B　③增大導體運動速度(或更換磁性更強的磁體)
解析　(1)①若利用該裝置探究“通電導體在磁場中受力”，必須要有電源，應將開關的接線柱1與3接通；揚聲器的工作原理是通電導體在磁場中受力運動，動圈式話筒的工作原理是電磁感應現象；
②為使懸掛的導體ab運動速度加快，可以增大電路中的電流，減小滑動變阻器接入電路的電阻，將滑動變阻器的滑片向右移動；也可以改用磁場更強的磁體。
(2)①讓懸掛的導體ab在如圖所示位置沿豎直方向上下運動，不切割磁感線，不會產生感應電流，靈敏電流計指針不會發生偏轉；
②產生感應電流的方向與導體運動方向和磁場方向有關；若保持磁體不動，將導體ab水平向右運動，靈敏電流計指針向左偏轉；若要使靈敏電流計的指針向右偏轉，可以將磁體的磁極對調或導體ab向左運動，兩者不能同時改變，故B符合題意；
③產生的感應電流的大小與切割磁感線的速度、磁場的強弱有關，所以為使靈敏電流計的指針偏轉角度更大，可以換用磁性更強的磁體或可以加快導體的移動速度。

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