1、通電直導線周圍的磁場
(1)奧斯特實驗說明:通電導線周圍存在磁場;磁場方向和電流方向有關;
(2)這一現(xiàn)象叫電流的磁效應,也就是所說的電生磁;
(3)奧斯特是歷史上第一個揭示了電與磁之間聯(lián)系的科學家;
(4)為了使磁性增強,人們把直導線改成螺線管形,又叫線圈;在通電線圈中再插入鐵芯,
磁性會更加增強。
2、通電螺線管的磁場
(1)通電螺線管外部的磁場和條形磁體的磁場相似如圖:
(2)通電螺線管兩端的極性跟螺線管中的電流方向之間的關系可以用安培定則來判斷;
(3)通電螺線管相當于條形磁體,與條形磁體聯(lián)系解題;
(4)以通電螺線管正面電流為例,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”上左,下右”;
(5)通電螺線管外部的磁場方向是從N極到S極,內(nèi)部的磁場方向是從S極到N極.螺線管附近的小磁針自由靜止時N極的指向是磁場的方向,因此放在螺線管內(nèi)部和外部的小磁針應如圖所示:(螺線管內(nèi)部的小磁針不遵循同名磁極排斥,異名磁極吸引的原則)。
3、安培定則及其應用
安培定則,也叫右手螺旋定則,是表示電流和電流激發(fā)磁場的磁感線方向間關系的定則。初中教材中表述:用右手握住通電螺線管,使四指彎曲與電流方向一致,那么大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極。
【考點1 通電直導線周圍的磁場】
【典例1-1】(2023春?安達市月考)在一百多年前,用圖示的實驗第一個發(fā)現(xiàn)電與磁聯(lián)系的科學家是( )
A.托里拆利B.伽利略C.奧斯特D.法拉第
【答案】C
【分析】根據(jù)對初中物理中科學家奧斯特的認識做出解答。
【解答】解:根據(jù)圖示可知,該裝置是探究電流的磁效應的實驗,1820年丹麥科學家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應。
故選:C。
【典例1-2】(2023?孟津縣一模)從發(fā)現(xiàn)到發(fā)明,科學家要經(jīng)歷反復的失敗,克服常人難以想象的困難。1820年,丹麥科學家 奧斯特 首先通過實驗發(fā)現(xiàn)了電和磁之間的聯(lián)系。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn),人們發(fā)明制造了 電磁鐵 (說出一個即可)。
【答案】奧斯特;電磁鐵。
【分析】1820年,丹麥物理學家奧斯特通過實驗發(fā)現(xiàn)了通電導體周邊存在磁場;人們利用電流的磁效應制造了電磁鐵。
【解答】解:1820年,丹麥科學家奧斯特首先通過實驗發(fā)現(xiàn)了電和磁之間的聯(lián)系。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn),人們發(fā)明制造了電磁鐵。
故答案為:奧斯特;電磁鐵。
【變式1-1】(2023?定遠縣校級一模)如圖所示,將一根直導線放在靜止小磁針的正上方,并與小磁針平行,接通電路后,觀察到小磁針偏轉(zhuǎn)。下列說法中錯誤的是( )
A.導線若沿東西方向放置,磁針最容易發(fā)生偏轉(zhuǎn)
B.改變直導線中的電流方向,小磁針偏轉(zhuǎn)方向也發(fā)生改變
C.實驗中小磁針的作用是檢測電流的磁場
D.實驗中用到的一種重要科學研究方法是轉(zhuǎn)換法
【答案】A
【分析】(1)奧斯特實驗中,通過小磁針的偏轉(zhuǎn)說明了通電導體周圍存在磁場;實驗中應避免地磁場對實驗的影響;
(2)直導線周圍的磁場方向與電流方向有關,電流方向改變時磁場的方向也會改變;
(3)磁場看不見摸不著,但是可以借助小磁針感知它的存在。
【解答】解:
A、在該實驗中為了避免地磁場對實驗的影響,導線應沿南北方向放置(電流產(chǎn)生的磁場沿東西方向),小磁針才會偏轉(zhuǎn),故A錯誤;
B、改變電流方向,小磁針的偏轉(zhuǎn)方向也發(fā)生改變,這說明直導線周圍的磁場方向與電流方向有關,故B正確;
C、小磁針受到磁力的作用能夠發(fā)生偏轉(zhuǎn),則實驗中小磁針的作用是檢測電流的磁場,故C正確;
D、磁場看不見摸不著,但小磁針放入磁場后會受到磁力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn),所以實驗中借助小磁針感知磁場的存在,則采用的是轉(zhuǎn)換法,故D正確;
故選:A。
【變式1-2】(2023?青山湖區(qū)校級二模)如圖所示,先將小磁針放在水平桌面上,靜止時小磁針N極指向 北 方。再將一根直導線平行架在小磁針上方,給導線通電后,小磁針將發(fā)生偏轉(zhuǎn),這個現(xiàn)象是由丹麥物理學家 奧斯特 首先發(fā)現(xiàn)的。
【答案】北;奧斯特。
【分析】地球的周圍存在磁場,小磁針能指示南北方向是由于受到地磁場的作用,且小磁針靜止時其N極指向北方,其S極指向南方;
奧斯特實驗說明通電導線的周圍存在磁場。
【解答】解:地磁南極在地理北極附近,地磁北極在地理南極附近,靜止時的小磁針受到地磁場的作用,小磁針的N極應指向地理北方;
將一根直導線平行架在小磁針上方,給導線通電后,通電導線的周圍產(chǎn)生了磁場,則導線下方的小磁針在磁場的作用下會發(fā)生偏轉(zhuǎn),這個現(xiàn)象是由丹麥物理學家奧斯特首先發(fā)現(xiàn)的。
故答案為:北;奧斯特。
【考點2 通電螺線管的磁場】
【典例2-1】(2022秋?衡山縣期末)如圖所示,用細線將螺線管沿東西方向水平懸掛起來,當給導線通電時發(fā)生的現(xiàn)象是( )
A.螺線管轉(zhuǎn)動,最后A端指南,B端指北
B.線管靜止不動
C.螺線管轉(zhuǎn)動,最后A端指北,B端指南
D.螺線管會在任意位置靜止
【答案】A
【分析】通電后的螺線管相當于一個條形磁鐵,然后利用磁體在地磁場的作用下指向南北方向。因此首先利用安培定則確定螺線管的NS極,然后再確定其指向。
【解答】解:根據(jù)圖示的螺線管線圈的繞向和螺線管中電流的方向,利用安培定則可以確定螺線管的A端為S極,B端為N極。
在地磁場的作用下,螺線管將會發(fā)生轉(zhuǎn)動,最后靜止時,螺線管的N極(B端)指向北,螺線管的S極(A端)指向南。
故選:A。
【典例2-2】(2022秋?龍亭區(qū)校級期末)如圖所示,宋揚同學在裝有通電螺線管的水平玻璃板上均勻地撒滿鐵屑,輕敲玻璃板,鐵屑按一定規(guī)律排列,可知通電螺線管外部的磁場與 條形 磁體的磁場相似。改變電流方向,小明發(fā)現(xiàn),鐵屑的分布形狀 沒有改變 (填“沒有改變”或“發(fā)生改變”)。
【答案】條形;沒有改變
【分析】(1)通電螺線管外部的磁場和條形磁體的磁場相似。
(2)改變電流方向,磁場方向改變,但是鐵屑的分布形狀沒有改變。
【解答】解:如圖所示,宋揚同學在裝有通電螺線管的水平玻璃板上均勻地撒滿鐵屑,輕敲玻璃板,鐵屑按一定規(guī)律排列,可知通電螺線管外部的磁場與條形磁體的磁場相似。改變電流方向,小明發(fā)現(xiàn),鐵屑的分布形狀沒有改變
故答案為:條形;沒有改變。
【典例2-3】(2023?遵化市二模)在“探究通電螺線管外部磁場的方向”的實驗中:
(1)開關閉合前,小磁針指向南北,這是因為地球周圍存在 地磁場 。
(2)閉合開關,當小磁針靜止時,右端為 N 極。
(3)將連接電源正、負極的導線對調(diào),小磁針的指向也改變了,說明通電螺線管的磁場方向與 螺線管線圈中的電流 方向有關。
(4)為了使通電螺線管的磁場增強,可采取的有效措施是 增加螺線管線圈的匝數(shù) 。(寫出一條即可)
【答案】(1)地磁場;
(2)N;
(3)螺線管線圈中的電流;
(4)增加螺線管線圈的匝數(shù)。
【分析】(1)地球是一個大磁體,地磁南極在地理北極附近,地磁北極在地理南極附近,小磁針放在地球這個磁體的磁場中,即可指南北;
(2)根據(jù)安培定則判斷出通電螺線管的磁極,根據(jù)磁極間的相互作用規(guī)律判斷小磁針的磁極;
(3)通電螺線管外部磁場方向與螺線管線圈中的電流方向和線圈的繞法有關;
(4)通電螺線管磁性的強弱與電流的大小、線圈的匝數(shù)有關。
【解答】解:(1)可自由轉(zhuǎn)動的小磁針,由于受地磁場的影響,靜止時總是指向南北方向;
(2)閉合開關,根據(jù)安培定則可知,通電螺線管左端為S極,右端為N極,因為異名磁極相吸引,因此當小磁針靜止時,右端為N極;
(3)將連接電源正、負極的導線對調(diào),小磁針的指向也改變了,說明通電螺線管的磁場方向與螺線管線圈中的電流方向有關;
(4)為了使通電螺線管的磁場增強,可采取的有效措施是增加螺線管線圈的匝數(shù)。
故答案為:(1)地磁場;
(2)N;
(3)螺線管線圈中的電流;
(4)增加螺線管線圈的匝數(shù)。
【變式2-1】(2023?鼎城區(qū)一模)如圖所示,螺線管內(nèi)放一枚小磁針,當開關S閉合后,小磁針的北極指向?qū)ⅲ? )
A.不動B.向外轉(zhuǎn)90°C.向里轉(zhuǎn)90°D.旋轉(zhuǎn)180°
【答案】A
【分析】根據(jù)右手螺旋定則可確定通電螺線管的NS極,然后可知其磁場分布,并由小磁針的靜止時,根據(jù)在螺線管的內(nèi)部是S極指向N極的,確定小磁針的北極指向
【解答】解:當開關S閉合后,由右手螺旋定則可知,螺線管右端為N極,左端為S極,
由題意可知原來圖中小磁針的N是指向右端的。小磁針北極的指向和該點磁場的方向是相同的,在螺線管的外面,磁感線的方向是從N極出發(fā)指向S極的,而在螺線管的內(nèi)部是由S極指向N極的,故當開關S閉合后,小磁針的北極指向不動。
故選:A。
【變式2-2】(2022春?杭州期中)小明在一塊有機玻璃板上安裝了一個用導線繞成的螺線管,在板面上均勻撒滿鐵屑。通電后輕觸玻璃板,鐵屑的排列如圖所示。
(1)在實驗中 不可以 (填“可以”或“不可以”)用銅屑代替鐵屑顯示磁場分布。
(2)實驗中“輕觸”的目的 克服摩擦力對鐵屑的影響 。
(3)若將電源的正負極對調(diào),閉合開關。輕敲玻璃板,鐵屑的分布情況 不會 (填“會”或“不會”)改變,
(4)細鐵屑之所以會有規(guī)律的排列,是因為被磁體 磁化 成無數(shù)個“小磁針”,受到磁力的作用。
【答案】(1)不可以;(2)克服摩擦力對鐵屑的影響;(3)不會;(4)磁化
【分析】(1)我們把物體能夠吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)的性質(zhì)叫做磁性;
(2)鐵屑受到摩擦力的作用;
(3)通電螺線管的磁場分布與電流的方向無關;
(4)鐵屑在磁場中受到磁力的作用,會被磁化為小磁針。
【解答】解:
(1)銅是非磁性物質(zhì),在實驗中不可以用銅屑代替鐵屑顯示磁場分布;
(2)在板面上均勻撒滿鐵屑,鐵屑受到摩擦力的作用,實驗中“輕觸”的目的是克服摩擦力對鐵屑的影響;
(3)只改變電流方向,則磁場方向發(fā)生改變,但磁感線的形狀不變,將電源的正負極對調(diào)后,鐵屑的分布情況不改變;
(4)細鐵屑在磁場中會被磁化為無數(shù)個小磁針,所以鐵屑會有規(guī)律的排列。
故答案為:(1)不可以;(2)克服摩擦力對鐵屑的影響;(3)不會;(4)磁化。
【變式2-3】(2023?二道區(qū)校級模擬)在“探究通電螺線管外部磁場的方向”的實驗中:
(1)閉合開關,小磁針的N極(涂黑部分)指向如圖所示,請在圖中標出通電螺線管N極。
(2)當把電源的正負極對調(diào),閉合開關,發(fā)現(xiàn)小磁針的N、S極也對調(diào)了,這說明通電螺線管外部的磁場方向跟 螺線管線圈中的電流方向 有關。
(3)實驗時現(xiàn)象不明顯,為了增大磁場強度,請?zhí)岢鲆环N可行的方法: 增加螺線管線圈的匝數(shù) 。
(4)懸掛著的自由轉(zhuǎn)動的小磁針靜止后S極總是指向地理南極,這是因為小磁針受到 地磁場 的作用。
【答案】(1)
(2)螺線管線圈中的電流方向;
(3)增加螺線管線圈的匝數(shù);
(4)地磁場。
【分析】(1)根據(jù)磁極間的相互作用規(guī)律判斷通電螺線管的磁極;
(2)通電螺線管外部磁場方向與螺線管中的電流方向和線圈的繞法有關;
(3)通電螺線管磁場強度與線圈中的電流大小和線圈匝數(shù)有關;
(4)地球是一個大磁體,地磁南極在地理北極附近,地磁北極在地理南極附近,小磁針放在地球這個磁體的磁場中,即可指南北。
【解答】解:(1)閉合開關,小磁針的N極指向左側(cè),因為同名磁極互相排斥,異名磁極互相吸引,因此通電螺線管的左端為N極,右端為S極。如圖所示:
(2)當把電源的正負極對調(diào),閉合開關,發(fā)現(xiàn)小磁針的N、S極也對調(diào)了,這說明通電螺線管外部的磁場方向跟螺線管線圈中的電流方向有關;
(3)實驗時現(xiàn)象不明顯,為了增大磁場強度,可以增加螺線管線圈的匝數(shù);
(4)由于受地磁場的影響,懸掛著的自由轉(zhuǎn)動的小磁針靜止后S極總是指向地理南極。
故答案為:(1)見解答圖;
(2)螺線管線圈中的電流方向;
(3)增加螺線管線圈的匝數(shù);
(4)地磁場。
【考點3 安培定則及其應用】
【典例3-1】(2023?普陀區(qū)二模)如圖所示,小磁針處于靜止,閉合開關S后小磁針發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的是( )
A.B.
C.D.
【答案】C
【分析】(1)用右手握住螺線管,四指彎曲指向線圈中電流方向,大拇指所向方向為螺線管的N極;
(2)同名磁極互相排斥,異名磁極互相吸引。
【解答】解:A.由安培定則可知,閉合開關后,通電螺線管的右端是N極,左端是S極,小磁針的N極靠近通電螺線管的S極,小磁針不會發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),故A不符合題意;
B.由安培定則可知,閉合開關后,通電螺線管的左端是N極,右端是S極,小磁針的N極靠近通電螺線管的S極,小磁針不會發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),故B不符合題意;
C.由安培定則可知,閉合開關后,通電螺線管的左端是N極,右端是S極,小磁針的N極靠近通電螺線管的N極,小磁針會發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),故C符合題意;
D.由安培定則可知,閉合開關后,通電螺線管的左端是N極,右端是S極,小磁針的N極靠近通電螺線管的S極,小磁針不會發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),故D不符合題意。
故選:C。
【典例3-2】(2023?錦江區(qū)校級模擬)《論衡》中記載:“司南之杓,投之于地,其柢指南?!比鐖D甲,司南即指南針,“柢”即握柄是磁體的S極,靜止時指向地磁場的 北 (選填“南”或“北”)極。如圖乙,通電螺線管周圍存在磁場,P點磁場的方向向 左 (選填“左”或“右”)。
【答案】北;左
【分析】(1)轉(zhuǎn)動的磁體靜止時,指南的一端叫南極(S極),指北的一端叫北極(N極)。地磁場的北極(N極)在地理的南極附近。
(2)根據(jù)安培定則判斷通電螺線管磁極;在磁體外部,磁感線從磁體的N極出發(fā),回到S極,據(jù)此判斷P點磁場的方向。
【解答】解:“柢”即握柄,是磁體的S極,靜止時指向地理的南極,即地磁場的北極(N極)。
圖中電流從通電螺線管的左端流入,右端流出,根據(jù)安培定則可知,通電螺線管的左端為S極,右端為N極;在磁體外部,磁感線從磁體的N極出發(fā),回到S極,因此P點磁場的方向向左。
故答案為:北;左。
【典例3-3】(2023?龍港區(qū)一模)如圖所示,小磁針靜止在已通電的電磁鐵和條形磁鐵之間,請在圖中標出:
(1)條形磁鐵右端的極性(用“N”或“S”表示);
(2)磁感線的方向;
(3)小磁針的下端的極性(用“N”或“S”表示)。
【答案】
【分析】根據(jù)電流表的使用方法分析電流的方向和電源的正負極,根據(jù)安培定則判定電磁鐵的磁性;根據(jù)磁極間的相互作用規(guī)律判定小磁針的磁極和條形磁體的磁性;磁體周圍的磁感線是從N極出來回到S極的。
【解答】解:電流表在使用時,電流從電流表的正極線柱流入、負接線柱流出,所以電源的左端為正極、右端為負極,根據(jù)安培定則可知,電磁鐵的右端為N極、左端為S極;磁體周圍的磁感線是從N極出來回到S極的;
根據(jù)異名磁極相互吸引可知,小磁針的上端為S極、下端為N極;電磁鐵右端的磁性與條形磁體左側(cè)的磁極相同,所以條形磁體的右端為S極,如圖所示:
【變式3-1】(2023?莆田模擬)如圖是磁懸浮臺燈,燈座通電后,燈泡會懸浮在燈座上方,內(nèi)部LED燈發(fā)光。
下列說法正確的是( )
A.發(fā)光的LED燈電阻為零
B.燈泡懸浮是利用同名磁極相互排斥的原理
C.通電后電磁鐵具有磁性說明磁能生電
D.通電后電磁鐵的下端為S極
【答案】B
【分析】(1)半導體的導電性能介于導體和絕緣體之間,具有一定的電阻值;
(2)根據(jù)安培定則判定電磁鐵的極性;
(3)同名磁極相互排斥、異名磁極相互吸引;
(4)電磁鐵是利用電流的磁效應來工作的,說明電能生磁。
【解答】解:A、LED燈是由半導體材料制成的,具有一定的電阻,而超導體的電阻為0,故A錯誤;
B、當開關閉合時,電流從電磁鐵的上端流入,根據(jù)安培定則可知,電磁鐵的下端為N極,燈泡之所以能懸浮,是利用了同名磁極相互排斥的原理,故B正確;
C、通電后電磁鐵具有磁性說明電生磁,即電流的磁效應,故C錯誤;
D、當開關閉合時,電流從電磁鐵的上端流入,根據(jù)安培定則可知,電磁鐵的下端為N極,故D錯誤。
故選:B。
【變式3-2】(2023?朝陽區(qū)二模)東漢學者王充在《論衡》中記載:“司南之杓,投之于地,其柢指南”。
(1)“柢”即握柄,是磁體的 S (選填“N”或“S”)極。
(2)將司南懸掛在電磁鐵正上方,閉合開關,司南靜止時的指向如圖所示,則電源左端是 負 極(選填“正”或“負”)。
【答案】(1)S;(2)負
【分析】(1)磁極間的作用規(guī)律是:同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引;
(2)根據(jù)電磁鐵的磁極,用安培定則判斷電源正負極。
【解答】解:(1)“其柢指南”意思是握柄指向南,由此可知,握柄是磁體的S極;
(2)根據(jù)磁極間的相互作用知,電磁鐵的左端為N極,右端為S極,根據(jù)安培定則判斷出電源的左端為電源負極。
故答案為:(1)S;(2)負。
【變式3-3】(2023?紅山區(qū)校級三模)根據(jù)通電螺線管的磁感線方向標出電源的正、負極和小磁針的N、S極。
【答案】
【分析】根據(jù)磁感線的方向判定螺線管的極性;根據(jù)螺線管的極性利用安培定則判定電流的方向,從而判定出電源的正負極;根據(jù)磁極間的相互作用規(guī)律分析小磁針的磁極。
【解答】解:由圖可知,磁感線在磁體的外部是從N極出來回到S極的,則螺線管的右端為N極,左端為S極;
根據(jù)安培定則可知,電流是從左端流入,右端流出,則電源左端為正極,右端為負極;
根據(jù)異名磁極相互吸引可知,小磁針的左端為S極、右端為N極,如圖所示:
一、選擇題。
1.(2022秋?蘭山區(qū)校級期末)關于磁場和磁感線,下列說法錯誤的是( )
A.地磁場的N極在地理南極附近
B.磁感線是磁體周圍真實存在的曲線
C.磁體間的相互作用是通過磁場發(fā)生的
D.奧斯特實驗證明通電導線周圍存在磁場
【答案】B
【分析】(1)地磁場的北極在地理的南極附近,地磁場的南極在地理的北極附近;
(2)磁感線是人們?yōu)榱诵蜗竺枋龃艌龆傧氲那€;
(3)磁場看不見,可以通過它的基本性質(zhì)來認識它,磁場的基本性質(zhì)是對放入其中的磁體產(chǎn)生磁力的作用;
(4)奧斯特實驗說明:通電導線周圍存在磁場;磁場方向和電流方向有關。
【解答】解:A、地磁場的N極在地理南極附近,地磁場的S極在地理北極附近,故A正確;
B、磁感線并不是真實存在的,而是人們?yōu)榱诵蜗竺枋龃艌龆傧氲那€,故B錯誤;
C、磁體的周圍存在著磁場,磁體間的相互作用是通過磁場發(fā)生的,故C正確;
D、奧斯特實驗說明:通電導線周圍存在磁場;且磁場方向和電流方向有關。故D正確。
故選:B。
2.(2022秋?澤州縣期末)如圖所示是奧斯特實驗的示意圖,以下關于奧斯特實驗的分析正確的是( )
A.小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)說明通電導線周圍存在磁場
B.移去小磁針后,通電導線周圍磁場消失
C.斷開開關,直導線周圍磁場不會立即消失
D.通電導線周圍的磁場方向由小磁針的指向決定
【答案】A
【分析】奧斯特電流的磁效應實驗是:將通電導線放在小磁針上方時,小磁針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。該實驗證明了通電導體周圍存在磁場,產(chǎn)生的磁場方向與電流的方向有關。
【解答】解:A、通電導線周圍有磁場,使小磁針偏轉(zhuǎn),故A正確;
B、通電導線周圍的磁場的有無與小磁針無關,故B錯誤;
C、斷開開關,導線中無電流通過,直導線周圍磁場會立即消失,故C錯誤;
D、通電導線周圍的磁場方向與電流方向有關,故D錯誤;
故選:A。
3.(2023?定遠縣校級一模)如圖所示,下列關于磁現(xiàn)象的分析中,說法正確的是( )
A.甲圖中,在條形磁鐵周圍撒上鐵屑后輕敲玻璃板,所觀察到的是磁感線
B.乙圖中,U形磁鐵周圍的磁感線在靠近磁極處分布得比較疏
C.丙圖中,小磁針S極的受力方向,與通電螺線管在該點的磁感線切線方向相反
D.丁圖中,北京地區(qū)地面附近能自由轉(zhuǎn)動的小磁針靜止時,N極指向地理南極附近
【答案】C
【分析】(1)磁感線并不是真實存在的線,是人們?yōu)榱搜芯糠奖愣M的線;
(2)磁鐵的兩極磁性強,磁感線密集;
(3)小磁針靜止時北極所指的方向就是該點的磁感線的方向;
(4)地理的北極在地磁的南極附近。
【解答】解:A、甲圖中,在條形磁鐵周圍撒上鐵屑后輕敲玻璃板,所觀察到的是鐵屑的排列方向,故A錯誤;
B、乙圖中,U形磁鐵周圍的磁感線在靠近磁極處分布的比較密,故B錯誤;
C、丙圖中,小磁針N極的受力方向,與通電螺線管在該點的磁感線切線方向相同,所以S極的受力方向與通電螺線管在該點的磁感線切線方向相反,故C正確;
D、丁圖中,北京地區(qū)地面附近能自由轉(zhuǎn)動的小磁針靜止時,N極指向地理北極附近,故D錯誤。
故選:C。
4.(2023?鼎城區(qū)一模)如圖所示是一根錳銅絲制成的軟質(zhì)彈簧,B是水銀槽,槽內(nèi)盛有水銀,A的上端通過接線柱與電源相連,A的下端恰好與水銀表面接觸,開關S閉合后發(fā)生的現(xiàn)象是( )
A.彈簧伸長變大,燈持續(xù)發(fā)光
B.彈簧縮短,燈熄滅
C.彈簧上下振動,燈忽亮忽滅
D.彈簧靜止不動,燈持續(xù)發(fā)光
【答案】C
【分析】這個軟彈簧就相當于螺線管,當閉合開關時,螺線管的每相鄰的兩匝線圈的磁極剛好相反,即N極對S極,此時兩磁極會互相吸引,由錳銅絲構成的螺線管會收縮而變短;電路斷路;燈泡熄滅;磁性消失后彈簧又恢復原狀。
【解答】解:開關閉合后電路接通,燈泡發(fā)光;由錳銅絲構成的螺線管兩磁極會互相吸引,彈簧會收縮而變短;變短后電路斷路;燈泡熄滅;依此規(guī)律反復,彈簧上下振動,燈泡燈忽亮忽滅。
故選:C。
5.(2023?桂陽縣二模)如圖所示,電磁鐵左側(cè)的C為條形磁鐵,右側(cè)的D為軟鐵棒,A是電源的正極。下列判斷中正確的是( )
A.C、D都被吸引B.C、D都被排斥
C.C被吸引,D被排斥D.C被排斥,D被吸引
【答案】D
【分析】根據(jù)電源正負極,結(jié)合線圈繞向,利用安培定則可以確定電磁鐵的N、S極;同名磁極相互排斥、異名磁極相互吸引;電磁鐵能吸引軟鐵棒。
【解答】解:若A端為正極,則電流從螺線管的左端流入,右端流出,結(jié)合線圈繞向,利用安培定則可以確定螺線管的左端為S極,右端為N極;
電磁鐵的S極與條形磁體C的S極靠近,則C被排斥;
電磁鐵能吸引軟鐵棒,故D被吸引。
故選:D。
6.(2023?增城區(qū)一模)放在通電螺線管周圍的小磁針靜止時如圖,三個小磁針的S極和一個小磁針的N極被涂黑,則N極被涂黑的小磁針是( )
A.甲B.乙C.丙D.丁
【答案】B
【分析】根據(jù)安培定則判斷通電螺線管左端為N極,根據(jù)磁極間的相互作用確定小磁針的N、S極。
【解答】解:根據(jù)安培定則判斷兩個通電螺線管左端都為N極,右端為S極,根據(jù)異名磁極相互吸引可知,甲、乙、丙的S極都被通電螺線管的左端吸引,這說明小磁針甲的左端為N極,右端為S極(涂成黑),乙、丙的左端為S極(乙的N極涂成黑、丙的S極涂成黑),右端為N極,丁的左端被通電螺線管的右端吸引,這說明丁的左端為N極、右端為S極(涂成黑),故B正確。
故選:B。
7.(2023?賓陽縣一模)如圖所示是磁現(xiàn)象的四幅示意圖,其中磁感線方向或小磁針靜止時南北極的指向正確的是( )
A.B.
C.D.
【答案】A
【分析】磁體周圍的磁感線從N極出發(fā)回到S極;根據(jù)安培定則判定通電螺線管的極性,從而可知其周圍磁感線的方向。
【解答】解:AC、在磁體的外部,磁感線從N極出發(fā)回到S極,故A正確,C錯誤;
B、由圖知,電流從螺線管的左端流入、右端流出,根據(jù)安培定則可知,通電螺線管的右端為N極,左端為S極,而磁體周圍的磁感線從N極出發(fā)回到S極,因此圖中磁體周圍磁感線的方向錯誤,故B錯誤;
D、由圖知,電流從螺線管的左端流入、右端流出,根據(jù)安培定則可知,通電螺線管的右端為N極,左端為S極,因此圖中通電螺線管的磁極標錯,故D錯誤。
故選:A。
8.(2023?東麗區(qū)二模)如圖所示的四幅圖中描述及相關作圖正確的是( )
A.圖(1)中,斜面上物體所受重力和支持力的示意圖
B.圖(2)中,l為杠桿所受拉力F的力臂
C.圖(3)中,通過凸透鏡的光線
D.圖(4)中,通電螺線管的磁極
【答案】B
【分析】(1)支持力垂直于接觸面;
(2)從支點O向力的作用線作垂線,在垂足處畫出直角,從支點到垂足的距離就是力臂;
(3)平行于主光軸的光線經(jīng)凸透鏡折射后過焦點;
(4)根據(jù)安培定則可知螺線管的磁極。
【解答】解:A.支持力應該是垂直于斜面向上,故A錯誤;
B.支點到拉力作用線的距離為拉力F的力臂,故B正確;
C.平行于主光軸的光線經(jīng)凸透鏡折射后過焦點,故C錯誤;
D.電流從電源正極出發(fā),從螺線管上端流向下端,根據(jù)安培定則可知,螺線管下端為N極,故D錯誤。
故選:B。
9.(2023?濟南二模)(多選)如圖所示為初中物理學習中的一些實驗。關于這些實驗的說法,正確的是( )
A.圖甲:利用線制做的“土電話”能夠進行通話,說明聲音可以在固體中傳播
B.圖乙:伽利略的理想實驗,提出運動物體不受力,運動狀態(tài)就不改變的觀點
C.圖丙:迅速壓下活塞后硝化棉就燃燒,說明摩擦生熱改變了筒內(nèi)空氣的內(nèi)能
D.圖?。洪_關閉合后繞著導線的鐵釘能吸引起大頭針,說明電流周圍存在磁場
【答案】ABD
【分析】(1)聲音的傳播是需要介質(zhì)的,它既可以在氣體中傳播,也可以在固體和液體中傳播,但不能在真空中傳播;
(2)根據(jù)物理學史回答;
(3)做功可以使內(nèi)能與機械能之間進行轉(zhuǎn)化;對物體做功,物體內(nèi)能會增加;物體對外做功,物體內(nèi)能會減少。
(4)通電導線周圍有磁場,根據(jù)吸引大頭針多少判斷磁性強弱。
【解答】解:A、“土電話”利用連接兩個圓紙盒的棉線作為傳播聲音的介質(zhì),將說話的同學發(fā)出的聲音通過棉線振動傳播到另一個同學的耳朵里,這是利用聲音可以在固體中傳播的原理制成的,故A正確;
B、伽利略的理想實驗,提出運動物體不受力,運動狀態(tài)就不改變的觀點,即物體的運動不需要力來維持,故B正確;
C、向下壓活塞時,活塞對筒內(nèi)的空氣做功,機械能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能,使氣體的內(nèi)能增加,溫度升高,當溫度升高達到棉花的著火點時,筒內(nèi)棉花燃燒起來,不是摩擦生熱。故C錯誤;
D、開關閉合后繞著導線的鐵釘能吸引起大頭針,說明電流周圍存在磁場,故D正確。
故選:ABD。
10.(2023?萊西市一模)(多選)下列關于電和磁的知識,正確的是( )
A.磁場中某點的磁場方向是由放在該點的小磁針決定的
B.電路兩端有電壓,電路中不一定有電流
C.導體電阻與導體兩端的電壓成正比,與流經(jīng)導體的電流成反比
D.導體中的自由電子定向移動時一定產(chǎn)生磁場
【答案】BD
【分析】(1)磁場是有方向的,人們規(guī)定,在磁場中的某一點,小磁針靜止時N極所指的方向就是該點的磁場方向;
(2)電路中有電流的條件:有電源、電路是通路;
(3)電阻是導體自身的一種屬性,只與導體的材料、長度、橫截面積和溫度有關;
(4)通電導體周圍存在磁場,這是電流的磁效應。
【解答】解:A、磁場中某點的磁場方向是一定的,可以由放在該點的小磁針來判斷,但不是由小磁針決定的,故A錯誤;
B、電路兩端有電壓,若不是閉合回路,電路中不一定有電流,故B正確;
C、電阻是導體自身的一種屬性,只取決于導體的材料、長度、橫截面積和溫度,與加在導體兩端的電壓和流過導體的電流無關,故C錯誤;
D、導體中的自由電子在定向移動時,導體中有電流,因為通電導體周圍存在磁場,所以導體中的自由電子在定向移動時一定產(chǎn)生磁場,故D正確。
故選:BD。
二、填空題。
11.(2023?奉賢區(qū)二模)如圖所示,是“奧斯特實驗”的實物圖。閉合開關,甲、乙小磁針都發(fā)生偏轉(zhuǎn),此現(xiàn)象表明: 力 可以改變物體的運動狀態(tài);以通電直導線為參照物,小磁針N極是 運動 的(選填“運動”或“靜止”);小磁針甲、乙偏轉(zhuǎn)的方向不一致,表明:力的 方向 會影響力的作用效果。
【答案】力;運動;方向。
【分析】(1)力可以改變物體的形狀、力可以改變物體的運動狀態(tài);
(2)物體的運動與靜止是相對于參照物而言的,相對于參照物,位置發(fā)生了改變則運動了,沒有改變則處于靜止狀態(tài);
(3)力的作用效果與力的大小、方向和作用點有關。
【解答】解:(1)通電導體周圍存在著磁場,小磁針在這個磁場中會受到力的作用,原來靜止的小磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn),說明力可以改變物體的運動狀態(tài);
(2)小磁針N極相對通電直導線有位置的變化,所以以通電直導線為參照物,小磁針N極是運動的;
(3)由圖可知,甲、乙兩個小磁針在磁場中的位置不同,受到的磁場力的方向不同,所以偏轉(zhuǎn)方向不同,這表明:力的方向會影響力的作用效果。
故答案為:力;運動;方向。
12.(2023?翼城縣一模)如圖所示,物理學家羅蘭曾經(jīng)做過一個實驗,在圓形橡膠盤上注入某種電荷,當橡膠盤沿中心軸高速旋轉(zhuǎn)時,圓盤上方原來靜止的小磁針轉(zhuǎn)動了。請你推斷橡膠盤高速旋轉(zhuǎn)時電荷有沒有受到小磁針力的作用: 有 (選填“有”或“沒有”),你推斷的依據(jù)是 由于力的作用是相互的,電流產(chǎn)生的磁場對小磁針產(chǎn)生力的作用的同時,小磁針對高速旋轉(zhuǎn)時的電荷也有力的作用 。
【答案】有;由于力的作用是相互的,電流產(chǎn)生的磁場對小磁針產(chǎn)生力的作用的同時,小磁針對高速旋轉(zhuǎn)時的電荷也有力的作用。
【分析】電荷的定向移動形成電流,電流的周圍存在磁場;磁場對放入其中的磁體有力的作用;物體間力的作用是相互的。
【解答】解:當橡膠盤沿中心軸高速旋轉(zhuǎn)時,橡膠盤上注入的某種電荷沿一定方向運動,所以會形成電流;由奧斯特實驗知,電流周圍存在磁場,所以小磁針在電流周圍磁場的作用下轉(zhuǎn)動;
由于力的作用是相互的,電流產(chǎn)生的磁場對小磁針產(chǎn)生力的作用的同時,小磁針對高速旋轉(zhuǎn)時的電荷也有力的作用。
故答案為:有;由于力的作用是相互的,電流產(chǎn)生的磁場對小磁針產(chǎn)生力的作用的同時,小磁針對高速旋轉(zhuǎn)時的電荷也有力的作用。
13.(2022?石景山區(qū)一模)(1)如圖表示的是近視眼成因的光路圖,近視眼可佩戴用 凹 透鏡制作的眼鏡進行矯正(選填:“凹”或“凸”)。
(2)如圖所示,在通電螺線管的左端放一個小磁針,當改變螺線管中電流的方向時,小磁針的N極指向會改變,說明通電螺線管的磁場方向與 電流 的方向有關。
【答案】(1)凹;(2)電流
【分析】(1)遠視眼的晶狀體較薄,會聚能力較弱,看近處的物體時,將像成在視網(wǎng)膜的后面,需要佩戴對光具有會聚作用的凸透鏡進行矯正;近視眼能看清近處的物體,不能看清遠處的物體,近視眼的晶狀體太厚,使像成在視網(wǎng)膜的前方,要戴一個凹透鏡來矯正;
(2)通電螺線管外部磁場方向與螺線管中的電流方向有關。
【解答】解:(1)由圖1可知,像成在了視網(wǎng)膜的前方,為近視眼的成像原理圖,為了使像成在視網(wǎng)膜上,需要佩戴對光線具有發(fā)散作用的凹透鏡矯正;
(2)當改變螺線管中電流的方向時,小磁針的N極指向會改變,這說明通電螺線管周圍的磁場的方向發(fā)生了變化,所以通電螺線管的磁場方向與電流的方向有關。
故答案為:(1)凹;(2)電流。
14.(2021秋?興隆縣期末)某同學用如圖所示的裝置研究通電螺線管外部的磁場。
(1)閉合開關后,螺線管A端的磁極為 N 極
(2)小磁針靜止后其右端為 S 極
(3)當電源的正負極對調(diào)后再閉合開關,發(fā)現(xiàn)小磁針的N極、S極的指向也對調(diào),由此可知通電螺線管外部磁場的方向與螺線管中 電流 的方向有關。
【答案】(1)N;(2)S;(3)電流
【分析】(1)根據(jù)右手螺旋定則判定螺線管的極性;
(2)利用磁極間的相互作用判定小磁針的極性;
(3)通電螺線管外部磁場方向與螺線管中的電流方向和線圈的繞法有關。
【解答】解:
(1)根據(jù)電源的正負極可知,螺線管中電流的方向是從左側(cè)流入,右側(cè)流出,根據(jù)安培定則可知,A端為N極,B端為S極;
(2)根據(jù)異名磁極相互吸引可知,小磁針的右端為S極;
(3)當電源的正負極對調(diào)后再閉合開關,電流的方向發(fā)生了改變,發(fā)現(xiàn)小磁針的N極、S極的指向也對調(diào),由此可知通電螺線管外部磁場的方向與螺線管中電流的方向有關。
故答案為:(1)N;(2)S;(3)電流。
15.(2023?鼓樓區(qū)校級三模)如圖甲所示是某同學設計的模擬電路,可在潮濕的陰雨天開啟警示燈,警示燈能隨濕度變化而自動調(diào)整亮度。閉合開關,線圈的上端為 N 極。R1、R2是兩種不同的濕敏電阻,阻值的大小隨濕度的變化如圖乙所示,模擬電路的濕敏電阻應選擇 R2 。
【答案】N;R2
【分析】根據(jù)安培定則分析線圈的磁性;根據(jù)圖像判斷出R1和R2與濕度的關系;根據(jù)實際需要,當空氣潮濕,警示燈變亮,說明電路中的濕敏電阻被短路,即電磁鐵的磁性增強,電路的電流增大,電阻減小,即濕敏電阻隨著濕度的增加而減小,根據(jù)圖像選出合適的電阻。
【解答】解:根據(jù)圖示可知,閉合開關后,電流從線圈的下端流入、上端流出,根據(jù)安培定則可知,線圈的上端為N極;
由圖甲知:R1的電阻隨濕度的增加而增加,R2的電阻隨濕度的增加而減?。?br>根據(jù)實際需要,當空氣潮濕,警示燈變亮,說明電路中的濕敏電阻被短路,即電磁鐵的磁性增強,電路的電流增大,電阻減小,即濕敏電阻隨著濕度的增加而減小,故R2符合要求。
故答案為:N;R2。
16.(2023?振興區(qū)校級一模)巨磁電阻效應是指某些材料的電阻在磁場的磁性增強時急劇減小的現(xiàn)象,如圖所示,GMR是巨磁電阻,閉合S1、S2并使滑片P向左滑動,則小燈泡 不變 (選填“變亮”、“不變”或“變暗”)。圖中電磁鐵右端為 N (選填“S”或“N”)極。
【答案】不變;N。
【分析】由左圖可知,滑動變阻器的滑片P向左滑動過程中接入電路中電阻的變化,根據(jù)歐姆定律可知電路中電流的變化,進一步根據(jù)影響電磁鐵磁場的因素可知其磁場變化,據(jù)此可知右圖巨磁電阻的阻值變化;由右圖可知,巨磁電阻和燈泡并聯(lián),互不影響,由此可知燈泡實際功率的變化,進一步判斷亮暗的變化。
根據(jù)安培定則判斷電磁鐵的磁極。
【解答】解:由左圖可知,滑動變阻器的滑片P向左滑動過程中接入電路中電阻變小,由I=可知,左側(cè)電路中的電流變大,電流表示數(shù)變大;因電磁鐵磁性的強弱與線圈匝數(shù)和通過的電流有關,且匝數(shù)不變,通過的電流越大,磁性越強,所以,此時電磁鐵的磁性變強,巨磁電阻阻值變??;由右圖可知,巨磁電阻和燈泡并聯(lián),二者互不影響,小燈泡兩端的電壓及自身電阻不變,因此小燈泡的實際功率不變,亮度不變;
圖中電流從電磁鐵的左端流入,右端流出,根據(jù)安培定則可知,圖中電磁鐵右端為N極。
故答案為:不變;N。
三、作圖題。
17.(2023?文圣區(qū)三模)如圖甲是桌面擺件懸空燈泡,圖乙是其結(jié)構圖。小磁針靠近底座靜止時如圖所示。請在圖中標出:
(1)燈泡底部的磁極(用“N”或“S”表示);
(2)電磁鐵電源上方的極性(用“+”或“﹣”表示);
(3)磁感線的方向。
【答案】
【分析】(1)根據(jù)磁極間的相互作用規(guī)律確定通電螺線管的磁極。
(2)根據(jù)安培定則確定電源的正負極。
(3)根據(jù)磁體周圍的磁感線總是從N極發(fā)出,回到S極。
【解答】解:(1)根據(jù)磁極間的相互作用規(guī)律,異名磁極相互吸引,通電螺線管的的下端是N極,上端是S極。所以燈泡的底端也是S極。
(2)根據(jù)安培定則,電源的上端是負極,下端是正極。
(3)磁體周圍的磁感線從N極發(fā)出,回到S極,如圖所示:
。
18.(2023?順城區(qū)三模)如圖所示的電路,閉合開關,小磁針靜止在圖中位置時,右端所指的方向為該點的磁場方向,請在括號中標出:
(1)電源右側(cè)“+”或“﹣”極;
(2)左側(cè)電磁鐵上端“N”或“S”極;
(3)電流表上端“+”或“﹣”接線柱。
【答案】
【分析】根據(jù)小磁針的指向分析磁場的方向,根據(jù)安培定則分析電路中電流的方向;根據(jù)電流表的連接方法判定其正負接線柱。
【解答】解:根據(jù)題意可知,小磁針靜止在圖中位置時,右端所指的方向為該點的磁場方向,所以小磁針的右端為N極,根據(jù)異名磁極相互吸引可知,左側(cè)電磁鐵上端為N極;根據(jù)安培定則可知,電流從左側(cè)電磁鐵的上端流入、下端流出,所以電源的右端為正極;電流從電流表的正極線柱流入,從負接線柱流出,所以電流表上端為負接線柱,如圖所示:
四、實驗探究題。
19.(2023?昌平區(qū)二模)某同學利用如圖所示裝置進行了一系列實驗,閉合開關前、小磁針的指向如圖甲所示;閉合開關后、小磁針的轉(zhuǎn)情況如圖乙中箭頭所示;只改變電流方向,再次進行實驗、閉合開關后、小磁針的偏轉(zhuǎn)如圖丙中箭頭所示。
(1)由甲、乙兩圖所示實驗可得電流可以產(chǎn)生 磁場 。
(2)由乙、丙兩圖所示實驗可得電流產(chǎn)生的磁場的方向與電流的 方向 有關。
【答案】(1)磁場;(2)方向。
【分析】通電導線周圍存在磁場,磁場方向與電流方向有關。
【解答】解:(1)甲圖開關斷開,電路中沒有電流,小磁針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),乙圖開關閉合,電路中有電流,小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn),甲、乙兩圖說明電流可以產(chǎn)生磁場;
(2)乙、丙兩圖中,電流大小相同,電流的方向不同,小磁針的偏轉(zhuǎn)方向不同,說明通電導體周圍的磁場方向與導體中的電流方向有關。
故答案為:(1)磁場;(2)方向。
五、解答題。
20.(2023?尉氏縣三模)為了節(jié)約用水,很多地方建有雨水蓄水池,下雨時,雨水通過專用管道流入蓄水池,未蓄滿水時燈泡發(fā)光,當達到警戒水位時,控制電路中電流為60mA,銜鐵剛好被吸合,工作電路會啟動排水泵,將水排出,保證蓄水池的安全。圖甲是蓄水池水位監(jiān)測及排水電路的簡化示意圖。已知控制電路的電源電壓保持3V不變,電阻R是定值電阻,線圈阻值忽略不計,壓敏電阻RF裝在蓄水池底部的壓力傳感器中,其阻值與蓄水池內(nèi)水位的關系如圖乙所示。
(1)通電后,螺線管上端為 S (選填“N”或“S”)極。
(2)當蓄水池中未蓄水時,電流表的示數(shù)為40mA,求R的阻值。
(3)達到警戒水位時,水對蓄水池底部的壓強是多大?(ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)
(4)要想增大蓄水池的警戒水位,控制電路應換用阻值更 大 (選填“大”或“小”)的定值電阻。
【答案】(1)S;(2)R的阻值為45Ω;(3)達到警戒水位時,水對蓄水池底部的壓強是2×104Pa;(4)大
【分析】(1)根據(jù)安培定則來判斷通電螺線管的磁極。
(2)根據(jù)歐姆定律來計算R的阻值。
(3)根據(jù)歐姆定律、壓敏電阻的阻值和液體的壓強公式進行計算。
(4)根據(jù)歐姆定律進行分析。
【解答】解:(1)根據(jù)安培定則,通電后,螺線管上端為S極。
(2)當蓄水池中未蓄水時,電流表的示數(shù)為40mA,此時控制電路中的總電阻為:,
此時壓敏電阻的阻值為RF=30Ω;所以R=R總﹣RF=75Ω﹣30Ω=45Ω;
(3)達到警戒水位時,控制電路中電流為60mA,此時的壓敏電阻的阻值為:;
根據(jù)圖乙可知:此時蓄水池中水的深度為:h=2m,所以水對蓄水池底部的壓強是:
。
(4)要想增大蓄水池的警戒水位,此時壓敏電阻的阻值變小,保證啟動電流不變,此時應該換用阻值更大的定值電阻。
答:(1)S;(2)R的阻值為45Ω;(3)達到警戒水位時,水對蓄水池底部的壓強是2×104Pa;(4)大。

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第2節(jié) 電生磁

版本: 人教版(2024)

年級: 九年級全冊

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