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第十七、十八章　电与磁
培优精练26　磁现象和磁场
典例：磁浮列车利用磁极间的相互作用将车身托起悬浮在轨道上方，使车轮与轨道不接触，从而减小了摩擦力，提高列车的速度。当今世界上的磁浮列车主要有两种“悬浮”形式：排斥式和吸力式。图甲所示型号的磁浮列车属于______式，若“T”形轨道上磁体的下方为N极，则车身磁体上方应为____(填“N”或“S”)极；图乙所示型号的
磁浮列车利用了__________________的原理。
吸力
S
同名磁极相互排斥
【解析】题图甲中磁浮列车的“悬浮”形式为吸力式，利用了异名磁极相互吸引的原理，轨道磁体对车身磁体向上的吸引力与列车所受的重力平衡，从而使列车能够悬浮于轨道的上方平稳运行；若“T”形轨道上磁体的下方为N极，则车身磁体的上方为S极；题图乙中磁浮列车的“悬浮”形式为排斥式，利用了同名磁极相互排斥的原理。
针对训练1：下图为某市郊区林场，树木已成材，砍伐后，地面上留有一截树桩。同学们利用双休日到林场参加植树造林活动，此时有一群大雁自右向左迁徙，小刚同学为确定大雁的飞行方向拿出指南针，指南针的指向如图所示。请你根据图中提供的信息帮助小刚确定指南针的A端是____极，此时的季节为____(填“春”或“秋”)季。
N
春
【解析】从树桩上的年轮可知，年轮间距较大的右方为南方，因为树木的南边受阳光照射时间长，生长得快，所以指南针的A端指向北方，为N极；题图中大雁向北方飞，说明此时的季节应为春季。
针对训练2：物理学中，磁场的强弱用磁感应强度B(单位T)表示，B越大，磁场越强；B＝0，表示没有磁场。如果电阻大小随磁场强弱的变化而变化，则这种电阻叫磁敏电阻。某磁敏电阻RB在室温下的阻值与外加磁场磁感应强度B的对应关系见下表。把RB接入图甲所示的电路中，并在室温下进行实验，其中电源电压恒为6 V，滑动变阻器R′上标有“100 Ω　1 A”字样。
外加磁场的磁感应强度B/T 0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20
磁敏电阻RB/Ω 150 170 200 230 260 300
(1)由表中数据可知，磁敏电阻的阻值随磁感应强度B的增大而______。
【解析】由题表中的数据可知，当磁感应强度B增大时，RB的阻值增大。
增大
(2)将磁敏电阻RB置于图乙所示的磁场中，当其由位置“2”移到位置“1”时，电路中的电流______(填“变大”“变小”或“不变”)；为了使电压表的示数保持不变，滑动变阻器R′的滑片P应向___(填“a”或“b”)端移动。
变小
b
【解析】将磁敏电阻RB由位置“2”移到位置“1”时，磁感应强度变大，磁敏电阻RB的阻值变大，电路中的总电阻变大，由I＝ 可得，电路中的电流变小，滑动变阻器两端的电压变小，电压表的示数变大；要使电压表的示数保持不变，由串联电路的分压原理可知，应增大滑动变阻器接入电路的阻值，所以滑动变阻器R′的滑片P应向b端移动。
(3)当磁敏电阻RB处于磁场位置“1”，滑动变阻器R′的滑片P位于b端时，电压表的示数为4 V，则位置“1”处的磁感应强度大小为______T。
0.08
培优精练27　电流的磁效应
典例1：下图为条形磁体和电磁铁的相互作用情况，虚线表示磁感线，则甲、乙、丙、丁的极性依次是(　　)
A．S、N、S、S
B．N、N、S、N
C．S、S、N、N
D．N、S、N、N
A
【解析】根据右手螺旋定则可知，乙端为N极，丙端为S极；根据甲、乙之间的磁感线分布情况可知，甲、乙相互吸引，是异名磁极，故甲端为S极；根据丙、丁之间的磁感线分布情况可知，丙、丁相互排斥，是同名磁极，故丁端为S极，A正确。
针对训练1：如图所示，小磁针静止在甲、乙两个通电螺线管之间，请你画出：(1)甲通电螺线管的绕法和A点磁感线的方向；(2)乙通电螺线管电源的正、负极。
【解析】根据小磁针静止在甲、乙两个通电螺线管之间且N极向下可知，甲、乙两通电螺线管相对的磁极为同名磁极，且都为N极，则甲通电螺线管的左端为S极，A点磁感线的方向向右，乙通电螺线管的右端为S极。根据右手螺旋定则可知，甲通电螺线管线圈中电流方向从里往外，甲通电螺线管的绕法如答图甲所示；乙通电螺线管线圈电流方向从外往里，则电源右端为正极，左端为负极，如答图乙所示。
典例2：如图所示，用水平恒力F拉着一个磁性物体在水平面上做匀速直线运动，当磁性物体到达电磁铁AB的正下方时，立即闭合开关S，则磁性物体经过电磁铁正下方时，其运动状态是(　　)
A．仍保持匀速
B．立即加速
C．立即减速
D．立即停止
C
【解析】当磁性物体到达电磁铁AB的正下方时，立即闭合开关S，由右手螺旋定则可知，电磁铁的B端为N极，因为磁性物体的上端为N极，所以磁性物体受到向下的排斥力，使磁性物体对桌面的压力增大，在接触面粗糙程度不变的情况下，磁性物体受到桌面的摩擦力也增大，所以此时拉力小于摩擦力，磁性物体立即减速，C正确。
针对训练2：“悬浮灯泡”能够悬浮发光，如图甲所示，其基座内有一个电磁铁，而悬浮的灯泡内部装有用闭合线圈连接的LED灯和条形磁体，其内部结构如图乙所示。
(1)当基座内电路接通电源后，灯泡能悬浮在空中是因为_________________
__________________。
【解析】灯泡悬浮在空中，处于静止状态，受到的向上的磁力与向下的重力是一对平衡力。
(2)图乙中电源的左端为____极。
【解析】题图乙中条形磁体的下端为S极，根据同名磁极相互排斥可知，灯泡要受到向上的磁力，通电螺线管的上端应为S极，下端应为N极，由右手螺旋定则可知，电源右端为正极，左端为负极。
灯泡受到的磁力
和重力是一对平衡力
负
(3)若要使灯泡悬浮的高度增大，除调节滑动变阻器的阻值外，你还可以采取的方法是____________________________________________。
【解析】要使灯泡悬浮的高度增加，就要增大电磁铁的磁性，除调节滑动变阻器的阻值外，还可以增加电磁铁线圈的匝数或更换电压更大的电源。
增加电磁铁线圈的匝数(或更换电压更大的电源)
典例3：电梯设置有超载自动报警系统，其工作原理如图所示，R1为保护电阻，压敏电阻R2的阻值随压力的增大而减小。下列说法正确的是(　　)
A．控制电路接通后，电磁铁的上端为N极
B．电梯正常运行时K与B接触
C．超载时电磁铁的磁性增强
D．处于图示位置时电磁铁对衔铁的
吸引力大约是弹簧弹力的3倍
C
【解析】控制电路接通后，电流从电磁铁下端流入，由右手螺旋定则可知，电磁铁的下端为N极，上端为S极，A错误。电梯正常运行时，电动机工作，K应与A端接触，B错误。压敏电阻的阻值随压力的增大而减小，超载时，压敏电阻受到的压力变大，其阻值变小，由欧姆定律可知，通过电磁铁的电流变大，电磁铁的磁性增强，C正确。可以把衔铁看成一个杠杆，处于题图所示的位置时，电磁铁对衔铁的吸引力的力臂是弹簧弹力的力臂的3倍，由杠杆的平衡条件可知，电磁铁对衔铁的吸引力大约是弹簧弹力的 ，D错误。
针对训练3：科技改变生活，下图是一款街道路灯的电路原理图，该路灯采用电磁继电器实现自动化智能控制，其中R0为保护电阻。请你用笔画线代替导线，将电路原理图连接完整，使工作电路能正常工作，达到白天因光敏电阻变小而灯熄，夜晚因光敏电阻变大而灯亮的效果。(与触点的连线只能接在静触点上，图中已给出静触点E、F、G、H四根引线，连线不能交叉)
【解析】白天光敏电阻变小，由欧姆定律可知，控制电路中的电流变大，电磁铁吸引衔铁，动触点D与静触点G、H接触；要使LED路灯熄灭，则H接蓄电池，G接太阳能电池板，此时太阳能电池板给蓄电池充电。夜晚光敏电阻变大，由欧姆定律可知，控制电路中的电流变小，电磁铁不吸引衔铁，衔铁向上弹起，动触点D与静触点E、F接触；要使LED路灯亮，则E接路灯，F接蓄电池，此时蓄电池对LED路灯供电。电路原理图见答图。
培优精练28　电动机和发电机
典例1：如图所示，由两根绝缘细线悬挂着的导体ab放在蹄形磁体中间，ab两端连接着导线。在虚线框中接入某种实验器材可进行相应的实验探究。下列说法正确的是(　　)
A．接入灵敏电流计可探究电磁感应现象，与动圈式话筒的工作原理相同
B．接入灵敏电流计可探究通电导体在磁场中是否受力的作用，与动圈式扬声器的工作原理相同
C．接入电源可探究电磁感应现象，与电动机的工作原理相同
D．接入电源可探究通电导体在磁场中是否受力的作用，
与发电机的工作原理相同
A
【解析】在虚线框中接入灵敏电流计时，电路中无电源，闭合电路中的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，会产生感应电流，可以探究电磁感应现象，与发电机的工作原理相同，动圈式话筒也是根据电磁感应原理制成的，而动圈式扬声器是利用通电导体在磁场中受力运动的原理工作的，A正确，B错误。在虚线框中接入电源时，可以探究通电导体在磁场中是否受力的作用，与电动机的工作原理相同，C、D错误。
针对训练1：小亮在学习了“电和磁”的知识后，用甲、乙两个直流电动机设计了如图所示的装置，闭合开关S后，甲开始转动，同时通过皮带带动乙转动，小灯泡发光。在此过程中，将电能转化为机械能的是____(填“甲”或“乙”)电动机；乙的工作原理是__________，生活中应用这一原理工作的还有____________(填“动圈式扬声器”或“动圈式话筒”)。若要使甲的转动方向与原来相反，则应采取的措施是____________________。
甲
电磁感应
动圈式话筒
将电源正、负极对调
【解析】闭合开关S后，电源与甲电动机接通，电流通过甲电动机的线圈，线圈在磁场中受力转动，将电能转化为机械能；甲电动机通过皮带带动乙电动机一起转动，乙电动机内部的线圈在磁场中做切割磁感线运动，产生感应电流，小灯泡发光，此时乙电动机相当于发电机，将机械能转化为电能，其工作原理是电磁感应；动圈式话筒的工作原理是电磁感应，动圈式扬声器的工作原理是通电导体在磁场中受力运动。通电导体在磁场中的受力方向与电流方向和磁场方向均有关，如果将电源的正、负极对调，电流方向改变，则甲电动机的转动方向改变。
针对训练2：无线充电是一种便捷的充电方式。图甲是市场上支持无线充电的智能手机和充电器，无线充电的原理：电流通过送电线圈(充电器内)产生磁场，受电线圈(手机上)靠近磁场时就会产生电流，以此来给智能手机充电，如图乙所示。送电线圈处的工作原理是________(填“奥斯特”或“法拉第”)发现的，受电线圈处用到了图____(填“丙”或“丁”)所示的实验原理。
奥斯特
丁
【解析】电流通过送电线圈(充电器内)产生磁场，说明电流周围存在磁场，因此送电线圈处的工作原理是电流的磁效应，是奥斯特发现的；受电线圈(手机上)靠近磁场时就会产生电流，这是电磁感应现象，是法拉第发现的，题图丁所示的实验原理是电磁感应。
典例2：如图所示，质量和形状完全相同的金属线框A和塑料线框B从同一高度同时自由落下，途中经过某一磁场区域(“×”表示磁场方向垂直纸面向里)。不计空气阻力，两线框落地的速度分别为vA、vB，则vA____vB(填“＞”“＜”或“＝”)，你的判断依据是____________________________
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
＜
不计空气阻力，塑料线框B下
落时机械能不变，重力势能全部转化为动能，金属线框A下落过程中通过磁场时会产生感应电流，有一部分机械能转化为电能，所以金属线框A落地时的动能小于塑料线框B落地时的动能，而两线框质量相等，根据动能大小的影响因素可知vA针对训练3：如图所示，一轻杆左端挂一矩形塑料线框A，右端挂一外形相同的金属线框B，以O点为支点在水平位置静止。现使此装置竖直匀速下降，其下方有一方向垂直纸面向里的磁场区域(用“×”表示)，当A、B两线框下端同时进入磁场时，发现轻杆沿逆时针方向转动，请你分析并推测此现象产生的原因：_______________________________________________
_______________________________________________________________________________________________________________。若将磁场方向改为垂直纸面向外，重复上述操作，轻杆将沿________(填“顺
时针”或“逆时针”)方向转动。
金属线框B刚进入磁场时，会切割磁感线产生感应电流，产生的感应电流周围存在磁场，产生的磁场与原来的磁场相互排斥，金属线框B受到向上的力，从而使轻杆逆时针转动
逆时针
【解析】由于金属线框B刚进入磁场时，会切割磁感线产生感应电流，产生的感应电流周围存在磁场，产生的磁场与原来的磁场相互排斥，使金属线框B受到向上的力，从而使轻杆逆时针转动。若将磁场方向改为垂直纸面向外，重复上述操作，产生的感应电流周围存在磁场，产生的磁场还是与原来的磁场相互排斥，使金属线框B仍受到向上的力，所以轻杆还是沿逆时针方向转动。

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