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第二十讲·电与磁
考点一 磁现象 磁场
1.磁现象
磁性 能够吸引___________等物质的性质 磁体 定义 具有磁性的物体
分类 按获取方式分:天然磁体和人造磁体
按磁性保持时间分:软磁体和硬磁体
铁、钴、镍
磁极 定义 磁体上磁性最强的位置
命名 能够自由转动的磁体静止时指南的那个磁极叫做南极(S极),指北的那个磁极叫做北极(N极)
作用 规律 同名磁极相互_________,异名磁极相互_________
磁化 定义 原来没有磁性的物体在_________或_________的作用下获得磁性的现象
【提示】
(1)一个磁体有且只有两个磁极。
(2)物体与磁体相互排斥,物体一定具有磁性;物体与磁体相互吸引,物体不一定具有磁性。
（续表）
吸引
排斥
电流
磁体
2.磁场、磁感线
定义 磁体周围存在着一种物质,能使磁针偏转,这种物质看不见、摸不着,叫做磁场 基本 性质 对放入其中的磁体产生_________的作用,磁极间的相互作用是通过磁场发生的 方向 规定 在磁场中某点的小磁针静止时_________所指的方向规定为该点的磁场方向 磁感线 作用 用来描述磁场的分布情况,实际并不存在
特征 在磁体周围,磁感线从_________极出发回到_________极
在磁体内部,磁感线从_________极出发回到_________极
磁力
北极
N
S
S
N
磁感线 几种 磁体 的磁 感线 分布 图
（续表）
地磁场 定义 地球周围存在的磁场
分布 地磁南极在地理_____极附近,地磁北极在地理____极附近
磁偏角 最早由我国宋代学者_________记述
（续表）
北
南
沈括
(1)磁感线上任何一点的切线方向都与置于该点的小磁针静止时N极所指的方向一致。
(2)磁感线是封闭曲线,它不会相交。
(3)磁感线有疏密,磁感线的疏密程度表示磁场的强弱。
考点二 电生磁
1.电流的磁效应
奥斯特实验 现象
发现 丹麦物理学_______家证实了电流周围存在______,最早发现了电与磁的联系
电流的磁效应 通电导线周围存在与___________有关的磁场
奥斯特
磁场
电流方向
2.通电螺线管的磁场
分布 通电螺线管周围的磁场跟_______磁体的磁场相似,它的两端相当于条形磁体的两个磁极
判定磁 场方向 安培(右手螺旋)定则:用右手握住螺线管,让四指指向螺线管中________________,则拇指所指的那端就是螺线管的______极
条形
电流的方向
N
考点三 电磁铁 电磁继电器
电 磁 铁 结构 内部插入______的通电螺线管 原理 电流的_____效应 实验 探究电磁铁磁性强弱与什么因素有关 探究 方法 _________法
_______法(电磁铁的磁性强弱可通过吸引铁钉的多少来判断)
结论 匝数一定时,通过的______越大,电磁铁的磁性越强;电流一定时,外形相同的螺线管,_________ 越多,电磁铁的磁性越强
优点 磁性有无可以通过___________来控制 磁性强弱可以通过线圈中的________和_________来控制 磁极方向可以由电流方向和线圈绕向来控制 铁芯
磁
控制变量
转换
电流
线圈匝数
电流的通断
电流大小
线圈匝数
电 磁 继 电 器 实质 利用_________来控制工作电路的一种开关
工 作 原 理 图
作用 利用________、弱电流控制_______、强电流的工作电路
（续表）
电磁铁
低电压
高电压
考点四 磁场对通电导线的作用
实验 装置 及现象 闭合开关后,通电导体会
______,改变电流方向或磁
场方向,导体的运动方向
也会发生_______
探究 结论 通电导体在磁场中受到力的作用,力的方向跟_____的方向和_____的方向都有关,当电流的方向或磁场的方向变得相反时,通电导体受力的方向也变得相______
实际 应用 在这个探究过程中,电能转化为________。根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成了________,应用该原理的还有扬声器、电流表、电压表等
运动
改变
电流
磁场
反
机械能
电动机
考点五 磁生电
电磁感应现象
发现者 英国物理学家法拉第,在1821—1831年间,进行了多次实验发现了电磁感应现象
内容 _____电路中的________导体在磁场中做___________运动时,导体中就产生____的现象叫做电磁感应,产生的电流叫做感应电流
产生条件 ①________电路;
②部分导体做__________运动
影响感应电流方向的因素 ①________的方向;
②_________的方向
闭合
一部分
切割磁感线
电流
闭合
切割磁感线
磁场
导体运动
影响感应电流大小的因素 ①导体运动的______;
②________的强弱
应用 发电机
能量转化 机械能转化为电能
实际应用 动圈式话筒
【提示】
(1)电动机的换向器:当线圈刚转过平衡位置时,就自动改变线圈中的电流方向。
(2)我国电网以交流供电,电压为220 V,频率为50 Hz。
快慢
磁场
（续表）
课堂练习
1.(2022·海南)我国古代四大发明对世界文明发展作出了重要贡献,其中利用磁性材料特性的是 ( )
A
2.(2022·齐齐哈尔)对下列有关电和磁的四幅图,描述正确的是 ( )
A.如图甲所示,由小磁针静止时N极的指向可以判断b端与电源负极连接
B.如图乙所示,奥斯特实验说明通电导线周围存在磁场,电流的磁场方向与电流方向无关
C.如图丙所示,动圈式话筒与电动机工作原理相同
D.如图丁所示,扬声器与发电机工作原理相同
A
3.(2022·百色)如图所示,闭合开关,下列判断正确的是 ( )
A.小磁针偏转,说明通电导体周围存在磁场
B.只对调电源正、负极,小磁针偏转方向不变
C.通电螺线管的右端为N极
D.在螺线管内插入铁芯,螺线管的磁性强弱不变
A
4.(2021·杭州)如图所示,闭合电磁铁开关S,条形磁铁静止在水平桌面上。下列判断正确的是 ( )
A.条形磁铁受到电磁铁对其向左的作用力
B.条形磁铁受到桌面对其向左的摩擦力
C.将滑动变阻器的滑片P向右移动,条形磁铁受到的摩擦力不变
D.若只改变电源的正、负极,条形磁铁受到的摩擦力变大
A
5.如图所示为直流电动机的工作原理图,下列分析正确的是 ( )
A.改变磁场方向可以改变线圈转动的方向
B.电动机通电后不转,一定是电路断路
C.电动机工作过程中,消耗的电能全部转化为机械能
D.线圈连续转动是靠电磁继电器来实现的
A
6.(2022·安徽)用如图所示装置探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件,实验时蹄形磁体保持静止,导体棒ab处在竖直向下的磁场中。下列操作中能使灵敏电流计的指针发生偏转的是 ( )
A.导体棒ab保持静止
B.导体棒ab向左运动
C.导体棒ab竖直向下运动
D.导体棒ab竖直向上运动
B
7.(2022·怀化)中国白鹤滩水电站发电机单机功率100万千瓦,位居全球第一。下图中能说明发电机工作原理的是 ( )
B
8.(2022·北京)根据图中的电流方向,可知通电螺线管的 ____端是N极。
9.(2022·广东)如图所示,画出通电螺线管中的电流方向和它外部磁感线a的方向。
A
10.在探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”实验中,常老师制成简易电磁铁甲、乙,并设计了如图所示的电路。
(1)实验中是通过电磁铁__________________来判定其磁性强弱的,所使用的物理研究方法是____________。
(2)当滑动变阻器的滑片P向左移动时,电磁铁甲、乙吸引大头针的个数_____(选填“增加”或“减少”),说明电流越____,电磁铁磁性越强。
吸引大头针的数量
转换法
增加
大
10.在探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”实验中,常老师制成简易电磁铁甲、乙,并设计了如图所示的电路。
(3)根据图示的情景可知,____ (选填“甲”或“乙”)的磁性强,说明__________________________。
(4)电磁铁在生活中应用广泛,请举一例:_________。
甲
磁性的强弱与线圈匝数有关
电铃
11.发电机是如何发电的 同学们用如图所示的装置进行探究。
(1)实验时通过观察__________________________来判断电路中是否产生感应电流。
(2)当导体ab静止悬挂起来后,闭合开关,灵敏电流计指针不偏转,说明电路中______ (选填“有”或“无”)电流产生。
灵敏电流计的指针是否偏转
无
(3)小芳无意间碰到导体ab,导体ab晃动起来,小明发现灵敏电流计指针发生了偏转,就说“让导体在磁场中运动就可产生电流”,但小芳说“不一定,还要看导体怎样运动”。为验证猜想,他们继续探究,并把观察到的现象记录如下:
次数 开关状态 导体ab运动方向 磁场方向 灵敏电流计指针
1 断开 水平向右 向下 不偏转
2 闭合 水平向右 向下 向左偏转
3 闭合 竖直向下 向下 不偏转
4 闭合 水平向右 向下 向右偏转
5 闭合 水平向右 向上 向左偏转
分析实验现象后,同学们一致认为小芳的观点是______(选填“正确”或“错误”)的。比较第2、4次实验现象发现,产生的电流的方向跟_____________________有关;比较第4、5次实验现象发现,产生的电流的方向还跟____________有关。
导体的运动方向
磁场方向
正确
12.(2021·东营)为实现自动控制,小明同学利用电磁继电器(电磁铁线圈电阻不计)制作了具有延时加热、保温、消毒等功能的恒温调奶器,其电路图如图甲所示。控制电路中,电压U1=3 V,定值电阻R0=50 Ω,热敏电阻R的阻值随温度变化的图象如图乙所示;工作电路中,电压U2=220 V,R1=836 Ω,R2=44 Ω。已知恒温调奶器容量为2 kg,水温达到80 ℃时衔铁会跳起。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
(1)请结合此电路,简要说明电磁继电器的工作原理。
(2)求衔铁刚跳起时,通过电磁铁线圈的电流;
(3)求工作电路在保温状态下的电功率;
(4)当调奶器加满温度为25 ℃的水,加热元件工作500 s后衔铁跳起,求此过程中水吸收的热量及恒温调奶器的加热效率。
13.(2019·包头)如图所示的是某温控装置的简化电路图,工作电路由电压为220 V的电源和阻值R=88 Ω的电热丝组成;控制电路由电源、电磁铁(线圈电阻R0=20 Ω)、开关S、滑动变阻器R2(取值范围为0—80 Ω)和热敏电阻R1组成,R1阻值随温度变化的关系如下表所示。当控制电路电流I≥50 mA 时,衔铁被吸合切断工作电路;当控制电路电流I'≤40 mA 时,衔铁被释放接通工作电路。
(1)工作电路正常工作时,R在1 min内产生的热量是多少
温度/℃ 90 80 66 60 50 46 40 36 35 34
R1/Ω 10 20 40 50 70 80 100 120 130 150
(2)当温度为60 ℃,滑动变阻器R2=50 Ω时,衔铁恰好被吸合,控制电路的电源电压是多少
(3)若控制电路电源电压不变,此装置可控制的温度最大范围是多少
(4)要想让该装置所控制的最高温度降低一些,请分析说明如何改变R2的阻值。
课后训练
1.(2023·福建)在我国古代的四大发明中,主要应用了磁性材料特性的是 ( )
A.指南针 B.火药
C.印刷术 D.造纸术
A
2.(2023·长沙)我国是最早用文字记载磁现象的国家之一,下列说法正确的是 ( )
A.“慈(磁)石召铁,或引之也”,说明磁石没有磁性
B.罗盘周围的磁感线真实存在且可见
C.司南静止时指南北是因为受到了地磁场的作用
D.鱼形铁被磁化后制成的指南鱼只有一个磁极
C
3.(2023·山西)在班级组织的“自制指南针”活动中,小伟同学用条形磁体将缝衣针磁化后,将其放在水中漂浮的一片树叶上。多次将树叶轻轻旋转,待树叶静止后,观察到树叶的尖端总是指向南方,如图所示。下列说法中正确的是 ( )
A. 树叶尖端指向地磁南极
B.指南针的“N”应标注在树叶尖端
C.树叶周围存在磁场和磁感线
D.若用磁体的N极靠近树叶尖端,会相互吸引
D
4.(2023·河北)如图所示,用甲装置探究通电螺线管外部的磁场分布,用乙装置探究电磁铁磁性强弱跟哪些因素有关。下列说法正确的是 ( )
A.通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似
B.改变通电螺线管中电流方向,小磁针N极指向不变
C.匝数一定时,通入的电流越小,电磁铁的磁性越强
D.电流一定时,减少铁钉上线圈的匝数,电磁铁的磁性强弱不变
A
5.(2023·广东)如图所示,小明用线圈、条形磁铁和灵敏电流计来验证电磁感应现象,下列不能使灵敏电流计指针发生偏转的操作是 ( )
A.线圈不动,磁铁快速向上
B.线圈不动,磁铁快速向下
C.磁铁不动,线圈快速向上
D.线圈和磁铁同时同速向上
D
6.(2023·苏州)下列与磁现象有关的实验中,说法正确的是 ( )
A.甲图中磁铁通过磁场对回形针施加力
B.乙图说明磁场对电流有力的作用
C.丙图是电磁感应原理的应用
D.丁图说明了电流具有磁效应
A
7.(2023·天津)党的二十大报告指出“科技是第一生产力”。某学校为了培养学生的科学素养,组织科技创新大赛,小明在比赛中制作了水位自动报警器,原理图如图所示。当水位达到金属块A位置时(一般的水都能导电),则 ( )
A.两灯都亮 B.两灯都不亮
C.只有绿灯亮 D.只有红灯亮
D
8.(2023·福建)经过十年的不懈探索,法拉第发现了电磁感应现象。下图中可以探究产生感应电流条件的装置是 ( )
C
9.(2023·河南)如图是小聪设计的一款小制作,圆筒A中安装有磁铁和可转动的线圈。有风吹过时,扇叶带动线圈转动,可使接入的LED灯发光。下列设备与小制作的工作原理相同的是 ( )
A.电风扇 B.电熨斗
C.发电机 D.汽油机
C
10.(2023·北京)条形磁体周围的磁场情况如图所示,则条形磁体的左端是____极。
N
11.(2023·广东)如图所示,桌面上有一枚转动灵活的小磁针,静止时,小磁针____极指南;当导线与电池触接时,小磁针发生偏转,说明通电导线周围存在________;断开电路,小磁针_______ (选填“会”或“不会”)回到原来位置。
磁场
会
S
12.(2023·成都)小明利用如图所示装置探究“导体在磁场中产生电流的条件”,他通过观察灵敏电流表的_______________来判断是否产生了感应电流。经过多次尝试,他发现,当闭合电路的一部分导体在磁场中做_____________运动时,导体中就会产生感应电流。
指针是否偏转
切割磁感线
13.(2023·长沙)下图为玩具小汽车内直流电动机的结构简图,该电动机工作时将电能转化为_______能和内能。如果想改变该直流电动机的转动方向,你可以采取的方法是__________________ (写一条合理方法即可)。
改变电流方向
机械
14.(2023·苏州)寒冬,为给小鸡仔提供温暖的环境,小明制作了恒温箱系统,原理如图。控制电路由电磁继电器、滑动变阻器R1、热敏电阻R2(安装在恒温箱内,阻值随温度升高而显著减小)、低压电源等组成。加热电路由电源、电热丝R3和R4等组成。调好R1阻值,闭合开关S1、S2,箱内温度升高到设定值后即在小范围内波动,且降温阶段降温比较平缓。
(1)通电线圈上端是______极,温度升高时,电磁铁磁性________;
(2)R3阻值_________ (选填“大于”或“小于”)R4阻值;
(3)将R1的阻值稍微调小一些,恒温箱控制的温度将__________。
N
增强
小于
降低
15.(2023·北京)(1)小京用图甲所示的装置进行实验,闭合开关的瞬间,观察到小磁针________________的现象,说明电流周围存在磁场;
(2)小京用图乙所示的装置进行实验,其中灵敏电流计指针偏转的方向可以反映电路中的电流方向。使金属棒ab向左做切割磁感线运动,灵敏电流计指针向右偏转,如图乙所示;保持磁场方向不变,使金属棒ab向右做切割磁感线运动,灵敏电流计指针向左偏转,如图丙所示。小京探究的问题是:
__________________________________________________________。
发生偏转
感应电流的方向与金属棒切割磁感线运动的方向是否有关
16.(2023·福建)实践小组设计了由厢体、承重板和动滑轮组成的提升重物的装置,示意图如图甲,厢体放置在水平承重板上,承重板的上表面装有压力传感器,装置由电动机提供动力。该装置设计有超载限制系统,如图乙,限制系统中的控制电路电源电压恒为12 V,定值电阻R0阻值为200 Ω,压力传感器中的力敏电阻RF阻值随压力F压变化的部分数据如下表所示。当控制电路的电流大于0.03 A时,电磁铁将衔铁吸下,B、C两个触点断开,电动机停止工作。已知厢体重150 N,承重板和滑轮共重100 N,忽略绳重、摩擦和电磁铁线圈电阻。
(1)空厢匀速竖直上升时,求绳拉力F的大小;
(2)在6 s内将空厢匀速竖直提升3 m,求拉力F做功的功率;
F压/N … 400 600 800 900 1 000 …
RF/Ω … 800 500 300 200 100 …
(3)重物放在厢体内,求该装置匀速竖直提升重物的最大机械效率;
(4)若要将该装置的最大载重量调小,提出对控制电路的一条调整措施。
17.(2020·鄂尔多斯)某商场新进了一批具有加热和保温两种功能的微型电热水器,其内部简化电路如图甲所示,该电热水器由控制电路和工作电路两部分组成。控制电路由电源(电压恒定为U=6 V)、开关S0、电磁铁(线圈电阻R0=20 Ω)、热敏电阻R组成,R的阻值随温度的变化图象如图乙所示,工作电路中
R1=44 Ω、R2=956 Ω。当开关S0
和S均闭合时,电热水器开始加热。
[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(1)当温度达到50 ℃时,衔铁会被吸下,电热水器停止加热,求控制电路中的电流。
(2)电热水器将水箱中2 kg的水从17 ℃加热到50 ℃,用时5 min,求此过程中水吸收的热量及电热水器的加热效率。
(3)用电高峰期,电热水器两端实际电压为200 V,当电热水器处于保温状态时,电热水器工作多长时间会消耗1.8×104 J的电能

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