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寒假早学习2——电生磁及电磁铁应用
一、直线电流的磁场
1. 奥斯特实验
（1）在小磁针的上方放置一根与小磁针平行的直导线，当给直导线通电时，可观察到小磁针发生了偏转(如图所示)。
结论:小磁针受到了力的作用，通电导线的周围存在磁场。
（2）电路断电后，小磁针不发生偏转(如图乙所示)。
（3）改变电流的方向，观察到小磁针的偏转方向发生改变，即偏转方向与第一次偏转方向相反(如图丙所示)。
结论:通电导线周围的磁场方向与电流的方向有关。
奥斯特实验是第一个揭示电和磁联系的实验。
2. 直线电流的磁场分布特点
（1）直线电流周围的磁感线分布规律是以直导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆在与直导线垂直的平面上，越靠近通电直导线，磁场越强，反之越弱。
（2）磁感线的方向与电流的方向有关，可以用右手如图来判断
二、通电螺线管的磁场
1. 通电螺线管的周围磁场
（1）实验：
①在穿过螺线管的有机玻璃板上均匀地撒上铁屑，通电后轻敲玻璃板，观察铁屑的分布规律。
结论:通电螺线管周围的磁场与条形磁体的磁场很相似。
②改变电流方向，用小磁针探测螺线管的磁极，观察发现螺线管的磁极发生变化。
结论:通电螺线管的磁极跟螺线管中的电流方向有关，改变电流方向，螺线管的磁极会发生变化。
（2）极性的判断:通电螺线管两端的极性与螺线管中的电流方向有关，它们的关系可以用右手螺旋定则(安培定则)来判定。
（3）右手螺旋定则的说明：
①决定通电螺线管磁极极性的根本因素是通电螺线管上电流的环绕方向，而不是通电螺线管上导线的绕法和电源正负极的接法。当两个螺线管上电流的环绕方向一致时，它们两端的磁极极性相同。
②在判断通电螺线管磁极极性时，四指的环绕方向必须跟螺线管上电流的环绕方向一致。拇指指向为磁感线方向
③N极和S极一定在通电螺线管的两端。
2. 影响通电螺线管的磁场强弱的因素
(1)实验：
①用导线绕成螺线管后通电，发现绕的匝数越多，吸引的大头针越多，说明磁性强弱和导线绕的匝数有关，匝数越多，磁性越强。
②在螺线管中插入一根铁棒或一枚铁钉，观察到通电螺线管能吸引更多大头针，说明插入铁芯后通电螺线管的磁性增强。产生此现象的原因是铁芯在磁场中被磁化后相当于一个磁体，通电螺线管产生的磁场与被磁化的铁芯的磁场叠加，产生了更强的磁场，吸引了更多的大头针。
③用一根导线在一枚铁钉上缠绕几匝，并接入滑动变阻器及电源开关，形成开一个可以改变电流大小的电路。当电流变小时，吸引大头针的数量也变少，说明通电螺线管的磁性强弱和电流大小有关，电流越大，磁性越强。
三、电磁铁及其应用
1. 电磁铁的构造:螺线管和铁芯。
2. 电磁铁的原理:电磁铁是利用电流的磁效应原理工作的。将软铁棒插入螺线管内部，当线圈通上电流时，螺线管产生磁性，线圈内部的磁场使软铁棒磁化为磁铁，使磁性增强；当电流切断时，线圈及软铁棒的磁性消失。
3. 电磁铁的优点
(1)电磁铁磁性的有无可由通断电流来控制:有电流时有磁性，无电流时无磁性。
(2)电磁铁磁性的强弱可以通过改变电流大小和线圈匝数来控制:电流越大，磁性越强；线圈匝数越多，磁性越强。
(3)电磁铁的磁场方向可通过改变电流方向来控制:电流方向改变后，磁场方向改变。
4. 电磁继电器
（1）实质：电磁继电器是利用电磁铁来控制工作电路的一种自动开关。
（2）主要结构：
由电磁铁、衔铁、弹簧、触点等组成。
控制电路:低压电源电磁铁、弹簧、开关等。
工作电路:用电器、高压电源、指示灯、触点等。
（3）工作原理图：
闭合开关→控制电路接通→电磁铁有磁性→吸引衔铁→触点开关与下触点接通→电动机工作。
断开开关→控制电路断开→电磁铁磁性消失→弹簧复位→触点开关与上触点接通→灯亮。
（3）作用
一是可以实现通过低电压和弱电流来控制高电压和强电流，二是可以实现自动控制和远距离控制。
5. 磁悬浮列车
磁悬浮列车是利用“同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引”的原理，通过列车轨道上的强电磁铁与列车上的电磁铁之间的排斥或吸引作用而悬浮起来，使列车与轨道分离，消除了列车与轨道间的摩擦。磁悬浮列车运行时的阻力很小，因此运行速度很快。
信息的磁记录
磁记录是目前信息记录的重要方式之一
四、典型例题
（一）考点：直线电流的磁场
【例1】（2023浙江自主）如图所示，虚线是由一电子枪打出的南北方向的电子运动轨迹，电子定向移动形成电流，以下关于电子枪的位置和磁针偏转情况的判断正确的是（　　）
A．若电子枪在图示左侧，磁针极向纸里偏转
B．若电子枪在图示左侧，磁针极向纸外偏转
C．若电子枪在图示右侧，磁针极向纸外偏转
D．若电子枪在图示右侧，磁针极向不偏转
【例2】（2023浙江一模）如图甲为某品牌磁悬浮地球仪，其球体内部装有永磁铁，底座装有环形线圈。当线圈通电后产生磁场，利用磁极间相互作用使球体保持悬浮平衡。若底座环形线圈电流方向如图乙所示，则下列主视图中，球体内永磁铁的放置方式合理的是（　　）
A． B． C． D．
【例3】（2023浙江期中）小明利用如图装置探究通电导线周围的磁场分布，通电后多次敲击塑料板，他观察到铁粉的分布情况是（图中“●”表示导线的位置）（ ）
A． B． C． D．
【例4】（2022宁波期末）小科利用如图装置探究通电导线周围的磁场分布，通电后多次敲击塑料板，他观察到铁粉的分布是以直导线上的点为圆心的同心圆，则磁场强度与同心圆半径关系图是（　　）
A．B．
C．D．
（二）考点：通电螺线管的磁场
【例1】（2023浙江期中）下列选项图中小磁针静止时N极指向正确的是（　　）
A．B．C．D．
【例2】（2022宁波中考）如图所示为课本中的一个实验：“把一段通电导线弯成圆环，形成环形电流，让圆环导线穿过一块与圆环平面垂直的平板。利用铁粉观察它周围的磁场分布。”如果导线内电流方向如箭头所示，当置于平板上A点的磁针（黑色端为N极）静止时，下列图中磁针指向正确的是（　　）
A．B．C．D．
【例3】（2023浙江期中）小柯利用“热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小”的性质，设计了判断水温变化的装置其工作原理如图甲所示，电源、热敏电阻、电磁铁、定值电阻由导线连接成一个串联电路，在线圈的上方固定一个弹簧测力计，其下端挂一铁块。实验时把热敏电阻放入盛水的烧杯中，水温的变化会引起弹簧测力计示数发生变化；如图乙所示为某次实验中弹簧测力计读数随时间变化的图像。下列说法正确的（ ）
A．到时间内热敏电阻的阻值变大 B．到时间内水温升高
C．到时间内电压表示数最小 D．到时间内电路中电流变大
【例4】（2021浙江专题）小岩同学学习了通电螺线管的知识后，想到弹簧的形状和螺线管上导线的形状很类似，就将一个弹簧的两端接入电路，如图所示。闭合开关后，下列选项中正确的是（　　）
A．通电后，弹簧的长度可能不变
B．通电后，弹簧的长度一定变长
C．在图中所示位置放小磁针，通电后小磁针N极朝右
D．在图中所示位置放小磁针，通电后小磁针N极垂直于纸面向外
【例5】（2022丽水中考）按如图电路进行实验，每次总观察到电磁铁A吸引大头针的数目比电磁铁B多。此现象说明影响电磁铁磁性强弱的一个因素是（　　）
A．电流大小 B．线圈匝数 C．电流方向 D．电磁铁极性
（三）考点：电磁铁及其应用
【例1】（2020绍兴中考）下列有关电铃（如图）说法正确的是（ ）
A．电铃的工作原理是电磁感应
B．小锤击打到铃碗时，电磁铁仍具有磁性
C．要使铃声响度大一些，可适当降低电压
D．滑动变阻器的滑片向左移动，电磁铁的磁性增强
【例2】（2022浙江一模）关于电磁铁，下面说法中正确的是（ ）
A．电磁铁磁性的强弱只与电流的大小有关
B．电磁继电器中的磁体，必须用电磁铁
C．电磁继电器中的磁体，可以用永磁体，也可以用电磁铁
D．电磁铁中的铁芯，可以用钢棒代替
【例3】（2022杭州期中）电梯为居民上下楼带来很大的便利，出于安全考虑，电梯设置了超载自动报警系统，电梯厢底层装有压敏电阻R1，R2为保护电阻。K为动触点，A、B为静触点，当出现超载情况时，电梯停止运行，下列说法正确的是（　　）
A．电梯工作时电磁铁的上端为N极
B．电磁铁磁性的强弱与电流的大小有关
C．电梯未超载时动触点K与静触点B接触
D．电梯超载时报警说明压敏电阻的阻值随压力增大而增大
【例4】（2023台州期中）为判断短跑比赛是否抢跑，某兴趣小组设计了如图所示的“抢跑自动指示”电路。其工作原理是：当运动员蹲在起跑器上后，闭合S；当发令时，闭合S1，发令指示灯亮，运动员起跑后，装在起跑器上的压敏电阻R0因受到压力减小，其电阻改变，起跑指示灯亮。已知压敏电阻R0通常有两种类型：A．阻值随压力增大而增大；B．阻值随压力增大而减小。则该压敏电阻R0应选择 类型，结合电路简要说明该抢跑自动指示器的工作原理。
四、学力训练
A组 夯实基础
1.（2023浙江期中）如图某科学兴趣小组在实验室模拟奥斯特实验，该实验说明了（ ）
A．小磁针在没有磁场时也会转动 B．通电导体周围存在磁场
C．磁场的转动会产生电流 D．磁场方向与电流大小有关
2.（2022杭州期末）在如图所示的实验装置中，玻璃球内的导线分开较远，小磁针处于静止状态。当用酒精灯把玻璃球加热到红炽状态时，发现小磁针发生了偏转。下列说法正确的是（　　）
A．该实验说明了导体和绝缘体之间没有绝对的界限
B．由于玻璃是绝缘体，一定是玻璃内分开的导线受热膨胀后直接相连了
C．加热前的玻璃是绝缘体，加热后玻璃变成了导体，说明玻璃属于半导体材料
D．小磁针的N极将向螺线管偏转
3.（2021浙江专题）关于磁体和磁场，以下说法中错误的是（　　）
A．铁、铜、铝等金属材料都能够被磁化
B．悬挂起来的小磁针静止时，小磁针的北极指向地理的北极附近
C．磁体之间的相互作用力是通过磁场而发生的
D．通电导体周围一定存在磁场
4.（2022杭州期末）如图所表示的磁场与实际不相符的是（　　）
A．同名磁极间的磁场 B．直线电流的磁场
C．通电螺线管的磁场 D．蹄形磁体的磁场
5．（2021浙江专题）如图所示，甲、乙均为条形磁体，中间是通电螺线管，虚线是表示磁极间磁场分布情况的磁感线。则可以判断图中A、B、C、D四个磁极依次是(　　)
A．N、S、N、N B．S、N、S、S C．S、S、N、S D．N、N、S、N
B组 强化提高
1.（2021浙江专题）如图所示是老师的演示实验脸，同学们根据实验现象无法得出的结论是（　　）
A．甲、乙两次实验表明通电导线周围存在磁场
B．甲、丙两次实验表明磁场对电流有力的作用
C．甲、丙两次实验表明通电导线周围的磁场方向与电流方向有关
D．甲、乙、丙三次实验现象共同表明电能生磁，且其磁场方向与电流方向有关
2.（2023浙江期中）1901年，挪威人伯克兰造出世界上第一台电磁发射器，首开电磁炮先河，电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武器。为了认识电磁炮的一些特性，小明制作了一个电磁炮模型，其原理如图所示。螺线管通电后，在磁力的作用下，铁制撞针迅速迁移，推动炮弹射出炮管。炮弹外壳最不可能使用的金属材质是（　　）
A．钛 B．钢 C．铜 D．铝
3.（2021浙江专题）如图所示电路，电磁铁的端有一个小磁针，闭合开关后，下列说法正确的是（　　）
A．电磁铁的端为极
B．小磁针静止时，极水平指向左
C．当滑动变阻器的滑动片向左端移动，电磁铁磁性增强
D．增大电源电压可使电磁铁的磁性增强
4.（2021浙江专题）小明在一块有机玻璃板上安装了一个用导线绕成的螺线管，在板面上均匀撒满铁屑，通电后轻敲玻璃板，铁屑的排列如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．图中P、Q两点相比，P点处的磁场较强
B．若只改变螺线管中的电流方向，P、Q两点处的磁场会减弱
C．若只改变螺线管中的电流方向，P、Q两点处的磁场方向会改变
D．若只增大螺线管中的电流，P、Q两点处的磁场方向会改变
5.（2022浙江期末）如图所示，当闭合开关后，四个小磁针指向都正确的图是（ ）
A．B．C．D．
6.（2021浙江专题）为了探究电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关，小敏用大铁钉做铁芯制作电磁铁，如图所示，还找来一些大头针进行实验，下列说法正确的是（　　）
A．通过吸引大头针个数来反映磁性强弱，这是利用控制变量法
B．为了探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系，需将电源正、负极对调
C．为了探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系，需改变滑动变阻器滑片的位置
D．为了探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系，需改变滑动变阻器滑片的位置
7.（2020浙江阶段）在如图所示的电路中，磁敏电阻R的阻值随磁场的增强而明显减小，将螺线管一端靠近磁敏电阻R，闭合开关S1、S2，下列说法不正确的是（ ）
A．螺线管左端为N极，右端为S极
B．当R1的滑片向左滑动时，电压表示数减小
C．当R断路，则电流表和电压表示数都为零
D．在螺线管中插入铁芯，电压表示数减小
8.（2022杭州期中）电话的基本原理是通过话筒与听筒完成声音信号与 信号的相互转换。如图所示为电话机原理图。当人对着话筒说话时，滑动变阻器的滑片向左移动，则听筒电磁铁的磁性将 （填“变强”“变弱”或“不变”），其左端为 极。
9.（2023浙江期中）如图所示是奥斯特实验的示意图，其中ab、cd为金属棒，支架其余部分为绝缘材料。a、b接上导线并通电，观察小磁针的偏转情况。此实验成功的条件之一是金属棒呈 （填“东西”或“南北”）方向放置。
10.（2022杭州期中）如图所示，小李利用电磁铁设计了一种微机室防盗报警器。在微机室房门处安装开关S，电铃安在传达室。当房门被推开时，电流通过电磁铁，电磁铁 （填“有”或“无”）磁性，并且B端为 极，跟金属弹簧片相互 ，电铃电路接通，电铃报警。
C组 瞄准中考
1.（2021浙江专题）如图电路中，电源电压为6伏，小灯泡上标有“6伏，0.5安”字样，轻质弹簧上端固定且和导线接触良好。当开关S断开时，弹簧下端恰好能与水极槽中的水银面接触。当开关S闭合时，小灯泡将（　　）
A．正常发光 B．不能发光
C．忽明忽暗 D．以上三种情况都有可能
2.（2020浙江专题）在竖直放置的圆形通电线圈中的圆心位置放一个能自由转动的小磁针，如图，当通以图中所示方向的电流时，小磁针的N极将（ ）
A．静止不动，指向不变
B．转动180度，指向左边
C．转动90度，垂直指向纸外
D．转动90度，垂直指向纸内
3.（2022浙江一模）某同学连接如图所示电路研究电磁铁的磁性，为了让铁钉吸引大头针的数目增多，以下措施中可行的是（ ）
A．对调电源的正负极 B．将滑片向右端滑动
C．减少铁钉上所绕线圈的匝数 D．去掉一节干电池
4.（2023浙江期中）奥斯特实验：（丹麦物理学家奥斯特）如图是奥斯特实验示意图，
（1）比较（a）与（b）可得出的实验结论是 。比较（a）与（c）得出的实验结论是： ；
（2）直线电流的磁场：直线电流产生的磁场中，磁感线是以导线为圆心排列的一层一层的同心圆；
小菲同学在课后进行了以下探究：问题：通电圆环（如图丙）内部的磁场如何分布呢？
猜想：可能也符合右手螺旋定则。
实验：她连接如图丁所示的电路（外部电路未画出）。
现象：位于圆环中心的小磁针N极垂直纸面向里转动。
根据小菲同学的探究过程，回答下列问题：
（3）通电圆环内部的磁场分布是否符合右手螺旋定则？ （选填“是”或“否”）；
（4）如图戊所示，小菲同学把地球看成一个通电圆环，她认为赤道这一通电圆环的电流方向为 ；（选填“由西向东”或“由东向西”）
（5）在小菲同学第（4）步的思考过程中，体现了哪些学习科学的思想和方法？
A．控制变量法 B．转换法 C．等效替代法 D．逆向思维法
5.（2023浙江期中）（1）如图所示，请将螺线管、滑动变阻器接入电路中，使开关闭合后，螺线管与条形磁铁相互排斥，滑动变阻器滑片P向右移动会使斥力变小。
（2）超市里的电梯，有人乘时运行较快，无人乘时为了节能运行较慢。利用电磁继电器可以设计这样的电路，请按照要求用笔画线代替导线将下图中的控制电路和工作电路分别连接完整。其中是压敏电阻（受到压力时阻值较小，不受压力时阻值很大），是限流电阻（如果串联在电路中可减小电路中的电流）。
参考答案
四、典型例题
（一）考点：直线电流的磁场
【例1】（2023浙江自主）如图所示，虚线是由一电子枪打出的南北方向的电子运动轨迹，电子定向移动形成电流，以下关于电子枪的位置和磁针偏转情况的判断正确的是（　　）

A．若电子枪在图示左侧，磁针极向纸里偏转
B．若电子枪在图示左侧，磁针极向纸外偏转
C．若电子枪在图示右侧，磁针极向纸外偏转
D．若电子枪在图示右侧，磁针极向不偏转
【答案】B
【详解】AB．若电子枪在图示左侧，电流方向与电子定向移动方向相反，形成由右向左的电流，根据右手螺旋定则可知，小磁针所在位置磁场垂直纸面向外，所以磁针N极向纸外偏转，故A错误，B正确；
CD．若电子枪在图示右侧，形成由左向右的电流，根据右手螺旋定则可知，小磁针所在位置磁场垂直纸面向里，所以磁针N极向纸里偏转，故CD错误。
故选B。
【例2】（2023浙江一模）如图甲为某品牌磁悬浮地球仪，其球体内部装有永磁铁，底座装有环形线圈。当线圈通电后产生磁场，利用磁极间相互作用使球体保持悬浮平衡。若底座环形线圈电流方向如图乙所示，则下列主视图中，球体内永磁铁的放置方式合理的是（　　）

A． B． C． D．
【答案】B
【详解】地球仪在空中静止，地球仪的重力与磁力是一对平衡力，两个力的大小相等，方向相反，所以地球仪受到竖直向上的磁力，由图乙中电流表的方向和安培定则可知底座线圈的上端是N极，根据同名磁极相互排斥确定永磁铁的下端是N极，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
【例3】（2023浙江期中）小明利用如图装置探究通电导线周围的磁场分布，通电后多次敲击塑料板，他观察到铁粉的分布情况是（图中“●”表示导线的位置）（ ）
A． B． C． D．
【答案】D
【详解】当导线通电后，导线的周围存在磁场，敲击塑料板，磁化后的铁粉会显示磁场的分布，根据安培定则可知，磁感线是绕着导线成圆形分布的，所以铁粉会绕着导线成圆形分布，故D符合题意，ABC不符合题意。
故选D。
【例4】（2022宁波期末）小科利用如图装置探究通电导线周围的磁场分布，通电后多次敲击塑料板，他观察到铁粉的分布是以直导线上的点为圆心的同心圆，则磁场强度与同心圆半径关系图是（　　）
A．B．C．D．
【答案】D
【详解】根据图片可知，由铁粉围成的同心圆之间的距离越来越大，这说明磁感线越来稀疏，于是得到结论：通电导线周围的磁场强度随同心圆半径的增大而减小，故D符合题意，ABC不符合题意。
故选D。
（二）考点：通电螺线管的磁场
【例1】（2023浙江期中）下列选项图中小磁针静止时N极指向正确的是（　　）
A．B．C．D．
【答案】C
【详解】安培定则：用右手握住螺线管，让四指指向螺线管的电流方向，则拇指所指的那端就是螺线管的N极。同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。
A．图中电流从螺线管左端流入，用右手定则判定左端为螺线管的S极，小磁针S极应远离螺线管左端，故A错误；
B．图中电流从螺线管右端流入，用右手定则判定左端为螺线管的N极，小磁针S极应指向螺线管左端，故B错误；
C．图中电流从螺线管上端流入，用右手定则判定上端为螺线管的S极，小磁针N极应指向螺线管上端，故C正确；
D．图中电流从螺线管上端流入，用右手定则判定上端为螺线管的S极，小磁针S极应远离螺线管上端。故D错误。
故选C。
【例2】（2022宁波中考）如图所示为课本中的一个实验：“把一段通电导线弯成圆环，形成环形电流，让圆环导线穿过一块与圆环平面垂直的平板。利用铁粉观察它周围的磁场分布。”如果导线内电流方向如箭头所示，当置于平板上A点的磁针（黑色端为N极）静止时，下列图中磁针指向正确的是（　　）
A．B．C．D．
【答案】A
【详解】把这个通电导线看成一根直导线，伸出右手，大拇指方向表示电流方向，则导线下方的磁场方向由内指向外，而小磁针北极所指的方向与该点磁场方向一致，所以小磁针的N极指向外，故A正确，BCD错误。
故选A。
【例3】（2023浙江期中）小柯利用“热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小”的性质，设计了判断水温变化的装置其工作原理如图甲所示，电源、热敏电阻、电磁铁、定值电阻由导线连接成一个串联电路，在线圈的上方固定一个弹簧测力计，其下端挂一铁块。实验时把热敏电阻放入盛水的烧杯中，水温的变化会引起弹簧测力计示数发生变化；如图乙所示为某次实验中弹簧测力计读数随时间变化的图像。下列说法正确的（ ）
A．到时间内热敏电阻的阻值变大 B．到时间内水温升高
C．到时间内电压表示数最小 D．到时间内电路中电流变大
【答案】B
【详解】由电路图知道，定值电阻与热敏电阻串联，电压表测定值电阻R0两端的电压。
A．由图像知道，t1到t2时间内弹簧测力计示数增大，说明铁块受到磁力增大，线圈中的电流变大，根据欧姆定律可知电路中的总电阻减小，则热敏电阻的阻值减小，故A错误；
B．因热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小，所以，t1到t2时间内热敏电阻的阻值减小时，水温升高，故B正确；
C．由图像知道，到时间弹簧测力计示数不变，说明电路中的电流不变，则热敏电阻两端电压没有改变，根据串联电路的电压特点可知，电压表的示数不变；结合B项分析可知t2时刻水温最高，电路中的电流最大，由U=IR知道，定值电阻R0两端的电压最大（电压表示数最大），所以，到时间内电压表的示数最大，故C错误；
D．由图像知道，到时间内弹簧测力计示数减小，说明铁块受到磁力减小，电路中的电流减小，故D错误。
故选B。
【例4】（2021浙江专题）小岩同学学习了通电螺线管的知识后，想到弹簧的形状和螺线管上导线的形状很类似，就将一个弹簧的两端接入电路，如图所示。闭合开关后，下列选项中正确的是（　　）
A．通电后，弹簧的长度可能不变
B．通电后，弹簧的长度一定变长
C．在图中所示位置放小磁针，通电后小磁针N极朝右
D．在图中所示位置放小磁针，通电后小磁针N极垂直于纸面向外
【答案】C
【详解】AB．通电后，螺线管的每一圈导线相当于一个小磁体，这些小磁体的N和S极靠在一起，相互吸引，弹簧的长度会缩短，故AB错误；
CD．螺线管中电流从右端流入，左端流出，根据安培定则可知，螺线管的左端为N极，右端为S极，根据异名磁极相互吸引可知，小磁针的N极朝右，故C正确，D错误。
故选C。
【例5】（2022丽水中考）按如图电路进行实验，每次总观察到电磁铁A吸引大头针的数目比电磁铁B多。此现象说明影响电磁铁磁性强弱的一个因素是（　　）
A．电流大小 B．线圈匝数 C．电流方向 D．电磁铁极性
【答案】B
【详解】由图知道，甲、乙两线圈串联，所以通过甲、乙两线圈的电流相等；甲的线圈匝数明显比乙的线圈匝数多，实验观察到电磁铁甲吸引大头针的数目比乙多，此实验说明电磁铁的磁性强弱与线圈匝数有关，故B符合题意。
故选B。
（三）考点：电磁铁及其应用
【例1】（2020绍兴中考）下列有关电铃（如图）说法正确的是（ ）
A．电铃的工作原理是电磁感应
B．小锤击打到铃碗时，电磁铁仍具有磁性
C．要使铃声响度大一些，可适当降低电压
D．滑动变阻器的滑片向左移动，电磁铁的磁性增强
【答案】D
【详解】A、电铃内部有一个电磁铁，则电铃的工作原理是电流的磁效应，故A错误；
B、开关闭合后，电磁铁吸引衔铁，小锤击打到铃碗，此时衔铁与上面触点分开，使电路断开，则电磁铁失去磁性，故B错误；
C、要使铃声响度大一些，应使小锤敲击铃碗的力增大，电磁铁的磁性应增强，在线圈匝数不变时，电路中电流应增大，所以应增加电源电压，故C错误；
D、由图知，滑动变阻器的滑片向左移动时，电阻减小，则电路的电流增大，电磁铁的磁性增强，故D正确。
故选：D。
【例2】（2022浙江一模）关于电磁铁，下面说法中正确的是（ ）
A．电磁铁磁性的强弱只与电流的大小有关
B．电磁继电器中的磁体，必须用电磁铁
C．电磁继电器中的磁体，可以用永磁体，也可以用电磁铁
D．电磁铁中的铁芯，可以用钢棒代替
【答案】B
【详解】A、电磁铁的磁性强弱与电流的大小和线圈的匝数有关，故A错误；
BC、电磁继电器中的磁体，必须用电磁铁，通过电流的通断控制磁性的有无，不能用永磁体，故B正确,C错误；
D、钢棒是永磁体，磁化后不容易退磁，故不能用钢棒代替铁芯，故选项D错误；
故选B．
点睛：电磁铁是利用电流的磁效应制成的，电流的通断可以控制磁性的有无．电磁铁有电流有磁性，无电流时无磁性．铁芯需用软磁性材料制成，因为软磁性材料的磁性不能保留下来
【例3】（2022杭州期中）电梯为居民上下楼带来很大的便利，出于安全考虑，电梯设置了超载自动报警系统，电梯厢底层装有压敏电阻R1，R2为保护电阻。K为动触点，A、B为静触点，当出现超载情况时，电梯停止运行，下列说法正确的是（　　）
A．电梯工作时电磁铁的上端为N极
B．电磁铁磁性的强弱与电流的大小有关
C．电梯未超载时动触点K与静触点B接触
D．电梯超载时报警说明压敏电阻的阻值随压力增大而增大
【答案】B
【详解】A．根据右手螺旋定则：右手握住螺线管，四指弯曲指向电流的方向，则大母指的指向即为螺线管的磁场方向，由图可知，电流从电磁铁的下端流入，由安培定则可知，电梯工作时电磁铁的上端为S极，故A错误；
B．电磁铁磁性的强弱与电流的大小、线圈匝数、有无铁芯等有关，故B正确；
C．根据题意，电梯未超载时动触点K与静触点A接触，电梯可以正常工作，故C错误；
D．电梯超载时报警，当压力增大，压敏电阻阻值减小，电路中的电流增大，电磁铁的磁性增强，将衔铁吸下，K与B接通，电铃响，所以说明压敏电阻的阻值随而压力增大而减小，故D错误。
故选B。
【例4】（2023台州期中）为判断短跑比赛是否抢跑，某兴趣小组设计了如图所示的“抢跑自动指示”电路。其工作原理是：当运动员蹲在起跑器上后，闭合S；当发令时，闭合S1，发令指示灯亮，运动员起跑后，装在起跑器上的压敏电阻R0因受到压力减小，其电阻改变，起跑指示灯亮。已知压敏电阻R0通常有两种类型：A．阻值随压力增大而增大；B．阻值随压力增大而减小。则该压敏电阻R0应选择 类型，结合电路简要说明该抢跑自动指示器的工作原理。
【答案】 A 见解析
【详解】[1][2]当S处于闭合状态时，运动员起跑后对压敏电阻的压力减小，压敏电阻的阻值变小，通过线圈的电流应变大，电磁铁磁性要增强，S2要被吸引，起跑指示灯亮，所以应选择阻值随压力增大而增大，随压力减小而减小的压敏电阻，故选A电阻。
四、学力训练
A组 夯实基础
1.（2023浙江期中）如图某科学兴趣小组在实验室模拟奥斯特实验，该实验说明了（ ）
A．小磁针在没有磁场时也会转动 B．通电导体周围存在磁场
C．磁场的转动会产生电流 D．磁场方向与电流大小有关
【答案】B
【详解】A．小磁针在没有磁场时没有受到力的作用，不会转动，故A不符合题意；
B．图中装置是奥斯特实验，在平行直导线下方平行地放置着小磁针，当导线中有电流通过时，小磁针发生偏转，说明通电导体周围存在磁场，故B符合题意；
CD．磁场的转动不会产生电流，磁场的方向与电流的方向有关，与电流的大小无关，故CD不符合题意。
故选B。
2.（2022杭州期末）在如图所示的实验装置中，玻璃球内的导线分开较远，小磁针处于静止状态。当用酒精灯把玻璃球加热到红炽状态时，发现小磁针发生了偏转。下列说法正确的是（　　）
A．该实验说明了导体和绝缘体之间没有绝对的界限
B．由于玻璃是绝缘体，一定是玻璃内分开的导线受热膨胀后直接相连了
C．加热前的玻璃是绝缘体，加热后玻璃变成了导体，说明玻璃属于半导体材料
D．小磁针的N极将向螺线管偏转
【答案】A
【详解】ABC．当用酒精灯把玻璃球加热到红炽状态时，发现小磁针发生了偏转，说明通电螺线管有了磁性，通电螺线管中有电流通过，可以得到玻璃变成导体，说明了导体和绝缘体之间没有绝对的界限，故A正确，BC错误；
D．利用安培定则可以确定螺线管的左端为S极，右端为N极，根据磁极间的作用规律，可以确定小磁针的S极会向左偏转，靠近螺线管的N极，小磁针的N极远离螺线管的N极，故D错误。
故选A。
3.（2021浙江专题）关于磁体和磁场，以下说法中错误的是（　　）
A．铁、铜、铝等金属材料都能够被磁化
B．悬挂起来的小磁针静止时，小磁针的北极指向地理的北极附近
C．磁体之间的相互作用力是通过磁场而发生的
D．通电导体周围一定存在磁场
【答案】A
【详解】A.只有磁性材料才能够被磁化，铁是磁性材料能被磁化，铜和铝不是磁性材料，不能被磁化，错误符合题意。
B.地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近，悬挂起来的小磁针受到地磁场的作用，静止时，小磁针的北极指向地磁南极，在地理的北极附近，正确不符合题意。
C.同名磁极的相互排斥和异名磁极之间的相互吸引都是通过周围的磁场发生作用，所以磁体之间的相互作用力是通过磁场而发生的，正确不符合题意。
D.奥斯特实验证明了通电导体周围一定存在磁场，正确不符合题意。
故选A。
4.（2022杭州期末）如图所表示的磁场与实际不相符的是（　　）
A．同名磁极间的磁场 B．直线电流的磁场
C．通电螺线管的磁场 D．蹄形磁体的磁场
【答案】C
【解析】A.同名磁极相互排斥，它们之间的磁场成顶牛之势，且磁感线都从N极出来，回到S极，故A正确不合题意；
B.右手握住直导线，大拇指指向电流方向，弯曲的四指指尖朝向的方向就是磁场的环绕方向，故B正确不合题意；
C.线圈上电流方向向左。右手握住螺线管，弯曲的四指指尖向左，此时大拇指朝下，则螺线管的下端为N极，上端为S极。而磁感线应该从下端出来，回到上端，故C错误符合题意；
D.蹄形磁铁的上端为N极，下端为S极，则磁感线应该从上端出来，回到下端，故D正确不合题意。
5．（2021浙江专题）如图所示，甲、乙均为条形磁体，中间是通电螺线管，虚线是表示磁极间磁场分布情况的磁感线。则可以判断图中A、B、C、D四个磁极依次是(　　)
A．N、S、N、N B．S、N、S、S C．S、S、N、S D．N、N、S、N
【答案】D
【解析】根据安培定则确定B、C的极性，再根据磁感线形状确定A与B，C与D为同极还是异极，最后根据磁极之间的相互作用规律分析即可。
根据图片可知，线圈上电流方向向上。右手握住螺线管，弯曲的四指指尖向上，此时大拇指指向左端，则B为N极，C为S极。A、B之间磁感线呈顶牛之势，则二者为同极，那么A为N极。C、D之间磁感线相连，则二者为异极，那么D为N极。故D正确，而A、B、C错误。
B组 强化提高
1.（2021浙江专题）如图所示是老师的演示实验脸，同学们根据实验现象无法得出的结论是（　　）
A．甲、乙两次实验表明通电导线周围存在磁场
B．甲、丙两次实验表明磁场对电流有力的作用
C．甲、丙两次实验表明通电导线周围的磁场方向与电流方向有关
D．甲、乙、丙三次实验现象共同表明电能生磁，且其磁场方向与电流方向有关
【答案】B
【详解】A．分析甲、乙两次实验，即一次通电，一次断电，通电时小磁针偏转，断电是小磁针不偏转，故表明通电导线周围存在磁场，故A正确，不符合题意；
BC．甲、丙两次实验表明通电导线周围磁场的方向与电流的方向有关，故B错误，符合题意，C正确，不符合题意；
D．甲、乙、丙三次实验现象共同表明电能生磁，且其磁场方向与电流方向有关，故D正确，不符合题意。
故选B。
2.（2023浙江期中）1901年，挪威人伯克兰造出世界上第一台电磁发射器，首开电磁炮先河，电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武器。为了认识电磁炮的一些特性，小明制作了一个电磁炮模型，其原理如图所示。螺线管通电后，在磁力的作用下，铁制撞针迅速迁移，推动炮弹射出炮管。炮弹外壳最不可能使用的金属材质是（　　）
A．钛 B．钢 C．铜 D．铝
【答案】B
【详解】螺线管通电后，具有磁性，能吸引铁钴镍，所以炮弹外壳用钢制成，能被螺线管吸住，炮弹不能射出炮管，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
3.（2021浙江专题）如图所示电路，电磁铁的端有一个小磁针，闭合开关后，下列说法正确的是（　　）
A．电磁铁的端为极
B．小磁针静止时，极水平指向左
C．当滑动变阻器的滑动片向左端移动，电磁铁磁性增强
D．增大电源电压可使电磁铁的磁性增强
【答案】D
【详解】A．由图结合安培定则可知电磁铁的A端为N极，B端是S极，故A错误；
B．由以上可知小磁针静止时，S极水平指向右，故B错误；
C．当滑动变阻器的滑动片P向左端移动，滑动变阻器阻值变大，电路中电流变小，电磁铁磁性减弱，故C错误；
D．增大电源电压可使电路中的电流增大，电磁铁的磁性增强，故D正确。
故选D。
4.（2021浙江专题）小明在一块有机玻璃板上安装了一个用导线绕成的螺线管，在板面上均匀撒满铁屑，通电后轻敲玻璃板，铁屑的排列如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．图中P、Q两点相比，P点处的磁场较强
B．若只改变螺线管中的电流方向，P、Q两点处的磁场会减弱
C．若只改变螺线管中的电流方向，P、Q两点处的磁场方向会改变
D．若只增大螺线管中的电流，P、Q两点处的磁场方向会改变
【答案】C
【详解】A．由图可以看出通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场一样，并且可以看到Q点铁屑的分布比P点密集，由此可以确定Q点的磁场比P点强，故A不符合题意；
BC．只改变电流方向，则磁场方向发生改变，但通电螺线管的磁场强弱不变，故B不符合题意、C符合题意；
D．只增大螺线管中的电流，则磁场的强弱发生改变，但磁场方向不变，故D不符合题意。
故选C。
5.（2022浙江期末）如图所示，当闭合开关后，四个小磁针指向都正确的图是（ ）
A．B．C．D．
【答案】C
【详解】A．由电路图知道，电流从螺线管的左端流入，右端流出，由线圈绕向及安培定则确定，螺线管的左端为N极，右端为S极。所以，在螺线管周围的三个小磁针的指向是正确的；又因为在螺线管的内部，磁感线的方向是指向螺线管的N极，所以，小磁针的北极应该指向螺线管的左端，故A错误；
B．由电路图知道，电流从螺线管的左端流入，右端流出，由线圈绕向及安培定则确定，螺线管的右端为N极，左端为S极，所以，在螺线管上面的小磁针，其N极应指向了螺线管的N极，即该小磁针的指向错误，其余的两个小磁针的指向是正确的；又因为在螺线管的内部，磁感线的方向是指向螺线管的N极，所以，小磁针的北极应该指向螺线管的右端（N极），故B错误；
C．由电路图知道，电流从螺线管的右端流入，左端流出，由线圈绕向及安培定则确定，螺线管的左端为N极，右端为S极。故在螺线管周围的三个小磁针的指向都是正确的；在螺线管的内部，由于磁感线的方向是指向螺线管的N极，所以，小磁针的北极应该指向螺线管的左端，故C正确；
D．由电路图知道，电流从螺线管的右端流入，左端流出，由线圈绕向及安培定则确定，螺线管的左端为S极，右端为N极，故在螺线管周围的三个小磁针的指向都是错误的，其相互靠近的都是同名磁极；在螺线管的内部，由于磁感线的方向是指向螺线管的N极，所以，小磁针的北极应该指向螺线管的右端（N极）端，故D错误。
6.（2021浙江专题）为了探究电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关，小敏用大铁钉做铁芯制作电磁铁，如图所示，还找来一些大头针进行实验，下列说法正确的是（　　）
A．通过吸引大头针个数来反映磁性强弱，这是利用控制变量法
B．为了探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系，需将电源正、负极对调
C．为了探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系，需改变滑动变阻器滑片的位置
D．为了探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系，需改变滑动变阻器滑片的位置
【答案】C
【详解】A．通过吸引大头钉个数来反映磁性强弱，这是转换法，故A错误；
BC．为了探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系，要通过移动变阻器的滑片改变电流的大小，与电源正负极对调无关，故B错误、C正确；
D．为了探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系，要控制电流大小不变，改变线圈匝数的多少，故D错误。
故选C。
7.（2020浙江阶段）在如图所示的电路中，磁敏电阻R的阻值随磁场的增强而明显减小，将螺线管一端靠近磁敏电阻R，闭合开关S1、S2，下列说法不正确的是（ ）
A．螺线管左端为N极，右端为S极
B．当R1的滑片向左滑动时，电压表示数减小
C．当R断路，则电流表和电压表示数都为零
D．在螺线管中插入铁芯，电压表示数减小
【答案】C
【详解】A．电流从电磁铁的右端流入，左端流出，利用安培定则判断电磁铁的左端为N极、右端为S极，故A正确，不符合题意；
B．当滑片P向左滑动时，滑动变阻器连入电路中的电阻变小，则电路中的电流变大，通电螺线管的磁性增强，因此磁敏电阻的阻值减小；因为串联电路起分压作用，因此磁敏电阻分得的电压变小，故电压表示数变小，故B正确，不符合题意；
C．当R断路，电路中没有电流，电流表示数为零，电压表测电源的电压，故C错误，符合题意；
D．在螺线管中插入铁芯后，螺线管的磁性增强，则磁敏电阻的阻值减小；因为串联电路起分压作用，因此磁敏电阻分得的电压变小，故电压表示数变小，故D正确，不符合题意。
故选C。
8.（2022杭州期中）电话的基本原理是通过话筒与听筒完成声音信号与 信号的相互转换。如图所示为电话机原理图。当人对着话筒说话时，滑动变阻器的滑片向左移动，则听筒电磁铁的磁性将 （填“变强”“变弱”或“不变”），其左端为 极。
【答案】 电 变强 S
【详解】[1]最简单的电话由话筒和听筒组成。话筒把声音变成变化的电流，电流使听筒的膜片振动，所以电话的基本原理是通过话筒与听筒共同完成声信号与电信号的相互转化。
[2]滑动变阻器的左半段连入电路，滑片向左移动时，电阻变小，电流增大，电磁铁的磁性将增强。
[3]如图，电流从螺线管的右下端流入，大拇指指向右端，左端是S极。
9.（2023浙江期中）如图所示是奥斯特实验的示意图，其中ab、cd为金属棒，支架其余部分为绝缘材料。a、b接上导线并通电，观察小磁针的偏转情况。此实验成功的条件之一是金属棒呈 （填“东西”或“南北”）方向放置。
【答案】南北
【详解】由于小磁针受到地磁场的作用，要指南北方向，为了观察到明显的偏转现象，应使电流产生的磁场方向为东西方向，故应把金属棒南北放置。
10.（2022杭州期中）如图所示，小李利用电磁铁设计了一种微机室防盗报警器。在微机室房门处安装开关S，电铃安在传达室。当房门被推开时，电流通过电磁铁，电磁铁 （填“有”或“无”）磁性，并且B端为 极，跟金属弹簧片相互 ，电铃电路接通，电铃报警。
【答案】 有 N 吸引
【详解】[1][2][3]读图可知，当房门被推开时，开关S闭合，电流通过电磁铁，吸引衔铁，电铃工作。电流从左端流入，利用安培定则判断可知，B端为N极，跟金属弹簧片相互吸引，电铃电路接通，电铃报警。
C组 瞄准中考
1.（2021浙江专题）如图电路中，电源电压为6伏，小灯泡上标有“6伏，0.5安”字样，轻质弹簧上端固定且和导线接触良好。当开关S断开时，弹簧下端恰好能与水极槽中的水银面接触。当开关S闭合时，小灯泡将（　　）
A．正常发光 B．不能发光
C．忽明忽暗 D．以上三种情况都有可能
【答案】C
【详解】闭合开关后，可看到弹簧的下端离开水银面后又回到水银中，并不断重复这种过程，当有电流通过弹簧时，构成弹簧的每一圈导线周围都产生了磁场，根据安培定则知，各圈导线之间都产生了相互的吸引作用，弹簧就缩短了，当弹簧的下端离开水银后，电路断开，弹簧中没有了电流，各圈导线之间失去了相互吸引力，弹簧又恢复原长，使得弹簧下端又与水银接触，弹簧中又有了电流，开始重复上述过程。
故选C。
2.（2020浙江专题）在竖直放置的圆形通电线圈中的圆心位置放一个能自由转动的小磁针，如图，当通以图中所示方向的电流时，小磁针的N极将（ ）
A．静止不动，指向不变
B．转动180度，指向左边
C．转动90度，垂直指向纸外
D．转动90度，垂直指向纸内
【答案】C
【详解】由图知道，若通电时，由安培定则知道，此时圆形线圈的前面是N极，其后面是S极，故其磁感线的方向是应该是垂直于纸面向外，即此时小磁针静止时的N极指向与圆形线圈的磁感线的方向是一致的，由于小磁针的磁感线应是从小磁针的N极出发回到S极的，所以，此时小磁针的静止时的N极应该是转动90度，垂直纸面向外。
故选C。
3.（2022浙江一模）某同学连接如图所示电路研究电磁铁的磁性，为了让铁钉吸引大头针的数目增多，以下措施中可行的是（ ）
A．对调电源的正负极 B．将滑片向右端滑动
C．减少铁钉上所绕线圈的匝数 D．去掉一节干电池
【答案】B
【详解】A．将电池的正负极对调，则只是改变线圈的磁极，不会改变磁性的强弱，故A不合题意；
B．将滑片向右端滑动，连入电路的电阻变小，电路中的电流变大，则螺线管的磁性增强，故吸引大头针的数目将增强，故B符合题意；
C．减少铁钉上所绕线圈的匝数，则螺线管的磁性减弱，故吸引大头针的数目将减少，故C不符合题意；
D ．去掉一节干电池后，电路中的电流减小，则螺线管的磁性减弱，故吸引大头针的数目将减少，故D不符合题意。
4.（2023浙江期中）奥斯特实验：（丹麦物理学家奥斯特）如图是奥斯特实验示意图，
（1）比较（a）与（b）可得出的实验结论是 。比较（a）与（c）得出的实验结论是： ；
（2）直线电流的磁场：直线电流产生的磁场中，磁感线是以导线为圆心排列的一层一层的同心圆；
小菲同学在课后进行了以下探究：问题：通电圆环（如图丙）内部的磁场如何分布呢？
猜想：可能也符合右手螺旋定则。
实验：她连接如图丁所示的电路（外部电路未画出）。
现象：位于圆环中心的小磁针N极垂直纸面向里转动。
根据小菲同学的探究过程，回答下列问题：
（3）通电圆环内部的磁场分布是否符合右手螺旋定则？ （选填“是”或“否”）；
（4）如图戊所示，小菲同学把地球看成一个通电圆环，她认为赤道这一通电圆环的电流方向为 ；（选填“由西向东”或“由东向西”）
（5）在小菲同学第（4）步的思考过程中，体现了哪些学习科学的思想和方法？
A．控制变量法 B．转换法 C．等效替代法 D．逆向思维法
【答案】 通电导体周围存在磁场 通电导体产生磁场的方向与导体电流的方向有关 是 由东向西 BD
【详解】（1）[1]（a）与（b）两图中通电导体附近的磁针发生了偏转，未通电导体附近的小磁针未发生偏转，说明：通电导体周围存在磁场。
[2]（a）与（c）两图中导体电流的方向不同小磁针偏转的方向不同，说明：通电导体产生磁场的方向与导体电流的方向有关。
（3）[3]由图乙安培定则可知大拇指指向电流的方向，四指方向为磁场的方向，位于圆环中心的小磁针N极垂直纸面向里转动，说明符合右手螺旋定则。
（4）[4]因为地磁场的方向为由南向北，根据右手定则可知赤道这一通电圆环的电流方向为由东向西。
（5）[5]小菲将地磁场转换为电流周围磁场来进行探究运用了转换法，根据地磁场来确定电流的方向体现了逆向思维方法，故BD符合题意。
5.（2023浙江期中）（1）如图所示，请将螺线管、滑动变阻器接入电路中，使开关闭合后，螺线管与条形磁铁相互排斥，滑动变阻器滑片P向右移动会使斥力变小。
（2）超市里的电梯，有人乘时运行较快，无人乘时为了节能运行较慢。利用电磁继电器可以设计这样的电路，请按照要求用笔画线代替导线将下图中的控制电路和工作电路分别连接完整。其中是压敏电阻（受到压力时阻值较小，不受压力时阻值很大），是限流电阻（如果串联在电路中可减小电路中的电流）。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）[1]开关闭合后，螺线管与条形磁铁相互排斥，说明螺线管左侧为S极，其右侧为N极，由安培定则知道，螺线管正面的电流方向向下，则螺线管右端导线应接电源的负极；滑动变阻器滑片P向右移动会使斥力变小，即此时电路中电流变小，滑动变阻器连入电路的阻值变大，可得出需使滑动变阻器左侧下接线柱连入电路，如下图
（2）[2]将R1和电磁铁串联接入控制电路；将电动机和下触点串联组成工作电路，限流电阻R2、电动机和上触点串联组成限流电路如下图
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