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12.3 通电螺线管的磁场
知识梳理
通电螺旋管：
通电电磁阀外部的磁感应线从电磁阀的北极发送，并返回南极。然而，通电电磁阀内的磁场方向是从电磁阀的南极到北极。条形磁铁相当于外部电磁阀。通电电磁阀外部的磁场类似于条形磁铁。
通电螺线管的磁极极性可用安培定则(右手螺旋定则)来判定：
用右手握住电磁阀，将四个手指向电磁阀中的电流方向弯曲，然后拇指指向的一端就是电磁阀的N极，如图所示。
记忆方法：
以通电螺线管前端电流为例，电流向上，N极在左端，电流向下，N极在右端，便于记忆，可简化为“左上，右下”。
通电螺线管绕线方法及其画法：
要绘制通电电磁阀的绕组，需要掌握两点：
第一点：找准起点
起点非常重要。如果第一条线画错了，答案是相反的。在绕线过程中，可以遵循“左上正n，右下正n”的原则，这意味着如果向上的电流在电磁阀的前部，则左侧为n极；如果向下的电流在电磁阀的前部，则N极在右侧。
第二点：抓住终点
最后一根导线是从前面绕来连接导线，还是从后面绕来连接导线。如果绘制错误，导线将无法连接，并且会发生错误。可以采用“两个一，一个二”的原则来解决结尾问题。
①意思是出线和入线在螺线管的两侧(即螺线管上下都有导线)，则在同一面上(同正面或同反面)，如甲图所示。
② 如图B所示，如果出线和人线位于电磁阀的一侧（上方或下方），则出线和进线将分布在电磁阀的两侧（一前一后）。
基础训练
一、单选题
1．如图所示的奥斯特实验，下面的说法正确的是（　　）
A．利用小磁针的转动显示电流的磁场，应用了等效法
B．该实验证明了电流的磁场大小与电流的大小有关
C．甲、丙两图的实验说明电流的磁场方向与电流的方向有关
D．根据此实验原理可以制成发电机
【答案】C
【详解】A．利用小磁针的转动显示电流的磁场，将不便于观察的磁场转换为便于观察的小磁针的转动，应用了转换法，故A错误；
BC．该实验只能说明电流可以产生磁场，无法证明电流的磁场大小与电流的大小有关，甲、丙两图的实验电流的方向改变，小磁针的偏转方向也改变，说明电流的磁场方向与电流的方向有关，故B错误，C正确；
D．根据此实验原理可以制成电磁铁，无法制成发电机，故D错误。
故选C。
2．下列用磁感线描述的磁场方向不正确的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】D
【详解】A．地球是一个大磁体，地磁N极在地理南极附近，地磁S极在地理北极附近，磁感线是闭合曲线，磁体外部磁感线是从N极到S极，故A正确，A不符合题意；
BC．磁感线是闭合曲线，磁体外部磁感线是从N极到S极，且同名磁极相互排斥，故BC正确，BC不符合题意；
D．电流从电正极出发，回到电负极，根据安培定则，可知确定螺线管右端为N极，左端为S极，磁体外部磁感线是从N极到S极，故D不正确，D符合题意。
故选D。
3．小明利用铁屑探究通电螺线管的磁场，通电后轻敲玻璃板，小磁针和铁屑静止时分布情况如图所示，则下列磁感线描述正确的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】C
【详解】图中小磁针的左端是N极，右端是S极，由异名磁极相互吸引可知，通电螺线管的左端为S极，右端为N极，螺线管外部的磁感线是从N极出来，回到S极的。
A．图中螺线管外部的磁感线是从S极出来，回到N极的，是错误的，故A错误；
BC．在通电螺线管的外部，磁感线是从N极出来回到S极的，在螺线管的内部，磁感线是从S极到N极，磁感线是一条封闭的曲线，故C正确，B错误；
D．图中螺线管外部的磁感线是从S极出来，回到N极的，是错误的，故D错误。
故选C。
4．如图所示，闭合开关后，位于通电螺线管左右两侧的小磁针静止时其指向正确的是
（　　）
A． B．
C． D．
【答案】A
【详解】A．根据安培定则可知螺线管的右端为N极，左端为S极；异名磁极相互吸引，则左边小磁针的右端为N极，右边小磁针的左端为S极，故A正确；
B．根据安培定则可知螺线管的右端为N极，左端为S极；异名磁极相互吸引，则左边小磁针的右端为N极，右边小磁针的左端为S极，故B错误；
C．根据安培定则可知螺线管的右端为S极，左端为N极；异名磁极相互吸引，则左边小磁针的右端为S极，右边小磁针的左端为N极，故C错误；
D．根据安培定则可知螺线管的右端为S极，左端为N极；异名磁极相互吸引，则左边小磁针的右端为S极，右边小磁针的左端为N极，故D错误。
故选A。
5．在探究通电螺线管外部磁场方向时，小明在玻璃板上均匀地撒上铁屑，螺线管通电后，轻敲玻璃板，铁屑的分布情况如图所示（小磁针深色部分为N极）。下列说法正确的是（　　）
A．通电螺线管的左端是S极
B．通电螺线管的外部磁场与蹄形磁体周围的磁场相似
C．改变螺线管中电流方向，则小磁针N、S极的指向都会发生改变
D．改变螺线管中电流方向，则铁屑分布情况会改变
【答案】C
【详解】A．如图所示，小磁针深色部分为N极，根据磁极间的相互作用规律可知，通
电螺线管右端为S极，左端为N极，故A错误；
B．如图所示，可以看出通电螺线管周围的小磁针指向与条形磁铁周围的小磁针指向相似，由此可看出通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似，故B错误；
CD．通电螺线管两端的极性跟螺线管中电流的方向有关，极性跟电流方向的关系可以用安培定则来判定：用右手握螺线管，让四指指向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的那端就是螺线管的N极，故改变螺线管中电流方向，磁场的方向改变，小磁针N、S极的指向都会发生改变，但磁场的形状不变，所以铁屑分布情况不会改变，故C正确，D错误。
故选C。
6．在探究通电螺线管的磁场特点时，通电螺线管在某状态下的两个实验现象如图所示，其中小磁针（黑色一端为N极）静止时的指向情况如图甲所示。铁屑静止时的分布情况如图乙所示。图中能正确用磁感线描述这两个实验现象的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】C
【详解】通电螺线管的外部磁场和条形磁体的磁场相似，由甲图中小磁针的分布情况可以判断该通电螺线管的左侧为S极，右侧为N极。我们规定小磁针静止时的N极指向为该点的磁场方向，所以在磁体外部，磁感线总是从N极出发回到S极。而在磁体内部，磁感线的分布和磁体的N、S极一致，由此判断，A、B、D不符合题意；C符合题
意。
故选C。
7．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】据安培定则知，图示中的A点的磁场方向指向外，所以小磁针的N极指向外，故A正确，BCD错误。
故选A。
8．如图所示，闭合开关S，观察到小磁针顺时针旋转90°后保持静止，下列说法正确的是（　　）
A．电的a端是正极，电磁铁左端是S极 B．电的a端是负极，电磁铁左端是N极
C．电的b端是负极，磁感线方向自左向右 D．电的b端是正极，磁感线方向自右向左
【答案】A
【详解】由题意可知，小磁针顺时针旋转90°后保持静止，则小磁针静止时，左端为S极，右端为N极，则由异名磁极相互吸引可知，通电螺线管的右端为N极，左端为S极，则根据通电螺线管中导线的缠绕方式，由安培定则可得，电流从通电螺线管的左端
流入，右端流出，故可知电的a端是正极，因磁感线方向在磁铁外部是从N极出发，回到S极，故可知磁感线方向是自右向左，故A正确，BCD错误。
故选A。
9．如图所示，闭合开关S1、S2两个通电螺线管的相互作用情况以及A、B端的极性分别是（　　）
A．相斥，A端为N极，B端为N极 B．相斥，A端为S极，B端为S极
C．相吸，A端为S极，B端为N极 D．相吸，A端为N极，B端为S极
【答案】C
【分析】
【详解】两个通电螺线管正面的电流都是向下，根据安培定则可知，A端为S极，B端为N极，因此它们相互靠近的两端是异名磁极相，相互吸引。故选C。
【点睛】
10．如图所示，在通电螺线管周围a、b、c、d四个位置画出的小磁针指向正确的是（　　）
A．a、b B．b、c C．c、d D．a、d
【答案】A
【详解】由图可知，螺线管中电流的方向是向上的，由安培定则知道，通电螺线管的左端为N极，右端为S极，由同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引知道，只有小磁针的指向正确。
故选A。
二、填空题
11．如图所示，小磁针的黑色端为N极，通电螺线管的磁感线由左端出来、回到右端，则图中电流表的下端为_____接线柱。
【答案】负
【详解】在磁体的周围，磁感线是从磁体的N极出发，回到S极，所以图示通电螺线管的左端为N极、右端为S极；利用安培定则可以确定电流是从螺线管的左端流入、右端流出，从而可以确定电流表的下端接线柱为负接线柱。
12．闭合开关S后，可以自由转动的小磁针发生偏转且指向如图所示，则电的正极为___________（选填“A”或“B”）端。
【答案】B
【详解】小磁针静止时N极所指方向为该点磁场方向，由图中小磁针N极的指向可知通电螺线管左侧为N极，右侧为S极，由安培定则可知电流从螺线管右侧流入，左侧流出，所以电的B端为正极，A端为负极。
13．电与磁之间存在着相互联系，彰显物理现象的对称、统一之美。如图所示，利用干电池、导线和小磁针进行实验。通电后小磁针发生偏转，断电后小磁针复位。实验表明______
【答案】通电导线的周围存在磁场
【详解】导线通电后，导线周围产生磁场，导线的磁场与小磁针的磁场发生相互作用，使小磁针发生偏转，断电后导线的磁场消失，小磁针复位，这说明通电导线的周围存在磁场。
14．在探究通电螺线管外部磁场方向的实验中：
（1）在装有螺线管的硬纸板上均匀撒满铁屑，通电后铁屑分布无明显变化，这时需轻敲纸板，观察到铁屑排列成图所示的形状。可见，通电螺线管外部磁场与___________磁体的磁场相似；
（2）用小磁针探究磁场方向时，发现小磁针没有标N、S极，请写出一种判断小磁针N、S极的做法：___________；
（3）对调螺线管所接电正、负极，周围小磁针的指向也随之对调，说明通电螺线管的极性与螺线管中电流的___________有关。
【答案】 条形 见解析 方向
【详解】（1）[1]通过实验，画出通电螺线管的磁感线，根据通电螺线管的磁感线分布形状可知，通电螺线管外部的磁场和条形磁体外部的磁场一样，通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个极。
（2）[2]在地磁场的作用下，小磁针静止时，指向北方的一端即为磁体的N极，另外一端即为S极。
（3）[3]如果改变螺线管中的电流方向，发现小磁针的指向对调，南北极所指方向发生了改变，由此可知：通电螺线管外部磁场方向与螺线管中的电流方向有关。
15．如图所示，由通电螺线管的磁感线方向可知，电流表的上端为_______接线柱；静止的小磁针的左端为_________极。
【答案】 正 N
【详解】[1][2]由图磁感线可知，螺线管左端为N极，右端S极，因为异名磁极相互吸引，小磁针左端N极，根据安培定则，电流左进右出，所以电流表的上端为正接线柱。
三、计算题
16．如图所示为某兴趣小组为学校办公楼空调设计的自动控制装置，R是热敏电阻，其阻值随温度变化关系如下表所示．已知继电器的线圈电阻R0＝10 Ω，左边电电压为6 V恒定不变．当继电器线圈中的电流大于或等于15 mA时，继电器的衔铁被吸合，右边的空调电路正常工作．
(1)请说明该自动控制装置的工作原理．
(2)计算说明该空调的启动温度是多少？
(3)为了节省电能，将空调启动温度设定为30 ℃，控制电路中需要串联多大的电阻？
【答案】(1)随室内温度的升高，热敏电阻的阻值减小，控制电路中的电流增大，当电流达到15 mA时，衔铁被吸合，右边的空调电路开始工作，当温度下降时，控制电路总电阻增大，电流减小，减小到一定值，空调电路断开，这样就实现了自动控制．(2) 25 ℃．(3) 30 Ω．
【详解】（1）随室内温度的升高，热敏电阻的阻值减小，控制电路中电流增大，当电流达到15 mA 时，衔铁被吸合，右侧空调电路连通，空调开始工作．当温度下降时，控制电路电阻增大，电流减小，减小到一定值，使空调电路断开，这样就实现了自动控制．
（2）电路启动时的总电阻：，此时热敏电阻的阻值：，对照表格数据可知，此时的启动温度是25 ℃．
（3）电路启动时的总电阻为，由表中数据可知，空调启动温度设定为30 ℃时，热敏电阻的阻值为，则电路中还应串联的电阻：12.3 通电螺线管的磁场
知识梳理
通电螺旋管：
通电电磁阀外部的磁感应线从电磁阀的北极发送，并返回南极。然而，通电电磁阀内的磁场方向是从电磁阀的南极到北极。条形磁铁相当于外部电磁阀。通电电磁阀外部的磁场类似于条形磁铁。
通电螺线管的磁极极性可用安培定则(右手螺旋定则)来判定：
用右手握住电磁阀，将四个手指向电磁阀中的电流方向弯曲，然后拇指指向的一端就是电磁阀的N极，如图所示。
记忆方法：
以通电螺线管前端电流为例，电流向上，N极在左端，电流向下，N极在右端，便于记忆，可简化为“左上，右下”。
通电螺线管绕线方法及其画法：
要绘制通电电磁阀的绕组，需要掌握两点：
第一点：找准起点
起点非常重要。如果第一条线画错了，答案是相反的。在绕线过程中，可以遵循“左上正n，右下正n”的原则，这意味着如果向上的电流在电磁阀的前部，则左侧为n极；如果向下的电流在电磁阀的前部，则N极在右侧。
第二点：抓住终点
最后一根导线是从前面绕来连接导线，还是从后面绕来连接导线。如果绘制错误，导线将无法连接，并且会发生错误。可以采用“两个一，一个二”的原则来解决结尾问题。
①意思是出线和入线在螺线管的两侧(即螺线管上下都有导线)，则在同一面上(同正面或同反面)，如甲图所示。
② 如图B所示，如果出线和人线位于电磁阀的一侧（上方或下方），则出线和进线将分布在电磁阀的两侧（一前一后）。
基础训练
一、单选题
1．如图所示的奥斯特实验，下面的说法正确的是（　　）
A．利用小磁针的转动显示电流的磁场，应用了等效法
B．该实验证明了电流的磁场大小与电流的大小有关
C．甲、丙两图的实验说明电流的磁场方向与电流的方向有关
D．根据此实验原理可以制成发电机
2．下列用磁感线描述的磁场方向不正确的是（　　）
A． B．
C． D．
3．小明利用铁屑探究通电螺线管的磁场，通电后轻敲玻璃板，小磁针和铁屑静止时分布情况如图所示，则下列磁感线描述正确的是（　　）
A． B．
C． D．
4．如图所示，闭合开关后，位于通电螺线管左右两侧的小磁针静止时其指向正确的是（　　）
A． B．
C． D．
5．在探究通电螺线管外部磁场方向时，小明在玻璃板上均匀地撒上铁屑，螺线管通电后，轻敲玻璃板，铁屑的分布情况如图所示（小磁针深色部分为N极）。下列说法正确的是（　　）
A．通电螺线管的左端是S极
B．通电螺线管的外部磁场与蹄形磁体周围的磁场相似
C．改变螺线管中电流方向，则小磁针N、S极的指向都会发生改变
D．改变螺线管中电流方向，则铁屑分布情况会改变
6．在探究通电螺线管的磁场特点时，通电螺线管在某状态下的两个实验现象如图所示，其中小磁针（黑色一端为N极）静止时的指向情况如图甲所示。铁屑静止时的分布情况如图乙所示。图中能正确用磁感线描述这两个实验现象的是（　　）
A． B．
C． D．
7．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．
8．如图所示，闭合开关S，观察到小磁针顺时针旋转90°后保持静止，下列说法正确的是（　　）
A．电的a端是正极，电磁铁左端是S极 B．电的a端是负极，电磁铁左端是N极
C．电的b端是负极，磁感线方向自左向右 D．电的b端是正极，磁感线方向自右向左
9．如图所示，闭合开关S1、S2两个通电螺线管的相互作用情况以及A、B端的极性分别是（　　）
A．相斥，A端为N极，B端为N极 B．相斥，A端为S极，B端为S极
C．相吸，A端为S极，B端为N极 D．相吸，A端为N极，B端为S极
10．如图所示，在通电螺线管周围a、b、c、d四个位置画出的小磁针指向正确的是（　　）
A．a、b B．b、c C．c、d D．a、d
二、填空题
11．如图所示，小磁针的黑色端为N极，通电螺线管的磁感线由左端出来、回到右端，则图中电流表的下端为_____接线柱。
12．闭合开关S后，可以自由转动的小磁针发生偏转且指向如图所示，则电的正极为___________（选填“A”或“B”）端。
13．电与磁之间存在着相互联系，彰显物理现象的对称、统一之美。如图所示，利用干电池、导线和小磁针进行实验。通电后小磁针发生偏转，断电后小磁针复位。实验表明______
14．在探究通电螺线管外部磁场方向的实验中：
（1）在装有螺线管的硬纸板上均匀撒满铁屑，通电后铁屑分布无明显变化，这时需轻敲纸板，观察到铁屑排列成图所示的形状。可见，通电螺线管外部磁场与___________磁体的磁场相似；
（2）用小磁针探究磁场方向时，发现小磁针没有标N、S极，请写出一种判断小磁针N、S极的做法：___________；
（3）对调螺线管所接电正、负极，周围小磁针的指向也随之对调，说明通电螺线管的极性与螺线管中电流的___________有关。
15．如图所示，由通电螺线管的磁感线方向可知，电流表的上端为_______接线柱；静止的小磁针的左端为_________极。
三、计算题
16．如图所示为某兴趣小组为学校办公楼空调设计的自动控制装置，R是热敏电阻，其阻值随温度变化关系如下表所示．已知继电器的线圈电阻R0＝10 Ω，左边电电压为6 V恒定不变．当继电器线圈中的电流大于或等于15 mA时，继电器的衔铁被吸合，右边的空调电路正常工作．
(1)请说明该自动控制装置的工作原理．
(2)计算说明该空调的启动温度是多少？
(3)为了节省电能，将空调启动温度设定为30 ℃，控制电路中需要串联多大的电阻？

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