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第2节 电流的磁场
考点一、直线电流的磁场
（一）奥斯特实验
任何导线中有电流通过时，其周围空间都产生磁场，这种现象叫做电流的磁效应。奥斯特实验揭示了电现象与磁现象不是孤立的，而是密切联系的，奥斯特实验是第一个揭示电和磁联系的实验。
(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。
（二）直线电流的磁场分布特点
在有机玻璃板上穿一个孔，一根直导线垂直穿过小孔，在玻璃板上均匀地撒上一些细铁屑。 给直导线通电后，轻敲玻璃板，观察到细铁屑在直导线周围形成一个个同心圆(如图所示)。
结论: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。
①由于地磁场的存在，小磁针静止时南北指向，为使实验结果更明显，通电导线应沿南北方向放置。
②将磁场的分布规律
转换为铁屑的分布情况，这是转换法的应用。
典例1：小科设计了如图所示的实验来研究电磁现象，当他闭合开关S后，发现小磁针发生了偏转。
（1）小磁针发生偏转这一现象说明电流的周围存在着　 　，这一现象最早是由　 　(选填“法拉第”、“奥斯特”或“安培”)发现的。
（2）实验前，小磁针静止时指向　 　(选填“东西"或“南北")方向。
变式1：如图所示，在竖直放置的矩形通电线框中悬挂一个能自由转动的小磁针。当通以图中所示方向的电流时，小磁针N极将 （　　）
A．转动90°，垂直指向纸里 B．转动90°，垂直指向纸外
C．转动180°，指向左边 D．静止不动，指向不变
变式2：如图是探究“奥斯特实验”的装置。
（1）将一根直导线放在静止小磁针的正上方，并与小磁针　 　（填“垂直”、“平行”或“任意方向”）。接通电路后，观察到小磁针偏转。
（2）改变直导线中的电流方向，小磁针偏转方向改变，表明　 　。
（3）实验中用到的一种重要科学研究方法是　 　法（选填“控制变量”、“类比”或“转换”）。
变式3：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了通电导体周围存在磁场。
（1）在演示奥斯特实验时，如图甲所示，①闭合开关；②放置小磁针观察指向；⑧摆放一根长直导线；为了减弱地磁场的影响，正确的实验操作顺序为____。
A．①②③ B．②③① C．②①③ D．③①②
（2）由图乙（a）；·（b）、（c）可知：电流周围存在磁场，且　 　。
（3）小曙推理：若一束电子沿着水平方向平行地飞过小磁针上方，如图乙（d））所示，小磁针也会发生偏转。其依据是：　 　；（d）中小磁针N极偏转方向和图乙　 　（填序号）的小磁针偏转方向相同。
考点二、通电螺线管的磁场
（一）通电螺线管的有关实验
(1)实验一
①用导线绕成螺线管后通电，观察到能吸引大头针。说明通电螺线管周围存在磁场。
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。
(2)实验二
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。
（二）通电螺线管磁场的有关性质
(1)特点:通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场相似，螺线管的两端相当于条形磁体的两极。
(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。
（三）右手螺旋定则(安培定则)
(1)通电螺线管的磁极与电流方向之间的关系可以用右手螺旋定则(也叫安培定则)来判定:用右手握螺线管，让四指弯向螺线管中的电流方向，大拇指所指的那一端就是通电螺线管的北极。
(2)直线电流周围磁场方向与电流方向之间的关系(用右手螺旋定则判定):用右手握住导线，让大拇指指向电流的方向，四指弯曲的方向就是直线电流产生的磁场方向。
(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。
③N极和S极一定在通电螺线管的两端。
（四）实验探究:影响电磁铁磁性强弱的因素
铁芯能使螺线管的磁性大大增强，那么电磁铁的磁性除了与是否带铁芯有关之外，还跟哪些因素有关 下面通过实验进行探究。
(1)提出问题:影响电磁铁磁性强弱的因素有哪些
(2)建立猜想:影响电磁铁的磁性强弱的因素有电流的大小、线圈匝数的多少、螺线管的长度、导线的粗细....
(3)设计实验
实验方法:
①控制变量法:研究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系时，控制螺线管长度、导线的粗细、线圈的匝数不变，通过移动滑动变阻器的滑片改变线圈中的电流大小，研究当电流逐渐变大时，电磁铁的磁性如何变化。
研究电磁铁的磁性强弱与线圈匝数的关系时，控制电路中的电流不变，接入不同匝数的电磁铁。
②转换法:通过电磁铁吸引大头针的数目来体现电磁铁的磁性强弱。
(4)进行实验
①用一根导线在一枚铁钉上缠绕几匝制作一个电磁铁。
②将制作的电磁铁、滑动变阻器及电流表、开关电源连人电路中,如图所示
③闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电流表的示数增大，观察电磁铁吸引大头针的数目有什么变化，将观察到的实验现象记录在表格中。
④将两个线圈匝数不同的电磁铁串联在电路中，如图所示，观察两个电磁铁吸引大头针的数目有什么不同，将观察到的实验现象记录在表格中。
⑤整理好实验器材。
⑥归纳分析:图左所示实验中，通过电磁铁的电流越大，吸引大头针的数目越多，说明电磁铁的磁性越强；图右所示实验中，线圈匝数多的B电磁铁吸引大头针的数目多，说明B电磁铁比A电磁铁的磁性强。
(5)实验结论:线圈匝数一定时，通过线圈的电流越大，电磁铁的磁性越强；在电流一定时，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。
典例1：如图所示，甲乙为条形磁体，中间是螺线管，虚线表示磁极间的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
变式1：如图装置中，当闭合开关，滑动变阻器的滑片P向右移动时，弹簧测力计的示数变大。下列分析正确的是（　　）
A．电磁铁的上端为N极
B．电源左端为正极
C．断开开关，弹簧测力计的示数为零．
D．滑片P不动，若抽去铁芯，测力计示数将变大
变式2：闭合开关，小磁针静止时的指向如图所示。此时A处磁感线与B处相比更　 　（选填“疏”或“密”），通电螺线管的左侧为　 　极，电源的左侧表示　 　极。
变式3：某学习小组同学想探究“通电螺线管磁性强弱和线圈匝数的关系”，实验电路如图所示，实验步骤如下：
步骤一：实验时，用铁棒和漆包线绕制匝数为20匝的电磁铁，并接入电路中。
步骤二：闭合开关，调节滑动变阻器使电流表示数为1A，用电磁铁去吸引大头针，记录数据。
步骤三：断开开关，用匝数为50匝的电磁铁替换20匝的电磁铁。闭合开关，再用电磁铁去吸引大头针，记录数据。
（1）本实验通过观察比较　 　来体现不易观察的磁场强弱。
（2）下列实验运用的方法与第(1)小题相同的是____。 (可多选)
A．研究分子的特性时，用黄豆和芝麻混合实验
B．研究电流的有无时，串联一个小灯泡
C．研究磁场时，用磁感线形象的描述
D．研究力的存在时，借助弹簧的形变
（3）经老师提醒，螺线管上的线圈有电阻，小江发现步骤三中“闭合开关”后的操作是不严谨的，应修改为：　 　。
考点三、电磁继电器
（一）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。
（二）主要结构
由电磁铁、衔铁、弹簀触点等组成。
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。
（三）工作原理
(1)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。
(2)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。
（四）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。
典例1：水位自动报警器是利用电磁继电器工作的装置。
（1）请按以下要求连接水位自动报警器的工作电路：当水位在安全位置以下时，绿灯亮；水位到达安全位置上限时，红灯亮。
（2）请用所学科学知识说明水位报警器的工作原理。
变式1：如图为某科学兴趣小组设计的温度自动报警器部分电路示意图，当温度上升至设定值t0时，通过电路中指示灯亮灭交替闪烁起到报警功能。（线圈、衔铁的电阻均忽略不计）
（1）温度计中液体可选择　 　（选填“水银”或“煤油”）。
（2）当温度处于如图所示的状态时，电路处于　 　。
（3）为了实现报警功能，应将指示灯串联在电路中　 　点。
变式2：智能家居已经悄然走入我们的生活，智能扫地机器人（如图甲）可通过灰尘传感器自动寻找灰尘清扫，通过电动机旋转产生高速气流，将灰尘等吸入集尘盒。图乙为其自动扫地的工作原理图，当地面灰尘增多时，空气的透光程度减弱，使照射到光敏电阻上的光照强度减弱，改变电磁铁的磁性，从而实现自动控制。控制电路电源电压U为9伏，定值电阻R0=12欧，R为光敏电阻，其阻值随光照强度E（单位cd）的变化如图丙所示，其中电磁铁线圈的电阻不计。
（1）当控制电路开关闭合时，电磁铁上端的磁极为　 　极。当地面灰尘减少时，电磁铁的磁性将如何变化？　 　。
（2）若电压表示数小于等于6V时，电动机开始工作。求电压表示数为6V时，光照强度为多少？
（3）若想在家里地面灰尘更多时扫地机器人才开始工作，请写出一种改进扫地机器人控制电路的方法　 　。
变式3：电梯为居民出入带来了很大的便利，出于安全考虑，电梯设置有超载自动报警系统，其工作原理如图甲所示，R1为保护电阻， 为压敏电阻，R阻值与它所受压力下的关系如图乙所示。闭合开关S，电梯没有超载时，电动机正常工作，电铃不响；当控制电路中的电流达到 0.1安时，电铃报警，电动机不工作。已知控制电路电源电压为12 伏，电磁铁线圈电阻不计，当1 受到 2000 牛压力时， 与 两端的电压之比为 2：1。
（1）图甲中的 D 点应与触点　 　 (选填“A”、“B”或“K”相连)
（2）该电梯的最大载重(轿厢内人和货物的总重 )为多少牛
（3）若想降低该电梯最大载重，下列方法可行的是____
A．适当降低 R1阻值
B．适当减小控制电路的电源
C．适当增加电磁铁的线圈匝数
1．电磁铁被广泛应用于生产、生活中．下列产品中没有用到电磁铁的是（　　）
A．磁悬浮列车 B．电话机
C．指南针 D．电磁起重机
2．如图所示，电磁铁P和Q通电后（　　）
A．P的右端是N极，Q的左端是S极，它们相互吸引
B．P的右端是S极，Q的左端是N极，它们相互吸引
C．P的右端是N极，Q的左端是N极，它们相互排斥
D．P的右端是S极，Q的左端是S极，它们相互排斥
3．如图甲为磁悬浮地球仪，球体内有一条形磁体，上端为S极，其下方环形底座内有一电磁铁，通过磁极间相互作用使地球仪悬浮在空中，如图乙所示为其内部结构示意图，下列判断错误的是（　　）
A．电磁铁下端为S极
B．电源上端为正极
C．当滑动变阻器滑片P向右滑动时，电磁铁的磁性增强
D．若在球体正上方A处吸一小铁块，可适当向右滑动滑片P使球体离底座的距离保持不变
4．如图所示，一根弹簧下端连着一个条形磁铁，条形磁铁的下端为N极。条形磁铁下方有一电磁铁。闭合开关后（　　）
A．电磁铁左侧小磁针的N极向上偏转
B．若去掉螺线管中的铁芯，弹簧的长度会变短
C．当滑动变阻器的滑片向右滑动时，弹簧长度会变长
D．若调换电源的正负极，小磁针的指向会发生改变
5．小科发现“门禁”是通过开关控制门锁工作的，研究后知道，门上的电磁锁由电磁铁A和金属块B构成（如图甲所示），工作原理如图乙，电磁铁通电时，A、B相互吸引，门被锁住无法推开。电磁铁断电时，A、B不吸引，门可以被推开。下列说法正确的是（　　）
A．甲图中电磁铁的原理是电流的磁效应
B．乙图中开关闭合，电磁铁A的右端为S极
C．对“门禁”的工作原理进行分析，能判断B有磁性
D．将金属块B靠近小磁针，小磁针一定不会发生偏转
6．如图为水位报警装置原理图，其中A、B为两个金属杆。当水位达到或超过警戒线时，绿灯、红灯和电铃的工作状态分别是（　　）
A．绿灯亮、红灯不亮，电铃不响 B．绿灯亮、红灯亮，电铃响
C．绿灯不亮、红灯亮，电铃不响 D．绿灯不亮、红灯亮，电铃响
7．如图所示，在科学实验课上，方老师带领大家一起做奥斯特实验。方老师告诉同学们，为了让实验效果更加明显，建议大家将通电直导线沿　 　方向放置（选填“东西”或“南北”），此时直导线在小磁针处产生的磁场方向和放在该点小磁针的　 　极指向一致（选填“N”或“S”）。
8．如下图所示，某一条形磁铁置于水平面上，电磁铁与其在同一水平面上，右端固定并保持水平。S闭合，滑动变阻器滑片P逐渐向左移动时，条形磁铁一直保持静止。在此过程中条形磁铁受到的摩擦力的大小　 　（填“不变”“逐渐变大”或“逐渐变小”）；电磁铁左端是　 　极。
9．通电螺线管的极性跟电流的方向有关系，可以用安培定则来判断，如图甲。单匝线圈的极性与电流方向的关系也符合安培定则，如图乙，则小磁针右侧是　 　极 ( 填“N” 或 “S”) 。 把两个线圈A 和 B 挂在水平光滑的固定绝缘杆 MN上，如图丙，当两线圈通入方向相同的电流时， A、B 两线圈之间的距离将 　 　 (填“变大”“变小”或“不变”)。
10．某小区因暴雨引起车库积水，部分车辆被淹，小明看到新闻后，设计了如图所示的车库积水自动报警器。 如图是该报警器原理图，金属块A和B分别固定在车库地面附近适当高处，若车库积水水面到达　 　处(选填“A”或"B"时，　 　(选填“绿”或“红”灯发光报警，此时电磁铁的上端是　 　极(选填"N"或"S")。
11．体感平衡车是一种时尚代步工具，采用站立式驾驶方式，可通过操控杆控制车体运行，如图甲。乙图为平衡车的转向指示灯电路，电路中电源电压恒为U，L为指示灯，R0为定值电阻，当开关S接通后，指示灯L会亮暗交替闪烁。已知同-灯泡，其亮度与灯泡两端的电压大小有关。请你根据所学知识解释：“当开关S 接通后，指示灯L会亮暗交替闪烁”的原因。
12．如图是某同学设计的研究电磁铁相关性质的电路图。实验步骤如下：
步骤一：用铁棒和漆包线绕制匝数为20匝的电磁铁，接入电路。
步骤二：闭合开关，调节滑动变阻器使电流表示数为1A，用电磁铁去吸引大头针，记录数据。
步骤三：断开开关，用匝数为50匝的电磁铁替换20匝
的电磁铁。闭合开关，再用电磁铁去吸引大头针，记录数据。
（1）实验是通过观察　 　来判断磁性的强弱。
（2）闭合开关后，电磁铁B端是　 　极（填“N”或“S”）。
（3）有同学指出步骤三中存在错误，该错误是　 　。
（4）请设计该实验的记录表，画在答题卷的框内。
13．小乐利用实验室的电磁继电器、热敏电阻R1、滑动变阻器R2、发热电阻丝R0设计了一个恒温箱控制电路。如图甲所示，发热电阻丝R0和热敏电阻R1处于恒温箱内，图乙是热敏电阻R1的阻值随温度变化的关系曲线。当温度达到设定温度时，电磁继电器会自动控制加热电路停止工作。
（1）连接电路时，a、b接线柱应分别连接　 　（选填“②、①”“②、③”或“①、③”）接线柱；
（2）通过图乙可知，热敏电阻R1的阻值随温度升高而　 　（选填“增大”或“减小”）；
（3）如果要使恒温箱内保持的温度升高，滑动变阻器R2的滑片应该向　 　（选填“左”或“右”）移动。
14．小金利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图所示，将热敏电阻R1安装在需要探测温度的地方，闭合开关S后，当环境温度正常时，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，警铃响，图乙是热敏电阻R1的阻值随温度变化的图象。
（1）请完成电路图的连接。
（2）由图乙可知，当环境温度为20℃时，热敏电阻阻值为　 　欧。
（3）图甲继电器的供电电压U0＝4V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R2为10Ω，当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，试通过计算求出衔铁刚吸合时的环境温度。
15．电梯为了安全，都设置超载自动报警系统，其工作原理如图甲所示。已知控制电路电源电压U=6V，保护电阻R1=100Ω，压敏电阻R2的阻值随压力F大小变化如图乙所示，电梯底架自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计。
（1）电梯超载时，衔铁被电磁铁吸住，触点K与触点　 接触，电铃发出警报声，同时电动机　 　（选填“能”、“不能”）工作。
（2）（3分）当电磁铁线圈电流达到20mA时，衔铁刚好被吸住。若该电梯厢内站立总质量为1000kg的乘客时，此时电梯是否超载？（g取10N/kg）
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
课后巩固
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第2节 电流的磁场
考点一、直线电流的磁场
（一）奥斯特实验
任何导线中有电流通过时，其周围空间都产生磁场，这种现象叫做电流的磁效应。奥斯特实验揭示了电现象与磁现象不是孤立的，而是密切联系的，奥斯特实验是第一个揭示电和磁联系的实验。
(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。
（二）直线电流的磁场分布特点
在有机玻璃板上穿一个孔，一根直导线垂直穿过小孔，在玻璃板上均匀地撒上一些细铁屑。 给直导线通电后，轻敲玻璃板，观察到细铁屑在直导线周围形成一个个同心圆(如图所示)。
结论: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。
①由于地磁场的存在，小磁针静止时南北指向，为使实验结果更明显，通电导线应沿南北方向放置。
②将磁场的分布规律
转换为铁屑的分布情况，这是转换法的应用。
典例1：小科设计了如图所示的实验来研究电磁现象，当他闭合开关S后，发现小磁针发生了偏转。
（1）小磁针发生偏转这一现象说明电流的周围存在着　 　，这一现象最早是由　 　(选填“法拉第”、“奥斯特”或“安培”)发现的。
（2）实验前，小磁针静止时指向　 　(选填“东西"或“南北")方向。
【答案】（1）磁场；奥斯特（2）南北
【解析】（1）根据奥斯特实验的科学史实分析解答；
（2）所有的磁体在不受外力作用时都有指南北的性质，指南的一端为S极，指北的一端为N极，据此分析解答。
【解答】（1）小磁针发生偏转这一现象说明它受到了外在磁场的作用力，极电流的周围存在着磁场，这一现象最早是由奥斯特发现的。
（2）实验前，由于地磁场的作用，小磁针静止时指向南北方向。
变式1：如图所示，在竖直放置的矩形通电线框中悬挂一个能自由转动的小磁针。当通以图中所示方向的电流时，小磁针N极将 （　　）
A．转动90°，垂直指向纸里 B．转动90°，垂直指向纸外
C．转动180°，指向左边 D．静止不动，指向不变
【答案】A
【解析】①在磁场中某点放一个小磁针，当小磁针静止时N极所指的方向就是该点的磁场方向；
②右手握住导线，大拇指指向电流方向，此时弯曲的四指所指的方向就是磁场的环绕方向。
【解答】左边：右手握住直导线，大拇指指向上端，在导线的右侧四指的指尖向里，即该点的磁场方向与纸面垂直向里；
右边：右手握住直导线，大拇指指向下端，在导线的左侧侧四指的指尖向里，即该点的磁场方向与纸面垂直向里；综上所述，小磁针的N极应该向纸内转动90°。
变式2：如图是探究“奥斯特实验”的装置。
（1）将一根直导线放在静止小磁针的正上方，并与小磁针　 　（填“垂直”、“平行”或“任意方向”）。接通电路后，观察到小磁针偏转。
（2）改变直导线中的电流方向，小磁针偏转方向改变，表明　 　。
（3）实验中用到的一种重要科学研究方法是　 　法（选填“控制变量”、“类比”或“转换”）。
【答案】（1）平行（2）电流的磁场方向与电流方向有关（3）转换
【解析】奥斯特实验说明通电导体的周围存在磁场。
磁场方向与电流的方向有关。
本实验中通过小磁针偏转方向的改变来探究磁场方向与电流方向的关系。
【解答】（1）将一根直导线放在静止小磁针的正上方，并与小磁针平行。接通电路后，观察到小磁针偏转。
（2）改变直导线中的电流方向，小磁针偏转方向改变，表明电流的磁场方向与电流方向有关。
（3）实验中用到的一种重要科学研究方法是转换法。
故答案为：（1）平行；（2）电流的磁场方向与电流方向有关；（3）转换。
变式3：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了通电导体周围存在磁场。
（1）在演示奥斯特实验时，如图甲所示，①闭合开关；②放置小磁针观察指向；⑧摆放一根长直导线；为了减弱地磁场的影响，正确的实验操作顺序为____。
A．①②③ B．②③① C．②①③ D．③①②
（2）由图乙（a）；·（b）、（c）可知：电流周围存在磁场，且　 　。
（3）小曙推理：若一束电子沿着水平方向平行地飞过小磁针上方，如图乙（d））所示，小磁针也会发生偏转。其依据是：　 　；（d）中小磁针N极偏转方向和图乙　 　（填序号）的小磁针偏转方向相同。
【答案】（1）B
（2）磁场方向与电流方向有关
（3）自由电子定向移动形成电流，电流周围存在磁场；c
【解析】（1）奥斯特实验说明通电导体的周围存在磁场，通电直导线开始放置时应顺着小磁针方向。
（2）奥斯特实验说明通电导体的周围存在磁场，且磁场方向与电流方向有关。
（3）电荷的定向移动形成电流；电子实际移动方向和电流的方向相反。
【解答】（1）为了减弱地磁场的影响，在演示奥斯特实验时，应该：
②放置小磁针观察指向；③摆放一根长直导线；①闭合开关。即正确顺序为②③①。故选B。
（2）由图乙（a）、（b）、（c）可知，当导线中有电流经过时，小磁针的指向发生偏转，且改变电流方向时，小磁针改变偏转方向，那么说明：电流周围存在磁场，且电流磁场方向与电流的方向有关。
（3）如图乙（d）所示，小磁针也会发生偏转。其依据是：电子的定向移动会形成电流 ，电流周围存在磁场 。
在d中，电子向右移动，而电流方向与其相反，即电流向左，与c中电流方向一致，因此d和c中小磁针N极的方向相同。
考点二、通电螺线管的磁场
（一）通电螺线管的有关实验
(1)实验一
①用导线绕成螺线管后通电，观察到能吸引大头针。说明通电螺线管周围存在磁场。
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。
(2)实验二
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。
（二）通电螺线管磁场的有关性质
(1)特点:通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场相似，螺线管的两端相当于条形磁体的两极。
(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。
（三）右手螺旋定则(安培定则)
(1)通电螺线管的磁极与电流方向之间的关系可以用右手螺旋定则(也叫安培定则)来判定:用右手握螺线管，让四指弯向螺线管中的电流方向，大拇指所指的那一端就是通电螺线管的北极。
(2)直线电流周围磁场方向与电流方向之间的关系(用右手螺旋定则判定):用右手握住导线，让大拇指指向电流的方向，四指弯曲的方向就是直线电流产生的磁场方向。
(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。
③N极和S极一定在通电螺线管的两端。
（四）实验探究:影响电磁铁磁性强弱的因素
铁芯能使螺线管的磁性大大增强，那么电磁铁的磁性除了与是否带铁芯有关之外，还跟哪些因素有关 下面通过实验进行探究。
(1)提出问题:影响电磁铁磁性强弱的因素有哪些
(2)建立猜想:影响电磁铁的磁性强弱的因素有电流的大小、线圈匝数的多少、螺线管的长度、导线的粗细....
(3)设计实验
实验方法:
①控制变量法:研究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系时，控制螺线管长度、导线的粗细、线圈的匝数不变，通过移动滑动变阻器的滑片改变线圈中的电流大小，研究当电流逐渐变大时，电磁铁的磁性如何变化。
研究电磁铁的磁性强弱与线圈匝数的关系时，控制电路中的电流不变，接入不同匝数的电磁铁。
②转换法:通过电磁铁吸引大头针的数目来体现电磁铁的磁性强弱。
(4)进行实验
①用一根导线在一枚铁钉上缠绕几匝制作一个电磁铁。
②将制作的电磁铁、滑动变阻器及电流表、开关电源连人电路中,如图所示
③闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电流表的示数增大，观察电磁铁吸引大头针的数目有什么变化，将观察到的实验现象记录在表格中。
④将两个线圈匝数不同的电磁铁串联在电路中，如图所示，观察两个电磁铁吸引大头针的数目有什么不同，将观察到的实验现象记录在表格中。
⑤整理好实验器材。
⑥归纳分析:图左所示实验中，通过电磁铁的电流越大，吸引大头针的数目越多，说明电磁铁的磁性越强；图右所示实验中，线圈匝数多的B电磁铁吸引大头针的数目多，说明B电磁铁比A电磁铁的磁性强。
(5)实验结论:线圈匝数一定时，通过线圈的电流越大，电磁铁的磁性越强；在电流一定时，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。
典例1：如图所示，甲乙为条形磁体，中间是螺线管，虚线表示磁极间的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】首先根据安培定则判断电磁铁的磁极方向，再根据磁感线的形状确定旁边磁极的种类。
【解答】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，则电磁铁的左端为N极，右端为S极。甲和电磁铁的N极之间磁感线呈顶牛之势，则为同极，那么甲为N极。乙和电磁铁的S极之间磁感线相连，为异极，那么乙为N极。
变式1：如图装置中，当闭合开关，滑动变阻器的滑片P向右移动时，弹簧测力计的示数变大。下列分析正确的是（　　）
A．电磁铁的上端为N极
B．电源左端为正极
C．断开开关，弹簧测力计的示数为零．
D．滑片P不动，若抽去铁芯，测力计示数将变大
【答案】B
【解析】（1）首先根据变阻器的滑片移动确定电流的大小变化，进而确定电磁铁磁场的强弱变化。然后根据弹簧测力计示数增大确定二者之间存在排斥力还是吸引力，最后根据磁极之间的相互作用规律确定电磁铁的磁极方式。
（2）利用安培定则判断出电磁铁中电流的方向，从而可以确定电源的正负极。
（3）注意分析条形磁铁不受吸引力时还受到重力作用；
（4）首先判断抽去铁芯后电磁铁磁性强弱的变化，再根据磁体间的相互作用规律确定弹簧测力计示数的变化。
【解答】A.滑动变阻器的滑片P向右移动时，变阻器接入电路的电阻变小，则电路中的电流变大，电磁铁的磁性变强。弹簧测力计的示数变大，说明电磁铁对条形磁体产生吸引力。条形磁体的下端为N极，根据异名磁极相互吸引可知，电磁铁的上端为S极，故A错误；
B.电磁铁的上端为S极，其下端为N极。右手握住螺线管，大拇指指向下端，此时弯曲的四指指尖向左，即线圈上电流方向向左，那么电流从电磁铁的上端流入、下端流出，所以电源左端为正极，右端为负极，故B正确。
C.断开开关，电路中没有电流，则电磁铁无磁性，即电磁铁对条形磁体既不吸引也不排斥，但条形磁体受重力，所以弹簧测力计有示数，故C错误。
D.滑片P不动，抽去铁芯后，电磁铁的磁性变弱，对条形磁体的吸引力变小，所以弹簧测力计的示数将变小，故D错误。
变式2：闭合开关，小磁针静止时的指向如图所示。此时A处磁感线与B处相比更　 　（选填“疏”或“密”），通电螺线管的左侧为　 　极，电源的左侧表示　 　极。
【答案】密；S；负
【解析】①磁感线上的箭头表示的方向，即是磁场方向。磁体周围的磁感线总是从磁体的北极出来，回到磁体的南极。磁感线密的地方磁场强，疏的地方磁场弱。
②通电螺线管的磁极和电流方向之间的关系可以用右手螺旋定则（也叫安培定则）来判定。用右手握螺线管，让四指弯向螺线管中的电流方向，大拇指所指的那一端就是通电螺线管的北极。右手螺旋定则也可以用来判断直线电流的磁场方向，只是需让大拇指指向电流方向，四指弯曲的方向就是直线电流产生的磁场方向。
【解答】①A点比B点更靠近磁极，A点磁场更强，磁感线更密；
②在磁体外部，磁感线从磁体的北极发出，从磁体的南极进入，小磁针的北极指向即为磁场方向，所以左侧为S极，右侧为N极；
③根据右手螺旋定则可知，线圈正面的电流方向向下，即从电源右侧流出，从电源左侧进入，所以电源左侧是负极。
变式3：某学习小组同学想探究“通电螺线管磁性强弱和线圈匝数的关系”，实验电路如图所示，实验步骤如下：
步骤一：实验时，用铁棒和漆包线绕制匝数为20匝的电磁铁，并接入电路中。
步骤二：闭合开关，调节滑动变阻器使电流表示数为1A，用电磁铁去吸引大头针，记录数据。
步骤三：断开开关，用匝数为50匝的电磁铁替换20匝的电磁铁。闭合开关，再用电磁铁去吸引大头针，记录数据。
（1）本实验通过观察比较　 　来体现不易观察的磁场强弱。
（2）下列实验运用的方法与第(1)小题相同的是____。 (可多选)
A．研究分子的特性时，用黄豆和芝麻混合实验
B．研究电流的有无时，串联一个小灯泡
C．研究磁场时，用磁感线形象的描述
D．研究力的存在时，借助弹簧的形变
（3）经老师提醒，螺线管上的线圈有电阻，小江发现步骤三中“闭合开关”后的操作是不严谨的，应修改为：　 　。
【答案】（1）电磁铁吸引大头针的数量
（2）B；D
（3）闭合开关，调节滑动变阻器使电流表示数为 1A，再用电磁铁去吸引大头针，记录数据
【解析】转换法是中学物理中把直接测量有困难的量转换成便于测量的量来研究的一种重要的研究方法，也就是借助某些物体的特性来研究看不到或不易观察到物质，形象直观。
【解答】（1）实验时通过观察电磁铁吸引大头针的数目多少来判断电磁铁磁性的强弱，实验是电磁铁吸引大头针的数目越多，说明磁性越强。
（2）A、研究分子的特性时，用黄豆和米粒混合实验，说明间隙的存在，采用的是类比法，故A不符合题意；
B、研究电流的有无时，串联一个小灯泡。通过小灯泡是否发光反映电路中是否有电流，采用的是转换法，故B符合题意；
C、研究磁场特点时，用实际不存在磁感线反应磁场强弱与方向，采用的是模型法，故C不符合题意。
D、研究力的存在时，借助弹簧的形变反应力的存在，采用的是转换法，故D符合题意；
故答案为：BD。
（3）通电螺线管磁性跟有无铁芯、电流大小、线圈匝数多少有关，探究通电螺线管磁性强弱跟线圈匝数的关系时，需保持保持铁芯和电流大小不变，改变线圈的匝数，步骤三中没有控制电流大小一定； 应修改为闭合开关，调节滑动变阻器使电流表示数为 1A，再用电磁铁去吸引大头针， 记录数据。
考点三、电磁继电器
（一）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。
（二）主要结构
由电磁铁、衔铁、弹簀触点等组成。
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。
（三）工作原理
(1)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。
(2)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。
（四）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。
典例1：水位自动报警器是利用电磁继电器工作的装置。
（1）请按以下要求连接水位自动报警器的工作电路：当水位在安全位置以下时，绿灯亮；水位到达安全位置上限时，红灯亮。
（2）请用所学科学知识说明水位报警器的工作原理。
【答案】（1）
（2）当水位在安全位置以下时，控制电路断开，电磁铁无磁性，衔铁被弹开，与上静触点接触，此时工作电路中绿灯接入电路，绿灯亮。当水位到达安全位置上限时，控制电路接通，电磁铁有磁性，衔铁被吸引，与下静触点接触，此时工作电路中红灯接入电路，红灯亮。
【解析】（1）根据题目要求分析衔铁的位置与两个灯泡的连接情况即可；
（2）根据图片，结合题目要求，分析整个装置的工作原理即可。
【解答】（1）当水位在安全位置以下时，为断路，电磁铁没有磁场，衔铁在上面接通绿灯所在的电路，那么上面的静触点与绿灯相连。当水位在安全位置以上时，电路接通，则电磁铁有磁性，将衔铁吸下来接通红灯而发光，那么下面的静触点应该与红灯相连，而电源的另一端与衔铁上的动触点相连，如下图所示：
（2）水位报警器的工作原理：当水位在安全位置以下时，控制电路断开，电磁铁无磁性，衔铁被弹开，与上静触点接触，此时工作电路中绿灯接入电路，绿灯亮。当水位到达安全位置上限时，控制电路接通，电磁铁有磁性，衔铁被吸引，与下静触点接触，此时工作电路中红灯接入电路，红灯亮。
变式1：如图为某科学兴趣小组设计的温度自动报警器部分电路示意图，当温度上升至设定值t0时，通过电路中指示灯亮灭交替闪烁起到报警功能。（线圈、衔铁的电阻均忽略不计）
（1）温度计中液体可选择　 　（选填“水银”或“煤油”）。
（2）当温度处于如图所示的状态时，电路处于　 　。
（3）为了实现报警功能，应将指示灯串联在电路中　 　点。
【答案】（1）水银（2）断路（3）A
【解析】①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。使用电磁继电器可以用低电压和弱电流电路的通断，来控制高电压和强电流电路的通断。
②指示灯串联在电路的A点。
电磁继电器的结构如题图所示，它由电源、温度计、指示灯泡A、电磁铁B支路、衔铁C支路、动触点和静触点等组成。当温度到达设定值时，电路被接通，指示灯泡A发光，同时电磁铁B产生磁性，吸引衔铁C，使动触点与静触点分离，电路断开，指示灯A熄灭，电磁铁B失去磁性，衔铁C被释放，使动触点与静触点接触，电路再次被接通，如此反复，使指示灯亮灭交替闪烁起到报警功能。
【解答】（1）当温度到达设定值时，电路需要被接通，所以温度计中的液体为导体“水银”；
（2）图中温度未达到设定值，电路断开，处于断路状态；
（3）若灯泡接在B点，当温度到达设定值时，C点所在支路短路，若接在C点，则B点所在支路会短路，所以接在A点。
变式2：智能家居已经悄然走入我们的生活，智能扫地机器人（如图甲）可通过灰尘传感器自动寻找灰尘清扫，通过电动机旋转产生高速气流，将灰尘等吸入集尘盒。图乙为其自动扫地的工作原理图，当地面灰尘增多时，空气的透光程度减弱，使照射到光敏电阻上的光照强度减弱，改变电磁铁的磁性，从而实现自动控制。控制电路电源电压U为9伏，定值电阻R0=12欧，R为光敏电阻，其阻值随光照强度E（单位cd）的变化如图丙所示，其中电磁铁线圈的电阻不计。
（1）当控制电路开关闭合时，电磁铁上端的磁极为　 　极。当地面灰尘减少时，电磁铁的磁性将如何变化？　 　。
（2）若电压表示数小于等于6V时，电动机开始工作。求电压表示数为6V时，光照强度为多少？
（3）若想在家里地面灰尘更多时扫地机器人才开始工作，请写出一种改进扫地机器人控制电路的方法　 　。
【答案】（1）N；变强
（2）3 cd
（3）减小定值电阻R0的阻值
【解析】光照强度小，电阻阻值大，电路电流小，无法将衔铁吸引，电动机工作，反之不工作。
【解答】（1）根据安培定则可知， 电磁铁上端的磁极为N极，当地面灰尘增多，使空气的透光程度减弱，使照射到光敏电阻上的光照强度减弱，光敏电阻增大，通过电路的电流变小，电磁铁的磁性变弱。反之当地面灰尘减少时，电磁铁的磁性将变强。
（2） 控制电路电源电压U为9伏， 电压表示数为6V ，光敏电阻电压为3v，定值电阻R0=12欧， 根据欧姆定律定值电阻电流等于0.5A， 光敏电阻阻值为6欧，由丙图可得光照强度为3cd。
（3）由题意可知，控制电路的电压不变，机器人开始工作时控制电路的电流不变，由欧姆定律可知，机器人开始工作时控制电路的总电阻不变，若想让家里的地面灰尘更多才工作，则空气的透光程度减弱，照射到光敏电阻上的光照强度减弱，由图可知，R的阻值增大，要使机器人开始工作时控制电路的总电阻不变，应减小定值电阻R0的阻值。
变式3：电梯为居民出入带来了很大的便利，出于安全考虑，电梯设置有超载自动报警系统，其工作原理如图甲所示，R1为保护电阻， 为压敏电阻，R阻值与它所受压力下的关系如图乙所示。闭合开关S，电梯没有超载时，电动机正常工作，电铃不响；当控制电路中的电流达到 0.1安时，电铃报警，电动机不工作。已知控制电路电源电压为12 伏，电磁铁线圈电阻不计，当1 受到 2000 牛压力时， 与 两端的电压之比为 2：1。
（1）图甲中的 D 点应与触点　 　 (选填“A”、“B”或“K”相连)
（2）该电梯的最大载重(轿厢内人和货物的总重 )为多少牛
（3）若想降低该电梯最大载重，下列方法可行的是____
A．适当降低 R1阻值
B．适当减小控制电路的电源
C．适当增加电磁铁的线圈匝数
【答案】（1）A
（2）由图丙知，当压力F=2000牛时，压敏电阻的阻值 Ω， 根据U=IR， 可知 则定值电阻 当电流 时，由欧姆定律可知电路中最小电阻 则 的最小值 由丙图可知此时的压力最大为 牛，则该电梯的最大载重量为 牛。
（3）A；C
【解析】（1）由题意知电梯没有超载时，触点与A接触，电动机正常工作，说明电动机与A触点相连；超载时，触点与B接触，电铃发出报警铃声，说明电铃与B触点相连。
（2）载重量越大，对轿厢的压力越大，由图丙知R1的阻值越小，控制电路的总电阻就越小，根据欧姆定律知电路中的电流越大，当电流为I=0.1A时即为不超载时的最大电流，也就是载重量最大，根据欧姆定律计算电路的最小电阻，根据串联电路电阻的规律计算R1的最小值，由图丙知此时的压力，即该电梯的最大载重量。
（3）若想降低该电梯最大载重，即在压敏电阻的阻值较大时，使通过电路的电流达到0.1A，根据串联电路电阻规律结合欧姆定律可知需减小定值电阻接入电路的阻值或增大电源电压。
影响电磁铁磁性大小的因素有电流的大小和线圈匝数是多少，若在电流较小时使电磁铁吸引衔铁，可增加线圈匝数。
【解答】（1）由题意知电梯没有超载时，触点与A接触，电动机正常工作，说明电动机与A触点相连；超载时，触点与B接触，电铃发出报警铃声，说明电铃与B触点相连。
（2）载重量越大，对轿厢的压力越大，由图丙知R1的阻值越小，控制电路的总电阻就越小，根据欧姆定律知电路中的电流越大，当电流为I=0.1A时即为不超载时的最大电流，也就是载重量最大，
由欧姆定律可知电路的最小电阻为：，
根据串联电路电阻的规律知R1的最小值为：R2最小=R最小-R1=120Ω-80Ω=40Ω，
由图丙知此时的压力最为F最大=8×103N，即该电梯的最大载重量为8×103N。
（3）若想降低该电梯最大载重，即在压敏电阻的阻值较大时，使通过电路的电流达到0.1A，根据串联电路电阻规律结合欧姆定律可知需减小定值电阻接入电路的阻值或增大电源电压，故A可行。
影响电磁铁磁性大小的因素有电流的大小和线圈匝数是多少，若在电流较小时使电磁铁吸引衔铁，可增加线圈匝数，故C可行。
故选：AC。
故答案为：（1）A；（2）该电梯的最大载重为8×103N；（3）AC。
1．电磁铁被广泛应用于生产、生活中．下列产品中没有用到电磁铁的是（　　）
A．磁悬浮列车 B．电话机
C．指南针 D．电磁起重机
【答案】C
【解析】分析各个选项中的机械的结构分析判断。
【解答】A.磁悬浮列车的车厢底部和铁轨上都有电磁铁，利用磁极之间的相互作用使列车悬浮在空中，故A不合题意；
B.电话机内的听筒，当电流经过听筒线圈时，线圈变成电磁铁，与永磁体之间相互作用将电流转化为声音，故B不合题意；
C.指南针没有利用电磁铁，而是利用所有磁体指南北的性质，故C符合题意；
D.电磁起重机的主要结构为电磁铁，实现铁和钢的分拣，故D不合题意。
故选C。
2．如图所示，电磁铁P和Q通电后（　　）
A．P的右端是N极，Q的左端是S极，它们相互吸引
B．P的右端是S极，Q的左端是N极，它们相互吸引
C．P的右端是N极，Q的左端是N极，它们相互排斥
D．P的右端是S极，Q的左端是S极，它们相互排斥
【答案】C
【解析】根据安培定则分别确定两个电磁铁的磁极方向，然后根据磁极之间的相互作用规律分析二者之间的作用力即可。
【解答】左：线圈上电流方向向下。右手握住螺线管，弯曲的四指指尖向下，此时大拇指指向右端，则右端为电磁铁的N极；
右：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，则左端为电磁铁的N极；根据同名磁极相互排斥可知，此时它们之间相互排斥。
3．如图甲为磁悬浮地球仪，球体内有一条形磁体，上端为S极，其下方环形底座内有一电磁铁，通过磁极间相互作用使地球仪悬浮在空中，如图乙所示为其内部结构示意图，下列判断错误的是（　　）
A．电磁铁下端为S极
B．电源上端为正极
C．当滑动变阻器滑片P向右滑动时，电磁铁的磁性增强
D．若在球体正上方A处吸一小铁块，可适当向右滑动滑片P使球体离底座的距离保持不变
【答案】B
【解析】（1）（2）首先根据平衡力的知识判断球体受到电磁力的方向，然后根据磁极之间相互作用判断电磁铁的磁极方向。接下来根据安培定则判断线圈上电流方向，进而确定电源的正负极；
（3）电磁铁的磁性强弱与电流大小有关；
（4）磁体之间的作用力随距离的增大而减小，随距离的减小而增大。首先根据平衡力的知识判断电磁力的变化，再根据距离不变确定通过电磁铁电流大小的变化即可。
【解答】AB.条形磁体上端为S极，则下端为N极，根据同名磁极相互排斥可知，电磁铁的上端为N极，下端为S极。伸出右手，使大拇指指向电磁铁的N极（电磁铁的上端），则四指弯曲所指的方向为电流的方向，电流从螺线管的上端流入，下端流出，所以电源的上端为正极，故A错误符合题意，B正确不合题意；
C.当滑动变阻器滑片P向右滑动时，变阻器连入电路的电阻变小，由欧姆定律可知通过电路的电流变大，电磁铁的磁性增强，故C正确不合题意；
D.若在球体正上方A处吸一小铁块，则球体的重力增大。而球体受到的重力和排斥力是平衡力，则球体排斥力也要增大。使球体离底座的距离保持不变，需要增强磁场强度，需要增大电路中的电流，可适当向右滑动滑片P，故D正确不合题意。
4．如图所示，一根弹簧下端连着一个条形磁铁，条形磁铁的下端为N极。条形磁铁下方有一电磁铁。闭合开关后（　　）
A．电磁铁左侧小磁针的N极向上偏转
B．若去掉螺线管中的铁芯，弹簧的长度会变短
C．当滑动变阻器的滑片向右滑动时，弹簧长度会变长
D．若调换电源的正负极，小磁针的指向会发生改变
【答案】D
【解析】A.根据安培定则判断电磁铁的磁极方向，再根据磁极之间的相互作用规律确定小磁针的指向；
B.首先分析去掉铁芯后电磁铁的磁场强弱变化，再确定条形磁体受到磁力的变化，最后确定弹簧长度的变化；
C.根据滑片移动确定电流大小变化，再确定电磁铁的磁场强弱变化，最后分析弹簧的长度变化；
D.电磁铁的磁极方向与电流方向有关，据此分析判断。
【解答】A.根据图片可知，线圈上电流方向向右。根据安培定则可知，电磁铁的上端为N极。根据“异名磁极相互排斥”可知，小磁针的N极向下偏转，故A错误；
B.若去掉螺线管中的铁芯，电磁铁的磁场减弱，则条形磁铁受到的排斥力减小，则弹簧受到的拉力变大，即弹簧的长度变大，故B错误；
C.当滑动变阻器的滑片向右滑动时，变阻器的阻值减小，则通过电磁铁的电流变大，那么电磁铁的磁场变强，那么条形磁铁受到的排斥力变大，则弹簧受到的拉力减小，即长度变小，故C错误；
D.若调换电源的正负极，则通过电磁铁的电流方向改变，那么电磁铁的磁场方向发生改变，则小磁针的指向会发生改变，故D正确。
故选D。
5．小科发现“门禁”是通过开关控制门锁工作的，研究后知道，门上的电磁锁由电磁铁A和金属块B构成（如图甲所示），工作原理如图乙，电磁铁通电时，A、B相互吸引，门被锁住无法推开。电磁铁断电时，A、B不吸引，门可以被推开。下列说法正确的是（　　）
A．甲图中电磁铁的原理是电流的磁效应
B．乙图中开关闭合，电磁铁A的右端为S极
C．对“门禁”的工作原理进行分析，能判断B有磁性
D．将金属块B靠近小磁针，小磁针一定不会发生偏转
【答案】A
【解析】（1）根据滑片移动确定电流大小变化，确定电磁铁的磁场强弱变化；
（2）根据安培定则判断电磁铁的极性。
6．如图为水位报警装置原理图，其中A、B为两个金属杆。当水位达到或超过警戒线时，绿灯、红灯和电铃的工作状态分别是（　　）
A．绿灯亮、红灯不亮，电铃不响 B．绿灯亮、红灯亮，电铃响
C．绿灯不亮、红灯亮，电铃不响 D．绿灯不亮、红灯亮，电铃响
【答案】D
【解析】根据电磁铁的知识分析判断。
【解答】根据图片可知，当水位达到警戒线时，A、B通过水接通，此时电流通过电磁铁，电磁铁产生磁场将衔铁K向左吸，从而与触点C接触，与触点D分开。此时红灯和电铃都被接通，而绿灯断开，那么绿灯不亮，而红灯亮，电铃响。
故选D。
7．如图所示，在科学实验课上，方老师带领大家一起做奥斯特实验。方老师告诉同学们，为了让实验效果更加明显，建议大家将通电直导线沿　 　方向放置（选填“东西”或“南北”），此时直导线在小磁针处产生的磁场方向和放在该点小磁针的　 　极指向一致（选填“N”或“S”）。
【答案】南北；N
【解析】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，应使电流产生磁场方向为东西方向，故应使把直导线南北放置。在磁场中，小磁针北极的指向即为该点的磁场方向。①磁场有方向，科学上把小磁针静止时北极所指的方向规定为其所处点的磁场方向。
②通电螺线管的磁极和电流方向之间的关系可以用右手螺旋定则（也叫安培定则）来判定。用右手握螺线管，让四指弯向螺线管中的电流方向，大拇指所指的那一端就是通电螺线管的北极。右手螺旋定则也可以用来判断直线电流的磁场方向，只是需让大拇指指向电流方向，四指弯曲的方向就是直线电流产生的磁场方向。
8．如下图所示，某一条形磁铁置于水平面上，电磁铁与其在同一水平面上，右端固定并保持水平。S闭合，滑动变阻器滑片P逐渐向左移动时，条形磁铁一直保持静止。在此过程中条形磁铁受到的摩擦力的大小　 　（填“不变”“逐渐变大”或“逐渐变小”）；电磁铁左端是　 　极。
【答案】逐渐变大；N
【解析】（1）根据滑片移动确定电流大小变化，确定电磁铁的磁场强弱变化，根据平衡力的知识分析条形磁铁受到摩擦力的变化；
（2）根据安培定则判断电磁铁的极性。
【解答】（1）S闭合，滑动变阻器滑片P逐渐向左移动时， 变阻器阻值变小而电流变大，那么电磁铁的磁场变强，因此条形磁铁受到的磁力变大。根据平衡力的知识可知，条形磁铁受到的摩擦力变大。
（2）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，则电磁铁左端为N极。
9．通电螺线管的极性跟电流的方向有关系，可以用安培定则来判断，如图甲。单匝线圈的极性与电流方向的关系也符合安培定则，如图乙，则小磁针右侧是　 　极 ( 填“N” 或 “S”) 。 把两个线圈A 和 B 挂在水平光滑的固定绝缘杆 MN上，如图丙，当两线圈通入方向相同的电流时， A、B 两线圈之间的距离将 　 　 (填“变大”“变小”或“不变”)。
【答案】N；变小
【解析】（1）根据安培定则判断线圈的极性，根据磁极之间的相互作用规律确定小磁针的指向；
（2）根据安培定则判断两个线圈的磁极方向，再根据磁极之间的相互作用规律分析解答。
【解答】（1）根据乙图可知，大拇指指向右端，则右端为线圈的N极。根据“异名磁极相互吸引”可知，小磁针的左端为S极，右端为N极；
（2）根据右手定则可知，两个线圈的左端都是S极，右端都是N极。二者的中间互为异名磁极，因此相互吸引而距离变小。
10．某小区因暴雨引起车库积水，部分车辆被淹，小明看到新闻后，设计了如图所示的车库积水自动报警器。 如图是该报警器原理图，金属块A和B分别固定在车库地面附近适当高处，若车库积水水面到达　 　处(选填“A”或"B"时，　 　(选填“绿”或“红”灯发光报警，此时电磁铁的上端是　 　极(选填"N"或"S")。
【答案】B；红；N
【解析】（1）根据图片分析整个装置的工作过程；
（2）根据安培定则判断电磁铁的极性。
【解答】（1）根据图片可知，当车库积水水面到达B处时，A、B通过水接通，此时电磁铁产生磁性，将衔铁吸下来接通红灯所在的电路而报警。
（2）线圈上电流方向向右。右手握住螺线管，弯曲的四指指尖向右，此时大拇指指向上端，则上端为电磁铁的N级。
11．体感平衡车是一种时尚代步工具，采用站立式驾驶方式，可通过操控杆控制车体运行，如图甲。乙图为平衡车的转向指示灯电路，电路中电源电压恒为U，L为指示灯，R0为定值电阻，当开关S接通后，指示灯L会亮暗交替闪烁。已知同-灯泡，其亮度与灯泡两端的电压大小有关。请你根据所学知识解释：“当开关S 接通后，指示灯L会亮暗交替闪烁”的原因。
【答案】根据乙图可知，闭合开关后，指示灯L与电磁铁和定值电阻R0串联，此时灯泡两端的电压小于电源电压，灯较暗，同时电磁铁有电流通过产生磁场，将衔铁吸下来；AB两个触点的接通导致电磁铁和定值电阻R0被短路，此时灯泡电压等于电源电压，灯较亮；同时电磁铁失去磁性，衔铁在弹簧的拉力作用下向上移动，AB触点分开，恢复到开始时的状态，如此循环往复。由于灯泡电压出现变大→变小→变大的变化，所以它的亮度不断改变，出现亮暗交替闪烁的情形。
【解析】当电磁铁有电流通过时，电磁铁产生磁性，将衔铁吸下来，动触头A与静触头B接触；当电磁铁没有电流通过时，电磁铁没有磁性，弹簧会将衔铁往上拉，动触头A与静触头B分离。
【解答】闭合开关后，电磁铁有电流通过时，电磁铁产生磁性，将衔铁吸下来，动触头A与静触头B接触，电流的流经如图所示
电路中的电阻较小，通过灯泡的电流大，指示灯较亮，此时电磁铁中没有电流通过，电磁铁失去磁性，弹簧会将衔铁往上拉，动触头A与静触头B分离，此时的电流流经 如下图所示
此时电路中的电阻较大，通过灯泡的电流较小，指示灯较暗，电磁铁中有电流通过，电磁铁有磁性，又会将衔铁吸下来，如此循环往复，出现了亮暗闪烁的情形。
12．如图是某同学设计的研究电磁铁相关性质的电路图。实验步骤如下：
步骤一：用铁棒和漆包线绕制匝数为20匝的电磁铁，接入电路。
步骤二：闭合开关，调节滑动变阻器使电流表示数为1A，用电磁铁去吸引大头针，记录数据。
步骤三：断开开关，用匝数为50匝的电磁铁替换20匝
的电磁铁。闭合开关，再用电磁铁去吸引大头针，记录数据。
（1）实验是通过观察　 　来判断磁性的强弱。
（2）闭合开关后，电磁铁B端是　 　极（填“N”或“S”）。
（3）有同学指出步骤三中存在错误，该错误是　 　。
（4）请设计该实验的记录表，画在答题卷的框内。
【答案】（1）吸引大头针的数目（2）N（3）未调节滑动变阻器的滑片使电流表的示数为1A
（4）
实验序号 线圈的匝数（匝） 电流（A） 吸引大头针数量（个）
1 20 1 　
2 50 1 　
【解析】（1）电磁铁吸引大头针的数量越多，说明电磁铁的磁性越强；
（2）根据安培定则判断电磁铁的磁极方向；
（3）根据控制变量法的要求可知，探究电磁铁的磁场强弱与线圈匝数的关系时，需要控制电流大小相等，只改变线圈匝数；
（4）根据实验目的和过程确定要记录的内容，从而确定表格的列数和行数即可。
【解答】（1）实验是通过观察吸引大头针的数目来判断磁性的强弱。
（2）根据图片可知，线圈上电流方向向下。右手握住螺线管，弯曲的四指指尖向下，此时大拇指指向B端，则B端为N极；
（3）有同学指出步骤三中存在错误，该错误是：未调节滑动变阻器的滑片使电流表的示数为1A。
（4）根据题意可知，实验要进行两次，因此表格有3行。要记录实验次数、线圈的匝数、电流和吸引大头针的数量，因此表格有4列，如下图所示：
13．小乐利用实验室的电磁继电器、热敏电阻R1、滑动变阻器R2、发热电阻丝R0设计了一个恒温箱控制电路。如图甲所示，发热电阻丝R0和热敏电阻R1处于恒温箱内，图乙是热敏电阻R1的阻值随温度变化的关系曲线。当温度达到设定温度时，电磁继电器会自动控制加热电路停止工作。
（1）连接电路时，a、b接线柱应分别连接　 　（选填“②、①”“②、③”或“①、③”）接线柱；
（2）通过图乙可知，热敏电阻R1的阻值随温度升高而　 　（选填“增大”或“减小”）；
（3）如果要使恒温箱内保持的温度升高，滑动变阻器R2的滑片应该向　 　（选填“左”或“右”）移动。
【答案】（1）②、③ （2）增大 （3）左
【解析】通过图乙可知，热敏电阻R1的阻值随温度升高而增大，所以低温时R1小，控制电路中的电流大，电磁铁磁性强，衔铁被往下吸，接通R0所在工作电路，开始加热。此时a、b应该与②③连接。
【解答】（1）通过图乙可知，热敏电阻R1的阻值随温度升高而增大，所以低温时R1小，控制电路中的电流大，电磁铁磁性强，衔铁被往下吸，接通R0所在的工作电路，开始加热。此时a、b应该与②③连接。当温度达到设定温度时，R0增大到一定值，控制电路中电流变小，电磁铁磁性减小，衔铁往上弹，工作电路断开，停止加热，所以连接电路时，a、b接线柱分别连接②、③，符合要求。故答案为：②、③
（2）由图乙可知，热敏电阻R1的阻值随温度升高而增大；
14．小金利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图所示，将热敏电阻R1安装在需要探测温度的地方，闭合开关S后，当环境温度正常时，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，警铃响，图乙是热敏电阻R1的阻值随温度变化的图象。
（1）请完成电路图的连接。
（2）由图乙可知，当环境温度为20℃时，热敏电阻阻值为　 　欧。
（3）图甲继电器的供电电压U0＝4V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R2为10Ω，当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，试通过计算求出衔铁刚吸合时的环境温度。
【答案】（1）B-C，A-D
（2）120
（3）R=U0/I=4V/0.05A=80Ω， R1=R－R2＝80Ω－10Ω＝70Ω，再查图乙可得对应的温度为40℃
即衔铁刚吸合时的环境温度为40℃；
【解析】（1）由题意可知，闭合开关后，当环境温度超过某一值时，衔铁被吸下，警铃响，则接线柱B应与C连接；当环境温度正常时，衔铁弹起，指示灯亮，则接线柱D应与A连接。
（2）查图乙可知 （3）控制电路中电阻R1与R2串联，当电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响，电流=50mA=0.05A时，控制电路的最大总电阻最大，由I=U/R可得，最大电阻R=U0/I【解答】（1）由题意可知，闭合开关后，当环境温度超过某一值时，衔铁被吸下，警铃响，则接线柱B应与C连接；当环境温度正常时，衔铁弹起，指示灯亮，则接线柱D应与A连接。故答案为： B-C，A-D
（2）查图乙可得，当环境温度为20℃时，热敏电阻阻值为120欧
15．电梯为了安全，都设置超载自动报警系统，其工作原理如图甲所示。已知控制电路电源电压U=6V，保护电阻R1=100Ω，压敏电阻R2的阻值随压力F大小变化如图乙所示，电梯底架自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计。
（1）电梯超载时，衔铁被电磁铁吸住，触点K与触点　 接触，电铃发出警报声，同时电动机　 　（选填“能”、“不能”）工作。
（2）（3分）当电磁铁线圈电流达到20mA时，衔铁刚好被吸住。若该电梯厢内站立总质量为1000kg的乘客时，此时电梯是否超载？（g取10N/kg）
【答案】（1）B；不能
（2）超载。
当电梯厢内站立总质量为1000kg的乘客时，压敏电阻受到的压力等于重力，
即F=G=mg=1000kg×10N/kg=10000N
由图乙可知，当压力为10000N时，对应的压敏电阻R2=100
控制电路中的电流I=R1+R2= =0.03A=30mA
因为30mA>20mA，衔铁被电磁铁吸住，所以电梯超载。
【解析】（1）根据图甲分析这个装置的工作过程；
（2）根据F=G=mg计算出电梯受到的压力，再根据图乙确定此时压敏电阻的阻值，接下来根据 计算出控制电路中的电流，最后与20mA进行比较即可。
【解答】（1）根据图甲可知，梯超载时，衔铁被电磁铁吸住，触点K与触点B接触，电铃发出警报声，同时电动机的电路断开，此时它不能工作。
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
课后巩固
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