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16.3　电磁铁
基础提质
1.许多自动控制的电路中都安装有电磁铁。关于电磁铁,下列说法正确的是(　　)
A.电磁铁是利用电流的磁效应来工作的
B.电磁铁中的铁芯可以用铜棒代替
C.电磁铁能永久性地保持磁性
D.电磁铁中的铁芯可以用钢棒代替
2.【核心素养·物理观念】(2026新疆乌鲁木齐月考)下列关于电磁铁的说法中不正确的是(　　)
A.电磁铁通电时有磁性,断电时没有磁性
B.在其他条件相同时,通过电磁铁的电流越大,它的磁性就越强
C.在电流一定的情况下,外形相同的螺线管线圈匝数越多,它的磁性越强
D.往通电螺线管中插入金属棒就会使通电螺线管的磁性增强
3.【实验考法·项目式学习】(2025广东茂名模拟)【探究名称】探究影响电磁铁磁性强弱的因素。
【问题】某同学利用电源、滑动变阻器、开关、两根相同的铁钉、一盒大头针、若干导线等器材,设计了如图1所示的装置,探究影响电磁铁磁性强弱的因素。
【实验】
(1)实验中通过___________________________来比较电磁铁磁性强弱。这种研究方法称为___________。
(2)把甲、乙两个电磁铁串联接入电路,目的是控制__________________相同,以探究电磁铁磁性强弱与____________的关系。
【解释】
(3)根据图1中的实验现象,可得出结论:________________________________________。
(4)将滑动变阻器的滑片P向左移,发现两电磁铁吸引大头针的数量均增加,该现象说明电磁铁的磁性强弱与_____________有关。
【交流】
(5)另一位同学设计了如图2所示的装置,将滑动变阻器的滑片移动到适当位置后保持不动,然后将夹子依次夹在a、b、c、d四个接线柱上,对比实验现象得出结论。老师指出他的操作不合理,原因是_____________________________。
4.电磁铁在生活中有很多应用,下列事物中没有应用电磁铁功能的是(　　)
A.电磁选矿机　　B.磁悬浮列车　　C.音箱　　D.光盘
5.【跨学科实践·日常生活】(2026江西新余月考)如图所示是直流电铃的工作原理图,下列说法不正确的是(　　)
A.电铃利用电流的磁效应工作
B.电流通过电磁铁时,电磁铁有磁性且A端为N极
C.小锤击打铃碗时,电磁铁仍具有磁性
D.电磁铁吸引衔铁,弹性片发生弹性形变具有弹性势能
能力提升
6.(2025安徽池州三模,★★☆)如图所示,是小陌在科技创新大赛设计的电磁锁原理图。开关S是指纹识别开关,指纹识别成功就可打开门锁。下列说法错误的是(　　)
A.通电后电磁铁a端为N极
B.若电磁铁对条形磁体的作用力过小,可以增加线圈匝数
C.打开门锁时,条形磁体在滑动过程中受到向左的摩擦力
D.滑片向左移动的过程中电磁铁的磁性增强
7.(2025广东中山三模,★☆☆)如图所示,弹簧下端挂一条形磁体,磁体下端为N极,条形磁体的正下方有一带铁芯的螺线管,闭合开关后,电磁铁的上端为______极,弹簧长度会_______(选填“增大”“减小”或“不变”);若想要让弹簧的长度减小,应将滑动变阻器的滑片往______(选填“左”或“右”)滑。
8.【情境素材·科技成就】(2026山东烟台月考,★☆☆)图甲为神舟飞船与空间站核心舱对接时的情境,为预防撞击,需配备对接缓冲装置。小海设计了模拟对接缓冲装置简图,如图乙所示。通电后,电源的右端为_______(选填“正极”或“负极”);为增大缓冲力,滑片P应向______(选填“左”或“右”)端滑动。
9.(2026广东佛山顺德月考,★★☆)如图所示,GMR是一个巨磁电阻,其特性是电阻在磁场中会急剧减小,且磁场越强电阻越小,闭合全部开关后,电磁铁的右端是______极,小磁针将______时针旋转,向左移动滑片,指示灯将变______(选填“亮”或“暗”)。
素养提优
10.物理学中用磁感应强度(用字母B表示)来描述磁场的强弱,它的国际单位制单位是特斯拉(符号是T),磁感应强度B越大表明磁场越强,B=0表明没有磁场。有一种电阻,它的阻值大小随其所在位置磁场强弱的变化而变化,这种电阻叫做磁敏电阻。如图甲所示是某磁敏电阻R的阻值随磁感应强度B变化的图像,为了研究该磁敏电阻R的性质,小刚设计了如图乙所示的电路进行实验,请解答下列问题:
(1)当S 断开,S 闭合时,电压表的示数为2 V,则此时电流表的示数为__________A;
(2)只闭合S ,通电螺线管的右端为_______极;闭合S 和S ,移动两个滑动变阻器的滑片,当电流表示数为0.03 A时,电压表的示数为6 V,由图甲可得,此时该磁敏电阻所在位置的磁感应强度为________T;
(3)闭合开关S 和S ,小刚向右移动滑动变阻器R 的滑片,乙电路中R 接入电路的阻值保持不变,则电压表的示数_________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
参考答案与解析
1. A
解析　电磁铁是利用电流的磁效应工作的,故A正确;电磁铁通电后,铁芯可以被磁化,增强电磁铁的磁性,断电后磁性消失,铜棒不是磁性材料,不能被磁化,钢棒属于硬磁性材料,被磁化后,磁性很难消失,故铁芯不能用铜棒或钢棒代替,故B、C、D错误。
2. D
解析　电磁铁通电时有磁性,断电时没有磁性,故A正确;在其他条件相同时,通过电磁铁的电流越大,它的磁性就越强,故B正确;在电流一定的情况下,外形相同的螺线管线圈匝数越多,它的磁性越强,故C正确;通电螺线管插入铁芯等磁性材料后,磁性会增强,但金属棒不一定是铁芯,可能是铜棒,铜是金属,但不是磁性材料,故D错误。
3. (1)电磁铁吸引大头针的数量;转换法　(2)通过两电磁铁的电流;线圈匝数　(3)电流一定时,线圈匝数越多,电磁铁磁性越强　(4)电流大小　(5)没有控制电路中的电流不变
解析　(1)电磁铁磁性的强弱无法用眼睛直接观察,实验中通过电磁铁吸引大头针的数量来比较电磁铁磁性的强弱,这是转换法的应用。
(2)把甲、乙两个电磁铁串联接入电路,目的是控制通过两电磁铁的电流相同;由图1可知,甲、乙电磁铁上的线圈匝数不同,所以探究的是电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系。
(3)由图1可知,电流相同时,线圈匝数多的乙电磁铁吸引大头针的数量多,说明乙电磁铁的磁性强,可得出结论:电流一定时,线圈匝数越多,电磁铁磁性越强。
(4)将滑动变阻器的滑片P向左移,滑动变阻器接入电路的电阻变小,由欧姆定律可知,电路中的电流变大,两电磁铁吸引大头针的数量增加,说明电磁铁的磁性增强,故电磁铁的磁性强弱与电流大小有关。
(5)滑动变阻器滑片在适当位置处保持不动,夹子分别连接线圈的接线柱a、b、c、d,由于线圈具有一定的电阻,改变了线圈匝数的同时也改变了电路中的电流,由控制变量法可知,没有控制电路中的电流不变,故操作不合理。
4. D
解析　电磁铁的磁性有无、磁性强弱和南北极都可以控制,因此应用十分广泛,电磁选矿机、磁悬浮列车、音箱都有电磁铁的应用,光盘利用激光扫描的方式记录和读出,没有应用电磁铁的功能。故选D。
5. C
解析　电铃的主要部件是电磁铁,它是利用电流的磁效应工作的,故A正确;电流从电磁铁左侧的下端流入,根据右手螺旋定则判断出A端为N极,故B正确;闭合开关,电路通电时,电磁铁中有电流通过而具有磁性,从而吸引衔铁,使小锤击打铃碗发出声音,同时电路断开,电磁铁失去磁性,小锤又被弹性片弹回,电路闭合,不断重复,电铃便发出连续的击打声,故C错误;电磁铁吸引衔铁,弹性片发生弹性形变,具有弹性势能,故D正确。
6. C
解析　由图可知,电流从电磁铁的右端流入,由右手螺旋定则可知,通电后电磁铁a端为N极,故A正确;电磁铁磁性强弱与电流大小、线圈匝数有关,所以增加线圈匝数可以增强电磁铁的磁性,使电磁铁对条形磁体的作用力变大,故B正确;由于异名磁极相互吸引,所以打开门锁时,条形磁体会向左滑动,受到向右的摩擦力,故C错误;滑片向左移动的过程中,滑动变阻器接入电路的电阻变小,电路中的电流变大,电磁铁的磁性增强,故D正确。
7. N;减小;左
解析　闭合开关后,电流从电磁铁下端流入,由右手螺旋定则可知,电磁铁的上端为N极;由于同名磁极相互排斥,所以弹簧受到的拉力变小,弹簧长度减小。由于电磁铁与条形磁体相互排斥,所以将滑动变阻器的滑片往左滑时,滑动变阻器接入电路的电阻变小,电路中的电流变大,电磁铁的磁性增强时,弹簧的长度减小。
8. 正极;右
解析　由于对接缓冲装置是为了预防撞击,所以对接缓冲装置应使飞船与核心舱之间互相排斥,所以电磁铁的b端为N极,由右手螺旋定则可知,电流从螺线管的b端流入,电源的右端为正极;为增大缓冲力,电路中的电流应增大,使滑动变阻器接入电路中的电阻变小,滑动变阻器的滑片P应向右端滑动,电磁铁磁性增强。
9. S;逆;亮
解析　闭合全部开关后,电流从电磁铁右端流入,由右手螺旋定则可知,电磁铁的左端为N极,右端为S极,根据磁极间的相互作用可知,小磁针将逆时针旋转;向左移动滑片,滑动变阻器接入电路的电阻变小,电路中的电流变大,电磁铁的磁性增强,巨磁电阻的阻值变小,由I=及串联电路电流特点可知,通过指示灯的电流变大,指示灯将变亮。
10. (1)0.02　(2)N;0.4　(3)变小
解析　(1)当S 断开,S 闭合时,电磁铁中没有电流通过,磁性消失,B=0,由图甲可知,磁敏电阻的阻值R=100 Ω;电压表的示数为2 V,则此时电流表的示数I===0.02 A。
(2)只闭合S ,电流从螺线管左端流入,根据右手螺旋定则可知,通电螺线管的右端为N极;闭合S 和S ,移动两个滑动变阻器的滑片,当电流表示数为0.03 A时,电压表的示数为6 V,此时磁敏电阻的阻值R’===200 Ω;由图甲可得,此时该磁敏电阻所在位置的磁感应强度为0.4 T。
(3)闭合开关S 和S ,小刚向右移动滑动变阻器R 的滑片,通电螺线管线圈中的电流变小,磁场变弱,磁敏电阻的阻值变小,图乙电路中R 接入电路的阻值保持不变,图乙中右侧电路中的总电阻变小,电路中的电流变大,R 两端的电压变大,根据串联电路的电压特点可知,磁敏电阻R两端的电压变小,即电压表的示数变小。

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