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初中物理中考复习 专题十五 电和磁课件PPT
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这是一份初中物理中考复习 专题十五 电和磁课件PPT，共60页。
考点一 磁现象和磁场
A组 2019年全国中考题组
1.(2019湖北武汉,17,3分)如图所示,在探究通电螺线管外部的磁场分布的实验中,开关闭合后,下列说法正确 的是 ( )A.小磁针甲静止时N极指向右端,小磁针乙静止时N极指向左端B.小磁针甲静止时N极指向左端,小磁针乙静止时N极指向右端C.小磁针甲和小磁针乙静止时N极均指向右端D.小磁针甲和小磁针乙静止时N极均指向左端
答案 B 开关闭合后,根据安培定则可知,通电螺线管的右端为N极,左端为S极,静止时小磁针的N极指向 磁场方向,由此可知,小磁针乙的N极指向右,S极指向左;小磁针甲的N极指向左,S极指向右。综上分析可知 A、C、D错,B正确。
解题关键 通电螺线管产生的磁场与条形磁体的磁场类似,解这种类型题目的关键是熟练掌握安培定则。
方法技巧 解答这类问题时,应先标出电流方向,再利用安培定则判断出通电螺线管极性,从而判断磁场的 方向,最后根据磁场的方向判断小磁针N极的指向。
2.(2019湖北黄冈,2,3分)下列有关电和磁的判断,正确的是 ( )A.通电导体周围存在磁场B.磁场是由磁感线组成的C.互相摩擦的两个物体带同种电荷D.摩擦起电实质是创造了电荷
答案 A 通电导体的周围存在磁场,故A正确;磁感线是假想的曲线,磁感线可以形象地描述磁场,但是磁 场不是由磁感线组成的,故B错误;互相摩擦的两个物体必然有一个失去电子,另一个得到电子,两个物体带 异种电荷,故C错误;摩擦起电的实质是电荷的转移,不是创造了电荷,故D错误。
易错点拨 本题易错点是摩擦起电的实质,摩擦起电的实质是电子的转移,不是创造了电荷。
知识归纳 (1)磁场是真实存在的,磁感线是假想的,磁感线可以形象地描述磁场;(2)两个相互摩擦的物体带异种电荷。
3.(2019内蒙古呼和浩特,9,3分)(多选)下列说法正确的是 ( )A.丹麦物理学家奥斯特,是世界上第一个发现电与磁之间联系的科学家B.我国未来的航母将采用自行研制的电磁弹射器,电磁弹射器的弹射车与飞机前轮连接,并处于强磁场中, 当弹射车内的导体通以强电流时,舰载机受到强大推力而快速起飞。电磁弹射器的工作原理与发电机的工 作原理是一致的C.电磁波的频率越高,波长越短D.航母核反应堆是通过可以控制的核裂变反应释放核能的设备
答案 ACD 丹麦物理学家奥斯特发现通电导线周围存在磁场,是第一个发现由电可以产生磁的科学家,A 项正确;弹射车处于磁场内,通以强电流时,舰载机受到强大推力而起飞,可见利用的原理是通电导体在磁场 中受力而运动,与发电机的工作原理不同,B项错误;电磁波在真空中波速相同,由c=λf可知,f越高,λ越短,C项 正确;核反应堆是利用裂变释放核能的设备,D项正确。
4.(2019江西,8,2分)如图所示,是利用被磁化的缝衣针制成的简易指南针。若静止时针尖指向地理位置的北 方,则针尖是简易指南针的 极。此时,将指南针底座逆时针旋转90°,针尖静止时将指向地理位置的 方。
答案 N(或北) 北
解析 根据磁体磁极的定义,指南针静止时,指向地理位置的北方的磁极叫北极。指南针静止后针尖的指 向不会随底座的转动而变化。
解题关键 熟知磁体磁极的定义是本题的解题关键。
5.(2019四川成都,A19,4分)如图所示,用细线悬挂的磁体AB,磁极未知。当闭合电路开关S后,磁体的B端与通 电螺线管左端相互排斥,则B端是磁体的 极。断开开关S,磁体静止时,B端会指向地理的 (选填“北方”或“南方”)。
答案 北 北方
解析 电流从电源正极流出,根据安培定则可以判断通电螺线管左端为N极,磁体的B端与通电螺线管左端 相互排斥,故B端为磁体北极;断开开关S,磁体在地磁场作用下会静止在南北方向,磁体B端会指向地磁S极, 故会指向地理的北方。
知识归纳 1.安培定则:用右手握住螺线管,让四指指向螺线管中电流的方向,则拇指所指的那端就是螺线 管的N极。2.同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。3.地磁场的N极在地理南极附近,地磁场的S极在地理北极附近;磁体受地磁场作用而静止,此时磁体两端指 向地磁南北极。
考点二 电流的磁场
1.(2019广西北部湾经济区,13,2分)我国的新型航母将采用自行研制的电磁弹射器。小明猜想它的工作原 理如图所示,电磁弹射器的弹射车与飞机前轮连接,并处于强磁场中,当弹射车内的导体通过强电流时,即可 受到强大的推力。小明的猜想与下列实验原理相同的是 ( )
答案 C A是小磁针与磁体间的作用;B是电磁铁对回形针的作用;C是通电导线在磁场中受到力的作用, 属于电动机原理;D是电磁感应现象,属于发电机原理。根据题意,当弹射车内的导体通过强电流时,受到强 大的推力,与电动机原理相同,故选C。
2.(2019黑龙江齐齐哈尔,8,2分)如图所示是动圈式话筒和扬声器的构造示意图。讲话时的声音使膜片振动, 与之相连的线圈也跟着一起振动,线圈中产生随声音变化的电流。变化的电流通过扬声器的线圈,线圈就 会在磁场中来回振动,带动纸盆也来回振动发出声音。根据以上叙述思考,下列说法正确的是 ( )A.扬声器的线圈振动是因为通电导线在磁场中受到力的作用B.动圈式话筒是把电能转化成机械能的一种装置C.电风扇的工作原理与动圈式话筒的工作原理相同D.扬声器的工作原理是法拉第发现的电磁感应现象
答案 A 随着声音变化的电流进入扬声器,扬声器线圈周围产生磁场,所以线圈会受到永久磁体的作用而 振动,A项正确;讲话时空气振动引起膜片振动,使话筒中的线圈在磁场中做切割磁感线运动,产生感应电流, 因此动圈式话筒是把机械能转化为电能的一种装置,B项错误;电风扇工作时将电能转化为机械能,与话筒 工作原理不同,C项错误;扬声器工作原理为通电导线在磁场中受力运动,D项错误。故选A。
3.(2019安徽,15,3分)直线电流周围磁场的磁感线分布和磁场方向的判定方法如图所示。将一枚转动灵活 的小磁针放在水平放置的直导线正下方,直导线通电的瞬间 ( )A.若电流方向从南向北,则小磁针顺时针偏转B.若电流方向从北向南,则小磁针逆时针偏转C.若电流方向从东向西,则小磁针不发生偏转D.若电流方向从西向东,则小磁针不发生偏转
答案 D 由于地磁场的作用,小磁针静止时N极指向地球的北极,小磁针N极受力方向就是磁场方向。如 果电流方向是从南向北,根据题目判定方法可知在导线正下方的磁场方向应该是从东向西,所以小磁针将 会逆时针偏转;反之将会顺时针偏转,故A、B错误。如果电流方向从东向西,根据题图判定方法可知在导线 正下方的磁场方向应该是从北向南,则小磁针将发生180°偏转,故C错误;若电流方向从西向东,根据题图判 定方法可知在导线正下方的磁场方向应该是从南向北,此时小磁针的N极的指向与磁场方向一致,小磁针不 发生偏转,故D正确。综合分析本题选D。
答题技巧 本题考查三维空间想象能力,正确识别电流、磁场和受力三个方向对学生来说是一个挑战,可 以在草稿纸上画出俯视图进行逐项分析。
知识拓展 本实验考查的知识点是奥斯特实验,导线放置的方向决定了实验能否成功。在实验中应当使导 线在水平方向上与小磁针垂直放置。
4.(2019广东广州,10,3分)图中, 表示导线中的电流方向垂直于纸面向里, 表示导线中的电流方向垂直于纸面向外。F是磁场对通电导线的作用力。下列哪个选项中,磁场对通电导线的作用力与图8中F的方向相 同( )
答案 B D项中螺线管的导线中无电流通过,无磁场产生,故D错误。其余选项中螺线管的导线绕法是一 致的,则产生的磁场方向只与线圈内的电流方向有关。B项中导线处的磁场方向相反,导线里的电流方向也 相反,所以B项中的导线受力方向与F的方向相同,故B正确。
5.(2019重庆A,9,2分)英国物理学家法拉第发现了 现象,利用这个原理制成了 (选填“发电 机”或“电动机”)。
答案 电磁感应(磁生电) 发电机
解析 法拉第发现了电磁感应现象,利用这一原理制成了发电机。
考点三 电磁感应
1.(2019江西,15,3分)如图所示,是小安同学自制的一个实验装置。他把带绝缘层的导线绕在塑料管外,导线 两端连接着小灯泡,形成闭合电路,管内封闭一个强磁体。沿图中所示方向来回快速摇动装置,小灯泡发 光。以下说法正确的是 ( ) A.灯丝中电流方向保持不变B.实验现象表明电能够生磁C.该现象属于电磁感应现象D.此装置与电动机原理相同
答案 C 因小安同学来回摇动装置,可知管内强磁体的运动方向在不断改变,即相当于切割磁感线的方向 在不断发生改变,根据电磁感应原理可知,灯丝中的电流方向也随之发生改变,故A错误;实验电路中没有外 在的电源,因此不存在电生磁情况,故B错误;此过程中由于把带绝缘层的导线绕在塑料管外,导线两端连接 着小灯泡,形成闭合电路,管内的强磁体在快速来回运动,相当于闭合电路中的一部分导体在做切割磁感线 运动,产生感应电流,因此该现象属于电磁感应现象,C正确;电动机的工作原理是通电导体在磁场中受到力 的作用,与此实验原理完全不同,D错误。故选C。
解题关键 解题的关键是要明确电磁感应原理与通电导体在磁场中受力原理的区别。该实验中感应电流 的方向与磁体运动的方向有关,快速摇动装置,则磁体运动的方向在不断改变,因此电流的方向也会发生改 变,本装置中并未通电,因此不是电生磁。
一题多解 可以从能量转化的角度来分析,机械能转化为电能为电磁感应,电能转化为机械能则为通电导 体在磁场中受到力的作用。
2.(2019天津,8,3分)利用如图所示的装置,可以进行的实验是 ( ) A.探究通电螺线管外部磁场的方向B.探究通电导体在磁场中受力情况C.探究电磁铁磁性强弱与哪些因素有关D.探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件
答案 D 由图可知导体ab在磁场中运动,通过灵敏电流计可判断是否产生感应电流,所以,此装置可探究 导体在磁场中运动时产生感应电流的条件,D正确。图中没有电源,所以A、B、C错误。
3.(2019河南,6,2分)如图所示,一轻杆左端挂一矩形塑料框A,右端挂一外形相同的金属框B,以O为支点在水 平位置静止。现使此装置竖直匀速下降,其下方有一方向垂直纸面向里的磁场区域(用“×”表示磁感线), 当A、B框下端一同刚进入磁场时,发现杆沿逆时针方向转动,请你分析并推测此现象产生的原因: ;若将磁场方向改为垂直纸面向外,重复上述操作,杆将沿 (选填“顺时针”或“逆时针”)方向转动。
答案 金属框下端进入磁场时,切割磁感线产生感应电流,受到向上的磁场力 逆时针
解析 杠杆下降过程中,右侧金属框B进入磁场中会切割磁感线而产生感应电流,而左侧的塑料框不会。电 流在磁场中会受到力的作用,磁场力作用在原来平衡的杠杆上,会破坏杠杆的平衡状态而转动。由于杠杆 沿逆时针方向转动,所以磁场对通电导体的作用力方向是向上的。当导体切割磁感线运动的方向不变时, 磁场方向改变则感应电流方向也改变。而磁场对通电导体作用力的方向与磁场方向和电流方向都有关,所 以当磁场和金属框中电流方向都反向时,受到的磁场作用力方向不变,杠杆仍然会沿逆时针方向转动。
解题关键 本题重点考查学生的推理能力和分析能力。分析题中装置的工作原理并建立物理模型及正确 运用相互作用观念是解决问题的关键。
易错警示 考生容易只考虑到磁场对感应电流的影响或对电流作用力的影响一方面,考虑不全面会错误判 断杆转动方向。
4.(2019湖北武汉,25,3分)某同学利用如图所示的实验装置探究什么情况下磁可以生电。 (1)实验时应将电流表、导线ab串联起来组成 回路。(2)该同学进行以下尝试,能使电流表指针偏转的是 (填字母标号)。A.导线ab在磁场中静止,换用磁性更强的蹄形磁体B.导线在磁场中静止,但不用单根导线ab,而用匝数很多的线圈C.蹄形磁体静止,导线ab从图中所示位置水平向左或水平向右运动D.蹄形磁体静止,导线ab从图中所示位置竖直向上或竖直向下运动
E.蹄形磁体静止,导线ab从图中所示位置斜向上或斜向下运动
(3)如图所示的实验装置中,将电流表换成 进行触接,还可以探究电动机的工作原理。
答案 (1)闭合 (2)CE (3)电源
解析 (1)只有组成闭合回路,电路中才可能形成持续电流。(2)闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时,电路中产生感应电流,电流表的指针才发生偏转。图中导 线ab所在位置的磁场方向由上向下。A.导线ab在磁场中静止,换用磁性更强的磁体,ab没有做切割磁感线 运动,不能产生感应电流;B.换成多匝线圈,没有运动,也不能产生感应电流;C.导线ab从图中的位置水平向左 或水平向右运动都可以切割磁感线,可以产生感应电流;D.导线ab从图中的位置竖直向上或竖直向下运动 都不能切割磁感线,不会产生感应电流;E.导线ab从图中的位置斜向上或斜向下运动都可以切割磁感线,可 以产生感应电流。综合分析,能使电流表指针偏转的只有C和E。(3)电动机的原理是磁场对通电导体有力的作用,因此应该把电流表换成电源。
考点一 磁现象和磁场
B组 2015—2018年全国中考题组
1.(2018四川绵阳,10,3分)指南针是我国四大发明之一,《论衡》记载:司南之杓,投之于地,其柢指南。如图 所示的司南放在水平光滑的“地盘”上,静止时它的长柄指向南方。司南长柄所指方向是 ( ) A.地理南极,地磁北极 B.地理南极,地磁南极C.地理北极,地磁北极 D.地理北极,地磁南极
答案 A 地球本身是一个大磁体,司南是用天然磁石磨制成的勺子,其实它就是一磁体,其长柄是南极(S 极),在地磁场作用下,其静止时长柄指向南方,异名磁极相互吸引,所以地磁的北极在地理的南极附近。 故B、C、D错误,A正确。
2.(2018河北,20,3分)(多选)下列有关电与磁的说法正确的是 ( )A.磁感线是用来形象描述磁场的,并不真实存在B.悬吊着的小磁针静止时N极指向地理南极附近C.法拉第在世界上第一个发现了电与磁之间的联系D.电磁继电器是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关
答案 AD 磁感线可以形象地描述磁场,但不是真实存在的,A正确;悬吊着的小磁针静止时N极指向地理 的北极附近,故B错误;奥斯特第一个发现了电和磁之间的联系,故C错误;电磁继电器是利用电磁铁来控制 工作电路的一种开关,故D正确。
3.(2017湖南衡阳,22,2分)如图所示,闭合开关后,根据小磁针静止时的指向,可以判断出电源的左端是 极(选填“正”或“负”),条形磁体的右端是 极(选填“N”或“S”)。
答案 正 S
解析 根据小磁针静止时N极指向可知,小磁针所在位置的磁场方向向上,该处的磁场特点与两磁体的N极 相互靠近时的磁场一致,由此判断出条形磁体左端为N极,右端为S极; 通电螺线管右端为N极,左端为S极,根据安培定则可以判断出螺线管中电流为“左进右出”,所以电源左端 是正极。
解题关键 了解不同磁体的磁场分布特点,在磁体外部,磁感线从N极出发回到S极,会用安培定则将电流方 向、绕线方式和通电螺线管两端的极性联系起来。
考点二 电流的磁场
1.(2018广东深圳,25,1.5分)我国航母舰载机起飞将采用自行研制的电磁弹射器。电磁弹射器的弹射车与舰 载机前轮连接,并处于强磁场中,当弹射车的导体有强电流通过时,就可以受到强大的推力。下列各图中与 弹射车工作原理一致的是 ( )
答案 A 由题意可知弹射车工作原理是通电导体在磁场中受力而运动。电风扇的主要部件是电动机,是 利用通电导体在磁场中受力而运动的原理工作的,A对;手摇发电机的工作原理是电磁感应现象,B错;电热 水壶是利用电流的热效应来工作的,C错;电磁起重机是利用电磁铁工作的,D错。
2.(2016内蒙古呼和浩特,3,2分)如图所示,下列说法中错误的是 ( )A.这是模拟奥斯特实验的一个场景B.图示实验说明了通电导线周围存在磁场C.将电池正负极对调后,重新闭合电路,小磁针偏转方向改变D.将图中导线断开,小磁针N极将指向地磁场的北极
答案 D 将图中导线断开,小磁针N极受地磁场作用,将指向地磁场的南极,D项错误。
温馨提示 导线通电时小磁针发生偏转,说明通电导线周围有磁场,这个实验现象是丹麦物理学家奥斯特 最先发现的,故称为奥斯特实验。
知识拓展 1820年丹麦物理学家奥斯特发现通电导线周围有磁场。磁场方向和电流方向有关,磁场方向与 电流方向的关系可以由安培定则来判定。
3.(2018重庆A,9,2分)丹麦物理学家 首先发现了电与磁之间存在本质联系,生产生活中的 (选填“电磁起重机”“台灯”或“电热毯”)主要是利用电流磁效应工作的。
答案 奥斯特 电磁起重机
解析 丹麦物理学家奥斯特首先发现了通电导体周围存在着磁场,从而发现了电和磁之间的联系;电磁起 重机主要是利用电流磁效应来工作的,电热毯主要是利用电流的热效应来工作的。
4.(2018湖北武汉,25,4分)图甲是“探究通电螺线管外部的磁场分布”的实验装置。 甲(1)为了使通电螺线管的磁场 ,可以在螺线管中插入一根铁棒。(2)闭合开关,小磁针A静止后的指向如图甲所示,小磁针的左端为 极。在通电螺线管四周不同位置 摆放多枚小磁针后,我们会发现通电螺线管外部的磁场与 磁体的磁场相似。(3)如果把一根导线绕成螺线管,再在螺线管内插入铁芯,就制成了一个电磁铁。图乙所示的实例中没有应 用到电磁铁的是 (填实例名称)。
乙
答案 (1)加强 (2)S 条形 (3)动圈式话筒
解析 (1)在通电螺线管中插入铁棒,可以使通电螺线管的磁场增强。(2)应用右手螺旋定则可以判定通电 螺线管的左端为N极,根据磁极间的相互作用规律可以判定小磁针的左端为S极。根据实验可知通电螺线 管外部磁场的形状与条形磁体的形状相似。(3)图乙中电铃、水位自动报警器都使用了电磁铁,而动圈式 话筒应用的是电磁感应原理,其内部只有永久磁体,而无电磁铁。
考点三 电磁感应
1.(2018四川成都,A12,2分)关于图所示实验,下列说法正确的是( ) A.用该装置可探究“让通电导体在磁场中动起来”B.法拉第根据该实验揭示的原理发明了电动机C.导体ab竖直向上运动时,灵敏电流表指针偏转D.导体ab水平向左运动时,灵敏电流表指针偏转
答案 D 题图是探究电磁感应现象(磁生电)的实验装置图,法拉第根据该实验揭示的原理发明了发电机, 所以A、B错误;电磁感应现象中闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动,会产生感应电流。导体ab上下 运动,未切割磁感线,没有感应电流产生,故C错误;导体ab向左运动切割磁感线,产生感应电流,故D正确。
易错警示 发电机和电动机的原理图不要混淆,发电机中没有电源,电动机中有电源。
解题关键 知道并理解电与磁中的实验过程和实验装置、实验用途等是解决该题的关键。
2.(2017内蒙古呼和浩特,6,2分)在科学研究的道路上经常会出现令人惋惜的遗憾。例如1825年日内瓦年轻 物理学家科拉顿一个人在研究电磁现象时,其类似的实验装置如图甲所示,示意图如图乙。为避免磁铁的 磁场对小磁针的作用,把实验装置放在两个房间,在右边房间里把磁铁反复插入线圈,然后科拉顿跑到左边 房间里观察,结果没有看到小磁针偏转。下列说法中正确的是 ( ) 甲 乙
答案 D 实验过程中,把磁铁反复插入线圈,发生了电磁感应现象,A错误;通电导线周围产生磁场的现象 叫电流的磁效应,B错误;科拉顿没有看到小磁针偏转是因为他跑到另一房间时,产生的电流已经消失,C错 误,D正确。
A.该实验过程中没有发生电磁感应现象B.通电导线周围产生磁场的现象叫电磁感应现象C.科拉顿没看到小磁针偏转,是因为线圈中没有产生电流,所以看不到小磁针偏转D.科拉顿没看到小磁针偏转,是因为当他切割完磁感线再跑到另一个房间时,线圈中产生的电流已经消失, 所以小磁针也停止偏转
3.(2016陕西,6,2分)下列图中的实验反映了发电机工作原理的是 ( )
答案 D A选项验证的是通电导线周围存在磁场,则A不符合题意;B选项说明电磁铁的磁性强弱和线圈 的匝数有关,在电流相同时,线圈匝数越多,磁性越强,则B不符合题意;C选项有电源,是电动机的工作原理,则 C不符合题意;D是线圈在磁场中做切割磁感线运动,产生电流,是发电机的工作原理,则D正确。
易错警示 电动机和发电机原理图易混淆。电动机应该是“先有电才能动”,故电路中有电源的为电动机 原理图,无电源的为发电机原理图。
知识归纳 (1)奥斯特实验说明通电导线周围有磁场,电流的磁场方向与电流方向有关。(2)带铁芯的螺线管是电磁铁,电磁铁磁性有无与通断电有关;磁性强弱与电流大小和线圈匝数有关;N、S极 位置与电流方向有关。
4.(2016新疆乌鲁木齐,12,9分)“重力电灯”是一种依靠重力做功产生电能的环保型电源。如图,在使用过程中,首先由人将沙袋举高,使人的生物能转化为沙袋的重力势能,然后沙袋通过减速器匀速下落带动发电机发电,点亮灯泡。(1)发电机是“重力电灯”的核心部件之一,发电机中的线圈在磁场中 磁感线产生电流,这种电流是 电(选填“直流”或“交流”)。发电的过程属于 (选填“电生磁”或“磁生电”),这个过程将 能转化为电能。(2)“重力电灯”灯泡的额定功率为1 W,额定电压为2 V,则该灯泡正常工作时电流为 A,它工作 h消耗0.01度的电能。(3)将一个重为400 N的沙袋举高1.8 m后从静止开始释放至落地,重力做功 J。调节减速器,让沙袋 匀速下落,且沙袋下落过程中重力势能减小量的80%转化为灯泡的电能,此时发电机的输出电压恰为灯泡的 额定电压,则一次举高沙袋能让额定功率为1 W灯泡正常发光 s,此时沙袋通过减速器匀速下落的 速度为 m/s。
答案 (1)切割 交流 磁生电 机械(重力势)(2)0.5 10(3)720 576 3.125×10-3
考点一 磁现象和磁场
C组 教师专用题组
1.(2019福建,1,2分)最早发现通电导体周围存在磁场的物理学家是 ( )A.焦耳 B.欧姆 C.安培 D.奥斯特
答案 D 焦耳的主要贡献是提出电流通过导体产生热量的定律即焦耳定律,A错误;欧姆的主要贡献是发 现电流与电压、电阻之间的关系即欧姆定律,B错误;安培的主要贡献是发现了安培定则,发现了电流的相 互作用规律,发明了电流计,以及提出了分子电流假说,C错误;奥斯特的主要贡献是通过实验(奥斯特实验) 发现了通电导体周围存在磁场,D正确。
解题关键 根据所学知识,知道各物理学家的主要贡献是正确解答本题的关键。
2.(2017北京,17,2分)(多选)下列说法中正确的是 ( )A.用磁感线可以描述磁场的强弱B.只要导体在磁场中运动,该导体中就会产生感应电流C.通电导体产生的磁场的方向与通过该导体的电流方向有关D.利用撒在磁体周围的铁屑可以判断该磁体周围各点的磁场方向
答案 AC 磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向,A正确;闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁 感线运动时,导体中才会产生感应电流,B错误;通电导体产生的磁场的方向与通过该导体的电流方向有关, C正确;利用撒在磁体周围的铁屑可以判断该磁体周围磁感线的形状,不能判断出磁场的方向,D错误,故 选A、C。
易错警示 利用撒在磁体周围的铁屑可以判断该磁体周围磁感线的形状,不能判断出磁场的方向,因为铁 屑不像小磁针标有N、S极。
3.(2015新疆乌鲁木齐,3,3分)指南针是我国四大发明之一。关于指南针,下列说法正确的是 ( )A.指南针可以仅具有一个磁极B.指南针的指向不会受附近磁铁块的干扰C.指南针能够指南北,说明地球具有磁场D.指南针所指的南北方向与地理的两极是重合的
答案 C 指南针是一个磁体,磁体都有两个磁极,故A错误;指南针的周围有其他磁体时,其产生的磁场会 干扰指南针,而使指南针不一定指向南北方向,故B错误;指南针能够指南 北,说明地球具有磁场,故C正确;磁偏角说明地理南北极与地磁南北极并不重合,故D错误。
4.(2017陕西,5,2分)关于图中所示的通电螺线管,下列说法正确的是 ( ) A.通电螺线管的右端是S极B.只对调电源正负极,通电螺线管的磁场方向不发生改变C.通电螺线管的外部磁感线是从S极发出回到N极的D.当滑动变阻器的滑片向右移动时,通电螺线管的磁性增强
答案 D 用右手的四指弯向通电螺线管的电流方向,则拇指指向其N极;改变电流方向,通电螺线管的磁场 方向也会改变;通电螺线管外部磁感线从N极出发,回到S极;滑片向右移动,电流增大,通电螺线管磁性增强, 故选D。
解题关键 通电螺线管周围磁场类似于条形磁体周围的磁场,其方向的判断可借助于安培定则,磁场方向 与电流方向有关,磁场强弱与电流大小有关。
5.(2017河北,16,2分)如图所示,甲、乙、丙、丁是四幅实验图。下列说法正确的是 ( )
A.甲实验说明同名磁极相互吸引,异名磁极相互排斥B.乙实验说明闭合电路中的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中就产生电流C.丙实验说明利用磁场可以产生电流D.丁实验说明机械能可以转化为电能
答案 B 甲实验说明同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,故A错误;乙实验为电磁感应现象,闭合电路 的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中就产生电流,故B正确;丙为奥斯特实验,说明电流周围 存在磁场,故C错误;丁实验说明磁场对电流有力的作用,是将电能转化为机械能,故D错误。
审题技巧 观察图片链接其涉及的知识点,再结合选项判断其正误。
解题关键 熟悉电磁学中几个基础实验的装置及其说明的物理规律,并注意区分它们的异同点。
6.(2016河南,1,2分)中华民族有着悠久的文明历史,古代就有许多对自然现象的观察和记载。“司南之杓, 投之于地,其柢指南”是由于受到 的作用;“削冰令圆,举以向日,可生火”是由于凸透镜对光具有 作用。
答案 地磁场 会聚
解析 题中表述的是我国四大发明之一的司南。“杓”(磁勺)是用磁石做成的,静止时“柢”(勺柄)指向 南方,这是因为其受到了地磁场的作用。削冰取火是利用冰制成的凸透镜可以将太阳光会聚在焦点处,会 聚的太阳光的能量可以引火。
7.(2016山西,39,3分)如图所示是小梦从市场上买来的磁铁魔术玩具,它呈橄榄球形。两个橄榄球形磁铁抛 起来后,在空中就会相互吸引、碰撞,发出类似蛇叫的清脆响声,故又名“响尾蛇蛋”。小梦想知道这个磁 铁的磁极在哪儿呢?请你设计实验帮助小梦解决问题。 (1)写出你选用的实验器材: ;(2)简述实验过程及现象: 。
答案 (1)橄榄球形磁铁 一盒大头针(1分)(2)把橄榄球形磁铁放在大头针盒里翻转几下,拿出来观察,吸引大头针个数最多的两个部位就是该橄榄球 形磁铁的磁极(2分)(开放性试题,方法合理即可)
解析 磁性物质可以吸引铁、钴、镍等物质。磁极处的磁性最强,吸引大头针数目较多,通过观察吸引大 头针数目的多少,即可确定磁极位置。
审题技巧 “小梦想知道这个磁铁的磁极在哪儿呢?”这句话体现出探究的目的,设计实验要围绕目的展 开。磁极有什么特点呢?磁性强,吸引大头针数目多。
答题规范 实验过程要规范描述,判断方法要有说明,否则会减分。
解题技巧 中考中设计性实验题的题目大多是以课本知识为基础,在解决此类问题时,要利用学过的知识 和实验探究方法,分析并找到解决问题的途径。解此类问题要灵活运用学过的知识,可先从自己熟悉的器 材和实验方法入手,只要实验设计符合题目要求,所用的器材越少越好,步骤越简单越好。
考点二 电流的磁场
1.(2018内蒙古包头,5,3分)下列说法正确的是 ( )
A.图甲中磁铁静止时A端总是指向地理北方,则A端是磁铁的北极B.图乙为动圈式话筒的结构示意图,它的工作原理是磁场对电流的作用C.图丙为水位自动报警器,当水位上升到金属块A时,红灯不亮绿灯亮D.图丁所示的现象中,同时工作的用电器过多不会使家庭电路电流过大
答案 A 将磁铁悬挂起来,静止后,指向地理北方的是磁体的北极,指向地理南方的是磁体的南极,A正确; 图乙中的动圈式话筒的工作原理是电磁感应,B错误;图丙中,当水位上升到金属块A时,电磁铁通电,将衔铁 吸下,动触点与下方的静触点接触,红灯的电路接通,红灯亮,绿灯不亮,C错误;家庭电路电流过大的原因之一 是用电器的总功率过大,当同时工作的用电器过多时,用电器的总功率就有可能过大,会使家庭电路电流过 大,D错误。故选A。
2.(2018黑龙江齐齐哈尔,7,2分)如图所示,四个电磁学实验的应用,下列说法不正确的是 ( )A.电磁铁是利用甲图中的实验原理工作的B.发电机与乙图的工作原理相同C.丙图是探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系D.丁图把电能转化为机械能
答案 C 甲图表明电流周围存在磁场,电磁铁是利用这个原理工作的,A项正确;乙图AB棒做切割磁感线 运动产生电流,是发电机原理,B项正确;丙图A、B两线圈通过的电流相同,匝数不同,是探究电磁铁磁性强弱 与线圈匝数的关系,C项错误;丁图为扬声器,通过线圈的电流反复变化,线圈带动纸盆振动发出声音,是电能 转化成机械能,D项正确。故选C。
3.(2016湖南长沙,24,3分)现代武器中有一种新型电磁炮,它是利用电磁技术制成的一种先进武器,具有速度 快、命中率高等特点,其原理是利用磁场对通电导体的作用。下图中与此工作原理相同的是 ( )
答案 B 电磁炮是利用通电导体在磁场中受到力的作用的原理来实现发射炮弹的,这是电动机的原理。 电热壶是利用电流的热效应工作的,A项错误;B项是电动机原理图,即磁场对通电导体有力的作用,B项正 确;C项是发电机原理,即电磁感应现象,C项错误;D项是电磁继电器,是利用电流的磁效应来工作的,D项错 误。
4.(2018江西,15,3分)消防应急灯在没有停电时,灯是熄灭的;停电时,标有“36 V”字样的两盏灯就会正常发 光。如图所示的电路中符合要求的是 ( )
答案 C 应急灯上标有的“36 V”字样表示其额定电压是36 V,图中电路给应急灯提供的电压是36 V,要 让两灯都能正常发光,则两盏灯应当并联,所以排除B项。家庭电路的电压为220 V,所以题图中的家庭照明 电路给电磁铁提供电流。断电时,电磁铁会失去磁性,分析联动装置可以发现:A项在停电时上面灯亮,不停 电时下面灯亮,不符合要求;C项中没有停电时应急灯电路被切断,停电时,应急灯电路接通,所以C项符合要 求;D项中不停电时两盏灯亮,停电时反而不亮,所以D项不符合要求。
5.(2019湖北黄冈,11,3分)如图所示是某车间自动除尘装置的简化电路图。空气中尘埃量较少时,光源发出 来的光被挡板挡住了。当空气中尘埃量达到一定值时,由于尘埃的反射,部分光越过挡板射到光敏电阻上, 光敏电阻的阻值 ,电路中的电流增大,电磁铁的磁性 ,在衔铁的作用下,开启自动除尘模 式。若图中a、b一个是除尘器,一个是指示灯,则 是除尘器。
答案 减小 增强 b
解析 控制电路的电源电压一定,当光照射到光敏电阻上时,电路中的电流增大,说明光敏电阻的阻值减小, 电磁铁的磁性增强,吸引衔铁,b所在的电路接通,开始自动除尘,说明b是除尘器。
方法技巧 电磁继电器的实质就是一个开关,根据题目给出的信息判断出电磁铁磁性增强,衔铁被吸下,与 下面触点连接的用电器工作,据此判断用电器的位置。
6.(2018安徽,7,2分)实验发现,两条平行放置的直导线,当通以相同方向的电流时相互吸引(如图)。这是因为 电流能够产生磁场,而磁场对电流又有力的作用。我们可以这样分析它们的受力,对a导线:通电b导线产生 的磁场对它具有向右的作用力;对b导线: 。
答案 通电a导线产生的磁场对它具有向左的作用力
解析 由题知,两直导线通以相同方向的电流时相互吸引;对a导线:通电b导线产生的磁场对它具有向右的 作用力;则对b导线:通电a导线产生的磁场对它具有向左的作用力。
7.(2018四川成都,A18,4分)如图1所示,能自由转动的司南静止时,它的长柄指向南方,说明长柄是 极。如图2所示,自制电磁铁的线圈匝数一定时,增大电流,电磁铁的磁性会 (选填“增强”、“减 弱”或“不变”)。 图1 图2
答案 南 增强
解析 地球可以看成一个大磁体,地磁的南极在地理的北极附近,地磁的北极在地理的南极附近。所以司 南的南极指向地磁的北极,也就是地理的南极。电磁铁的磁性强弱与电流的大小、线圈的匝数和有无铁芯 有关。在其他因素一定时,增大电流,磁性增强。
8.(2018云南昆明,19,9分)在探究“电动机为什么会转动”的实验中:(1)我们首先想到的是磁体间发生相互作用是因为一个磁体放在了另一个磁体的磁场中,那么通电导体周 围也存在 ,磁体会对通电导体产生力的作用吗?(2)如图所示,将一根导体ab置于蹄形磁铁的两极之间,未闭合开关前,导体 ,闭合开关后,导体 ,说明磁场对 导体有力的作用。
(3)断开开关,将图中磁铁的N、S极对调,再闭合开关,会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方向 ,说明通电导体在磁场中的受力方向与 有关。(4)断开开关,将图中电源的正、负极对调,再闭合开关,会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方向 ,说明通电导体在磁场中的受力方向与 有关。(5)如果同时改变磁场方向和电流方向, 确定受力方向与磁场方向或电流方向是否有关(填“能” 或“不能”)。
答案 (每空1分)(1)磁场 (2)静止 运动 通电 (3)相反 磁场方向 (4)相反 电流方向 (5)不能
解析 (1)通电导体周围存在着磁场。(2)未闭合开关时,导体ab中没有电流,周围没有磁场,故不会受磁场力作用而运动;闭合开关,导体ab周围有 了磁场,故会受到磁场力作用而运动。(3)磁场力的方向与电流方向和磁场方向有关,改变磁场方向时,导体ab所受到的力方向改变,故运动方向相 反。(4)磁场力的方向与电流方向和磁场方向有关,改变电流方向,导体ab受力方向改变,故运动方向相反。(5)同时改变电流方向和磁场方向,由于没有控制变量,所以不能确定受力方向与磁场方向或电流方向是否 有关。
9.(2017山东潍坊,22,4分)同学们在制作电动机模型时,把一段粗漆包线绕成约3 cm×2 cm的矩形线圈,漆包 线在线圈的两端各伸出约3 cm。然后,用小刀刮两端引线的漆皮。用硬金属丝做两个支架,固定在硬纸板 上。两个支架分别与电池的两极相连。把线圈放在支架上,线圈下放一块强磁铁,如图所示。给线圈通电 并用手轻推一下,线圈就会不停地转下去。 (1)在漆包线两端用小刀刮去引线的漆皮,刮线的要求是 (填选项“A”或“B”)。A.两端全刮掉B.一端全部刮掉,另一端只刮半周
(2)线圈在转动过程中 能转化为 能。(3)小华组装好实验装置,接通电源后,发现线圈不能转动,写出一条可能造成该现象的原因 。
答案 (1)B(2)电 机械(或动)(3)电源电压较低(其他合理答案均可)说明:每空1分,共4分
解析 (1)将线圈两端引线的漆皮一端全部刮掉,另一端只刮半周,这样在半周内受到磁场的力的作用,另半 周内没有电流通过,不受磁场力的作用,利用惯性转动,故应选B;(2)线圈转动消耗了电能,得到了机械能;(3) 线圈不转动的原因可能有:电源电压较低、线圈处于平衡位置、轴所受阻力太大等。
考点三 电磁感应
1.(2019河北,17,2分)如图所示四个装置中工作原理与发电机相同的是 ( )
答案 C 发电机的工作原理是电磁感应。电磁起重机的工作原理是电流的磁效应,故A选项错误。司南 的工作原理是磁体在磁场中受到力的作用,故B选项错误。话筒的工作原理是电磁感应,故C选项正确。扬 声器的工作原理是利用通电导体在磁场中受力的作用,故D选项错误。
2.(2019山东青岛,6,2分)下列实验与手摇发电机工作原理相同的是 ( )
答案 C 手摇发电机是根据电磁感应原理制成的。选项A,电磁铁是利用电流的磁效应,A不符合题意;选 项B,通电线圈在磁场中扭转,是利用通电导体在磁场中受力而运动,B不符合题意;选项C,属于电磁感应原理 实验,C符合题意;选项D,属于通电导体在磁场中受力的作用,D不符合题意。故选C。
3.(2019山东潍坊,14,4分)(多选)如图所示,用绝缘细线分别将铜棒ab、cd水平悬挂,置于磁场方向竖直的蹄 形磁铁间,两铜棒间用柔软的细长导线连接成闭合回路。下列说法中正确的是 ( ) A.竖直上下移动ab,闭合回路abcd中有电流产生B.左右移动ab,cd将会运动C.ab左右移动的方向,对cd受力方向无影响D.仅调换右侧蹄形磁铁上下磁极,对cd所受磁场作用力的方向有影响
答案 BD 图中铜棒所在空间的磁场是从上方N极指向S极,所以竖直上下移动铜棒ab,没有做切割磁感线 运动,闭合回路abcd中不产生感应电流,A错误;左右移动ab,做切割磁感线运动,闭合回路abcd中有感应电流, 铜棒cd中有电流通过,cd在磁场中受到力的作用,所以会在磁场中运动,B正确;因为通电导体运动方向跟电 流方向、磁场方向都有关,感应电流的方向与切割磁感线方向有关,所以ab左右移动的方向,会对cd受力方 向有影响,C错误;调换右侧蹄形磁铁上下磁极,磁场方向改变,对cd所受磁场作用力的方向有影响,D正确。 故选B、D。
4.(2018内蒙古呼和浩特,3,2分)如图所示,关于电磁现象,下列说法正确的是 ( )
A.甲图,把小磁针放在地理赤道附近,小磁针静止时磁针N极指向地理南极附近B.乙图,通电线圈在磁场作用下转动,机械能转化为电能C.丙图,利用“电生磁”将铁钉磁化,利用安培定则可判定铁钉上端为N极D.丁图,当用力让线圈发生转动时,电流表就有电流通过,工作原理是法拉第电磁感应现象
答案 D 甲图,小磁针受地磁场作用,静止时N极指向地理北极附近,A选项错误;乙图,通电线圈在磁场作 用下转动,电能转化为机械能,B选项错误;丙图,利用安培定则判定铁钉下端为N极,所以铁钉上端为S极,C错 误;丁图,用力使线圈转动时,线圈切割磁感线产生感应电流,是电磁感应现象,D正确。故正确选项为D。
5.(2018陕西,5,2分)如图是一模拟风力发电的模型。电动机通电时,风扇a高速转动产生风力模拟自然风,风 扇b在风力作用下带动发电机发电,同时与发电机相连的小灯泡发光。下列说法正确的是 ( )A.电动机转动时把机械能转化为电能B.发电机是利用电磁感应现象工作的C.电池电压降低时,风扇a的转速不会改变D.风力大小不会影响小灯泡发光亮度
答案 B 电动机转动时,把电能转化为机械能,故A错误;发电机是利用电磁感应现象工作的,故B正确;电 池电压降低,通过风扇的电流减小,风扇转速变慢,故C错误;风力越大,发电机转速越快,产生的感应电流越 大,灯泡越亮,故D错误。
6.(2018天津,7,3分)图中的a表示垂直于纸面的一根导线,它是闭合电路的一部分。当它在磁场中按箭头方 向运动时,能产生感应电流的是 ( )
答案 C 在两个磁极中间磁感线方向从N极指向S极。A、B、D项中,导线运动方向与磁感线平行;C项 中,导线做切割磁感线运动,故只有C中可产生感应电流,故选择C。
7.(2016辽宁沈阳,20,2分)(多选)如图所示,将两个发光二极管极性相反地并联起来,并与手摇交流发电机串 联。摇动转轮,使线圈在磁场中转动,则下列说法中正确的是 ( ) A.发电机的工作原理是电流的磁效应B.线圈转动时,两个发光二极管会交替发光C.线圈转动加快,发光二极管会变得更亮D.线圈转动过程中,电能转化为机械能
答案 BC 发电机的工作原理是电磁感应现象,A项错误;交流电的电流大小和方向随时间周期性变化,由 于二极管具有单向导电性,两个发光二极管极性相反地并联在一起,在任何一个交流电的变化周期内总有 一个二极管发光,且只有一个发光,两个二极管会交替发光,B项正确;线圈转动加快,感应电流增大,所以二极 管会更亮,C项正确;发电机工作过程中,机械能转化为电能,D项错误。故选B、C。
8.(2017河南,6,2分)由金属杆组成如图所示的导轨,其中水平面上两平行导轨足够长且全部置于竖直向上的 磁场中,与倾斜放置的导轨ABCD平滑且固定连接。将一金属棒ab从倾斜导轨上一定高度由静止释放,运动 过程中始终与导轨垂直接触且不受摩擦,请你判断ab棒在水平导轨上的运动情况: ;并从能 量转化的角度简述理由: 。
答案 做减速直线运动直至静止 金属棒的动能不断转化为电能再转化为内能,直至动能为0
解析 图中金属棒和导轨组成闭合电路,金属棒在水平面上运动过程中切割磁感线会产生感应电流。电磁 感应过程中金属棒的机械能转化为闭合电路的电能,电流通过导体过程中又将电能转化为内能。当金属棒 的机械能全部转化为内能时将停止运动。
9.(2018福建A,28,4分)图是“探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件”的实验装置。闭合开关后, 导体棒、灵敏电流计、开关、导线组成闭合电路。实验观察到的现象如下表。
(1)实验时通过观察 来判断电路中是否产生感应电流。(2)由实验可知,闭合电路中的部分导体在磁场中做 运动时,电路中产生感应电流。(3)比较第4次和第 次实验可知,导体棒运动方向相同时,感应电流的方向与磁场的方向有关。(4)比较第7次和第8次实验可知 。
答案 (1)灵敏电流计指针是否偏转(2)切割磁感线(3)8(4)感应电流方向和导体棒运动方向有关
解析 (1)由题图可知,若电路中有电流产生,灵敏电流计的指针会偏转,故实验时可以通过观察灵敏电流计 的指针是否偏转来判断电路中是否产生感应电流。(2)导体棒ab所处的磁场的方向是沿竖直方向的,由表 可知,导体棒左右运动时,灵敏电流计的指针偏转,即导体做切割磁感线运动时,电路中才会产生感应电流。 (3)要判定感应电流的方向与磁场方向有关,则磁场方向应不同,而其他因素均应相同,由表知,只有第8次实 验满足条件。(4)比较第7次和第8次实验可知:磁场方向相同,导体棒运动方向不同,灵敏电流计指针偏转方 向不同,即电流的方向不同,故可知感应电流方向和导体棒运动方向有关。
考点一 磁现象和磁场
1.(2019重庆綦江一模,3)下列与电和磁有关的说法中正确的是 ( )A.验电器是利用同种电荷相互吸引的原理制成的B.儿童玩耍时可以将手指塞进插座孔C.通电螺线管磁场与条形磁铁的磁场不相似D.磁感线上某点的切线方向就是此点的磁场方向
答案 D 验电器是用来检测物体是否带电的仪器,是利用同种电荷相互排斥的原理来工作的,故A错误;手 指塞进插座孔,可能会因接触火线而触电,故B错误;通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似,故C错 误;磁感线上某点的切线方向就是此点的磁场方向,故D正确。故选D。
知识归纳 (1)验电器是根据同种电荷相互排斥的原理制成的,可以检验物体是否带电;(2)安全用电原则:不 接触低压带电体,不靠近高压带电体;(3)通电螺线管的外部磁场和条形磁体的外部磁场相类似,也是具有规 律的;(4)磁感线上某点的切线方向就是此点的磁场方向。
2.(2019江苏苏州平江中学一模,8)如图所示的四个图的装置可以用来演示物理现象,则下列表述正确的是 ( )A.图甲可用来演示电磁感应现象B.图乙可用来演示磁场对电流的作用C.图丙可用来演示电流的磁效应D.图丁可用来演示电磁铁的磁性强弱与电流大小的关系
答案 C 图甲闭合开关,导体棒通电,导体棒会受到磁场力作用而运动,故可用来演示磁场对通电导体的 作用,A项错误;图乙闭合开关,让ab棒在磁场中切割磁感线可以产生感应电流,故可以用来演示电磁感应现 象,B项错误;图丙为奥斯特实验,通过磁针偏转可知通电导线周围有磁场,故可用来演示电流的磁效应,C项 正确;图丁两个铁钉做成的电磁铁串联,电流相同,线圈匝数不同,可用来演示电磁铁的磁性强弱与线圈匝数 的关系,D项错误。
3.(2018北京西城一模,18)(多选)如图所示是磁现象的四幅示意图,其中关于小磁针指向或磁感线方向正确 的是 ( )
答案 BCD 同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,所以A中小磁针指向错误,A项错误;在磁体外部,磁感 线从磁体N极发出回到S极,故B、D项正确;地磁的南极在地理北极附近,地磁北极在地理南极附近,在磁体 外部,磁感线从N极发出回到S极,C项正确。
4.(2018北京朝阳一模,18)(多选)下列关于磁现象的说法中,正确的是 ( )A.奥斯特实验表明,通电导体周围存在磁场B.磁场中某一点的磁场方向是由放在这一点的小磁针的N极决定的C.通电线圈在磁场中受到磁场力的作用而转动时,将机械能转化为电能D.闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动,电路中就会有电流
答案 AD 奥斯特实验中导线通电时其周围的小磁针发生偏转,表明通电导体周围存在磁场,A项正确;在 磁场中某一点放一可自由转动的小磁针,小磁针静止时N极的指向就是该点的磁场方向,不管有没有小磁 针,某点的磁场方向都是一定的,B项错误;通电线圈在磁场中受到磁场力的作用而转动时,将电能转化为机 械能,C项错误;闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动,电路中就会有电流,这种现象叫电磁 感应,D项正确。
5.(2018安徽马鞍山二中一模,3)如图所示,让一条形磁铁由静止释放,当磁铁穿过线圈时,线圈中有电流产生, 不计空气阻力,则条形磁铁在下落过程中机械能 (选填“减小”、“不变”或“增加”)
答案 减小
解析 磁铁下落过程中线圈中产生感应电流,感应电流的磁场阻碍磁铁下落,有机械能转化为电能,磁铁的 机械能减小。
思路分析 条形磁铁在下落过程中,线圈中产生感应电流,该过程是电磁感应现象,即将机械能转化为电能, 也是克服阻力做功的过程。
解题关键 分析磁铁的受力情况,判断其机械能是否守恒是解题的关键。
考点二 电流的磁场
1.(2017辽宁抚顺质量检测,7)科学家经过长期研究,发现了电和磁有密切的联系,其中两项重要的科学探究 如图甲、乙所示。下列关于这两项科学探究的说法正确的是 ( )A.甲图中导体棒ab只要运动,电路中就会产生电流B.乙图中若只将磁体的两极对调,导体棒的运动方向不改变C.甲图实验探究的是电能生磁D.甲乙两图实验说明电能和机械能是可以相互转化的
答案 D 甲图实验探究的是磁能生电,导体棒ab做切割磁感线运动时产生感应电流,若导体棒ab运动方向 与磁感线平行,则不会产生感应电流,A、C项错误;乙图中若只将磁体的两极对调,导体棒运动的方向会改 变,因为导体棒受力方向与电流方向和磁场方向有关,B项错误;甲图实验说明机械能可以转化为电能,乙图 实验说明电能可以转化为机械能,故D项正确。
解题关键 能理解发电机和电动机的原理,知道区别发电机和电动机原理图的方法。
知识拓展 发电机的原理是电磁感应。电动机的原理是通电导体在磁场中受力运动。区分方法:有电源的 是电动机原理图,无电源的是发电机原理图。
2.(2019河南许昌一模,11)如图甲所示,电子沿着水平方向平行地飞过小磁针正上方时,实验表明:小磁针的N 极向纸外发生偏转。若将一通电直导线放在小磁针正上方或正下方,如图乙所示(图中只画出了通电直导 线放在小磁针正上方的情况),请你根据图甲的实验现象,判断下列分析正确的是(不考虑地磁场的影响) ( )
A.通电直导线放在小磁针正上方时,小磁针的N极向纸外发生偏转B.通电直导线放在小磁针正上方时,小磁针的N极向纸内发生偏转C.通电直导线放在小磁针正下方时,小磁针的N极向纸内发生偏转D.通电直导线放在小磁针正上方或正下方,小磁针的N极均向纸外发生偏转
答案 B 电子定向移动的方向与电流方向相反,图甲中电子从左向右运动,小磁针N极向纸外发生偏转,所 以图乙中通电导线在小磁针正上方时,电流方向从左到右,小磁针N极受力方向与图甲中相反,故N极向纸内 发生偏转,故A项错误,B项正确;通电直导线周围有环形磁场,当通电直导线放在小磁针正下方时,小磁针N 极会受到向纸外的力而向纸外发生偏转,故C、D项错误。故选择B。
易错警示 (1)规定正电荷定向移动的方向为电流方向;负电荷定向移动的方向为电流的反方向,电子带负 电荷,电子定向移动的方向与电流方向相反;(2)通电直导线周围磁场为以导线为中心的一系列的同心圆,根据安培定则可以判定在导线正上方和正下 方磁场方向相反,所以小磁针N极在导线正上方和正下方时偏转方向不同。
3.(2019陕西西工大二模,7)某同学在家庭实验室里,将甲、乙装置连接成了如图所示的通路,其中两个相同 的铜线圈处于磁场中。用外力使甲中的线圈在磁场中摆动,下列说法正确的是 ( ) A.甲类似于电动机,其原理是磁场对电流有力的作用B.甲中的线圈在运动过程中将电能转化为机械能C.乙类似于发电机,其原理是电磁感应D.乙中的线圈有电流通过,也会随着运动起来
答案 D 甲、乙连接成了闭合的电路。用外力使甲中的线圈在磁场中摆动,则甲中的线圈做切割磁感线 运动,线圈中会产生感应电流,故甲装置相当于发电机,将机械能转化为电能,故A、B项错误;甲、乙装置用 导线相连,乙中的线圈有电流通过,所以线圈在磁铁的磁场中受力而运动,故乙装置相当于电动机,其原理是 通电导线在磁场中受力运动,故C项错误,D项正确。故选择D。
4.(2018河南郑州一中模拟,6)已知垂直于磁场方向放置的通电导体棒,会受到磁场力的作用而摆动,请你推 测一下,如图所示一不计质量的电子沿着水平方向平行地飞入一竖直向上的磁场中,该电子在磁场中的运 动情况:做 (选填“直线”或“曲线”)运动;你推测的依据是: 。
答案 曲线 电子发生定向移动形成电流,电流在磁场中受力的作用
解析 通电导体棒与磁场方向垂直会受到磁场力的作用,电子发生定向移动形成电流,电流在磁场中也会 受到磁场力的作用,故电子做曲线运动。
5.(2018江苏苏州园区一模,25)如图甲所示是小明探究“通电导线在磁场中受力”的实验示意图。 甲 乙
实验现象记录如表:
(1)小明在电路中接入滑动变阻器的作用是 。(2)小明通过 的方法,来判断导线在磁场中受力方向。(3)根据表中记录的实验现象,小明正在探究导线在磁场中受力方向与 和 的关 系。(4)小明想改造甲图所示实验,来探究影响感应电流方向的因素,为此他可选用乙图中的某一仪表进行改装, 他的正确操作是 。
答案 (1)保护电路(2)观察ab运动方向(3)磁场方向 电流方向(4)断开开关,拆掉滑动变阻器,把电源换成灵敏电流计
解析 (1)滑动变阻器接入电路利用其电阻减小电路中的电流,保护电路;(2)根据导线ab运动方向来判断其受到的磁场力的方向;(3)由表中2、3次实验情况可以看出电流方向不变时,磁场方向影响受力方向;由表中2、4次实验情况可以 看出磁场方向不变时,电流方向影响了受力方向,故探究的是导线在磁场中受力方向与磁场方向和电流方 向的关系;(4)探究影响感应电流方向的因素不需要电源,由于感应电流很小,所以接入灵敏电流计,拆掉滑动变阻器。
考点三 电磁感应
1.(2019安徽合肥瑶海二模,13)超市的服装贴有磁性标签,未消磁的标签通过超市安检门时,安检门上的线圈 会产生电流,触发报警器达到防盗目的,则安检门的工作原理是 ( )A.电磁感应B.磁极间的相互作用C.通电导体周围存在磁场D.磁场对通电导体的作用
答案 A 未消磁的标签通过安检门时,安检门上的线圈会产生电流,这些信息告诉我们,磁性标签运动时 相当于线圈在磁场中做切割磁感线运动(运动是相对的),产生了感应电流,这是电磁感应现象,故选A。
2.(2019福建泉州晋江质检,15)手机无线充电方便了人们的生活,其中电磁感应无线充电是应用最多的无线 充电方案。 如图所示,它的原理是在送电线圈中通过一定频率的交流电,使线圈的周围形成交变的磁场,通 过电磁感应在受电线圈中产生一定的感应电流,从而将能量从发射端转移到接收端。下列选项中和受电线 圈工作原理相同的是 ( ) A.扬声器 B.电磁继电器C.动圈式话筒 D.电动机
答案 C 送电线圈中通过一定频率的交流电,使线圈的周围形成交变的磁场,通过电磁感应在受电线圈中 产生一定的感应电流,这是电磁感应现象;扬声器是带有声音特征的变化电流通过线圈,线圈周围产生磁场 从而受力振动,将声音还原出来,故原理为通电导体在磁场中受力运动,A项不符合题意;电磁继电器主要结 构为电磁铁,利用了电流的磁效应,B项不符合题意;动圈式话筒是讲话时声音引起线圈振动,线圈在磁场中 做切割磁感线运动产生感应电流,其原理为电磁感应,C项符合题意;电动机原理为通电导体在磁场中受力 运动,D项不符合题意。故选择C。
3.(2018广东东莞一模,13)王建同学对微风电风扇产生了兴趣,将它与小灯泡按如图所示的电路连接并进行 实验。用手快速拨动风扇叶片,这时发现小灯泡发光,有电流产生,微风电风扇居然变成了 机,此时 它的工作原理是 ,这一过程中的能量转化是 。
答案 发电 电磁感应 机械能转化为电能
解析 用手快速拨动风扇叶片,这时发现小灯泡发光,有电流产生,微风电风扇变成了发电机,其原理为电磁 感应;这一过程将机械能转化为电能。
思路分析 电风扇里的主要部件是电动机,电动机中通入电流能转动,但此题并没有给电动机通电,而用手 让电动机转动,结果产生了电流,对灯泡供电,使灯泡发光了,题中的电风扇此时相当于发电机。这说明电动 机和发电机的工作过程正好是相反的,给磁场中的线圈施力转动,就能产生电流,给磁场中的线圈通电,就能 受力转动。
知识拓展 电动机的原理是通电导体在磁场中受力转动,能量转化是电能转化为机械能;发电机的原理是 电磁感应,能量转化是机械能转化为电能。
4.(2017湖北黄冈质量监测,11)如图是一款“运动手环”,其主要部分是一段内置有一小块磁铁的密闭的空 心塑料管,管外缠绕着线圈。戴着这种手环走路时,塑料管跟着手一起运动,磁铁则在管内反复运动,线圈中 便会产生电流,液晶屏上就会显示出运动的步数。此过程利用了 的原理,将 能转化为电 能。计步的数据还可通过 传送到手机上。
答案 电磁感应 机械 电磁波
解析 密闭的空心塑料管外缠绕着线圈,磁铁在管内反复运动,线圈中会产生电流,这是电磁感应现象,这个 过程将机械能转化为电能。
5.(2019山东滨州一模,21)探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件的实验中,小明做了如图甲、乙、 丙所示的三次实验。 甲 乙 丙
(1)如图甲所示,断开开关,导体ab向右运动,电流计指针 (选填“偏转”或“不偏转”);(2)如图乙所示,导体ab在蹄形磁体中竖直向下运动,电流计指针 (选填“偏转”或“不偏转”);(3)如图丙所示,导体ab向左运动,电流计指针发生偏转,说明电路中有 产生;(4)产生感应电流时, 相当于电源;在这个实验中 能转化为了电能。
答案 (1)不偏转 (2)不偏转 (3)电流 (4)切割磁感线的导体ab 机械(动)
解析 (1)如图甲所示,导体ab向右运动,电流计指针不偏转,因为开关没有闭合;(2)如图乙所示,磁感线的方向竖直向下,导体ab竖直向下运动,电流计指针不发生偏转,因为导体没有做切割 磁感线运动;(3)如图丙所示,导体ab向左运动,导体切割磁感线,电流计指针偏转,电路中有电流产生;(4)产生感应电流时,做切割磁感线运动的导体ab相当于电源;此实验中消耗了机械能,获得了电能,是将机械 能转化为电能的过程。
一、选择题(每小题3分,共15分)1.小红梳理反思了“磁场和磁感线”相关知识,她归纳整理如下,其中正确的有 ( )①磁场看不见摸不着,但是可以借助小磁针感知它的存在②磁感线是磁体周围空间实际存在的曲线③磁感线是铁屑组成的④地磁场的磁感线是从地球南极附近发出回到北极附近A.①④ B.②③ C.①② D.②④
答案 A 可自由转动的小磁针放在磁场中会受到磁场力的作用而发生偏转,可以借助小磁针来认识磁场, ①正确;磁感线是为了描述磁场而假想出来的曲线,不是真实存在的,②错误;铁屑的排布是因为受到了磁场 力的作用,反映了磁场的分布,但铁屑不是磁感线,③错误;地磁场的磁感线从地磁场的N极发出,回到S极,地 磁场的N极在地理南极附近,地磁场的S极在地理北极附近,④正确。故选择A。
2.如图所示,是温度自动报警器的原理图,关于它以下说法中正确的是 ( ) A.温度计中的水银是绝缘体B.温度计是根据液体热胀冷缩的性质工作的C.报警器中的电磁铁运用了电流的热效应D.报警时电磁铁的左端是N极
答案 B 水银是金属,有很好的导电性能,A项错误;温度计是根据液体的热胀冷缩的性质工作的,B项正 确;报警器中的电磁铁通电后会产生磁性,利用了电流的磁效应,C项错误;根据安培定则,可以判断报警时电 磁铁右端是N极,D项错误。故选择B。
3.(2019江苏无锡锡山二模,7)如图,为闭合回路放在磁场中的线圈的一边的截面a,当它在磁场中旋转一周 时,下列说法正确的是 ( ) A.a在位置①③时有感应电流B.a在位置②④时有感应电流C.图中感应电流的方向改变一次D.a在所有位置时均有感应电流
答案 A a在位置①③时做切割磁感线运动,导体中有感应电流;在位置①③时,磁感线的方向相同,运动方 向不同,产生的感应电流的方向不同,图中感应电流的方向改变两次;故A正确、C错;在位置②时沿着磁感 线的方向运动,不切割磁感线,导体中没有感应电流;在位置④时逆着磁感线的方向运动,不切割磁感线,导体 中没有感应电流,故B、D都错。故选A。
易错警示 (1)本题考查产生感应电流的条件和影响感应电流方向的因素。闭合电路的一部分导体做切割 磁感线运动时产生感应电流的现象是电磁感应现象,产生感应电流的条件(关键六个字):①闭合、②部分、 ③切割。据此分析判断。(2)感应电流的方向与磁场方向和导体运动的方向有关。
4.(2019江苏苏州园区一模,11)如图所示是小明自制的简易电动机示意图。矩形线圈由一根漆包线绕制而 成,漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出,并作为线圈的转轴。将线圈架在两个金属支架 之间,线圈平面位于竖直面内,永磁铁置于线圈下方。为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起 来,他应将 ( )
A.左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉B.左、右转轴上、下两侧的绝缘漆都刮掉C.左转轴上侧的绝缘漆刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉D.仅将一个转轴上的绝缘漆全部刮掉
答案 A 在左、右转轴上刮漆是为了让线圈能够持续转动,起到换向器的作用;左、右转轴下侧的绝缘漆 都刮掉,刚开始线圈通电,受到磁场力开始转动,转过半圈后有绝缘漆的一面与支架之间不能通电,线圈由于 惯性转过半圈,然后继续通电转动,可以实现持续转动,A项符合题意;左、右转轴上、下侧的绝缘漆都刮掉, 刚开始线圈通电,受到磁场力开始转动,转过半圈后继续通电且电流方向不变,线圈切割磁感线的运动方向 改变,线圈受力方向改变,所以线圈不能持续转动,B项不符合题意;左转轴上侧的绝缘漆刮掉,右转轴下侧的 绝缘漆刮掉,线圈转轴始终有一侧不能通电,所以线圈不会转动,C项不符合题意;仅将一个转轴上的绝缘漆 全部刮掉,线圈上不会有电流通过,线圈不会转动,D项不符合题意。故选择A。
5.(2017湖北孝感调研,7)当你唱卡拉OK时,要用到话筒(麦克风)。图所示为动圈式话筒构造示意图。当你 对着话筒唱歌时,声音使膜片振动,与膜片相连的线圈也跟着一起振动,线圈在磁场中运动产生了电流,这样 就将声音信号转化成电信号。图所示四个实验的原理与话筒原理相同的是 ( )
答案 C 膜片振动,与膜片相连的线圈也跟着一起振动,线圈切割磁感线产生了电流,此为电磁感应现 象。A图反映了通电导体周围有磁场;B图是电动机原理图,原理是通电导体在磁场中受力运动;C图实验原 理是电磁感应;D图反映了磁体周围的磁场情况。
审题技巧 找出题目中关键语句“线圈在磁场中运动产生了电流”可知利用了电磁感应原理。
6.(2018江西赣州六校联盟联考,1)(2分)最早发现电与磁有联系的科学家是 ;而发电机是利用 制成的。
二、非选择题(共25分)
答案 奥斯特 电磁感应
解析 奥斯特把导线平行放在静止小磁针上方,通电时发现小磁针转动,断电小磁针回到原位,从而发现通 电导体周围有磁场,是最早发现电与磁有联系的科学家;闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的 运动,电路中就会有电流,这种现象叫电磁感应,发电机就是利用这个原理制成的。
7.(2019四川内江联考,22)(4分)如图所示,某物理兴趣小组的同学,用较长的软电线两端与电流表两接线柱连 接起来,两位同学手持电线分别站在地面上东、西方位,像摇跳绳一样在空中摇动电线,使电线切割地磁场 的磁感线,发现电流表指针不偏转。经检查各元件完好、连接无误。请完成下列问题。 (1)猜想电流表指针不偏转的可能原因: ;(2)写出检验你的猜想的方法: 。
答案 见解析
解析 (1)根据题意知道,两位同学在用电线切割地磁场的磁感线来产生感应电流;电流表指针不偏转可能 是由于感应电流太小,电流表的灵敏度太低,无法检测到该实验产生的微小电流; (2)检验方法是: 将电流表更换为灵敏电流计,仿照之前摇动电线的方式进行实验,观察灵敏电流计指针是 否发生偏转,若指针发生偏转,说明猜想正确;反之,说明猜想错误。
8.(2019河南重点中学摸底考,5)(2分)如图是一款能发电的魔方充电器,转动魔方时,它根据 (选填 “电流的磁效应”“电磁感应”或“通电导体在磁场中受力”)的原理发电。魔方还能通过USB端口给移 动设备充电,给移动设备充电时,魔方相当于电路中的 (选填“电源”或“用电器”)。
答案 电磁感应 电源
解析 转动魔方时,闭合电路的部分导体做切割磁感线运动,会产生感应电流,利用的是电磁感应现象;魔方 给移动设备充电时,魔方提供电能,相当于电路中的电源。
知识归纳 发电机的原理是电磁感应现象,能量转化为:机械能转化为电能。电动机的原理是通电导体在 磁场中受力运动,能量转化为:电能转化为机械能。
9.(2019安徽濉溪第一次质检,3)(2分)小亮利用课余时间制作了一个玩偶(如图);将一个磁浮玩偶稳定地“漂 浮”起来,实现“漂浮”的电路中的a点必须连接电源的 ;若要增加玩偶“漂浮”的高度,可将划片 P向 (选填“上”或“下”)移动加以调节。
答案 正极 上
解析 磁浮玩偶下端与线圈上端是同名磁极,相互排斥时,玩偶才能“漂浮”起来,故电磁铁上端为N极,根 据安培定则可知电流从下方流入线圈,所以a点连接电源正极;若要增加玩偶“漂浮”的高度,需要加大斥 力,故需要增大电流,则可变电阻的滑片要向上移动减小电阻。
10.(7分)小李同学用图甲所示装置研究感应电流产生的条件:(1)开关闭合稳定后,发现电流计指针并不偏转,当导体ab左右移动时,电流计指针发生偏转。由此他得出结 论:只要导体在磁场中运动就一定会产生感应电流。你认为这个结论是 (选填“正确”或“错 误”)的,如果你用此实验装置操作一下,说明你的操作方法以证明你的观点: 。
丙(2)小李继续让导体ab在磁场中左右摆动,发现电流计指针来回摆动,这说明在闭合电路中感应电流的方向 和导体切割磁感线的方向 (选填“有关”或“无关”)。(3)为了证实“磁生电”的条件,小李同学将绕在条形磁铁上的线圈与电流计组成一闭合电路,如图乙所 示。闭合开关稳定后,该同学观察到电流计的指针 (选填“偏转”或“不偏转”)。(4)小李同学看见一幅漫画如图丙所示,某男士拿一条形磁铁在由线圈和家用电吹风组成的闭合电路中来
回运动,电吹风中 (选填“有”或“无”)电流通过,该电吹风 (选填“能”或“不能”)正 常工作,图中女士头发被电吹风吹起是 (选填“可信”或“不可信”)的。
答案 (1)错误 导体ab沿竖直方向移动,观察到电流计指针不会发生偏转(2)有关(3)不偏转(4)有 不能 不可信
解析 (1)闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动才会产生感应电流,让导体ab沿竖直方向移动,导体ab 没有切割磁感线,不会产生感应电流,说明结论错误;(2)导体ab在磁场中左右摆动,发现电流计指针来回摆动,说明电流的方向与导体切割磁感线的方向有关;(3)线圈绕在磁铁上,线圈没有做切割磁感线运动,所以不会产生感应电流。(4)条形磁铁在由线圈和家用电吹风组成的闭合电路中来回运动,相当于闭合电路的一部分导体在磁场中 做切割磁感线运动,所以会产生感应电流,产生的感应电流很小,电吹风不能工作,故图中女士头发被电吹风 吹起是不可信的。
11.(2019陕西西安行知中学一模,33)(8分)随着人民生活水平的不断提高,汽车已经走进我们的家庭。小明 的爸爸最近也购买了一辆轿车。请完成下列几个与汽车有关的问题。 (1)请在图中用笔画线代替导线将汽车的启动原理图连接完整。[说明:当钥匙插入仪表板上的钥匙孔并转 动(相当于闭合开关),电动机(M)工作,启动轿车;电磁铁的工作电压小于电动机的工作电压](2)电路接通后,电磁铁的上端是 (选填“N”或“S”)极。
(3)若轿车在公路上以108 km/h的速度匀速直线行驶2小时,已知该汽车行驶时每公里消耗汽油0.1 L。已知 汽油的热值为3×107 J/L,轿车行驶过程中,汽油完全燃烧产生的内能有30%转化为轿车前进时克服摩擦力所 需的能量。求:①行驶2小时轿车通过的路程。②这2小时消耗汽油多少升。③在上述行驶过程中受到的牵引力是多大。
答案 (1)见解析图 (2)N (3)900 N
解析 (1)转动钥匙时电磁铁通电产生磁性,钥匙相当于开关,与电磁铁串联,所以将电源、钥匙、电磁铁串 联起来如图所示; (2)根据连接的电路可知电流从下方流入电磁铁,所以根据安培定则可判断线圈上端为N极;(3)①s=vt=108 km/h×2 h=216 km②V=0.1 L/km×216 km=21.6 L
③W=Fs=30%Q=30%qV=30%×21.6 L×3×107 J/L=1.944×108 JF= = =900 N
考点一 磁现象和磁场
A组 2019年全国中考题组
1.(2019湖北武汉,17,3分)如图所示,在探究通电螺线管外部的磁场分布的实验中,开关闭合后,下列说法正确 的是 ( )A.小磁针甲静止时N极指向右端,小磁针乙静止时N极指向左端B.小磁针甲静止时N极指向左端,小磁针乙静止时N极指向右端C.小磁针甲和小磁针乙静止时N极均指向右端D.小磁针甲和小磁针乙静止时N极均指向左端
答案 B 开关闭合后,根据安培定则可知,通电螺线管的右端为N极,左端为S极,静止时小磁针的N极指向 磁场方向,由此可知,小磁针乙的N极指向右,S极指向左;小磁针甲的N极指向左,S极指向右。综上分析可知 A、C、D错,B正确。
解题关键 通电螺线管产生的磁场与条形磁体的磁场类似,解这种类型题目的关键是熟练掌握安培定则。
方法技巧 解答这类问题时,应先标出电流方向,再利用安培定则判断出通电螺线管极性,从而判断磁场的 方向,最后根据磁场的方向判断小磁针N极的指向。
2.(2019湖北黄冈,2,3分)下列有关电和磁的判断,正确的是 ( )A.通电导体周围存在磁场B.磁场是由磁感线组成的C.互相摩擦的两个物体带同种电荷D.摩擦起电实质是创造了电荷
答案 A 通电导体的周围存在磁场,故A正确;磁感线是假想的曲线,磁感线可以形象地描述磁场,但是磁 场不是由磁感线组成的,故B错误;互相摩擦的两个物体必然有一个失去电子,另一个得到电子,两个物体带 异种电荷,故C错误;摩擦起电的实质是电荷的转移,不是创造了电荷,故D错误。
易错点拨 本题易错点是摩擦起电的实质,摩擦起电的实质是电子的转移,不是创造了电荷。
知识归纳 (1)磁场是真实存在的,磁感线是假想的,磁感线可以形象地描述磁场;(2)两个相互摩擦的物体带异种电荷。
3.(2019内蒙古呼和浩特,9,3分)(多选)下列说法正确的是 ( )A.丹麦物理学家奥斯特,是世界上第一个发现电与磁之间联系的科学家B.我国未来的航母将采用自行研制的电磁弹射器,电磁弹射器的弹射车与飞机前轮连接,并处于强磁场中, 当弹射车内的导体通以强电流时,舰载机受到强大推力而快速起飞。电磁弹射器的工作原理与发电机的工 作原理是一致的C.电磁波的频率越高,波长越短D.航母核反应堆是通过可以控制的核裂变反应释放核能的设备
答案 ACD 丹麦物理学家奥斯特发现通电导线周围存在磁场,是第一个发现由电可以产生磁的科学家,A 项正确;弹射车处于磁场内,通以强电流时,舰载机受到强大推力而起飞,可见利用的原理是通电导体在磁场 中受力而运动,与发电机的工作原理不同,B项错误;电磁波在真空中波速相同,由c=λf可知,f越高,λ越短,C项 正确;核反应堆是利用裂变释放核能的设备,D项正确。
4.(2019江西,8,2分)如图所示,是利用被磁化的缝衣针制成的简易指南针。若静止时针尖指向地理位置的北 方,则针尖是简易指南针的 极。此时,将指南针底座逆时针旋转90°,针尖静止时将指向地理位置的 方。
答案 N(或北) 北
解析 根据磁体磁极的定义,指南针静止时,指向地理位置的北方的磁极叫北极。指南针静止后针尖的指 向不会随底座的转动而变化。
解题关键 熟知磁体磁极的定义是本题的解题关键。
5.(2019四川成都,A19,4分)如图所示,用细线悬挂的磁体AB,磁极未知。当闭合电路开关S后,磁体的B端与通 电螺线管左端相互排斥,则B端是磁体的 极。断开开关S,磁体静止时,B端会指向地理的 (选填“北方”或“南方”)。
答案 北 北方
解析 电流从电源正极流出,根据安培定则可以判断通电螺线管左端为N极,磁体的B端与通电螺线管左端 相互排斥,故B端为磁体北极;断开开关S,磁体在地磁场作用下会静止在南北方向,磁体B端会指向地磁S极, 故会指向地理的北方。
知识归纳 1.安培定则:用右手握住螺线管,让四指指向螺线管中电流的方向,则拇指所指的那端就是螺线 管的N极。2.同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。3.地磁场的N极在地理南极附近,地磁场的S极在地理北极附近;磁体受地磁场作用而静止,此时磁体两端指 向地磁南北极。
考点二 电流的磁场
1.(2019广西北部湾经济区,13,2分)我国的新型航母将采用自行研制的电磁弹射器。小明猜想它的工作原 理如图所示,电磁弹射器的弹射车与飞机前轮连接,并处于强磁场中,当弹射车内的导体通过强电流时,即可 受到强大的推力。小明的猜想与下列实验原理相同的是 ( )
答案 C A是小磁针与磁体间的作用;B是电磁铁对回形针的作用;C是通电导线在磁场中受到力的作用, 属于电动机原理;D是电磁感应现象,属于发电机原理。根据题意,当弹射车内的导体通过强电流时,受到强 大的推力,与电动机原理相同,故选C。
2.(2019黑龙江齐齐哈尔,8,2分)如图所示是动圈式话筒和扬声器的构造示意图。讲话时的声音使膜片振动, 与之相连的线圈也跟着一起振动,线圈中产生随声音变化的电流。变化的电流通过扬声器的线圈,线圈就 会在磁场中来回振动,带动纸盆也来回振动发出声音。根据以上叙述思考,下列说法正确的是 ( )A.扬声器的线圈振动是因为通电导线在磁场中受到力的作用B.动圈式话筒是把电能转化成机械能的一种装置C.电风扇的工作原理与动圈式话筒的工作原理相同D.扬声器的工作原理是法拉第发现的电磁感应现象
答案 A 随着声音变化的电流进入扬声器,扬声器线圈周围产生磁场,所以线圈会受到永久磁体的作用而 振动,A项正确;讲话时空气振动引起膜片振动,使话筒中的线圈在磁场中做切割磁感线运动,产生感应电流, 因此动圈式话筒是把机械能转化为电能的一种装置,B项错误;电风扇工作时将电能转化为机械能,与话筒 工作原理不同,C项错误;扬声器工作原理为通电导线在磁场中受力运动,D项错误。故选A。
3.(2019安徽,15,3分)直线电流周围磁场的磁感线分布和磁场方向的判定方法如图所示。将一枚转动灵活 的小磁针放在水平放置的直导线正下方,直导线通电的瞬间 ( )A.若电流方向从南向北,则小磁针顺时针偏转B.若电流方向从北向南,则小磁针逆时针偏转C.若电流方向从东向西,则小磁针不发生偏转D.若电流方向从西向东,则小磁针不发生偏转
答案 D 由于地磁场的作用,小磁针静止时N极指向地球的北极,小磁针N极受力方向就是磁场方向。如 果电流方向是从南向北,根据题目判定方法可知在导线正下方的磁场方向应该是从东向西,所以小磁针将 会逆时针偏转;反之将会顺时针偏转,故A、B错误。如果电流方向从东向西,根据题图判定方法可知在导线 正下方的磁场方向应该是从北向南,则小磁针将发生180°偏转,故C错误;若电流方向从西向东,根据题图判 定方法可知在导线正下方的磁场方向应该是从南向北,此时小磁针的N极的指向与磁场方向一致,小磁针不 发生偏转,故D正确。综合分析本题选D。
答题技巧 本题考查三维空间想象能力,正确识别电流、磁场和受力三个方向对学生来说是一个挑战,可 以在草稿纸上画出俯视图进行逐项分析。
知识拓展 本实验考查的知识点是奥斯特实验,导线放置的方向决定了实验能否成功。在实验中应当使导 线在水平方向上与小磁针垂直放置。
4.(2019广东广州,10,3分)图中, 表示导线中的电流方向垂直于纸面向里, 表示导线中的电流方向垂直于纸面向外。F是磁场对通电导线的作用力。下列哪个选项中,磁场对通电导线的作用力与图8中F的方向相 同( )
答案 B D项中螺线管的导线中无电流通过,无磁场产生,故D错误。其余选项中螺线管的导线绕法是一 致的,则产生的磁场方向只与线圈内的电流方向有关。B项中导线处的磁场方向相反,导线里的电流方向也 相反,所以B项中的导线受力方向与F的方向相同,故B正确。
5.(2019重庆A,9,2分)英国物理学家法拉第发现了 现象,利用这个原理制成了 (选填“发电 机”或“电动机”)。
答案 电磁感应(磁生电) 发电机
解析 法拉第发现了电磁感应现象,利用这一原理制成了发电机。
考点三 电磁感应
1.(2019江西,15,3分)如图所示,是小安同学自制的一个实验装置。他把带绝缘层的导线绕在塑料管外,导线 两端连接着小灯泡,形成闭合电路,管内封闭一个强磁体。沿图中所示方向来回快速摇动装置,小灯泡发 光。以下说法正确的是 ( ) A.灯丝中电流方向保持不变B.实验现象表明电能够生磁C.该现象属于电磁感应现象D.此装置与电动机原理相同
答案 C 因小安同学来回摇动装置,可知管内强磁体的运动方向在不断改变,即相当于切割磁感线的方向 在不断发生改变,根据电磁感应原理可知,灯丝中的电流方向也随之发生改变,故A错误;实验电路中没有外 在的电源,因此不存在电生磁情况,故B错误;此过程中由于把带绝缘层的导线绕在塑料管外,导线两端连接 着小灯泡,形成闭合电路,管内的强磁体在快速来回运动,相当于闭合电路中的一部分导体在做切割磁感线 运动,产生感应电流,因此该现象属于电磁感应现象,C正确;电动机的工作原理是通电导体在磁场中受到力 的作用,与此实验原理完全不同,D错误。故选C。
解题关键 解题的关键是要明确电磁感应原理与通电导体在磁场中受力原理的区别。该实验中感应电流 的方向与磁体运动的方向有关,快速摇动装置,则磁体运动的方向在不断改变,因此电流的方向也会发生改 变,本装置中并未通电,因此不是电生磁。
一题多解 可以从能量转化的角度来分析,机械能转化为电能为电磁感应,电能转化为机械能则为通电导 体在磁场中受到力的作用。
2.(2019天津,8,3分)利用如图所示的装置,可以进行的实验是 ( ) A.探究通电螺线管外部磁场的方向B.探究通电导体在磁场中受力情况C.探究电磁铁磁性强弱与哪些因素有关D.探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件
答案 D 由图可知导体ab在磁场中运动,通过灵敏电流计可判断是否产生感应电流,所以,此装置可探究 导体在磁场中运动时产生感应电流的条件,D正确。图中没有电源,所以A、B、C错误。
3.(2019河南,6,2分)如图所示,一轻杆左端挂一矩形塑料框A,右端挂一外形相同的金属框B,以O为支点在水 平位置静止。现使此装置竖直匀速下降,其下方有一方向垂直纸面向里的磁场区域(用“×”表示磁感线), 当A、B框下端一同刚进入磁场时,发现杆沿逆时针方向转动,请你分析并推测此现象产生的原因: ;若将磁场方向改为垂直纸面向外,重复上述操作,杆将沿 (选填“顺时针”或“逆时针”)方向转动。
答案 金属框下端进入磁场时,切割磁感线产生感应电流,受到向上的磁场力 逆时针
解析 杠杆下降过程中,右侧金属框B进入磁场中会切割磁感线而产生感应电流,而左侧的塑料框不会。电 流在磁场中会受到力的作用,磁场力作用在原来平衡的杠杆上,会破坏杠杆的平衡状态而转动。由于杠杆 沿逆时针方向转动,所以磁场对通电导体的作用力方向是向上的。当导体切割磁感线运动的方向不变时, 磁场方向改变则感应电流方向也改变。而磁场对通电导体作用力的方向与磁场方向和电流方向都有关,所 以当磁场和金属框中电流方向都反向时,受到的磁场作用力方向不变,杠杆仍然会沿逆时针方向转动。
解题关键 本题重点考查学生的推理能力和分析能力。分析题中装置的工作原理并建立物理模型及正确 运用相互作用观念是解决问题的关键。
易错警示 考生容易只考虑到磁场对感应电流的影响或对电流作用力的影响一方面,考虑不全面会错误判 断杆转动方向。
4.(2019湖北武汉,25,3分)某同学利用如图所示的实验装置探究什么情况下磁可以生电。 (1)实验时应将电流表、导线ab串联起来组成 回路。(2)该同学进行以下尝试,能使电流表指针偏转的是 (填字母标号)。A.导线ab在磁场中静止,换用磁性更强的蹄形磁体B.导线在磁场中静止,但不用单根导线ab,而用匝数很多的线圈C.蹄形磁体静止,导线ab从图中所示位置水平向左或水平向右运动D.蹄形磁体静止,导线ab从图中所示位置竖直向上或竖直向下运动
E.蹄形磁体静止,导线ab从图中所示位置斜向上或斜向下运动
(3)如图所示的实验装置中,将电流表换成 进行触接,还可以探究电动机的工作原理。
答案 (1)闭合 (2)CE (3)电源
解析 (1)只有组成闭合回路,电路中才可能形成持续电流。(2)闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时,电路中产生感应电流,电流表的指针才发生偏转。图中导 线ab所在位置的磁场方向由上向下。A.导线ab在磁场中静止,换用磁性更强的磁体,ab没有做切割磁感线 运动,不能产生感应电流;B.换成多匝线圈,没有运动,也不能产生感应电流;C.导线ab从图中的位置水平向左 或水平向右运动都可以切割磁感线,可以产生感应电流;D.导线ab从图中的位置竖直向上或竖直向下运动 都不能切割磁感线,不会产生感应电流;E.导线ab从图中的位置斜向上或斜向下运动都可以切割磁感线,可 以产生感应电流。综合分析,能使电流表指针偏转的只有C和E。(3)电动机的原理是磁场对通电导体有力的作用,因此应该把电流表换成电源。
考点一 磁现象和磁场
B组 2015—2018年全国中考题组
1.(2018四川绵阳,10,3分)指南针是我国四大发明之一,《论衡》记载:司南之杓,投之于地,其柢指南。如图 所示的司南放在水平光滑的“地盘”上,静止时它的长柄指向南方。司南长柄所指方向是 ( ) A.地理南极,地磁北极 B.地理南极,地磁南极C.地理北极,地磁北极 D.地理北极,地磁南极
答案 A 地球本身是一个大磁体,司南是用天然磁石磨制成的勺子,其实它就是一磁体,其长柄是南极(S 极),在地磁场作用下,其静止时长柄指向南方,异名磁极相互吸引,所以地磁的北极在地理的南极附近。 故B、C、D错误,A正确。
2.(2018河北,20,3分)(多选)下列有关电与磁的说法正确的是 ( )A.磁感线是用来形象描述磁场的,并不真实存在B.悬吊着的小磁针静止时N极指向地理南极附近C.法拉第在世界上第一个发现了电与磁之间的联系D.电磁继电器是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关
答案 AD 磁感线可以形象地描述磁场,但不是真实存在的,A正确;悬吊着的小磁针静止时N极指向地理 的北极附近,故B错误;奥斯特第一个发现了电和磁之间的联系,故C错误;电磁继电器是利用电磁铁来控制 工作电路的一种开关,故D正确。
3.(2017湖南衡阳,22,2分)如图所示,闭合开关后,根据小磁针静止时的指向,可以判断出电源的左端是 极(选填“正”或“负”),条形磁体的右端是 极(选填“N”或“S”)。
答案 正 S
解析 根据小磁针静止时N极指向可知,小磁针所在位置的磁场方向向上,该处的磁场特点与两磁体的N极 相互靠近时的磁场一致,由此判断出条形磁体左端为N极,右端为S极; 通电螺线管右端为N极,左端为S极,根据安培定则可以判断出螺线管中电流为“左进右出”,所以电源左端 是正极。
解题关键 了解不同磁体的磁场分布特点,在磁体外部,磁感线从N极出发回到S极,会用安培定则将电流方 向、绕线方式和通电螺线管两端的极性联系起来。
考点二 电流的磁场
1.(2018广东深圳,25,1.5分)我国航母舰载机起飞将采用自行研制的电磁弹射器。电磁弹射器的弹射车与舰 载机前轮连接,并处于强磁场中,当弹射车的导体有强电流通过时,就可以受到强大的推力。下列各图中与 弹射车工作原理一致的是 ( )
答案 A 由题意可知弹射车工作原理是通电导体在磁场中受力而运动。电风扇的主要部件是电动机,是 利用通电导体在磁场中受力而运动的原理工作的,A对;手摇发电机的工作原理是电磁感应现象,B错;电热 水壶是利用电流的热效应来工作的,C错;电磁起重机是利用电磁铁工作的,D错。
2.(2016内蒙古呼和浩特,3,2分)如图所示,下列说法中错误的是 ( )A.这是模拟奥斯特实验的一个场景B.图示实验说明了通电导线周围存在磁场C.将电池正负极对调后,重新闭合电路,小磁针偏转方向改变D.将图中导线断开,小磁针N极将指向地磁场的北极
答案 D 将图中导线断开,小磁针N极受地磁场作用,将指向地磁场的南极,D项错误。
温馨提示 导线通电时小磁针发生偏转,说明通电导线周围有磁场,这个实验现象是丹麦物理学家奥斯特 最先发现的,故称为奥斯特实验。
知识拓展 1820年丹麦物理学家奥斯特发现通电导线周围有磁场。磁场方向和电流方向有关,磁场方向与 电流方向的关系可以由安培定则来判定。
3.(2018重庆A,9,2分)丹麦物理学家 首先发现了电与磁之间存在本质联系,生产生活中的 (选填“电磁起重机”“台灯”或“电热毯”)主要是利用电流磁效应工作的。
答案 奥斯特 电磁起重机
解析 丹麦物理学家奥斯特首先发现了通电导体周围存在着磁场,从而发现了电和磁之间的联系;电磁起 重机主要是利用电流磁效应来工作的,电热毯主要是利用电流的热效应来工作的。
4.(2018湖北武汉,25,4分)图甲是“探究通电螺线管外部的磁场分布”的实验装置。 甲(1)为了使通电螺线管的磁场 ,可以在螺线管中插入一根铁棒。(2)闭合开关,小磁针A静止后的指向如图甲所示,小磁针的左端为 极。在通电螺线管四周不同位置 摆放多枚小磁针后,我们会发现通电螺线管外部的磁场与 磁体的磁场相似。(3)如果把一根导线绕成螺线管,再在螺线管内插入铁芯,就制成了一个电磁铁。图乙所示的实例中没有应 用到电磁铁的是 (填实例名称)。
乙
答案 (1)加强 (2)S 条形 (3)动圈式话筒
解析 (1)在通电螺线管中插入铁棒,可以使通电螺线管的磁场增强。(2)应用右手螺旋定则可以判定通电 螺线管的左端为N极,根据磁极间的相互作用规律可以判定小磁针的左端为S极。根据实验可知通电螺线 管外部磁场的形状与条形磁体的形状相似。(3)图乙中电铃、水位自动报警器都使用了电磁铁,而动圈式 话筒应用的是电磁感应原理,其内部只有永久磁体,而无电磁铁。
考点三 电磁感应
1.(2018四川成都,A12,2分)关于图所示实验,下列说法正确的是( ) A.用该装置可探究“让通电导体在磁场中动起来”B.法拉第根据该实验揭示的原理发明了电动机C.导体ab竖直向上运动时,灵敏电流表指针偏转D.导体ab水平向左运动时,灵敏电流表指针偏转
答案 D 题图是探究电磁感应现象(磁生电)的实验装置图,法拉第根据该实验揭示的原理发明了发电机, 所以A、B错误;电磁感应现象中闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动,会产生感应电流。导体ab上下 运动,未切割磁感线,没有感应电流产生,故C错误;导体ab向左运动切割磁感线,产生感应电流,故D正确。
易错警示 发电机和电动机的原理图不要混淆,发电机中没有电源,电动机中有电源。
解题关键 知道并理解电与磁中的实验过程和实验装置、实验用途等是解决该题的关键。
2.(2017内蒙古呼和浩特,6,2分)在科学研究的道路上经常会出现令人惋惜的遗憾。例如1825年日内瓦年轻 物理学家科拉顿一个人在研究电磁现象时,其类似的实验装置如图甲所示,示意图如图乙。为避免磁铁的 磁场对小磁针的作用,把实验装置放在两个房间,在右边房间里把磁铁反复插入线圈,然后科拉顿跑到左边 房间里观察,结果没有看到小磁针偏转。下列说法中正确的是 ( ) 甲 乙
答案 D 实验过程中,把磁铁反复插入线圈,发生了电磁感应现象,A错误;通电导线周围产生磁场的现象 叫电流的磁效应,B错误;科拉顿没有看到小磁针偏转是因为他跑到另一房间时,产生的电流已经消失,C错 误,D正确。
A.该实验过程中没有发生电磁感应现象B.通电导线周围产生磁场的现象叫电磁感应现象C.科拉顿没看到小磁针偏转,是因为线圈中没有产生电流,所以看不到小磁针偏转D.科拉顿没看到小磁针偏转,是因为当他切割完磁感线再跑到另一个房间时,线圈中产生的电流已经消失, 所以小磁针也停止偏转
3.(2016陕西,6,2分)下列图中的实验反映了发电机工作原理的是 ( )
答案 D A选项验证的是通电导线周围存在磁场,则A不符合题意;B选项说明电磁铁的磁性强弱和线圈 的匝数有关,在电流相同时,线圈匝数越多,磁性越强,则B不符合题意;C选项有电源,是电动机的工作原理,则 C不符合题意;D是线圈在磁场中做切割磁感线运动,产生电流,是发电机的工作原理,则D正确。
易错警示 电动机和发电机原理图易混淆。电动机应该是“先有电才能动”,故电路中有电源的为电动机 原理图,无电源的为发电机原理图。
知识归纳 (1)奥斯特实验说明通电导线周围有磁场,电流的磁场方向与电流方向有关。(2)带铁芯的螺线管是电磁铁,电磁铁磁性有无与通断电有关;磁性强弱与电流大小和线圈匝数有关;N、S极 位置与电流方向有关。
4.(2016新疆乌鲁木齐,12,9分)“重力电灯”是一种依靠重力做功产生电能的环保型电源。如图,在使用过程中,首先由人将沙袋举高,使人的生物能转化为沙袋的重力势能,然后沙袋通过减速器匀速下落带动发电机发电,点亮灯泡。(1)发电机是“重力电灯”的核心部件之一,发电机中的线圈在磁场中 磁感线产生电流,这种电流是 电(选填“直流”或“交流”)。发电的过程属于 (选填“电生磁”或“磁生电”),这个过程将 能转化为电能。(2)“重力电灯”灯泡的额定功率为1 W,额定电压为2 V,则该灯泡正常工作时电流为 A,它工作 h消耗0.01度的电能。(3)将一个重为400 N的沙袋举高1.8 m后从静止开始释放至落地,重力做功 J。调节减速器,让沙袋 匀速下落,且沙袋下落过程中重力势能减小量的80%转化为灯泡的电能,此时发电机的输出电压恰为灯泡的 额定电压,则一次举高沙袋能让额定功率为1 W灯泡正常发光 s,此时沙袋通过减速器匀速下落的 速度为 m/s。
答案 (1)切割 交流 磁生电 机械(重力势)(2)0.5 10(3)720 576 3.125×10-3
考点一 磁现象和磁场
C组 教师专用题组
1.(2019福建,1,2分)最早发现通电导体周围存在磁场的物理学家是 ( )A.焦耳 B.欧姆 C.安培 D.奥斯特
答案 D 焦耳的主要贡献是提出电流通过导体产生热量的定律即焦耳定律,A错误;欧姆的主要贡献是发 现电流与电压、电阻之间的关系即欧姆定律,B错误;安培的主要贡献是发现了安培定则,发现了电流的相 互作用规律,发明了电流计,以及提出了分子电流假说,C错误;奥斯特的主要贡献是通过实验(奥斯特实验) 发现了通电导体周围存在磁场,D正确。
解题关键 根据所学知识,知道各物理学家的主要贡献是正确解答本题的关键。
2.(2017北京,17,2分)(多选)下列说法中正确的是 ( )A.用磁感线可以描述磁场的强弱B.只要导体在磁场中运动,该导体中就会产生感应电流C.通电导体产生的磁场的方向与通过该导体的电流方向有关D.利用撒在磁体周围的铁屑可以判断该磁体周围各点的磁场方向
答案 AC 磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向,A正确;闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁 感线运动时,导体中才会产生感应电流,B错误;通电导体产生的磁场的方向与通过该导体的电流方向有关, C正确;利用撒在磁体周围的铁屑可以判断该磁体周围磁感线的形状,不能判断出磁场的方向,D错误,故 选A、C。
易错警示 利用撒在磁体周围的铁屑可以判断该磁体周围磁感线的形状,不能判断出磁场的方向,因为铁 屑不像小磁针标有N、S极。
3.(2015新疆乌鲁木齐,3,3分)指南针是我国四大发明之一。关于指南针,下列说法正确的是 ( )A.指南针可以仅具有一个磁极B.指南针的指向不会受附近磁铁块的干扰C.指南针能够指南北,说明地球具有磁场D.指南针所指的南北方向与地理的两极是重合的
答案 C 指南针是一个磁体,磁体都有两个磁极,故A错误;指南针的周围有其他磁体时,其产生的磁场会 干扰指南针,而使指南针不一定指向南北方向,故B错误;指南针能够指南 北,说明地球具有磁场,故C正确;磁偏角说明地理南北极与地磁南北极并不重合,故D错误。
4.(2017陕西,5,2分)关于图中所示的通电螺线管,下列说法正确的是 ( ) A.通电螺线管的右端是S极B.只对调电源正负极,通电螺线管的磁场方向不发生改变C.通电螺线管的外部磁感线是从S极发出回到N极的D.当滑动变阻器的滑片向右移动时,通电螺线管的磁性增强
答案 D 用右手的四指弯向通电螺线管的电流方向,则拇指指向其N极;改变电流方向,通电螺线管的磁场 方向也会改变;通电螺线管外部磁感线从N极出发,回到S极;滑片向右移动,电流增大,通电螺线管磁性增强, 故选D。
解题关键 通电螺线管周围磁场类似于条形磁体周围的磁场,其方向的判断可借助于安培定则,磁场方向 与电流方向有关,磁场强弱与电流大小有关。
5.(2017河北,16,2分)如图所示,甲、乙、丙、丁是四幅实验图。下列说法正确的是 ( )
A.甲实验说明同名磁极相互吸引,异名磁极相互排斥B.乙实验说明闭合电路中的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中就产生电流C.丙实验说明利用磁场可以产生电流D.丁实验说明机械能可以转化为电能
答案 B 甲实验说明同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,故A错误;乙实验为电磁感应现象,闭合电路 的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中就产生电流,故B正确;丙为奥斯特实验,说明电流周围 存在磁场,故C错误;丁实验说明磁场对电流有力的作用,是将电能转化为机械能,故D错误。
审题技巧 观察图片链接其涉及的知识点,再结合选项判断其正误。
解题关键 熟悉电磁学中几个基础实验的装置及其说明的物理规律,并注意区分它们的异同点。
6.(2016河南,1,2分)中华民族有着悠久的文明历史,古代就有许多对自然现象的观察和记载。“司南之杓, 投之于地,其柢指南”是由于受到 的作用;“削冰令圆,举以向日,可生火”是由于凸透镜对光具有 作用。
答案 地磁场 会聚
解析 题中表述的是我国四大发明之一的司南。“杓”(磁勺)是用磁石做成的,静止时“柢”(勺柄)指向 南方,这是因为其受到了地磁场的作用。削冰取火是利用冰制成的凸透镜可以将太阳光会聚在焦点处,会 聚的太阳光的能量可以引火。
7.(2016山西,39,3分)如图所示是小梦从市场上买来的磁铁魔术玩具,它呈橄榄球形。两个橄榄球形磁铁抛 起来后,在空中就会相互吸引、碰撞,发出类似蛇叫的清脆响声,故又名“响尾蛇蛋”。小梦想知道这个磁 铁的磁极在哪儿呢?请你设计实验帮助小梦解决问题。 (1)写出你选用的实验器材: ;(2)简述实验过程及现象: 。
答案 (1)橄榄球形磁铁 一盒大头针(1分)(2)把橄榄球形磁铁放在大头针盒里翻转几下,拿出来观察,吸引大头针个数最多的两个部位就是该橄榄球 形磁铁的磁极(2分)(开放性试题,方法合理即可)
解析 磁性物质可以吸引铁、钴、镍等物质。磁极处的磁性最强,吸引大头针数目较多,通过观察吸引大 头针数目的多少,即可确定磁极位置。
审题技巧 “小梦想知道这个磁铁的磁极在哪儿呢?”这句话体现出探究的目的,设计实验要围绕目的展 开。磁极有什么特点呢?磁性强,吸引大头针数目多。
答题规范 实验过程要规范描述,判断方法要有说明,否则会减分。
解题技巧 中考中设计性实验题的题目大多是以课本知识为基础,在解决此类问题时,要利用学过的知识 和实验探究方法,分析并找到解决问题的途径。解此类问题要灵活运用学过的知识,可先从自己熟悉的器 材和实验方法入手,只要实验设计符合题目要求,所用的器材越少越好,步骤越简单越好。
考点二 电流的磁场
1.(2018内蒙古包头,5,3分)下列说法正确的是 ( )
A.图甲中磁铁静止时A端总是指向地理北方,则A端是磁铁的北极B.图乙为动圈式话筒的结构示意图,它的工作原理是磁场对电流的作用C.图丙为水位自动报警器,当水位上升到金属块A时,红灯不亮绿灯亮D.图丁所示的现象中,同时工作的用电器过多不会使家庭电路电流过大
答案 A 将磁铁悬挂起来,静止后,指向地理北方的是磁体的北极,指向地理南方的是磁体的南极,A正确; 图乙中的动圈式话筒的工作原理是电磁感应,B错误;图丙中,当水位上升到金属块A时,电磁铁通电,将衔铁 吸下,动触点与下方的静触点接触,红灯的电路接通,红灯亮,绿灯不亮,C错误;家庭电路电流过大的原因之一 是用电器的总功率过大,当同时工作的用电器过多时,用电器的总功率就有可能过大,会使家庭电路电流过 大,D错误。故选A。
2.(2018黑龙江齐齐哈尔,7,2分)如图所示,四个电磁学实验的应用,下列说法不正确的是 ( )A.电磁铁是利用甲图中的实验原理工作的B.发电机与乙图的工作原理相同C.丙图是探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系D.丁图把电能转化为机械能
答案 C 甲图表明电流周围存在磁场,电磁铁是利用这个原理工作的,A项正确;乙图AB棒做切割磁感线 运动产生电流,是发电机原理,B项正确;丙图A、B两线圈通过的电流相同,匝数不同,是探究电磁铁磁性强弱 与线圈匝数的关系,C项错误;丁图为扬声器,通过线圈的电流反复变化,线圈带动纸盆振动发出声音,是电能 转化成机械能,D项正确。故选C。
3.(2016湖南长沙,24,3分)现代武器中有一种新型电磁炮,它是利用电磁技术制成的一种先进武器,具有速度 快、命中率高等特点,其原理是利用磁场对通电导体的作用。下图中与此工作原理相同的是 ( )
答案 B 电磁炮是利用通电导体在磁场中受到力的作用的原理来实现发射炮弹的,这是电动机的原理。 电热壶是利用电流的热效应工作的,A项错误;B项是电动机原理图,即磁场对通电导体有力的作用,B项正 确;C项是发电机原理,即电磁感应现象,C项错误;D项是电磁继电器,是利用电流的磁效应来工作的,D项错 误。
4.(2018江西,15,3分)消防应急灯在没有停电时,灯是熄灭的;停电时,标有“36 V”字样的两盏灯就会正常发 光。如图所示的电路中符合要求的是 ( )
答案 C 应急灯上标有的“36 V”字样表示其额定电压是36 V,图中电路给应急灯提供的电压是36 V,要 让两灯都能正常发光,则两盏灯应当并联,所以排除B项。家庭电路的电压为220 V,所以题图中的家庭照明 电路给电磁铁提供电流。断电时,电磁铁会失去磁性,分析联动装置可以发现:A项在停电时上面灯亮,不停 电时下面灯亮,不符合要求;C项中没有停电时应急灯电路被切断,停电时,应急灯电路接通,所以C项符合要 求;D项中不停电时两盏灯亮,停电时反而不亮,所以D项不符合要求。
5.(2019湖北黄冈,11,3分)如图所示是某车间自动除尘装置的简化电路图。空气中尘埃量较少时,光源发出 来的光被挡板挡住了。当空气中尘埃量达到一定值时,由于尘埃的反射,部分光越过挡板射到光敏电阻上, 光敏电阻的阻值 ,电路中的电流增大,电磁铁的磁性 ,在衔铁的作用下,开启自动除尘模 式。若图中a、b一个是除尘器,一个是指示灯,则 是除尘器。
答案 减小 增强 b
解析 控制电路的电源电压一定,当光照射到光敏电阻上时,电路中的电流增大,说明光敏电阻的阻值减小, 电磁铁的磁性增强,吸引衔铁,b所在的电路接通,开始自动除尘,说明b是除尘器。
方法技巧 电磁继电器的实质就是一个开关,根据题目给出的信息判断出电磁铁磁性增强,衔铁被吸下,与 下面触点连接的用电器工作,据此判断用电器的位置。
6.(2018安徽,7,2分)实验发现,两条平行放置的直导线,当通以相同方向的电流时相互吸引(如图)。这是因为 电流能够产生磁场,而磁场对电流又有力的作用。我们可以这样分析它们的受力,对a导线:通电b导线产生 的磁场对它具有向右的作用力;对b导线: 。
答案 通电a导线产生的磁场对它具有向左的作用力
解析 由题知,两直导线通以相同方向的电流时相互吸引;对a导线:通电b导线产生的磁场对它具有向右的 作用力;则对b导线:通电a导线产生的磁场对它具有向左的作用力。
7.(2018四川成都,A18,4分)如图1所示,能自由转动的司南静止时,它的长柄指向南方,说明长柄是 极。如图2所示,自制电磁铁的线圈匝数一定时,增大电流,电磁铁的磁性会 (选填“增强”、“减 弱”或“不变”)。 图1 图2
答案 南 增强
解析 地球可以看成一个大磁体,地磁的南极在地理的北极附近,地磁的北极在地理的南极附近。所以司 南的南极指向地磁的北极,也就是地理的南极。电磁铁的磁性强弱与电流的大小、线圈的匝数和有无铁芯 有关。在其他因素一定时,增大电流,磁性增强。
8.(2018云南昆明,19,9分)在探究“电动机为什么会转动”的实验中:(1)我们首先想到的是磁体间发生相互作用是因为一个磁体放在了另一个磁体的磁场中,那么通电导体周 围也存在 ,磁体会对通电导体产生力的作用吗?(2)如图所示,将一根导体ab置于蹄形磁铁的两极之间,未闭合开关前,导体 ,闭合开关后,导体 ,说明磁场对 导体有力的作用。
(3)断开开关,将图中磁铁的N、S极对调,再闭合开关,会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方向 ,说明通电导体在磁场中的受力方向与 有关。(4)断开开关,将图中电源的正、负极对调,再闭合开关,会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方向 ,说明通电导体在磁场中的受力方向与 有关。(5)如果同时改变磁场方向和电流方向, 确定受力方向与磁场方向或电流方向是否有关(填“能” 或“不能”)。
答案 (每空1分)(1)磁场 (2)静止 运动 通电 (3)相反 磁场方向 (4)相反 电流方向 (5)不能
解析 (1)通电导体周围存在着磁场。(2)未闭合开关时,导体ab中没有电流,周围没有磁场,故不会受磁场力作用而运动;闭合开关,导体ab周围有 了磁场,故会受到磁场力作用而运动。(3)磁场力的方向与电流方向和磁场方向有关,改变磁场方向时,导体ab所受到的力方向改变,故运动方向相 反。(4)磁场力的方向与电流方向和磁场方向有关,改变电流方向,导体ab受力方向改变,故运动方向相反。(5)同时改变电流方向和磁场方向,由于没有控制变量,所以不能确定受力方向与磁场方向或电流方向是否 有关。
9.(2017山东潍坊,22,4分)同学们在制作电动机模型时,把一段粗漆包线绕成约3 cm×2 cm的矩形线圈,漆包 线在线圈的两端各伸出约3 cm。然后,用小刀刮两端引线的漆皮。用硬金属丝做两个支架,固定在硬纸板 上。两个支架分别与电池的两极相连。把线圈放在支架上,线圈下放一块强磁铁,如图所示。给线圈通电 并用手轻推一下,线圈就会不停地转下去。 (1)在漆包线两端用小刀刮去引线的漆皮,刮线的要求是 (填选项“A”或“B”)。A.两端全刮掉B.一端全部刮掉,另一端只刮半周
(2)线圈在转动过程中 能转化为 能。(3)小华组装好实验装置,接通电源后,发现线圈不能转动,写出一条可能造成该现象的原因 。
答案 (1)B(2)电 机械(或动)(3)电源电压较低(其他合理答案均可)说明:每空1分,共4分
解析 (1)将线圈两端引线的漆皮一端全部刮掉,另一端只刮半周,这样在半周内受到磁场的力的作用,另半 周内没有电流通过,不受磁场力的作用,利用惯性转动,故应选B;(2)线圈转动消耗了电能,得到了机械能;(3) 线圈不转动的原因可能有:电源电压较低、线圈处于平衡位置、轴所受阻力太大等。
考点三 电磁感应
1.(2019河北,17,2分)如图所示四个装置中工作原理与发电机相同的是 ( )
答案 C 发电机的工作原理是电磁感应。电磁起重机的工作原理是电流的磁效应,故A选项错误。司南 的工作原理是磁体在磁场中受到力的作用,故B选项错误。话筒的工作原理是电磁感应,故C选项正确。扬 声器的工作原理是利用通电导体在磁场中受力的作用,故D选项错误。
2.(2019山东青岛,6,2分)下列实验与手摇发电机工作原理相同的是 ( )
答案 C 手摇发电机是根据电磁感应原理制成的。选项A,电磁铁是利用电流的磁效应,A不符合题意;选 项B,通电线圈在磁场中扭转,是利用通电导体在磁场中受力而运动,B不符合题意;选项C,属于电磁感应原理 实验,C符合题意;选项D,属于通电导体在磁场中受力的作用,D不符合题意。故选C。
3.(2019山东潍坊,14,4分)(多选)如图所示,用绝缘细线分别将铜棒ab、cd水平悬挂,置于磁场方向竖直的蹄 形磁铁间,两铜棒间用柔软的细长导线连接成闭合回路。下列说法中正确的是 ( ) A.竖直上下移动ab,闭合回路abcd中有电流产生B.左右移动ab,cd将会运动C.ab左右移动的方向,对cd受力方向无影响D.仅调换右侧蹄形磁铁上下磁极,对cd所受磁场作用力的方向有影响
答案 BD 图中铜棒所在空间的磁场是从上方N极指向S极,所以竖直上下移动铜棒ab,没有做切割磁感线 运动,闭合回路abcd中不产生感应电流,A错误;左右移动ab,做切割磁感线运动,闭合回路abcd中有感应电流, 铜棒cd中有电流通过,cd在磁场中受到力的作用,所以会在磁场中运动,B正确;因为通电导体运动方向跟电 流方向、磁场方向都有关,感应电流的方向与切割磁感线方向有关,所以ab左右移动的方向,会对cd受力方 向有影响,C错误;调换右侧蹄形磁铁上下磁极,磁场方向改变,对cd所受磁场作用力的方向有影响,D正确。 故选B、D。
4.(2018内蒙古呼和浩特,3,2分)如图所示,关于电磁现象,下列说法正确的是 ( )
A.甲图,把小磁针放在地理赤道附近,小磁针静止时磁针N极指向地理南极附近B.乙图,通电线圈在磁场作用下转动,机械能转化为电能C.丙图,利用“电生磁”将铁钉磁化,利用安培定则可判定铁钉上端为N极D.丁图,当用力让线圈发生转动时,电流表就有电流通过,工作原理是法拉第电磁感应现象
答案 D 甲图,小磁针受地磁场作用,静止时N极指向地理北极附近,A选项错误;乙图,通电线圈在磁场作 用下转动,电能转化为机械能,B选项错误;丙图,利用安培定则判定铁钉下端为N极,所以铁钉上端为S极,C错 误;丁图,用力使线圈转动时,线圈切割磁感线产生感应电流,是电磁感应现象,D正确。故正确选项为D。
5.(2018陕西,5,2分)如图是一模拟风力发电的模型。电动机通电时,风扇a高速转动产生风力模拟自然风,风 扇b在风力作用下带动发电机发电,同时与发电机相连的小灯泡发光。下列说法正确的是 ( )A.电动机转动时把机械能转化为电能B.发电机是利用电磁感应现象工作的C.电池电压降低时,风扇a的转速不会改变D.风力大小不会影响小灯泡发光亮度
答案 B 电动机转动时,把电能转化为机械能,故A错误;发电机是利用电磁感应现象工作的,故B正确;电 池电压降低,通过风扇的电流减小,风扇转速变慢,故C错误;风力越大,发电机转速越快,产生的感应电流越 大,灯泡越亮,故D错误。
6.(2018天津,7,3分)图中的a表示垂直于纸面的一根导线,它是闭合电路的一部分。当它在磁场中按箭头方 向运动时,能产生感应电流的是 ( )
答案 C 在两个磁极中间磁感线方向从N极指向S极。A、B、D项中,导线运动方向与磁感线平行;C项 中,导线做切割磁感线运动,故只有C中可产生感应电流,故选择C。
7.(2016辽宁沈阳,20,2分)(多选)如图所示,将两个发光二极管极性相反地并联起来,并与手摇交流发电机串 联。摇动转轮,使线圈在磁场中转动,则下列说法中正确的是 ( ) A.发电机的工作原理是电流的磁效应B.线圈转动时,两个发光二极管会交替发光C.线圈转动加快,发光二极管会变得更亮D.线圈转动过程中,电能转化为机械能
答案 BC 发电机的工作原理是电磁感应现象,A项错误;交流电的电流大小和方向随时间周期性变化,由 于二极管具有单向导电性,两个发光二极管极性相反地并联在一起,在任何一个交流电的变化周期内总有 一个二极管发光,且只有一个发光,两个二极管会交替发光,B项正确;线圈转动加快,感应电流增大,所以二极 管会更亮,C项正确;发电机工作过程中,机械能转化为电能,D项错误。故选B、C。
8.(2017河南,6,2分)由金属杆组成如图所示的导轨,其中水平面上两平行导轨足够长且全部置于竖直向上的 磁场中,与倾斜放置的导轨ABCD平滑且固定连接。将一金属棒ab从倾斜导轨上一定高度由静止释放,运动 过程中始终与导轨垂直接触且不受摩擦,请你判断ab棒在水平导轨上的运动情况: ;并从能 量转化的角度简述理由: 。
答案 做减速直线运动直至静止 金属棒的动能不断转化为电能再转化为内能,直至动能为0
解析 图中金属棒和导轨组成闭合电路,金属棒在水平面上运动过程中切割磁感线会产生感应电流。电磁 感应过程中金属棒的机械能转化为闭合电路的电能,电流通过导体过程中又将电能转化为内能。当金属棒 的机械能全部转化为内能时将停止运动。
9.(2018福建A,28,4分)图是“探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件”的实验装置。闭合开关后, 导体棒、灵敏电流计、开关、导线组成闭合电路。实验观察到的现象如下表。
(1)实验时通过观察 来判断电路中是否产生感应电流。(2)由实验可知,闭合电路中的部分导体在磁场中做 运动时,电路中产生感应电流。(3)比较第4次和第 次实验可知,导体棒运动方向相同时,感应电流的方向与磁场的方向有关。(4)比较第7次和第8次实验可知 。
答案 (1)灵敏电流计指针是否偏转(2)切割磁感线(3)8(4)感应电流方向和导体棒运动方向有关
解析 (1)由题图可知,若电路中有电流产生,灵敏电流计的指针会偏转,故实验时可以通过观察灵敏电流计 的指针是否偏转来判断电路中是否产生感应电流。(2)导体棒ab所处的磁场的方向是沿竖直方向的,由表 可知,导体棒左右运动时,灵敏电流计的指针偏转,即导体做切割磁感线运动时,电路中才会产生感应电流。 (3)要判定感应电流的方向与磁场方向有关,则磁场方向应不同,而其他因素均应相同,由表知,只有第8次实 验满足条件。(4)比较第7次和第8次实验可知:磁场方向相同,导体棒运动方向不同,灵敏电流计指针偏转方 向不同,即电流的方向不同,故可知感应电流方向和导体棒运动方向有关。
考点一 磁现象和磁场
1.(2019重庆綦江一模,3)下列与电和磁有关的说法中正确的是 ( )A.验电器是利用同种电荷相互吸引的原理制成的B.儿童玩耍时可以将手指塞进插座孔C.通电螺线管磁场与条形磁铁的磁场不相似D.磁感线上某点的切线方向就是此点的磁场方向
答案 D 验电器是用来检测物体是否带电的仪器,是利用同种电荷相互排斥的原理来工作的,故A错误;手 指塞进插座孔,可能会因接触火线而触电,故B错误;通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似,故C错 误;磁感线上某点的切线方向就是此点的磁场方向,故D正确。故选D。
知识归纳 (1)验电器是根据同种电荷相互排斥的原理制成的,可以检验物体是否带电;(2)安全用电原则:不 接触低压带电体,不靠近高压带电体;(3)通电螺线管的外部磁场和条形磁体的外部磁场相类似,也是具有规 律的;(4)磁感线上某点的切线方向就是此点的磁场方向。
2.(2019江苏苏州平江中学一模,8)如图所示的四个图的装置可以用来演示物理现象,则下列表述正确的是 ( )A.图甲可用来演示电磁感应现象B.图乙可用来演示磁场对电流的作用C.图丙可用来演示电流的磁效应D.图丁可用来演示电磁铁的磁性强弱与电流大小的关系
答案 C 图甲闭合开关,导体棒通电,导体棒会受到磁场力作用而运动,故可用来演示磁场对通电导体的 作用,A项错误;图乙闭合开关,让ab棒在磁场中切割磁感线可以产生感应电流,故可以用来演示电磁感应现 象,B项错误;图丙为奥斯特实验,通过磁针偏转可知通电导线周围有磁场,故可用来演示电流的磁效应,C项 正确;图丁两个铁钉做成的电磁铁串联,电流相同,线圈匝数不同,可用来演示电磁铁的磁性强弱与线圈匝数 的关系,D项错误。
3.(2018北京西城一模,18)(多选)如图所示是磁现象的四幅示意图,其中关于小磁针指向或磁感线方向正确 的是 ( )
答案 BCD 同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,所以A中小磁针指向错误,A项错误;在磁体外部,磁感 线从磁体N极发出回到S极,故B、D项正确;地磁的南极在地理北极附近,地磁北极在地理南极附近,在磁体 外部,磁感线从N极发出回到S极,C项正确。
4.(2018北京朝阳一模,18)(多选)下列关于磁现象的说法中,正确的是 ( )A.奥斯特实验表明,通电导体周围存在磁场B.磁场中某一点的磁场方向是由放在这一点的小磁针的N极决定的C.通电线圈在磁场中受到磁场力的作用而转动时,将机械能转化为电能D.闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动,电路中就会有电流
答案 AD 奥斯特实验中导线通电时其周围的小磁针发生偏转,表明通电导体周围存在磁场,A项正确;在 磁场中某一点放一可自由转动的小磁针,小磁针静止时N极的指向就是该点的磁场方向,不管有没有小磁 针,某点的磁场方向都是一定的,B项错误;通电线圈在磁场中受到磁场力的作用而转动时,将电能转化为机 械能,C项错误;闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动,电路中就会有电流,这种现象叫电磁 感应,D项正确。
5.(2018安徽马鞍山二中一模,3)如图所示,让一条形磁铁由静止释放,当磁铁穿过线圈时,线圈中有电流产生, 不计空气阻力,则条形磁铁在下落过程中机械能 (选填“减小”、“不变”或“增加”)
答案 减小
解析 磁铁下落过程中线圈中产生感应电流,感应电流的磁场阻碍磁铁下落,有机械能转化为电能,磁铁的 机械能减小。
思路分析 条形磁铁在下落过程中,线圈中产生感应电流,该过程是电磁感应现象,即将机械能转化为电能, 也是克服阻力做功的过程。
解题关键 分析磁铁的受力情况,判断其机械能是否守恒是解题的关键。
考点二 电流的磁场
1.(2017辽宁抚顺质量检测,7)科学家经过长期研究,发现了电和磁有密切的联系,其中两项重要的科学探究 如图甲、乙所示。下列关于这两项科学探究的说法正确的是 ( )A.甲图中导体棒ab只要运动,电路中就会产生电流B.乙图中若只将磁体的两极对调,导体棒的运动方向不改变C.甲图实验探究的是电能生磁D.甲乙两图实验说明电能和机械能是可以相互转化的
答案 D 甲图实验探究的是磁能生电,导体棒ab做切割磁感线运动时产生感应电流,若导体棒ab运动方向 与磁感线平行,则不会产生感应电流,A、C项错误;乙图中若只将磁体的两极对调,导体棒运动的方向会改 变,因为导体棒受力方向与电流方向和磁场方向有关,B项错误;甲图实验说明机械能可以转化为电能,乙图 实验说明电能可以转化为机械能,故D项正确。
解题关键 能理解发电机和电动机的原理,知道区别发电机和电动机原理图的方法。
知识拓展 发电机的原理是电磁感应。电动机的原理是通电导体在磁场中受力运动。区分方法:有电源的 是电动机原理图,无电源的是发电机原理图。
2.(2019河南许昌一模,11)如图甲所示,电子沿着水平方向平行地飞过小磁针正上方时,实验表明:小磁针的N 极向纸外发生偏转。若将一通电直导线放在小磁针正上方或正下方,如图乙所示(图中只画出了通电直导 线放在小磁针正上方的情况),请你根据图甲的实验现象,判断下列分析正确的是(不考虑地磁场的影响) ( )
A.通电直导线放在小磁针正上方时,小磁针的N极向纸外发生偏转B.通电直导线放在小磁针正上方时,小磁针的N极向纸内发生偏转C.通电直导线放在小磁针正下方时,小磁针的N极向纸内发生偏转D.通电直导线放在小磁针正上方或正下方,小磁针的N极均向纸外发生偏转
答案 B 电子定向移动的方向与电流方向相反,图甲中电子从左向右运动,小磁针N极向纸外发生偏转,所 以图乙中通电导线在小磁针正上方时,电流方向从左到右,小磁针N极受力方向与图甲中相反,故N极向纸内 发生偏转,故A项错误,B项正确;通电直导线周围有环形磁场,当通电直导线放在小磁针正下方时,小磁针N 极会受到向纸外的力而向纸外发生偏转,故C、D项错误。故选择B。
易错警示 (1)规定正电荷定向移动的方向为电流方向;负电荷定向移动的方向为电流的反方向,电子带负 电荷,电子定向移动的方向与电流方向相反;(2)通电直导线周围磁场为以导线为中心的一系列的同心圆,根据安培定则可以判定在导线正上方和正下 方磁场方向相反,所以小磁针N极在导线正上方和正下方时偏转方向不同。
3.(2019陕西西工大二模,7)某同学在家庭实验室里,将甲、乙装置连接成了如图所示的通路,其中两个相同 的铜线圈处于磁场中。用外力使甲中的线圈在磁场中摆动,下列说法正确的是 ( ) A.甲类似于电动机,其原理是磁场对电流有力的作用B.甲中的线圈在运动过程中将电能转化为机械能C.乙类似于发电机,其原理是电磁感应D.乙中的线圈有电流通过,也会随着运动起来
答案 D 甲、乙连接成了闭合的电路。用外力使甲中的线圈在磁场中摆动,则甲中的线圈做切割磁感线 运动,线圈中会产生感应电流,故甲装置相当于发电机,将机械能转化为电能,故A、B项错误;甲、乙装置用 导线相连,乙中的线圈有电流通过,所以线圈在磁铁的磁场中受力而运动,故乙装置相当于电动机,其原理是 通电导线在磁场中受力运动,故C项错误,D项正确。故选择D。
4.(2018河南郑州一中模拟,6)已知垂直于磁场方向放置的通电导体棒,会受到磁场力的作用而摆动,请你推 测一下,如图所示一不计质量的电子沿着水平方向平行地飞入一竖直向上的磁场中,该电子在磁场中的运 动情况:做 (选填“直线”或“曲线”)运动;你推测的依据是: 。
答案 曲线 电子发生定向移动形成电流,电流在磁场中受力的作用
解析 通电导体棒与磁场方向垂直会受到磁场力的作用,电子发生定向移动形成电流,电流在磁场中也会 受到磁场力的作用,故电子做曲线运动。
5.(2018江苏苏州园区一模,25)如图甲所示是小明探究“通电导线在磁场中受力”的实验示意图。 甲 乙
实验现象记录如表:
(1)小明在电路中接入滑动变阻器的作用是 。(2)小明通过 的方法,来判断导线在磁场中受力方向。(3)根据表中记录的实验现象,小明正在探究导线在磁场中受力方向与 和 的关 系。(4)小明想改造甲图所示实验,来探究影响感应电流方向的因素,为此他可选用乙图中的某一仪表进行改装, 他的正确操作是 。
答案 (1)保护电路(2)观察ab运动方向(3)磁场方向 电流方向(4)断开开关,拆掉滑动变阻器,把电源换成灵敏电流计
解析 (1)滑动变阻器接入电路利用其电阻减小电路中的电流,保护电路;(2)根据导线ab运动方向来判断其受到的磁场力的方向;(3)由表中2、3次实验情况可以看出电流方向不变时,磁场方向影响受力方向;由表中2、4次实验情况可以 看出磁场方向不变时,电流方向影响了受力方向,故探究的是导线在磁场中受力方向与磁场方向和电流方 向的关系;(4)探究影响感应电流方向的因素不需要电源,由于感应电流很小,所以接入灵敏电流计,拆掉滑动变阻器。
考点三 电磁感应
1.(2019安徽合肥瑶海二模,13)超市的服装贴有磁性标签,未消磁的标签通过超市安检门时,安检门上的线圈 会产生电流,触发报警器达到防盗目的,则安检门的工作原理是 ( )A.电磁感应B.磁极间的相互作用C.通电导体周围存在磁场D.磁场对通电导体的作用
答案 A 未消磁的标签通过安检门时,安检门上的线圈会产生电流,这些信息告诉我们,磁性标签运动时 相当于线圈在磁场中做切割磁感线运动(运动是相对的),产生了感应电流,这是电磁感应现象,故选A。
2.(2019福建泉州晋江质检,15)手机无线充电方便了人们的生活,其中电磁感应无线充电是应用最多的无线 充电方案。 如图所示,它的原理是在送电线圈中通过一定频率的交流电,使线圈的周围形成交变的磁场,通 过电磁感应在受电线圈中产生一定的感应电流,从而将能量从发射端转移到接收端。下列选项中和受电线 圈工作原理相同的是 ( ) A.扬声器 B.电磁继电器C.动圈式话筒 D.电动机
答案 C 送电线圈中通过一定频率的交流电,使线圈的周围形成交变的磁场,通过电磁感应在受电线圈中 产生一定的感应电流,这是电磁感应现象;扬声器是带有声音特征的变化电流通过线圈,线圈周围产生磁场 从而受力振动,将声音还原出来,故原理为通电导体在磁场中受力运动,A项不符合题意;电磁继电器主要结 构为电磁铁,利用了电流的磁效应,B项不符合题意;动圈式话筒是讲话时声音引起线圈振动,线圈在磁场中 做切割磁感线运动产生感应电流,其原理为电磁感应,C项符合题意;电动机原理为通电导体在磁场中受力 运动,D项不符合题意。故选择C。
3.(2018广东东莞一模,13)王建同学对微风电风扇产生了兴趣,将它与小灯泡按如图所示的电路连接并进行 实验。用手快速拨动风扇叶片,这时发现小灯泡发光,有电流产生,微风电风扇居然变成了 机,此时 它的工作原理是 ,这一过程中的能量转化是 。
答案 发电 电磁感应 机械能转化为电能
解析 用手快速拨动风扇叶片,这时发现小灯泡发光,有电流产生,微风电风扇变成了发电机,其原理为电磁 感应;这一过程将机械能转化为电能。
思路分析 电风扇里的主要部件是电动机,电动机中通入电流能转动,但此题并没有给电动机通电,而用手 让电动机转动,结果产生了电流,对灯泡供电,使灯泡发光了,题中的电风扇此时相当于发电机。这说明电动 机和发电机的工作过程正好是相反的,给磁场中的线圈施力转动,就能产生电流,给磁场中的线圈通电,就能 受力转动。
知识拓展 电动机的原理是通电导体在磁场中受力转动,能量转化是电能转化为机械能;发电机的原理是 电磁感应,能量转化是机械能转化为电能。
4.(2017湖北黄冈质量监测,11)如图是一款“运动手环”,其主要部分是一段内置有一小块磁铁的密闭的空 心塑料管,管外缠绕着线圈。戴着这种手环走路时,塑料管跟着手一起运动,磁铁则在管内反复运动,线圈中 便会产生电流,液晶屏上就会显示出运动的步数。此过程利用了 的原理,将 能转化为电 能。计步的数据还可通过 传送到手机上。
答案 电磁感应 机械 电磁波
解析 密闭的空心塑料管外缠绕着线圈,磁铁在管内反复运动,线圈中会产生电流,这是电磁感应现象,这个 过程将机械能转化为电能。
5.(2019山东滨州一模,21)探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件的实验中,小明做了如图甲、乙、 丙所示的三次实验。 甲 乙 丙
(1)如图甲所示,断开开关,导体ab向右运动,电流计指针 (选填“偏转”或“不偏转”);(2)如图乙所示,导体ab在蹄形磁体中竖直向下运动,电流计指针 (选填“偏转”或“不偏转”);(3)如图丙所示,导体ab向左运动,电流计指针发生偏转,说明电路中有 产生;(4)产生感应电流时, 相当于电源;在这个实验中 能转化为了电能。
答案 (1)不偏转 (2)不偏转 (3)电流 (4)切割磁感线的导体ab 机械(动)
解析 (1)如图甲所示,导体ab向右运动,电流计指针不偏转,因为开关没有闭合;(2)如图乙所示,磁感线的方向竖直向下,导体ab竖直向下运动,电流计指针不发生偏转,因为导体没有做切割 磁感线运动;(3)如图丙所示,导体ab向左运动,导体切割磁感线,电流计指针偏转,电路中有电流产生;(4)产生感应电流时,做切割磁感线运动的导体ab相当于电源;此实验中消耗了机械能,获得了电能,是将机械 能转化为电能的过程。
一、选择题(每小题3分,共15分)1.小红梳理反思了“磁场和磁感线”相关知识,她归纳整理如下,其中正确的有 ( )①磁场看不见摸不着,但是可以借助小磁针感知它的存在②磁感线是磁体周围空间实际存在的曲线③磁感线是铁屑组成的④地磁场的磁感线是从地球南极附近发出回到北极附近A.①④ B.②③ C.①② D.②④
答案 A 可自由转动的小磁针放在磁场中会受到磁场力的作用而发生偏转,可以借助小磁针来认识磁场, ①正确;磁感线是为了描述磁场而假想出来的曲线,不是真实存在的,②错误;铁屑的排布是因为受到了磁场 力的作用,反映了磁场的分布,但铁屑不是磁感线,③错误;地磁场的磁感线从地磁场的N极发出,回到S极,地 磁场的N极在地理南极附近,地磁场的S极在地理北极附近,④正确。故选择A。
2.如图所示,是温度自动报警器的原理图,关于它以下说法中正确的是 ( ) A.温度计中的水银是绝缘体B.温度计是根据液体热胀冷缩的性质工作的C.报警器中的电磁铁运用了电流的热效应D.报警时电磁铁的左端是N极
答案 B 水银是金属,有很好的导电性能,A项错误;温度计是根据液体的热胀冷缩的性质工作的,B项正 确;报警器中的电磁铁通电后会产生磁性,利用了电流的磁效应,C项错误;根据安培定则,可以判断报警时电 磁铁右端是N极,D项错误。故选择B。
3.(2019江苏无锡锡山二模,7)如图,为闭合回路放在磁场中的线圈的一边的截面a,当它在磁场中旋转一周 时,下列说法正确的是 ( ) A.a在位置①③时有感应电流B.a在位置②④时有感应电流C.图中感应电流的方向改变一次D.a在所有位置时均有感应电流
答案 A a在位置①③时做切割磁感线运动,导体中有感应电流;在位置①③时,磁感线的方向相同,运动方 向不同,产生的感应电流的方向不同,图中感应电流的方向改变两次;故A正确、C错;在位置②时沿着磁感 线的方向运动,不切割磁感线,导体中没有感应电流;在位置④时逆着磁感线的方向运动,不切割磁感线,导体 中没有感应电流,故B、D都错。故选A。
易错警示 (1)本题考查产生感应电流的条件和影响感应电流方向的因素。闭合电路的一部分导体做切割 磁感线运动时产生感应电流的现象是电磁感应现象,产生感应电流的条件(关键六个字):①闭合、②部分、 ③切割。据此分析判断。(2)感应电流的方向与磁场方向和导体运动的方向有关。
4.(2019江苏苏州园区一模,11)如图所示是小明自制的简易电动机示意图。矩形线圈由一根漆包线绕制而 成,漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出,并作为线圈的转轴。将线圈架在两个金属支架 之间,线圈平面位于竖直面内,永磁铁置于线圈下方。为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起 来,他应将 ( )
A.左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉B.左、右转轴上、下两侧的绝缘漆都刮掉C.左转轴上侧的绝缘漆刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉D.仅将一个转轴上的绝缘漆全部刮掉
答案 A 在左、右转轴上刮漆是为了让线圈能够持续转动,起到换向器的作用;左、右转轴下侧的绝缘漆 都刮掉,刚开始线圈通电,受到磁场力开始转动,转过半圈后有绝缘漆的一面与支架之间不能通电,线圈由于 惯性转过半圈,然后继续通电转动,可以实现持续转动,A项符合题意;左、右转轴上、下侧的绝缘漆都刮掉, 刚开始线圈通电,受到磁场力开始转动,转过半圈后继续通电且电流方向不变,线圈切割磁感线的运动方向 改变,线圈受力方向改变,所以线圈不能持续转动,B项不符合题意;左转轴上侧的绝缘漆刮掉,右转轴下侧的 绝缘漆刮掉,线圈转轴始终有一侧不能通电,所以线圈不会转动,C项不符合题意;仅将一个转轴上的绝缘漆 全部刮掉,线圈上不会有电流通过,线圈不会转动,D项不符合题意。故选择A。
5.(2017湖北孝感调研,7)当你唱卡拉OK时,要用到话筒(麦克风)。图所示为动圈式话筒构造示意图。当你 对着话筒唱歌时,声音使膜片振动,与膜片相连的线圈也跟着一起振动,线圈在磁场中运动产生了电流,这样 就将声音信号转化成电信号。图所示四个实验的原理与话筒原理相同的是 ( )
答案 C 膜片振动,与膜片相连的线圈也跟着一起振动,线圈切割磁感线产生了电流,此为电磁感应现 象。A图反映了通电导体周围有磁场;B图是电动机原理图,原理是通电导体在磁场中受力运动;C图实验原 理是电磁感应;D图反映了磁体周围的磁场情况。
审题技巧 找出题目中关键语句“线圈在磁场中运动产生了电流”可知利用了电磁感应原理。
6.(2018江西赣州六校联盟联考,1)(2分)最早发现电与磁有联系的科学家是 ;而发电机是利用 制成的。
二、非选择题(共25分)
答案 奥斯特 电磁感应
解析 奥斯特把导线平行放在静止小磁针上方,通电时发现小磁针转动,断电小磁针回到原位,从而发现通 电导体周围有磁场,是最早发现电与磁有联系的科学家;闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的 运动,电路中就会有电流,这种现象叫电磁感应,发电机就是利用这个原理制成的。
7.(2019四川内江联考,22)(4分)如图所示,某物理兴趣小组的同学,用较长的软电线两端与电流表两接线柱连 接起来,两位同学手持电线分别站在地面上东、西方位,像摇跳绳一样在空中摇动电线,使电线切割地磁场 的磁感线,发现电流表指针不偏转。经检查各元件完好、连接无误。请完成下列问题。 (1)猜想电流表指针不偏转的可能原因: ;(2)写出检验你的猜想的方法: 。
答案 见解析
解析 (1)根据题意知道,两位同学在用电线切割地磁场的磁感线来产生感应电流;电流表指针不偏转可能 是由于感应电流太小,电流表的灵敏度太低,无法检测到该实验产生的微小电流; (2)检验方法是: 将电流表更换为灵敏电流计,仿照之前摇动电线的方式进行实验,观察灵敏电流计指针是 否发生偏转,若指针发生偏转,说明猜想正确;反之,说明猜想错误。
8.(2019河南重点中学摸底考,5)(2分)如图是一款能发电的魔方充电器,转动魔方时,它根据 (选填 “电流的磁效应”“电磁感应”或“通电导体在磁场中受力”)的原理发电。魔方还能通过USB端口给移 动设备充电,给移动设备充电时,魔方相当于电路中的 (选填“电源”或“用电器”)。
答案 电磁感应 电源
解析 转动魔方时,闭合电路的部分导体做切割磁感线运动,会产生感应电流,利用的是电磁感应现象;魔方 给移动设备充电时,魔方提供电能,相当于电路中的电源。
知识归纳 发电机的原理是电磁感应现象,能量转化为:机械能转化为电能。电动机的原理是通电导体在 磁场中受力运动,能量转化为:电能转化为机械能。
9.(2019安徽濉溪第一次质检,3)(2分)小亮利用课余时间制作了一个玩偶(如图);将一个磁浮玩偶稳定地“漂 浮”起来,实现“漂浮”的电路中的a点必须连接电源的 ;若要增加玩偶“漂浮”的高度,可将划片 P向 (选填“上”或“下”)移动加以调节。
答案 正极 上
解析 磁浮玩偶下端与线圈上端是同名磁极,相互排斥时,玩偶才能“漂浮”起来,故电磁铁上端为N极,根 据安培定则可知电流从下方流入线圈,所以a点连接电源正极;若要增加玩偶“漂浮”的高度,需要加大斥 力,故需要增大电流,则可变电阻的滑片要向上移动减小电阻。
10.(7分)小李同学用图甲所示装置研究感应电流产生的条件:(1)开关闭合稳定后,发现电流计指针并不偏转,当导体ab左右移动时,电流计指针发生偏转。由此他得出结 论:只要导体在磁场中运动就一定会产生感应电流。你认为这个结论是 (选填“正确”或“错 误”)的,如果你用此实验装置操作一下,说明你的操作方法以证明你的观点: 。
丙(2)小李继续让导体ab在磁场中左右摆动,发现电流计指针来回摆动,这说明在闭合电路中感应电流的方向 和导体切割磁感线的方向 (选填“有关”或“无关”)。(3)为了证实“磁生电”的条件,小李同学将绕在条形磁铁上的线圈与电流计组成一闭合电路,如图乙所 示。闭合开关稳定后,该同学观察到电流计的指针 (选填“偏转”或“不偏转”)。(4)小李同学看见一幅漫画如图丙所示,某男士拿一条形磁铁在由线圈和家用电吹风组成的闭合电路中来
回运动,电吹风中 (选填“有”或“无”)电流通过,该电吹风 (选填“能”或“不能”)正 常工作,图中女士头发被电吹风吹起是 (选填“可信”或“不可信”)的。
答案 (1)错误 导体ab沿竖直方向移动,观察到电流计指针不会发生偏转(2)有关(3)不偏转(4)有 不能 不可信
解析 (1)闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动才会产生感应电流,让导体ab沿竖直方向移动,导体ab 没有切割磁感线,不会产生感应电流,说明结论错误;(2)导体ab在磁场中左右摆动,发现电流计指针来回摆动,说明电流的方向与导体切割磁感线的方向有关;(3)线圈绕在磁铁上,线圈没有做切割磁感线运动,所以不会产生感应电流。(4)条形磁铁在由线圈和家用电吹风组成的闭合电路中来回运动,相当于闭合电路的一部分导体在磁场中 做切割磁感线运动,所以会产生感应电流,产生的感应电流很小,电吹风不能工作,故图中女士头发被电吹风 吹起是不可信的。
11.(2019陕西西安行知中学一模,33)(8分)随着人民生活水平的不断提高,汽车已经走进我们的家庭。小明 的爸爸最近也购买了一辆轿车。请完成下列几个与汽车有关的问题。 (1)请在图中用笔画线代替导线将汽车的启动原理图连接完整。[说明:当钥匙插入仪表板上的钥匙孔并转 动(相当于闭合开关),电动机(M)工作,启动轿车;电磁铁的工作电压小于电动机的工作电压](2)电路接通后,电磁铁的上端是 (选填“N”或“S”)极。
(3)若轿车在公路上以108 km/h的速度匀速直线行驶2小时,已知该汽车行驶时每公里消耗汽油0.1 L。已知 汽油的热值为3×107 J/L,轿车行驶过程中,汽油完全燃烧产生的内能有30%转化为轿车前进时克服摩擦力所 需的能量。求:①行驶2小时轿车通过的路程。②这2小时消耗汽油多少升。③在上述行驶过程中受到的牵引力是多大。
答案 (1)见解析图 (2)N (3)900 N
解析 (1)转动钥匙时电磁铁通电产生磁性,钥匙相当于开关,与电磁铁串联,所以将电源、钥匙、电磁铁串 联起来如图所示; (2)根据连接的电路可知电流从下方流入电磁铁,所以根据安培定则可判断线圈上端为N极;(3)①s=vt=108 km/h×2 h=216 km②V=0.1 L/km×216 km=21.6 L
③W=Fs=30%Q=30%qV=30%×21.6 L×3×107 J/L=1.944×108 JF= = =900 N
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