专题12 物理探究实验（7）——电磁学中的3个探究实验（练习）-中考物理核心素养提升

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【猜想】
通电螺线管周围的磁场可能与条形磁体周围的磁场相似；磁场的方向可能与电流的方向有关。
【设计实验】
（1）如图所示，用铜导线穿过一块硬板绕成螺线管，将小磁针放在硬板的不同位置，然后给螺线管通电，分别记录下小磁针在各个位置静止时N极的指向.
（2）在前面的装置中，改变电流的方向，对照上次实验中的现象，观察小磁针的N极指向是否与原来相同.

【进行实验与收集证据】
1. 如图（a）所示，接通电路，将小磁针放在螺线管周围的不同位置，记录螺线管周围各点的磁场方向，画出通电螺线管外部的磁感线。
2. 如图（b）所示，把电池的正负极对调（改变电流的方向），再重复上述步骤. 画出通电螺线管外部的磁感线。
条形磁体
【分析与论证】
1. 比较所画的两幅图，它们有哪些相同和不同之处?
2. 通电螺线管外部的磁场方向与电流方向有关吗?
3. 实验结论
通电螺线管外部的磁场与条形磁体周围的磁场相似；通电螺线管外部的磁场方向与电流方向有关。
【真题汇编】
1．（2023·湖北恩施·中考真题）如图所示，学习奥斯特，探究通电导体周围的磁场。
（1）当闭合开关的瞬间，会观察到小磁针 ；通过改变电池 的连接，可以改变电路中的电流方向；
（2）此现象说明，电流方向会影响电流所产生磁场的 。

2．（2023·山东济南·中考真题）实验室备有嵌入螺线管的玻璃板和电源，小明和小亮分别选用铁屑和小磁针来“探究通电螺线管外部磁场的方向”。
（1）小明在螺线管周围的玻璃板上均匀地撒上一层铁屑。给螺线管通电后，轻敲玻璃板，小明观察到螺线管周围铁屑的分布情况如图甲所示。

小明的实验说明，通电螺线管外部的磁场和 外部的磁场相似；
（2）小亮在螺线管周围的玻璃板上整齐、均匀地放置了32个小磁针，如图乙所示。给螺线管通电后，小亮观察到这32个小磁针的指向更接近于下图中的 。

A． B．
C． D．
（3）小明的实验方案具有明显的不足，其不足之处是 ；
（4）为了弥补小明实验方案的不足，请提出一条改进建议： 。
探究实验二、探究影响电磁铁磁性强弱的因素
【猜想与假设】
电磁铁磁性的强弱可能与电流的大小、线圈的匝数有关。
【设计实验】
1. 实验器材
三个匝数不同的电磁铁、学生电源、电流表、开关、导线、大头针、滑动变阻器等。
2. 实验电路
把电磁铁、学生电源（带开关）、滑动变阻器、电流表等组成串联电路。
【进行实验】
1. 研究电磁铁的磁性强弱跟电流的关系。
甲
C
乙
按照电路图甲，把滑动变阻器、电流表和一定匝数的电磁铁串联起来，移动变阻器的滑片P，改变电路中的电流。观察电流大小不同时，电磁铁吸引铁钉的数目有什么变化。
实验现象：电流越大，电磁铁能吸引的铁钉数越多。
2. 研究电磁铁的磁性跟线圈匝数的关系
如图乙所示，把三个匝数不同的电磁铁串联在电路中，可以控制通过的电流相等，通过比较吸引的铁钉的数量比较磁性的强弱。
实验现象：电流相等时，匝数越多，吸引的铁钉越多。
【分析和论证】
1. 图甲所示实验中，线圈匝数一定时，通过电磁铁的电流越大，吸引铁钉的数目越多，说明电磁铁的磁性越强；
2. 图乙所示实验中，电流大小相同时，线圈匝数多的电磁铁吸引铁钉的数目多，说明线圈匝数越多，磁性越强。
【实验结论】
电磁铁的磁性强弱与通过的电流和线圈的匝数有关：
①线圈匝数一定时，通入的电流越大，电磁铁的磁性越强；
②电流一定时，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。
【交流与评估】
1. 电磁铁的优点：
电磁铁磁性有无，可用电流的通断来控制；电磁铁磁性强弱，可用改变电流的大小来控制；电磁铁的极性变换，可用改变电流的方向来实现。
2. 实验涉及到的方法：控制变量法、转换法。
3. 电磁铁是一个带有铁芯的通电螺线管。
4. 该实验过程中改变电流的大小是通过改变滑动变阻器的阻值实现的.
6. 该实验中滑动变阻器的作用是：保护电路、改变电流大小。
7. 在实验中可以使用电流表测量电流，从而探究电流对通电螺线管磁性的强弱的影响。
8. 实验中用铁棒而不用钢棒的原因：钢棒被磁化后成为永磁铁，断电后仍有磁性，大头针不会掉下来。
【真题汇编】
1．（2023·云南·中考真题）某实验小组探究“通电螺线管外部磁场的特点”。
（1）将螺线管安装在一块有机玻璃板上，连入电路中。在板面上均匀地洒满铁屑，闭合开关并轻敲玻璃板面，观察到铁屑分布情况如图甲所示。铁屑的分布情况与 磁体周围铁屑的分布情况相似，铁屑的作用是显示 ；

（2）把小磁针放在通电螺线管四周不同的位置，小磁针静止时N极所指方向如图乙所示，则通电螺线管的右端为 极。对调电源正负极，闭合开关，小磁针静止时N极所指方向如图丙所示，说明通电螺线管的极性与 的方向有关。
2．（2023·内蒙古赤峰·中考真题）学习了电磁铁，小明想：“电磁铁两极磁性强弱是否相同呢？”图甲是他探究该猜想的装置图。

（1）通电后，电磁铁A端是 极；
（2）闭合开关后，弹簧测力计的示数太小，要使其示数变大，滑动变阻器滑片P应向 端移动；
（3）将滑动变阻器调节完成后，根据图乙读出弹簧测力计的示数为 N；
（4）在原位置将电磁铁两端对调，使B端向上，保持电流不变，观察到弹簧测力计示数与（3）中相同。初步可得出的结论是：电磁铁两极磁性强弱 。
探究实验三、探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件
【设计与进行实验】
1. 实验器材
磁性不同的蹄形磁体、导线、金属棒、灵敏电流计、开关等.
2. 实验装置如图所示.
3. 实验步骤
（1）探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件.
①让导体AB静止在磁场中，闭合开关，观察回路中是否有感应电流产生.
②在电路闭合时，让导体AB分别沿磁场方向运动和做切割磁感线运动，观察回路中是否有感应电流产生。
③实验现象记录表
（2）探究导体在磁场中运动时产生感应电流的方向.
①保持磁场的方向不变，改变导体水平运动的方向（向左或向右），观察电流表指针偏转的方向。
②保持导体运动的方向不变，改变磁场的方向（磁极对调），观察电流表指针偏转的方向。
【分析与论证】
（1）在电路闭合时，导体做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流。
（2）保持磁场的方向不变，改变导体水平运动的方向（向左或向右），电流表指针偏转的方向相反，表明感应电流的方向与导体运动的方向有关。
（3）保持导体运动的方向不变，改变磁场的方向（磁极对调），电流表指针偏转的方向相反，表明感应电流的方向与磁场的方向有关。
实验结论：
闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中就会产生感应电流，这种现象叫做电磁感应。感应电流的方向与导体运动的方向和磁场方向有关。
【交流与评估】
（1）本实验通过灵敏电流计指针的偏转情况，说明电路中是否产生感应电流和产生的感应电流的方向. 实验过程中灵敏电流计的指针偏转不明显，可以采取的改善方法：增大金属棒切割磁感线的速度或换用磁性更强的磁体或增加切割磁感线的导线的长度等.
（2）闭合开关，金属棒做切割磁感线运动时，将机械能转化为电能，这是电磁感应现象，这一原理在生活中的应用有动圈式话筒、发电机等.
（3）实验中，若金属棒无论怎样移动，发现灵敏电流计指针都不偏转，出现这种情况的原因可能是开关未闭合.
（4）实验中，闭合开关后，若金属棒不动，左右移动磁体，金属棒切割了磁感线，电路中会产生感应电流.
（5）金属棒的材料不能是铁、钴、镍，避免因磁化而影响实验结论.
【真题汇编】
1．（2023·吉林长春·中考真题）在“探究什么情况下磁可以生电”实验中，实验装置如图所示：

（1）根据图中磁感线方向判断蹄形磁体的上端是 极；
（2）让导线AB在磁场中做 运动，观察到电流表指针发生偏转，说明回路中有电流产生，这一过程将机械能转化为电能，根据这个现象制成了 。
2．（2023·北京·中考真题）（1）小京用图甲所示的装置进行实验，闭合开关的瞬间，观察到小磁针 的现象，说明电流周围存在磁场；
（2）小京用图乙所示的装置进行实验，其中灵敏电流计指针偏转的方向可以反映电路中的电流方向。使金属棒ab向左做切割磁感线运动，灵敏电流计指针向右偏转，如图乙所示；保持磁场方向不变，使金属棒ab向右做切割磁感线运动，灵敏电流计指针向左偏转，如图丙所示。小京探究的问题是： 。

3．（2023·江苏无锡·中考真题）某幼儿园游乐室里有一块能发电的地板，当小朋友们在上面跳跃时，小灯泡便会一闪一闪，地板下方铺设的结构如图所示，当踩踏地板时，固定在地板下方的磁铁往复运动、使固定在地面上的弹簧线圈做 。磁感线运动，闭合电路中产生 ，小灯泡发光。

4．（2023·湖北鄂州·中考真题）物理小组的同学们利用如图所示的实验装置，探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。

（1）磁铁不动，闭合开关，导体棒沿 （选填“上下”、“左右”或“前后”）方向运动时，灵敏电流计指针会发生偏转；
（2）断开开关，无论磁铁如何放置、导体棒怎样运动，灵敏电流计指针都不发生偏转。由此得出结论： 电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中就产生感应电流；
（3）该实验在探究过程中，是将 能转化成电能，生活中的 （填“电动机”或“发电机”）是根据这一原理制成的。
5．（2023·江苏泰州·中考真题）如图所示，小明和小刚利用蹄形磁体、灵敏电流计、开关、导体AB和若干导线等器材来探究感应电流产生的条件。闭合开关，他们完成操作，将观察到的现象记入表格：
（1）分析①、②两次实验现象，小明说：“闭合电路的一部分导体在磁场中的运动方向与磁场方向垂直时，电路中就会产生感应电流。”小刚认为不准确，因为导体AB 运动时，其运动方向也与磁场方向垂直，但无感应电流；
（2）采纳小刚意见后，小明又说：“闭合电路的一部分导体在磁场中垂直切割磁感线时，电路中才会产生感应电流”，小刚认为不全面，因为导体AB 运动时，也有感应电流；
（3）从能量的角度来分析，感应电流的产生过程是将 能转化为电能；如果将图中的灵敏电流计换成 ，可以探究磁场对电流的作用。
实验序号
电路部分导体AB在磁场中
电流的有无
1
电路断开
无
2
静止
无
3
向上、向下运动
无
4
向前、向后运动
无
5
向左、向右运动（切割磁感线）
有
6
斜着运动（切割磁感线）
有
序号
导体AB的运动情况
有无感应电流
①
左右运动
有
②
上下运动
无
③
前后运动
无
④
斜向上、斜向下运动
有