第十六章 《电磁铁与自动控制》知识梳理解析版

第十六章《电磁铁与自动控制》知识梳理思维导图思维导图知识点具体内容磁性磁铁能吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。磁极磁体上磁性最强的部分叫磁极。磁极间相互作用同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。磁场磁场对放入其中的磁体产生磁力的作用。磁体间的相互作用就是通过磁场而发生的。磁场方向在磁场中某一点，小磁针静止时N极所指的方向就是该点的磁场方向。磁感线用磁感线来形象地描述磁场的方向和强弱。磁体周围磁感线都是从磁体的N极出来，回到磁体S极。地磁场地磁场的北极在地理南极附近；地磁场的南极在地理北极附近。小磁针能够指南北是因为受到了地磁场的作用。地理的两极和地磁的两极并不重合，磁针所指的南北方向与地理的南北极方向稍有偏离(地磁偏角)，世界上最早记述这一现象的人是我国宋代的学者沈括。若被判断的物体与已知磁体相互排斥，该物体一定具有磁性。根据磁体具有吸铁性和异名磁极相互吸引的性质，若被判断的物体与已知磁体相吸引，该物体可能有磁性，也可能没有磁性。任何一个磁体都有两个磁极，没有只有一个磁极的磁体，也没有两个以上磁极的磁体。一个磁体截成两半，每一半都有单独的N极和S极；两个条形磁体异名磁极相互接触，变成一个整体，则接触部分变成新磁体的中间，是磁性最弱的部分。电流的磁效应奥斯特实验表明，通电导线周围存在磁场，证明了电和磁之间是相互联系的。通电螺线管的磁场通电螺线管外部的磁场方向和条形磁体的磁场一样。通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个极，通电螺线管两端的极性跟螺线管中电流的方向有关。安培定则的内容通电螺线管的磁场极性与电流方向之间的关系的确定：用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟螺线管中电流的方向一致，那么，伸直的大拇指所指的那端就是通电螺线管的N极。电磁铁及电磁继电器知识点三电磁铁及电磁继电器知识点三电磁铁定义电磁铁实际上就是一个带有铁芯的螺线管。工作原理是电流的磁效应_。电磁铁特点电磁铁的特点：(1)磁性的有无可由通断电流来控制；(2)磁性的强弱可由改变电流大小和线圈匝数来调节；(3)磁极可由电流方向和螺线管的绕法来改变。电磁继电器电磁继电器实质是一个由电磁铁控制的开关，它可以通过控制低压电路的通断，来间接控制工作电路的通断。电磁铁磁性的强弱与电磁铁线圈匝数的多少及线圈中通过的电流大小有关。实验采用“控制变量法”，首先控制电磁铁的线圈匝数不变，来研究电磁铁的磁性强弱与电流大小的关系；然后控制电流大小不变，来研究电磁铁的磁性强弱与电磁铁线圈匝数的关系。因此，在比较实验的过程中，注意观察这个过程中有哪些因素是相同的，哪些因素是不同的，通过“同中求异”“异中求同”，分析、归纳出不同因素对实验结果的影响。真题练真题练一、选择题1．（2022·湖北宜昌·中考真题）关于如图所示的实验，下列说法中正确的是（）A．这是模拟法拉第电磁感应实验的场景B．移走小磁针，电流的磁场消失C．根据这一现象的原理，制成了电磁铁D．将导线断开，小磁针N极将指向地磁场的北极【答案】C【解析】A．这是探究通电导体周围存在磁场，即奥斯特实验的场景，故A错误；B．该磁场是电流的磁场，只有电路中有电流，导线周围就存在磁场，小磁针的作用是证实通电导体周围有磁场，故B错误；C．该实验说明通电导体周围存在磁场，这种现象是电流的磁效应，根据这一现象人们发明了电磁铁，故C正确；D．将导线断开，导线中没有电流通过，电流的磁场消失。由于受地磁场的影响，小磁针N极将指向地磁场的南极，故D错误。故选C。2．（2022·浙江金华·中考真题）司南是我国早期的指南针。小科将条形磁体置于塑料勺内，在勺下垫泡沫，一起置于装水的纸盘中，漂浮在水面上，能自由转动，从而得到一个仿制“司南”（如图所示），下列说法正确的是（

）A．“司南”静止时勺柄指南，标为N极B．“司南”能指南北是受地磁场的作用C．“司南”的纸盘换成铁盘后也能正常使用D．“司南”勺柄的指向与勺内磁体的磁极方向无关【答案】B【解析】A．“司南”静止时勺柄指南，就是南极，为S极，故A错误；B．“司南”能指南北是因为受到地磁场的作用，根据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引的特点从而起到指南北作用的，故B正确；C．“司南”实质上是一个条形磁体，对铁、钴、镍等物质具有吸引作用，如果将纸盘换做铁盘，则会由于铁盘的吸引作用而无法指南北，故C错误；D．“司南”勺柄的为S极，与地磁场的N极相互吸引，因此才具有指南北的性质，故D错误。故选B。3．（2023·辽宁大连·统考中考真题）如图是某道路限载报警器的工作原理图。电源电压不变，是力敏电阻，其阻值随压力的变化而变化。闭合开关S，当车的质量超过限载质量时，电磁铁吸下衔铁，电铃响。根据不同的路面，可以改变滑动变阻器滑片P的位置，来设定不同的限载质量。下列说法正确的是（

）

A．电磁铁能吸下衔铁，是由于通电导体在磁场中受力B．检测时，车的质量越大电磁铁的磁性越强C．力敏电阻的阻值随压力的增大而减小D．若要提高设定的限载质量，应将滑片P向左移动【答案】BCD【解析】A．电磁铁能吸下衔铁，是由于通电导体的周围存在磁场，故A错误；BC．闭合开关S，当车的质量超过限载质量时，电磁铁吸下衔铁，说明压力增大，电路中的电流增大，由欧姆定律可知电路中的总电阻减小，R1和R2串联，设定限载质量后，R2不变，力敏电阻R1的阻值减小，可以得到力敏电阻的阻值随压力的增大而减小，检测时，车的质量越大，对力敏电阻的压力越大，力敏电阻的阻值越小，电路中的电流越大，电磁铁的磁性越强，故BC正确；D．若要提高设定的限载质量，此时力敏电阻的阻值减小，电磁铁吸下衔铁时的电流不变，根据欧姆定律可知电路的总电阻不变，应该增大滑动变阻器的电阻，应将滑片P向左移动，故D正确。故选BCD。4．（2023·山东东营·统考中考真题）小区内路灯能根据光线亮暗情况实现自动控制，其电路原理如图所示，R1是定值电阻，R2是光敏电阻，其阻值大小随光照强度的增大而减小，当开关S1闭合，光线变暗时，下列判断正确的是（）

A．电流表示数减小，电磁铁的磁性减弱，开关S2闭合B．电流表示数减小，电磁铁的磁性增强，开关S2断开C．电流表示数增大，电磁铁的磁性增强，开关S2闭合D．电流表示数增大，电磁铁的磁性减弱，开关S2断开【答案】A【解析】当开关S1闭合，光线变暗时，光敏电阻的电阻变大，控制电路中的总电阻变大，电路中的电流变小，电流表的示数变小，电磁铁的磁性减弱，对衔铁的吸引力减小，在右边弹簧的拉力作用下，动触点向下运动，开关S2闭合，故A正确，BCD错误。故选A。二、课内填空5．（2023上·九年级校联考课前预习）如图所示的装置，闭合开关后，电磁铁左端与条形磁铁N极相互吸引，则电源E端为（选填“正极”或“负极”）。为增强电磁铁磁性，滑动变阻器滑片P应向（选填“A”或“B”）端移动。

【答案】负极B【解析】[1]如图所示的装置，闭合开关后，电磁铁的左端与条形磁铁N极相互吸引，由磁极间的作用规律可知，同名磁极相排斥，异名磁极相吸引，可判断电磁铁的左端为S极，右端为N极，根据安培定则可判断电流应从F端流出，经过用电器后从E端流入，所以电源的E端为负极，F端为正极。[2]为了增强电磁铁磁性，在线圈匝数一定时，需要增大电流，故需要将滑动变阻器的滑片P向B移动，减小滑动变阻器连入电路的电阻。三、填空题6．（2023·辽宁大连·统考中考真题）《论衡》中有关于用布摩擦过的琥珀吸引轻小的干草和天然磁石吸引铁针的记载。这是因为用布摩擦过的琥珀带了，天然的磁石具有。【答案】电磁性【解析】[1]带电体具有吸引轻小物体的性质，用布摩擦过的琥珀吸引轻小的干草，是因为布摩擦过的琥珀带了电。[2]磁体具有吸引铁、钴、镍等金属的性质，天然磁石吸引铁针，说明天然的磁石属于磁铁，磁铁具有磁性。7．（2022·河南·统考中考真题）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）对调螺线管所接电源正、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【解析】（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。四、作图题8．（2022·湖南邵阳·统考中考真题）如图为一种电磁仪表的部分装置，闭合开关后，磁铁N极向上转动（如箭头所示）。请在括号中标出电池的“+””-”极。【答案】【解析】由题意可知，磁铁N极向上转动，说明电磁铁对其有斥力作用，根据同名磁极相互排斥可知，电磁铁的上端为N极；根据安培定则，电流从电磁铁的下端流入，所以电源的左端为“+”极，右端为“-”极，作图如下：9．（2022·四川乐山·统考中考真题）如图所示，按照小磁针N极所示方向标出通电螺线管磁感线方向和电源的“+”、“-”极。【答案】【解析】小磁针的左端为N极，根据异名磁极相互吸引，通电螺线管的右端为S极，左端为N极，根据在通电螺线管的外部，磁感线是从N极发出回到S极的，据此标出通电螺线管磁感线方向；由安培定则知，电流从通电螺线管的右端流入，故电源的右端为“+”极，左端为“-”极，如下所示：五、实验题10．（2022·海南·统考中考真题）某实验小组用自制电磁铁探究影响电磁铁磁性强弱的因素。他们用相同的漆包线和铁钉绕制成两个电磁铁A和B，B铁钉上绕有更多匝数的线圈，实验装置如图所示。（1）如图甲，闭合开关，电磁铁A的钉尖是极（选填“N”或“S”）；将滑动变阻器的滑片P向右移动，能吸引的大头针（选填“更多”“不变”或“更少”）；（2）如图乙，把电磁铁A和B串联，闭合开关，多次移动滑动变阻器的滑片P，发现电磁铁B总能吸引更多的大头针，通过比较，得出的结论是；（3）电磁铁在生活中应用广泛，请举一例：。【答案】S更少电流相同时，匝数越多，电磁铁磁性越强电铃【解析】（1）[1]由图甲可知，铁钉表面的电流方向向右，根据安培定则可知，钉尾为N极，顶尖为S极。[2]当滑动变阻器的滑片向右端滑动时，电路中的电阻变大，则电流变小，即由铁钉组成的电磁铁磁性减弱，则吸引的大头针数量会更少。（2）[3]由图乙可知，电磁铁A和B串联，则电路中的电流相等，因为电磁铁B的线圈匝数多，所以吸引的大头针多，则说明电流相同时，匝数越多，电磁铁磁性越强。（3）[4]电磁铁在生活中应用广泛，如电铃，电磁起重机等等。11．（2023·山东济南·统考中考真题）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：。【答案】条形磁体B无法判断出（通电螺线管外部）磁场的方向增加小磁针【解析】（1）[1]通电后小磁针的指向如图甲所示，通电螺线管的两端磁性最强，中间磁性最弱，说明通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似。（2）[2]在图中，根据周围小磁针N极指向与该点磁感线方向一致，在通电螺线管外部，磁感线是从北极发出，最后回到南极，只有B图所示小磁针N极指向一致，左侧小磁针N极都指向外侧，右侧小磁针N极都指向内侧，其它三个图示小磁针N极指向均有不同方向之处，故选B。（3）[3]此方案中无法从图示判断出通过螺线管电流的方向，铁屑静止时也不能够通过铁屑的分布判断通电螺线管外部磁场的方向，故无法判断出通电螺线管外部磁场的方向。（4）[4]根据周围小磁针N极指向与该点磁感线方向一致，在通电螺线管外部，磁感线是从北极发出，最后回到南极，小磁针与铁屑相比，能更好地显示出各点的磁场方向，增加小磁针，把小磁针放到螺线管四周不同位置，螺线管通电后，小磁针N极所指的方向就是该点的磁场方向。12．（2022·浙江湖州·中考真题）学习了“电生磁”的知识后，小柯在家里进行实验探究。实验器材主要有：全新干电池若干节、铁钉3枚、大头针若干、长导线1根。实验过程：①用细线把3枚铁钉捆绑在一起，再用长导线缠绕铁钉6圈，连接在1节全新干电池两端（如图所示），制成简易的电磁铁。用电磁铁尖端去靠近大头针，观察吸引大头针的数目（通电时间不超过10秒钟，下同）；②将电磁铁连接在2节串联的全新干电池两端，重复实验；③将电磁铁连接在3节串联的全新干电池两端，重复实验；④增加电磁铁的线圈匝数至9匝，连接在1节全新干电池两端，重复实验；⑤增加电磁铁的线圈匝数至12匝，连接在1节全新干电池两端，重复实验；（1）1节全新干电池的电压是伏；（2）小柯的实验想要探究的问题是：；（3）本实验用电磁铁吸引大头针的数目来比较电磁铁的磁性强弱，此科学方法属于（选填“类比法”或“转换法”）；（4）请帮助小柯设计用于记录实验数据的表格。【答案】1.5电磁铁磁性的强弱与电磁铁两端的电压和线圈匝数的关系转换法见解析【解析】（1）[1]根据生活中一些常见的电压可知，1节全新干电池的电压是1.5伏。（2）[2]由小柯的实验过程可知，小柯在实验中改变了电磁铁两端的电压和线圈的匝数，因此小柯的实验想要探究的问题是电磁铁磁性的强弱与电磁铁两端的电压和线圈匝数的关系。（3）[3]通过电磁铁吸引大头针的数目间接的比较电磁铁磁性的强弱，此科学方法属于转换法。（4）[4]小柯在实验中改变了电磁铁两端的电压和线圈的匝数，然后观察电磁铁吸引大头针的数目，因此需要记录电磁铁两端的电压，线圈的匝数和吸引大头针的数目，如下表所示：实验次数12345线圈匝数/匝6912电磁铁两端电压U/V1.534.51.51.5吸引大头针的数目/枚模拟练模拟练一、选择题1．（2023·湖南·九年级阶段练习）图中小磁针静止时指向错误的是（）A． B．C． D．【答案】D【解析】小磁针静止时N极的指向表示磁场的方向。A．右手握住螺线管，四指指向电流的方向，所以通电螺旋管外部磁场方向为从左向右，故小磁针的N极水平向左，故A正确，不符合题意；B．根据安培定测，通电螺旋管外部磁场方向为从左向右，故小磁针的N极水平向左，故B正确，不符合题意；C．根据安培定测，通电螺旋管内部磁场方向为从右向左，故C正确，不符合题意；D．根据安培定测，通电螺旋管外部磁场方向为从左向右，故小磁针的N极应水平向右，故D错误，符合题意。故选D。2．（2023·四川自贡·四川省荣县中学校校考模拟预测）如图所示，放在水平地面上的磁体上方有一块挂在弹簧测力计上的小磁体（下部为N极）。小辉提着弹簧测力计沿图示水平路线从A缓慢移到B，则下图中能反映弹簧测力计示数F随位置变化的是（）A．B．C．D．【答案】C【解析】条形磁体两极磁性最强而中间磁性最弱，且同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，当挂着的磁体向右移动时，相互吸引力逐渐减小，而过了磁体的中点后，相互排斥力逐渐增大，故可以得出弹簧测力计的示数从A端到B端是逐渐变小的。故C符合题意，ABD不符合题意。故选C。3．（2023·陕西西安·校考模拟预测）图甲是一种磁悬浮地球仪摆件，地球仪内部装有磁铁，底座内部装有如图乙所示的电磁铁。下列说法正确的是（）A．电磁铁周围存在着磁场B．地球仪利用异名磁极间相互排斥的原理工作C．图乙中，利用安培定则可判断电磁铁上端是N极D．图乙中，将电源正、负极对调后，电磁铁磁极方向不变【答案】A【解析】A．通电导线周围存在磁场，电磁铁就是将通电导线绕成线圈，在线圈内部插入铁芯制成的，所以电磁铁周围也存在磁场，故A正确；B．磁悬浮地球仪之所以能悬浮在空中，是利用了同名磁极相互排斥的原理，故B错误；C．由安培定则可知，电磁铁上端为S极，故C错误；D．乙图中，将电源正负极对调后，电流的方向发生了改变，电磁铁磁极方向随之改变，故D错误。故选A。4．（2023·云南曲靖·校考模拟预测）下列关于磁现象的说法正确的是（）A．磁场对放入其中的物体有力的作用B．磁场中的磁感线是真实存在的C．地磁南极在地理南极附近D．磁极间的相互作用情况是：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引【答案】D【解析】A．磁场对放入其中的磁体有力的作用，故A错误；B．磁场中的磁感线是假想的曲线，不是真实存在的，故B错误；C．地磁南极在地理北极附近，故C错误；D．磁体间的相互作用的规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，故D正确。故选D。5．（2023·四川广元·统考一模）毛皮摩擦过的橡胶棒能“粘”纸屑，下列现象中“粘”的原理与其相同的是（）A．电视机屏幕容易“粘”上轻小灰尘B．拔火罐时罐子“粘”在皮肤上C．平滑的铅块紧压后会“粘”在一起D．两块磁铁能够“粘”在一起【答案】A【解析】毛皮摩擦过的橡胶棒因摩擦而带电，带电物体吸引轻小物体，故能“粘”纸屑。A．电视机屏幕容易“粘”上轻小灰尘是因为屏幕带电，容易吸引轻小物体，故A符合题意；B．拔火罐时罐子是由于瓶内气压小于大气压，在大气压的作用下“粘”在皮肤上，故B不符合题意；C．平滑的铅块紧压后会“粘”在一起，是因为分子间存在引力，故C不符合题意；D．两块磁铁能够“粘”在一起是由于异名磁极互相吸引，故D不符合题意。故选A。6．（2023·河南周口·统考一模）如图为一款“智能照明灯”的电路，灯L天暗时自动发光天亮时自动熄灭，控制电路中，电源电压恒定，R1为定值电阻，R2为光敏电阻，其阻值随光照强度而变化。说法正确的是（）A．电磁继电器利用电磁感应原理工作B．R2的阻值随光照强度的增大而增大C．当光照强度增大时，电压表示数增大D．若将R1换成阻值稍小的电阻，可缩短灯L的发光时间【答案】D【解析】A．电磁继电器是利用电流的磁效应原理工作的，故A错误；B．要使灯L在天亮时自动熄灭，控制电路中的电流需增大达到一定数值，衔铁被吸合，灯L所在电路断开，灯L自动熄灭，则可知天亮时光照强度增大，控制电路中电流增大，光敏电阻R2的阻值减小，所以，R2的阻值随光照强度的增大而减小，故B错误；C．由于R2的阻值随光照强度的增大而减小，当光照强度增大时，R2的阻值减小，根据串联分压的规律可知，R2两端的电压减小，即电压表示数减小，故C错误；D．由于控制电路的电源电压不变，衔铁被吸合的电流不变，由知道，衔铁被吸合时控制电路的总电阻不变，若R1换成阻值较小的电阻，则R2的阻值变大，此时光照强度减弱，即灯L在天不太亮时已经熄灭，在天很暗时才自动发光。由此可见，将R1换成阻值较小的电阻，可缩短灯L的发光时间，故D正确。故选D。7．（2023·安徽合肥·统考二模）如图是某同学用电磁铁做的相关实验，闭合开关S，下列说法正确的是（）A．电磁铁的上端为S极B．电磁铁与小磁针之间存在磁场C．将滑动变阻器的滑片向右滑动，电磁铁的磁性减弱D．电磁铁的线圈被短路，磁性增强【答案】B【解析】A．由图示知，闭合开关，电流由电磁铁的下端流入，上端流出，据安培定则，电磁铁的上端为N极，故A错误；B．磁体周围存在磁场，通电导体的周围也存在磁场，所以电磁铁及小磁针周围都存在磁场，两者有相互作用力，故B正确；C．由图示知，电磁铁与滑动变阻器串联在电路中，滑片向右滑动，变阻器接入电路的阻值变小，电路的总阻值变小，据欧姆定律知，电路中的电流变大，电磁铁的磁性增强，故C错误；D．电磁铁的线圈被短路，则电流不通过电磁铁，电磁铁无磁性，故D错误。故选B。二、填空题8．（2023上·九年级校联考课时练习）如图螺线管的上方放置了一个小磁针，螺线管左方的水平地面上放置了一个铁块。闭合开关后，铁块静止不动，小磁针在磁场的作用下会发生转动，小磁针的周围（选填“存在”或“不存在”）磁感线，当小磁针静止时它的右端为（选填“S”或“N”）极，当滑片P向左滑动时，铁块受到的摩擦力大小将（选填“变大”“变小”或“不变”）。【答案】不存在N变小【解析】[1]磁感线一种理想化的物理模型，实际上并不存在，磁场不是由磁感线组成的。[2]电流从螺线管的左侧流入，右侧流出，根据安培定则可知，螺线管的左端为N极，右端为S极，当小磁针静止时，根据磁极间的作用规律可知，相互靠近的一定是异名磁极，因此可以确定小磁针的左端为S极，右端为N极。[3]当滑片P向左滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值变大，电路中的电流变小，通电螺线管的磁性变弱，对铁块的吸引力变小，铁块静止，依据二力平衡条件，故铁块受到的摩擦力将变小。三、作图题9．（2023·广东佛山·佛山市华英学校校考模拟预测）如图所示，请根据小磁针指向确定电源a端的极性，用“+”或“-”填在括号内。【答案】【解析】由图可知，小磁针的左端是S极，右端为N极，由于同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引可知，通电螺线管的右端是N极，左端是S极；根据安培定则可知电流由螺线管的左端流入，即电源的左端为正极，右端是负极。如图所示：10．（2023上·广西南宁·九年级南宁三中校考期末）如图所示，请在图中括号内分