3.2拓展电磁实验探究

类型之一：磁场探究【方法归纳】①确定磁极位置的方法原理是磁性物质可以吸引铁钴镍等物质，通过观察吸引大头针数目的多少来判断，磁性最强部位吸引大头针数目较多。②地磁的两极与地理的两极相反。③通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场相似；通电螺线管两端的极性跟螺线管中的电流方向之间的关系可以用安培定则来判断。类型之二：通电直导线周围的磁场【方法归纳】①奥斯特实验通过通电直导线周围小磁针偏转说明了通电导体周围存在磁场；当电流方向改变时，产生的磁场方向也改变，所以小磁针的偏转方向也会改变；②物理学中对于一些看不见摸不着的现象或不易直接测量的物理量，通常用一些非常直观的现象去认识或用易测量的物理量间接测量，这种研究问题的方法叫转换法。类型之三：通电螺线管周围的磁场【方法归纳】①安培定则也应用于单匝圆形线圈的极性判断；②地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近。③电磁铁磁性强弱的影响因素：电流大小、线圈多少、有无铁芯。当电流大小一定时，电磁铁的线圈匝数越多，磁性越强；当线圈匝数一定时，通过电磁铁的电流越大，磁性越强。探究电磁铁的磁性强弱跟铁芯大小的关系，一定控制电流和线圈的匝数不变，磁性强弱用吸引大头针的多少来反映。类型之四：电磁继电器的原理、结构、工作示意图在电磁式继电器中，主要由衔铁，线圈，铁芯，触点与支杆等部分组成，电磁式继电器可以用较小的电流来控制较大的电流。电磁式继电器的结构如下图：电磁式继电器的工作原理及演示图电流继电器的线圈串接于电路中，根据线圈电流的大小而动作。这种继电器的线圈导线粗匝数少、线圈阻抗小。电压继电器线圈匝数多，导线细，工作时并联在回路中，根据线圈两端电压的大小接通或断开电路。1、在探究影响电磁铁磁性强弱因素的实验中，小华用漆包线（表面涂有绝缘漆的导线）绕在铁钉上做成了有五个接线柱（抽头）o、a、b、c、d的电磁铁，相邻抽头之间线圈均为40匝。小华将它与电源、电流表、滑动变阻器、开关、导线和一些大头针，组成了如图所示的实验电路。（1）此实验中电磁铁磁性的强弱用来反映；（2）小华实验步骤如下：①先将抽头o、a连入电路，闭合开关，移动滑动变阻器滑片P到某一位置，用电磁铁的一端吸引大头针，同时观察电流表的示数I。断开开关，将o、a间的匝数和被吸引的大头针的个数记入实验数据表中；②小华再将抽头o、b连入电路，闭合开关，移动滑动变阻器滑片P，使电流表的示数I保持不变，再用电磁铁的一端吸引大头针。断开开关，将o、b间线圈的匝数和被吸引的大头针的个数记入实验数据表中；③仿照上一步骤，分别接入o、c和o、d，记录相关数据；（3）根据实验步骤可知，小华探究具体问题是：。【答案】吸引大头针的个数多少

电流一定时，电磁铁的匝数越多，磁性是否越强呢？【解析】（1）电磁铁的磁性强弱不易直接观察，此实验中利用电磁铁吸引大头针数量的不同来反映磁性强弱的不同，采用了转换法。（3）根据（2）中的实验操作可知，改变电磁铁的匝数，而控制电路电流不变，观察电磁铁吸热大头针数量的多少，故小华探究具体问题是：电流一定时，电磁铁的匝数越多，磁性是否越强呢？2、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）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。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）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）电磁铁在生活中应用广泛，如电铃，电磁起重机等等。3、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）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）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）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）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4、电与磁之间存在着相互联系，彰显物理现象的对称、统一之美。（1）如图1所示，小雨利用干电池、导线和小磁针进行实验；①通电后小磁针发生偏转，断电后小磁针复位。实验表明；②若把图甲中的小磁针换成直导线并通电。推测：两条通电导线之间（填“有”或“没有”）相互作用力，依据是（填字母）；A．电磁感应现象

B．磁场对电流的作用（2）小雨又将直导线绕成螺线管形状，在螺线管的两端各放一个小磁针，并在硬纸板上均匀地撒满铁屑。通电后观察小磁针的指向及铁屑的排列情况，如图2所示。实验结果表明：通电螺线管外部的磁场与______的磁场一样；（3）在螺线管中插入软铁棒，制成电磁铁。下列设备中没有用到电磁铁的是（填字母）。A．大型发电机

B．电磁起重机

C．电炉【答案】通电导线周围存在磁场

有

B

条形磁体

C【解析】（1）①通电后小磁针发生偏转，断电后小磁针复位。实验表明表明通电导线周围存在磁场。②由于通电导线周围有磁场，磁场对电流有力的作用，故若把图甲中的小磁针换成直导线并通电，两条通电导线之间有相互作用力。故选B。（2）通电后观察小磁针的指向及铁屑的排列情况，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。（3）电炉是完全的发热装置，而发电机和电磁起重机均需要电磁铁产生磁性进行工作。故选C。5、某校九年级一班物理兴趣小组的同学，学习了磁现象的知识后，深受物理学家奥斯特和法拉第科学探索精神的影响，怀着极大的兴趣对下列实验进行了探究。如图甲，将小磁针放在南北方向的直导线正下方，小磁针静止，N极指向北。如图乙触接电源，小磁针的N极向纸外偏转。断开连接后，小磁针恢复到图甲位置。如图丙，将电源正负极对调，再次触接电源，小磁针的N极向纸内偏转。则：（1）通电导线周围存在磁场，且磁场的方向与有关；（2）断开电源后，小磁针恢复到图甲状态，这是因为小磁针受到了的作用；（3）如图丁所示，高速电子束飞过小磁针上方时，小磁针将发生如图所示方向的偏转，原因是。【答案】电流方向

地磁场

乙

电子束从左向右运动时，电流的方向应从右向左【解析】（1）根据甲乙丙三图可知，通电导线周围存在磁场，且磁场的方向与电流方向有关。（2）断开电源后，小磁针静止，N极指向北，是因为受地磁场作用。（3）电子在小磁针上方飞过，因为电子束带负电，所以当电子束从左向右运动时，由于电子的定向移动形成电流，且电流的方向与电子定向移动方向相反，因此电流的方向应从右向左，与图乙相同。6、在探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”实验中，小明制成简易电磁铁甲、乙，并设计了如图所示的电路。（1）实验中通过观察来判断电磁铁磁性的强弱；（2）当滑动变阻器滑片向左移动时，电磁铁甲、乙吸引大头针的个数（填“增加”或“减少”），说明电流越，电磁铁磁性越强；（3）根据图示的情境可知，（填“甲”或“乙”）的磁性强，说明电流一定时，，电磁铁磁性越强；（4）根据右手螺旋定则，可判断出乙铁钉的上端是电磁铁的极；（5）电磁铁吸引的大头针下端分散的原因是。【答案】吸引大头针的多少

增加

强

甲

匝数越多

S

大头针被磁化，同名磁极相互排斥【解析】（1）磁铁能吸引大头针，吸引的大头针越多，则磁铁的磁性越强，所以磁性的强弱可借助观察电磁铁能够吸起的大头针的数量来判断，属于转换法的应用。（2）当滑动变阻器滑片向左移动时，滑动变阻器的阻值减小，电路中的电流变大，电磁铁的磁性强弱与电流大小有关，电流越大，电磁铁的增强越强，能够吸引大头针的个数增加。（3）由图知，甲吸引大头针的个数较多，说明甲的磁性较强，甲乙串联，电流相等，甲的线圈匝数大于乙的线圈匝数，说明电流一定时，线圈匝数越多，电磁铁磁性越强。（4）螺线管中的电流方向向左，根据右手螺旋定则可知，四指指向与电流方向相同，拇指指向乙铁钉的下端，则乙铁钉的下端是N极，乙铁钉的上端是电磁铁的S极。（5）大头针被磁化，同一端的磁性相同，同名磁极互相排斥，所以下端分散。7、如图是小明研究“影响电磁铁磁性强弱因素”的装置图，它是由电源、滑动变阻器、开关、带铁芯的螺线管和自制的针式刻度板组成。通过观察指针B偏转角度的大小来判断电磁铁磁性的强弱。在指针下方固定一物体A，当用导线A与接线柱2相连时，闭合开关后，指针B发生偏转。(1)用笔画线代替导线将实物图连接完整。(2)指针下方的物体A应由材料制成。A.铜B.铁C.铝D.塑料(3)实验发现：当滑动变阻器的滑片P向(填“左”或“右”)滑动时，指针B偏转的角度将会(填“变大”或“变小”)。(4)保持滑片Ｐ位置不变，当导线A由接线柱2改为与接线柱1相连，闭合开关后，可发现指针B偏转的角度将会(填“变大”或“变小”。(5)经过对电磁铁的研究，可得出的结论是当线圈匝数一定时，通过电磁铁的电流越大，电磁铁磁性；当通过电磁铁的电流一定时，电磁铁线圈的匝数越，磁性越。【答案】(2)B(3)左(右)变大(变小)(4)变大(5)越强多(少)强(弱)(1)如图所示【解析】（1）滑动变阻器采用“一上一下”的接法；把滑动变阻器金属杆的右端与开关的左端连接起来。（2）磁铁具有吸引铁钴镍等物质。物体A有铁质材料制成，所以分析四个选项不难看出只要B选项是磁性材料，故选B；（3）当滑动变阻器的滑片P向左（右）滑动时，滑动变阻器的阻值变小（大），电路中电流变大（小），电磁铁的磁性增强（减弱），电磁铁吸引物体A偏转角度增大（减小），所以指针B偏转的角度将会变大（变小）。（4）保持滑片P位置不变，电磁铁中电流大小不变，当导线a由接线柱2改为与接线柱1相连，电磁铁线圈的匝数增多，电磁铁磁性增强，闭合开关后，可发现指针B偏转的角度将会变大。（5）经过对电磁铁的研究，可得出结论是：当线圈匝数一定时，通过电磁铁的电流越大，电磁铁磁性磁性越强；当通过电磁铁的电流一定时，电磁铁线圈的匝数越多，磁性越强。8、科学家发现两根平行导线通电后有如图所示的现象(图中实线、虚线分别表示通电前、后的情况)。(1)由图可知两平行通电导线之间有力的作用。当通人的电流方向相同时，导线相互当通入的电流方向相反时，导线相互。(2)判断通电直导线周围磁场方向的方法是用右手握导线，大拇指指向电流方向，则四指环绕的方向就是通电直导线周围的磁场方向。根据这个方法，请你判定甲图中导线A在导线B处产生的磁场方向为垂直于纸面(填“向里”或“向外”)。(3)上述现象的原因是通电导线A周围产生的磁场对通电导线B有的作用。当导线A中的电流方向改变时，其磁场的方向也发生改变，导线B受力方向随之改变。(4)由此可知：与磁体之间的相互作用一样，电流之间的相互作用也是通过来实现的。【答案】(1)吸引排斥(2)向里(3)力(4)磁场【解析】（1）由图可知，当通入的电流方向相同时，导线靠拢，说明两导线相互吸引；当通入电流方向相反时，导线远离，说明两导线相互排斥；（2）用右手握导线，大拇指指向电流方向（向上），则四指环绕的方向就是通电直导线周围的磁场方向：a的左侧垂直于纸面向外，b处（a的右侧）垂直于纸面向里；（3）通电导线a周围产生的磁场对通电导线b有力的作用；（4）与磁体之间的相互作用一样，电流之间的相互作用也是通过磁场来实现的。9、小芳同学探究通电螺线管外部磁场的实验报告如下：【实验器材】螺线管、塑料板、小磁针、铁屑、电池、开关、导线等(如图1)。【提出问题】在我们熟悉的各种磁体中，通电螺线管外部的磁场可能与哪种磁体的相似?【进行实验】(1)探究通电螺线管的磁场分布。①了解螺线管磁场演示仪的构造，线圈的位置等；②闭合开关将螺线管通电，用手轻轻敲击塑料板，观察；③把它与某些磁体磁场的分布进行对比，发现与磁体周围的磁场相似。(2)探究通电螺线管的磁场方向。①将小磁针放在螺线管周围的不同位置；②根据记录通电螺线管周围各点的磁场方向；③通过，来改变电流方向，探究通电螺线管外部磁场方向是否发生改变。(3)我们能不能找到一种判断通电螺线管两端的极性的方法呢?请大家观察图2，蚂蚁和猴子是怎么说的，你能否受到某种启示呢?①蚂蚁沿着电流方向绕螺线管爬行说：“N极就在我的左边”；②猴子用右手把一个大螺线管夹在腋下，说：“如果电流沿着我右臂所指的方向，N极就在我前方”。小芳同学总结出通电螺线管磁极的极性可以这样来判断：。【答案】(1)铁屑后分布条形(2)小磁针N极指向对调电池的正负极(3)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【解析】（1）②闭合开关将螺线管通电，用手轻敲击塑料板，观察铁屑的分布；③由于通电螺线管周围的铁屑会被磁化，每一个小铁屑都相当于一个小磁针；铁屑受到磁场的作用力而有规律地排列，分析论证得出结论：通电螺线管周围的磁场与条形磁体的磁场相似；（2）②磁场的方向是这样规定的：放在磁场中某点的小磁针，静止时北极所指的方向就是该点的磁场方向，因此根据小磁针N极的指向记录通电螺线管周围各点的磁场方向。③电磁铁的磁极极性与电流的方向有关，改变电流方向则磁极的极性也发生变化；因此通过对调电池的正负极，来改变电流方向，探究通电螺线管外部磁场方向是否发生改变。（3）根据安培定则的内容判定线电流的磁感线的方法：用右手握住通电螺线管，让弯曲的四指的方向与电流的方向一致，那么大拇指所指的那端就是螺线管的N极。10、探究“产生感应电