2.1 电生磁（解析版）

知识点一、电流的磁效应1、奥斯特实验实验探究在静止的小磁针上方放一根与小磁针平行的直导线，依次进行如图甲、乙、丙所示的操作。现象分析（1）比较甲、乙两图所示现象，导线通电后，小磁针发生偏转（转换法：有无磁场→小磁针是否发生偏转），断电后，小磁针又回到原位置，这说明通电直导线周围产生了磁场；（2）比较甲、丙两图所示现象，改变电流的方向，小磁针偏转方向发生改变，即小磁针处磁场方向发生改变，这说明电流的磁场方向与电流方向有关。研究归纳（1）通电导线周围存在着磁场；（2）电流的磁场方向与电流方向有关。2、电流的磁效应通电导线周围存在着与电流方向有关的磁场，这种现象叫做电流的磁效应。电流磁效应是丹麦物理学家奥斯特通过实验首先发现的。奥斯特实验第一次揭示了电与磁之间的联系，即电可以产生磁。特别提醒：①实验时，导线要处于南北方向，与小磁针保持平行，这样在给导线通电时，小磁针由南北指向变为东西指向，偏转最为明显，便于比较通电后小磁针的偏转情况。②实验中，宜采用“触接”的方式给导线通电，即给导线通电时间要短，因为用电源短路的形式虽然可以获得较大的电流，但也容易烧坏电源。知识点二、通电螺线管的磁场1、螺线管（1）把导线缠绕在圆筒上，就做成了一个螺线管，也叫线圈。接通电源的螺线管叫通电螺线管。（2）给螺线管通电后，各线圈产生的磁场叠加在一起，通电螺线管周围就产生了较强的磁场。2、探究通电螺线管外部的磁场分布实验探究1：通电螺线管的磁场方向和电流方向的关系（1）用铜导线穿过玻璃板，做成螺线管，给螺线管通入电流，将小磁针放在螺线管周围的不同位置，记下小磁针在各个位置时N极的指向；（2）改变电流方向，再次观察实验现象。实验现象（1）通电后小磁针发生偏转，不同位置的小磁针N极指向不同，如图所示；（2）改变电流方向，小磁针指向发生改变。现象分析（1）从小磁针的N极指向看，通电螺线管外部的磁感线从螺线管的一端出来回到另一端，说明通电螺线管有两个磁极且在两端。（2）小磁针的N极指向改变，说明了磁场方向的改变，即通电螺线管两端的极性改变了，由此可知，电流方向改变了磁场方向，即通电螺线管的磁场方向与电流方向有关。实验探究2：通电螺线管外部的磁场的分布特征在玻璃板上撒一些铁屑，给螺线管通电后，轻轻敲击玻璃板，观察铁屑的分布情况。实验现象如图所示。现象分析从铁屑的分布情况看，通电螺线管外部的铁屑排列情况和条形磁体周围铁屑的分布情况相似。归纳总结（1）通电螺线管外部的磁场方向与电流方向有关；（2）通电螺线管外部磁场跟条形磁体的磁场相似，通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个磁极；（3）通电螺线管的内部也存在磁场，其磁场方向与外部相反（内外磁场方向大致走向相反）。3、探究通电螺线管极性与环绕螺线管的电流方向的关系实验探究去绕向不同的螺线管，依次设计并进行实验：给螺线管通入不同方向的电流，用小磁针验证它的N、S极。实验现象现象分析（1）两个螺线管的绕向相同，电流不同，它的螺线管两端的极性不同。（2）调换螺线管左右位置，绕向发生改变，即便电流方向相同，螺线管两端极性也不同。实验结论通电螺线管两端的极性与通电螺线管中电流方向有关。知识点三、安培定则安培定则又叫右手螺旋定则，用来描述通电螺线管的极性与电流方向关系。1、内容用右手握住螺线管，让四指弯向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的那端就是螺线管的北极（N极）。2、安培定则的应用（1）已知通电螺线管中电流的方向，判断通电螺线管两端的极性。具体方法：①标出通电螺线管中电流的方向；②用右手握住螺线管，让弯曲的四指指向螺线管中电流方向；③大拇指所指的那端就是通电螺线管的N极，如图所示。（2）已知通电螺线管两端磁极，判断通电螺线管中电流的方向。具体方法：①先用右手握住通电螺线管，大拇指指向N极；②弯曲的四指所指的方向就是螺线管中电流的方向；③按照四指弯曲的方向在螺线管中标出电流方向。1、下列科学家与科学发现对应关系正确的是（）A．亚里士多德——惯性定律；B．法拉第——电流周围存在磁场；C．沈括——地磁的两极和地理的两极不重合；D．奥斯特——电磁感应现象【答案】C【解析】A．牛顿——惯性定律，故A错误；B．奥斯特——电流周围存在磁场，故B错误；C．沈括——地磁的两极和地理的两极不重合，沈括发现了地磁偏角，故C正确；D．法拉第——电磁感应现象，故D错误。故选C。2、小科将导线绕在一根铁钉上，制成电磁铁，与电池接通后，如图所示，铁钉的尖端为（选填“N”或“S”）极。【答案】N【解析】由图可知，电流从电磁铁的右端流入，左端流出，由安培定则可知电磁铁的右端是N极，左端是S极，铁钉的尖端为N极。3、将如图所示的电磁铁的电路连接完整要求:（1）根据小磁针静止时N极指向，在括号中标出电磁铁左端的极性（用“N”或“S”表示）（2）在虚线框内画出电池符号；（3）开关闭合后，变阻器的滑片只有向右移动时，电磁铁的磁性才会变强（连接时导线不能交叉）。【答案】见解析。【解析】由磁极间的相互规律可知，电磁铁的左端为N极，由安培定则可确定，电流要从电磁铁的右上端流入，左下端流出，电源左端为正极，右端为负极；滑片P向右移动，电阻减小，就要选取滑动变阳器右下的接线柱，如图1、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、下列用磁感线描述的磁场方向不正确的是（）A． B．C． D．【答案】D【解析】A．地球是一个大磁体，地磁N极在地理南极附近，地磁S极在地理北极附近，磁感线是闭合曲线，磁体外部磁感线是从N极到S极，故A正确，A不符合题意；BC．磁感线是闭合曲线，磁体外部磁感线是从N极到S极，且同名磁极相互排斥，故BC正确，BC不符合题意；D．电流从电源正极出发，回到电源负极，根据安培定则，可知确定螺线管右端为N极，左端为S极，磁体外部磁感线是从N极到S极，故D不正确，D符合题意。故选D。3、如图所示，闭合开关，下列判断正确的是（）A．小磁针偏转，说明通电导体周围存在磁场B．只对调电源正负极，小磁针偏转方向不变C．通电螺线管的右端为N极D．在螺线管内插入铁芯，螺线管的磁性强弱不变【答案】A【解析】A．通电后，小磁针发生偏转，说明通电导体周围存在磁场，故A正确；B．只对调电源正负极，螺线管极性发生了改变，磁场的方向发生了改变，小磁针偏转方向发生改变，故B错误；C．根据右手安培定则，四指的方向为电流的方向，大拇指的指向为N极的指向，故通电螺线管的左端为N极，故C错误；D．在螺线管内插入铁芯，铁芯被磁化，螺线管的磁性变强，故D错误。故选A。4、下列关于电与磁的说法，错误的是（）A．通过电流越大的线圈磁性一定越强B．任何磁体都有N、S两极C．导体中负电荷的定向移动会产生磁场D．发电机是利用电磁感应的原理工作的【答案】A【解析】A．电磁铁磁性强弱与通过电磁铁线圈的电流大小和匝数有关，所以通过电流越大的线圈磁性不一定越强，故A错误，符合题意；B．任何磁体都有两个磁极，即N极和S极，故B正确，不符合题意；C．正、负电荷的定向移动都能形成电流，根据电流的磁效应可知，电流周围存在磁场，故C正确，不符合题意；D．发电机是利用电磁感应的原理工作的，故D正确，不符合题意。故选A。5、如图所示甲､乙､丙､丁四个探究实验。探究电流的磁效应与电流的磁场分布的实验是（）A．甲与乙 B．乙与丙 C．丙与丁 D．丁与甲【答案】B【解析】甲图是验证磁体两磁极间的相互作用；乙图是奥斯特实验装置图，即验证电流的磁效应；丙图是验证电流磁场的分布情况；丁图是电磁感应原理图。故ACD均不符合题意，B符合题意。故选B。6、如图所示是探究通电直导线周围磁场的实验装置。当开关闭合时，导线下方的小磁针会发生偏转，说明通电导线周围存在磁场。此时若移去小磁针，上述结论是否成立？，实验中小磁针的作用是。【答案】成立；检测磁场是否存在。【解析】当开关闭合时，通电导线的周围产生了磁场，则导线下方的小磁针在磁场的作用下会发生偏转；此时若移去小磁针，磁场仍然是存在的，所以上述结论仍然成立。通电导线周围是否存在磁场不便于观察，磁场对放入其中的磁体有力的作用，所以通过小磁针是否会发生偏转来判断通电导体是否存在磁场。7、实验发现，当两条平行放置的直导线a、b中通以相同方向的电流时，两根导线相互吸引，如图所示。使导线b受力的施力物体是。如果只改变导线a中的电流方向，两根导线间（选填“有”或“没有”）作用力，你判断的依据是。【答案】a

有

磁场对放入磁场的磁体有磁力的作用【解析】通电导线a的周围有磁场，通电导体b放在了通电导线a的磁场内，受到磁场的作用，两根导线相互吸引，b受到了a的吸引力，所以使导线b受力的施力物体是a。a、b中有电流通过，则a、b的周围存在磁场，a、b相当于是一个磁体；如果只改变导线a中的电流方向，a的磁场方向发生了变化，a的磁场对b仍然有力的作用。8、如图所示，螺线管与电源、开关S组成闭合回路。在螺线管下方的地面上放有一条形磁体，开关S闭合瞬间，该条形磁体突然向上运动。请在图中标出电源左端的极性、闭合开关后通电螺线管中的电流方向、螺线管下端的磁极极性和螺线管左侧P点磁感线的方向。【答案】见解析。【解析】根据磁极间的相互作用规律，开关S闭合瞬间，该条形磁体突然向上运动说明通电螺线管下端与条形磁体的上端是异名磁极，条形磁体的上端是S极，故通电螺线管下端是N极，由安培定则可判断电流从螺线管上端流进，下端流出，故电源左端为负极，由磁体外部的磁感线从N极出发回到S极可判断P点方向。如图所示：1、如图所示，一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过小磁针的上方，小磁针的S极向纸内偏转。对带电粒子束的判断：①向右飞行的正离子束；②向左飞行的正离子束；③向右飞行的负离子束；④向左飞行的负离子束；⑤向右飞行的电子束；⑥向左飞行的电子束，则可能正确的是（）A．②③⑤ B．①④⑥ C．②④⑥ D．①③⑤【答案】A【解析】小磁针的S极向纸内偏转，则N极向纸外偏转，所以，飞行粒子下方的磁场方向向外，根据安培定则可知电流方向向左；由于电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反，所以，这束粒子若带正电，则向左飞行，若带负电（负离子和电子均带负电），则向右飞行，故②③⑤正确，即A符合题意，BCD不符合题意。故选A。2、如图所示为探究“通电螺线管外部磁场分布”的实验装置，开关断开时小磁针甲、乙静止时的指向如图所示，闭合开关后，则下列说法正确的是（）A．通电螺线管上各匝线圈相互远离B．小磁针乙偏转，小磁针甲不偏转C．为了使实验现象更明显，可以在螺线管中插入一根铝棒D．当断开开关后，螺线管磁性增强【答案】B【解析】A．由图可知，电流从螺线管左端流向右端，根据安培定则，每个线圈的右侧为N极，左侧为S极，由异名磁极相互吸引，通电螺线管上相邻各匝线圈之间相互吸引，所以不会远离，故A错误；B．通电螺线管右端为N极；因同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引，故小磁针甲不转动；小磁针乙的S指向右侧，N极指向左侧，小磁针乙偏转，故B正确；C．可以充当“芯”的应是磁性材料，如铁棒，通电螺线管中插入铁棒后，铁棒被通电螺线管的磁场磁化，磁化后的铁棒也变成了一个磁体，这样由于两个磁场互相叠加，从而使螺线管的磁性大大增强，故C错误；D．当断开开关后，螺线管中没有电流，螺线管磁性消失，故D错误。答案B。3、如图，在电磁铁正上方用弹簧挂着一条形磁铁，开关闭合后，当滑片P从a端向b端滑动过程中，会出现的现象是（）A．电流表示数变大，弹簧长度变长 B．电流表示数变大，弹簧长度变短C．电流表示数变小，弹簧长度变长 D．电流表示数变小，弹簧长度变短【答案】A【解析】由电路图可知，滑动变阻器与灯泡串联；当滑片P从a端向b端滑动的过程中，接入电路的电阻变小，电路的总电阻变小；根据欧姆定律可知，电路中的电流变大，即电流表的示数变大，所以螺线管的磁性增强；根据右手螺旋定则可得，螺线管的下端为N极，上端为S极，因为异名磁极相互吸引，所以螺线管对磁铁的吸引力逐渐增大，弹簧的长度变长，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。4、如图所示，M是一个用细导线绕成的螺线管，当闭合开关K后，M的长度将()A．伸长B．缩短C．不变D．先伸长，后缩短【答案】B【解析】假如电源的左端是正极，右端是负极，根据右手螺旋定则，判断最左端线圈的左侧是N极，右侧是S极。同理判断第二个线圈，线圈的左侧是N极，右侧是S极。所有线圈的左侧都是N极，右侧都是S极。异名磁极相互吸引，线圈间相互吸引，通电线圈变短。如果电源的左端是负极，右端是正极，所有线圈的左侧都是S极，右侧都是N极，线圈间相互吸引，通电线圈变短。5、如图所示为一台非铁磁性物质制成的天平，天平左盘中的A是一铁块，B是电磁铁。未通电时天平平衡，给B通以图示方向的电流(a端接电源正极，b端接电源负极)，调节线圈中电流的大小，使电磁铁对铁块A的吸引力大于铁块受到的重力，铁块A被吸起。当铁块A向上加速运动的过程中，下列判断正确的是()A．电磁铁B的上端为S极，天平仍保持平衡B．电磁铁B的上端为S极，天平右盘下降C．电磁铁B的下端为N极，天平左盘下降D．电磁铁B的下端为N极，无法判断天平的平衡状态【答案】C【解析】①从图可知，电流从螺线管的上端流入，下端流出，根据右手螺旋定则可知，螺线管下端是N极，上端是S极；②电磁铁通电后，铁块A被吸起，铁块A向上加速运动，因而可知铁块受到的向上的磁力F必然大于铁块的重力G。当铁块离开盘而又还未到达电磁铁的过程中，虽然铁块对盘的压力没有了，但铁块对电磁铁有向下的吸引力，因此通过左盘电磁铁支架向下压左盘的力比电磁铁未通电时铁块压左盘的力还大，故左盘将下沉。6、如图所示，条形磁铁放在水平木桌上，电磁铁右端固定并与条形磁铁在同一水平面上。闭合开关S，当滑动变阻器的滑片P逐渐向右移动时，条形磁铁仍保持静止，此时电磁铁的左端为极，条形磁铁受到的摩擦力(填“变大”“变小”或“不变”)，方向水平(填“向左”或“向右”)。【答案】N变大向左【解析】本题主要考查通电螺线管的磁场分布与条形磁铁的磁场的不同，由安培定则可知螺线管的磁极，由磁极间的相互作用可知条形磁铁的受力方向，由二力平衡可知摩擦力的方向。由滑片的移动可知螺线管中电流的变化，则可知磁性强弱的变化及相互作用力的变化，由二力平衡关系可知条形磁铁所受摩擦力的变化。由安培定则可知，螺线管左侧为N极；因异名磁极相互吸引，故条形磁铁所受磁场力向右；因条形磁铁处于平衡状态，即条形磁铁所受摩擦力应与磁场力大小相等方向相反，故摩擦力的方向水平向左；当滑片向右移动时，滑动变阻器接入电阻变小，由欧姆定律得螺线管内的电流增大，则可知螺线管的磁性增强，条形磁铁所受到的磁场力增大；因条形磁铁仍处于平衡状态，所以条形磁铁所受摩擦力也增大。7、如图所示的是四个常见的电磁实验，A中导体棒向右运动时，灵敏电流计指针向右偏转，如果对调磁体的N、S磁极位置，导体棒仍然向右运动，则灵敏电流计指针将向偏转；B中闭合开关以后，电磁继电器正常工作，则此时电动机和电热器两个用电器中，能够工作；C中通电导线下方的小磁针发生偏转，电流对小磁针的作用力是通过施加的；D中所示是两个磁体的磁极靠近时相互远离的现象，这说明同名磁极。【答案】左

电动机

磁场

排斥【解析】感应电流的方向与导体运动的方向和磁场的方向有关，如果对调磁体的N、S磁极位置，磁场方向改变，导体运动的方向不变，则感应电流的方向发生改变，则灵敏电流计指针将向左偏转。B中闭合开关以后，电磁继电器正常工作，具有磁性，衔铁会被吸下，电动机能够工作。C中通电导线下方的小磁针发生偏转，是因为通电导体周围存在磁场，磁场的基本性质是对放入其中的磁体的力的作用，所以电流对小磁针