专题2　电磁实验探究（解析版）

2020-2021学年八年级科学下册培优微专题速学速练专题2电磁实验探究类型之一磁场探究 1类型之二通电直导线周围的磁场 3类型之三通电螺线管周围的磁场 5类型之四通电直导线在磁场的受力 8类型之五感应电流的产生条件 9【考查知识】探究磁场的变化规律、电磁铁磁性强弱的影响因素的实验中，都用到了控制变量法和转换法。实验过程中，根据小磁针的指向来判断磁场分布规律、根据被吸引大头针的数目来判断磁场的强弱是转换法的运用，每次实验只改变一个变量是控制变量法的要求。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．【常考题型】1．(中考•山西)如图所示的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。（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。【解析】因为磁体上不同部位的磁性强弱是不同，两端较强，中间较弱，所以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．(中考·广州)科学家猜测，A地海龟在春季是利用地磁场(图甲)向南返回出生地。以下为相关研究。(1)春季A地某屏蔽磁场的实验室，无磁场环境下海龟无固定游向，把海龟置于模拟地磁场中(用图乙简化示意)，图中1为磁体N极，2为磁体________极。按科学家猜测，海龟应向________(填“左”或“右”)游动。(2)地磁场在缓慢变化，科学家每年记录海龟出生地筑巢地点移动的方向，并追踪地磁场的微小移动，发现________________________________________________________，现象符合猜测。【答案】(1)S；左(2)海龟出生地筑巢地点移动的方向与地磁场微小变化的方向一致【解析】由安培定则知2为磁体的S极。由于“海龟在春季是利用地磁场(图甲)向南返回出生地”，即向地磁北极方向运动，故在模拟环境中，海龟应向左运动。3.(中考·山西)小明在一块有机玻璃板上安装了一个用导线绕成的螺线管，在板面上均匀撒满铁屑，通电后轻敲玻璃板，铁屑的排列如图所示。下列说法正确的是()A．图中P、Q两点相比，P点处的磁场较强B．若只改变螺线管中的电流方向，P、Q两点处的磁场会减弱C．若只改变螺线管中的电流方向，P、Q两点处的磁场方向会改变D．若只增大螺线管中的电流，P、Q两点处的磁场方向会改变【答案】C【解析】由图可以看出通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场一样，并且可以看到Q点铁屑的分布比P点密集，由此可以确定Q点的磁场比P点强，故A错误；只改变电流方向，则磁场方向发生改变，但通电螺线管的磁场强弱不变，故B错误，C正确；只增大螺线管中的电流，则磁场的强弱发生改变，但磁场方向不变，故D错误。4.(中考•无锡)如图所示实验，用________________判断通电螺线管周围各点的磁场方向，为了探究通电螺线管磁极的极性与电流方向是否有关，应该采取的操作是______________________。【答案】小磁针N极的指向；对调电源的正负极【解析】根据磁场方向的规定可知，小磁针静止时N极所指的方向为该点的磁场方向，所以可利用小磁针N极的指向判断通电螺线管周围各点的磁场方向；为了探究通电螺线管磁极的极性与电流方向是否有关，应改变螺线管中的电流方向，并观察小磁针N极的指向是否发生变化，所以应该采取的操作是对调电源的正负极。5．(中考·上海)研究发现，人体内部存在磁场，人体内部的磁场与人体健康密切相关。(1)人体内部的磁场与地磁场相比很弱，若用磁感线描述人体内部的磁场和地磁场，则下列判断中合理的是________。A．人体内部磁场的磁感线分布较疏B．人体内部磁场的磁感线分布较密C．两者磁场的磁感线疏密大致相同(2)对人体内部磁场存在的原因提出猜想，请写出一种猜想及其依据：_____________________________。【答案】(1)A(2)人体内有电流，电流周围有磁场【解析】(1)磁场越强，反映在磁感线上分布越密，磁场越弱，反映在磁感线上分布越疏；人体内部的磁场与地磁场相比很弱，若用磁感线描述人体内部的磁场和地磁场，则人体内部磁场的磁感线分布较疏，故选A；(2)根据奥斯特实验，通电导体周围有磁场，对人体内部磁场存在的原因提出猜想：人体内有电流，依据就是电流周围有磁场。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。【常考题型】6．【中考·浙江】在学习了电和磁的知识后，小杰在家里饶有兴趣地做起了小实验。他找了一枚缝衣针，在“吸铁石”上擦了几下，然后用一根细软的棉线将缝衣针悬挂起来并保持水平，结果发现静止后针尖总是指向南方，这说明缝衣针已经被磁化成了一枚小磁针。为验证奥斯特实验，小杰把通电的台灯(60W)导线移到缝衣针的下方，并靠近缝衣针平行放置。结果发现缝衣针并未发生偏转。带着疑问，小杰在科学课堂上与大家展开讨论。结果出现了两种不同观点。这时，老师让小杰用两节干电池(3V)和一段电阻丝(15Ω)重新做这个实验。结果缝衣针发生了偏转。(1)磁化后，这枚缝衣针的针尖是________(填“S”或“N”)极。(2)在课堂实验中，电阻丝中通过的电流大小为________A。(3)下面是同学们在课堂讨论中形成的两种观点，通过小杰的课堂实验可以否定的是()A．台灯线内有两根导线，且电流方向相反，产生的磁性相互抵消B．台灯线内电流太小，产生的磁场太弱，不足以让小磁针偏转【答案】(1)S(2)0.2(3)B【解析】（1）缝衣针被悬挂起之后针尖总是指向南方，所以针尖是南极，即S极；（2）电阻丝中通过的电流I1＝U/R＝3V/(15Ω)＝0.2A；（3）通过灯泡的电流I2＝P/U′＝60W/(220V)≈0.27A，通过台灯的电流大于电阻丝中的电流，可见观点B错误。7．如图所示，小飞和李瑞做了如下实验：将一根直导线放在静止小磁针的正上方，并与小磁针平行。接通电路后，观察到小磁针发生了偏转。(1)实验探究的是通电直导线周围是否存在________。(2)改变直导线中的电流方向，小磁针偏转方向也发生改变，表明通电导体周围____________________有关。(3)实验中小磁针的作用是____________________________。(4)实验中用到了一种重要的科学探究方法是()A．类比法B．转换法C．控制变量法D．等效替代法【答案】(1)磁场(2)磁场方向与电流方向(3)验证电流周围是否存在磁场(4)B【解析】(1)实验中，开关闭合时，小磁针发生偏转，说明通电导体周围存在着磁场。(2)改变电流方向，小磁针偏转方向发生改变，说明产生的磁场方向也改变，表明通电导体周围的磁场方向与电流方向有关。(3)小磁针受到磁场力的作用能够发生偏转，故小磁针可以检测磁场的存在。(4)实验中通过小磁针的转动可以检测磁场的存在，利用的是转换法。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。【常考题型】8．【中考·扬州】通电螺线管的外部磁场与条形磁体周围磁场相似，其磁极可以用安培定则判定。(1)图中螺线管的A端是________极。(2)螺线管实际上就是由多个单匝圆形线圈组成，通电螺线管的磁场也可以看成由每一个单匝圆形通电线圈的磁场组合而成，因此应用安培定则也可以判断单匝圆形通电线圈的磁极。现一单匝圆形通电线圈中的电流方向如图所示，则其B端是________极。(3)地球周围存在磁场，有学者认为，地磁场是由于地球带电自转形成圆形电流引起的，地球自转的方向自西向东，则形成圆形电流方向与地球自转方向________(填“相同”或“相反”)，物理学规定正电荷定向移动方向为电流方向，那么地球带________(填“正”或“负”)电。【答案】(1)N(2)N(3)相反；负【解析】(1)根据安培定则，用右手握住螺线管，四指弯向方向代表电流的方向，拇指指向螺线管的A端，所以A端为N极；(2)根据安培定则，用右手握住单匝线圈，四指弯向电流的方向，拇指指向单匝线圈的B端，所以B端为N极；(3)由于地磁北极在地理南极附近，根据安培定则，拇指指向N极，四指的方向为电流的方向，所以电流自东向西，与地球自转的方向相反；物理学规定正电荷定向移动方向为电流方向，所以地球带负电。9．【中考·嘉兴】如图所示，是某学习小组同学设计的研究“影响通电螺线管磁性强弱的因素”的实验电路图。(1)增大通电螺线管的电流，滑动变阻器的滑片应向________(填“左”或“右”)移动。(2)下表是该组同学所做实验的记录：通电螺线管中有无铁芯无铁芯有铁芯线圈匝数50匝50匝实验次数123456电流/A0.81.21.50.81.21.5吸引大头针的最多数目/枚000358同学们发现无铁芯组实验中没有吸引起大头针，那么通电螺线管到底有没有磁性呢？他们通过其他方法验证了这几次都是有磁性的。他们采用的方法可能是______________________。(写出一种即可)(3)在与同学们交流讨论时，另一组的同学提出一个新问题：“当线圈中的电流和匝数一定时，通电螺线管的磁性强弱是否还与线圈内的铁芯大小(粗细)有关？”现有大小不同的两根铁芯，请根据你的猜想并利用本题电路，写出你验证猜想的简要操作方案：__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【答案】(1)左(2)将大头针换成细铁屑(3)按题中电路图接好电路，调节滑动变阻器的滑片于一定的位置，首先放入大的铁芯，观察吸引大头针的数目，记录数据；再换成小的铁芯，观察吸引大头针的数目，记录数据，两者进行比较【解析】（1）如图，滑片左滑，连入电路的电阻变短，电阻变小，电压一定，电流增大。（2）证明通电螺线管具有磁性的方法很多，改用小磁针，吸引铁屑等等。无铁芯插入时，磁性比较弱，不能吸引大头针，可以把小磁针放到螺旋管的下端，断电时，小磁针一端指南一端指北，闭合开关，如果小磁针发生偏转，说明有磁性。（3）当线圈中的电流和匝数一定时，通电螺线管的磁性强弱是否还与线圈内的铁芯大小有关，一定保持电流不变，滑动变阻器移动到一个固定的位置不动，保证线圈的匝数不变，螺旋管中插入不同大小的铁芯，比较吸引大头针的最多数目，记录下来进行比较。10．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A、B，并设计了如图所示的电路：(1)实验中是通过电磁铁吸引大头针的多少来判定其磁性强弱的，所使用的物理研究方法是__________。(2)当滑动变阻器滑片向左移动时，电磁铁A、B吸引大头针的个数______(填“增加”或“减少”)，说明线圈匝数相同时，电流越______，电磁铁磁性越强。(3)根据图示的情境可知，________(填“A”或“B”)的磁性强，说明电流一定时，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越________。(4)电磁铁吸引的大头针下端分散的原因是_____________________。【答案】（1）转换法（2）增加大（3）B强（4）同名磁极相互排斥【解析】(1)磁性强弱无法直接观察，题中是利用电磁铁吸引大头针数目的多少来反映磁性强弱，这是转换法的应用。(2)由图可知，滑动变阻器滑片向左移动时，变阻器连入电路中的电阻变小，电路中电流变大，电磁铁A、B吸引大头针的个数增加，说明线圈匝数相同时，电流越大，电磁铁磁性越强。(3)电磁铁B吸引的大头针数目多，说明B的磁性强。两电磁铁串联，电流相同，可见：电流一定时，线圈匝数越多，磁性越强。(4)大头针被磁化，同一端的磁性相同，同名磁极相互排斥，故下端分散。11．为了探究电磁铁的磁性强弱跟哪些因素有关，小丽同学作出以下猜想：猜想A：电磁铁通电时有磁性，断电时没有磁性；猜想B：通过电磁铁电流越大，它的磁性越强；猜想C：外形相同的螺线管，线圈的匝数越多，它的磁性越强。为了检验上述猜想是否正确，小丽所在的实验小组设计了以下实验方案：用漆包线(表面涂有绝缘漆的导线)在大铁钉上绕制若干圈，制成简单的电磁铁。如图所示的a、b、c、d为实验中观察到的四种情况。根据小丽的猜想和实验，完成下面填空：（1）观察电磁铁吸引大头针数目多少的不同，来判断它____________的不同。（2）通过比较________(填“a”“b”“c”或“d”)两种情况，可以验证猜想A。（3）通过比较________(填“a”“b”“c”或“d”)两种情况，可以验证猜想B。（4）通过比较d中甲、乙两电磁铁，可以得出的结论是________________________________________________________________________。【答案】（1）磁性强弱（2）a、b（3）b、c（4）电流相同时，外形相同的螺线管，线圈的匝数越多，它的磁性越强【解析】（1）电磁铁吸引的大头针越多，电磁铁的磁性越强。（2）图a、b中两电磁铁相同，一个通电能吸引大头针，一个不通电不能吸引大头针，可验证A猜想。（3）图b中的电流小、吸引大头针少，图c中的电流大，吸引大头针多，可验证B猜想。（4）图d中的两电磁铁串联，通过它们的电流是相同的，可以得出的结论是：电流相同时，外形相同的螺线管，线圈的匝数越多，它的磁性越强。类型之四通电直导线在磁场的受力【方法归纳】①通电导体在磁场中受力的作用；且所受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关；②通电导体在磁场中受到力的作用，受力方向与两个因素有关，如果只改变一个因素，则导体受力方向改变，如果同时改变两个因素，则导体受力方向不变。【常考题型】12．【中考·泰州】如图所示，导体AB放在处于蹄形磁体磁场中的水平金属轨道上。(1)接通电源，这时会看到导体AB运动起来，这表明____________有力的作用。(2)保持磁场方向不变，改变导体AB中的电流方向，导体AB的运动方向________(填“不变”或“改变”)。(3)通电后导体AB运动的过程中，是把________能转化为________能的过程。【答案】（1）磁场对电流（2）a、b（3）电机械【解析】（1）接通电源，这时会看到导体AB运动起来，说明磁场对通电导体有力的作用；（2）通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向有关，只要有一个因素改变，导体的受力方向就会改变；所以保持磁场方向不变，改变导体AB中的电流方向，导体AB的运动方向改变；（3）通电后导体AB运动的过程中，消耗了电能，得到了导体运动的机械能，即把电能转化为机械能。13．(中考·河池)如图所示的是探究“磁场对通电导线的作用”的实验装置：(1)当闭合开关S时，导线ab中的电流的方向是从________(填“a到b”或“b到a”)。(2)导线ab受到磁场力的作用而向左运动；如果只改变电流方向，那么导线ab将向________运动。科学家在该实验基础上发明了电动机，实现了把________能转化为机械能。【答案】（1）a到b（2）右电【解析】据电源的正负极可知，导线ab中电流方向是从a到b；通电导体在磁场中受力的方向与磁场方向、电流方向有关。导线ab受到磁场力的作用而向左运动，如果只将电流的方向改变，那么导线ab将向右运动；电动机消耗电能，产生机械能，故是将电能转化为机械能的过程。类型之五感应电流的产生条件【方法归纳】①闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，会产生电流，这种电流叫感应电流，这一现象叫电磁感应现象；产生感应电流的条件：闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动。②感应电流是否产生可以通过观察电流表的指针是否偏转来确定。③感应电流的大小与磁场的强弱、导线切割磁感线的速度及切割磁场的导线匝数有关；④探究电流大小与速度的关系，应使导体在不同次实验中的速度不同，而其它条件相同。【常考题型】14．(中考·昆明)为了探究导体在磁场中怎样运动，才能在电路中产生电流，采用了如图所示的实验装置。(1)将细导线悬挂的导体放入蹄形磁体中，闭合开关，电流计指针不偏转。让导体在蹄形磁体中左右运动，电流计指针________偏转；断开开关，让导体在蹄形磁体中左右运动，电流计指针________偏转。(均填“会”或“不会”)(2)将细导线悬挂的导体放入蹄形磁体中，闭合开关，让导体在蹄形磁体中竖直上下运动，电流计指针________偏转；让导体在蹄形磁体中斜向上或斜向下运动，电流计指针________偏转。(均填“会”或“不会”)(3)综合(1)(2)中的实验现象可知，导体在磁场中运动产生电流的条件是：导体必须是________电路的一部分，且一定要做____________运动。(4)在这个实验中________能转化为了电能。【答案】（1）会不会（2）不会会（3）闭合切割磁感线（4）机械【解析】（1）将细导线悬挂的导体放入蹄形磁体中，断开开关，让导体在蹄形磁体中左右运动，虽然导体切割磁感线，但由于开关是断开的，所以电路中没有感应电流产生，电流计指针不会偏转；（2）将细导线悬挂的导体放入蹄形磁体中，闭合开关，让导体在蹄形磁体中斜向上或斜向下运动，导体做切割磁感线运动，有感应电流产生，电流计指针会偏转；（3）综合（1）（2）中的实验现象可知，导体在磁场中运动产生电流的条件是：导体必须是闭合电路的一部分，且一定要做切割磁感线的运动；（4）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。15．【中考·淮安】在探究“产生感应电流的条件”实验中。(1)实验中，观察___________________判断电路中是否有感应电流。(2)闭合开关，若导体AB不动，左右移动磁体，电路中_______(填“有”或“无”)感应电流。(3)该实验的结论是：闭合电路的一部分导体，在磁场中做____________运动时，导体中就会产生感应电流。(4)如果将小量程电流表换成________，可以探究磁场对通电导体的作用。【答案】（1）电流表指针是否偏转（2）有（3）切割磁感线（4）电源【解析】（1）实验时，通过观察电流表的指针是否偏转，来确定电路中是否产生感应电流；（2）闭合开关，若导体AB不动，左右移动磁体，导体做切割磁感线运动，电路中有感应电流；（3）该实验的结论是：闭合电路的一部分导体，在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生感应电流；（4）如果将小量程电流表换成电源，闭合开关后电流流过导体棒，导体棒受安培力作用，可以探究磁场对通电导体的作用。16．【中考•福州】小华在探究怎样产生感应电流的实验中，设计了如图所示的实验装置。(1)将磁体向右插入螺线管中时，观察到灵敏电流计的指针向右偏转，由此可知：____________________。(2)将磁体从螺线管中向左拔出时，会观察到灵敏电流计的指针向________(填“左”或“右”)偏转。(3)通过前两步实验，可得出感应电流的方向与_________方向有关。【答案】（1）电路中有电流（2）左（3）磁体运动【解析】(1)在实验装置中，灵敏电流计的作用就是检测电路中有无电流产生，指针偏转，说明电路中有电流。(2)磁体插入时，电流计指针右偏，若磁场方向不变，磁体向外拔出，改变了切割磁感线的方向，感应电流方向会改变。(3)题中，磁体运动方向改变，感应电流方向就改变，可见感应电流的方向与磁体运动方向有关。17．【中考·福建】如图是“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）感应电流的方向和导体运动的方向有关【解析】（1）通过观察灵敏电流计的指针是否偏转来判断电路中是否有电流。（2）由表格中数据知，当开关断开时，不会有电流产生；若导体向上运动或向下运动时，不切割磁感线，此时电路中也没有电流，可得产生感应电流的条件是：闭合电路的部分导体，在磁场中做切割磁感线运动。（3）由表格中数据知，4和8的导体运动方向相同，磁场方向不同，电流表指针的偏转方向也不同，说明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，磁场方向相同，导体的运动方向不同，电流表指针的偏转方向不同，说明感应电流的方向与导体运动的方向有关。18．【中考·河南】小明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________(填“上下”或“左右”)方向运动时，电流表指针会发生偏转。(2)导体棒不动，闭合开关，磁铁上下运动，电流表指针________(填“会”或“不会”)发生偏转。(3)断开开关，无论磁铁如何放置、导体棒怎样运动，电流表指针都不发生偏转。由此小明得出结论：闭合电路的一部分导体在磁场中做______________运动时，电路中就产生感应电流。(