中考物理二轮复习核心素养提升专题12 物理探究实验（7）-电磁学中的3个探究实验练习（含解析）

专题12初中物理探究实验（7）——电磁学中的三个探究实验梳理探究实验一、探究通电螺线管外部的磁场分布【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。【例题1】在“探究通电螺线管外部磁场”的实验中：（1）小明将小磁针放在螺线管周围不同的位置如图（a）所示，放小磁针的目的是__________；（2）闭合开关后观察到如图（b）所示的现象，说明通电螺线管周围存在_____________；（3）通电螺线管周围的磁场方向和电流方向有关，你怎样验证，方法是______________。【答案】（1）确定通电螺线管周围磁场的方向；（2）磁场；（3）改变螺线管中的电流方向，观察小磁针的指向变化情况。【解析】（1）因为小磁针放入磁场中，小磁针静止时N极指向和该点磁场方向相同，所以实验中使用小磁针是为了确定通电螺线管周围磁场的方向。（2）闭合开关后观察到小磁针按一定的规律发生偏转，说明通电螺线管周围存在磁场。（3）通电螺线管周围的磁场方向和电流方向有关，验证方法是改变螺线管中电流方向，观察小磁针的指向变化情况。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。电流越大、匝数越多，磁性越强.【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。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。甲甲C乙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。【例题2】小薛和小程同学在做“探究影响电磁铁磁性强弱因素”的实验时，提出以下猜想：猜想一：电磁铁磁性强弱与通过线圈的电流有关；猜想二：电磁铁磁性强弱与线圈的匝数有关；猜想三：电磁铁磁性强弱与铁芯的形状有关。为了验证猜想，他们准备的实验器材有：新干电池2节、相同的大铁钉若干、大头针若干、长导线1根、细线若干。用其中两个大铁钉绕成电磁铁A和B，电路如图所示。请你完成下列内容。（1）实验中要通过观察电磁铁吸引大头针的___________，来判断电磁铁磁性的强弱；（2）如图，将两个电磁铁的线圈串联，是为了验证猜想____（选填“一”、“二”或“三”）；（3）如图，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A总能吸引更多的大头针，由此得出的结论是：当___________、__________相同时，线圈的匝数越多，电磁铁的磁性越___________（选填“强”或“弱”）；（4）为了验证猜想三，小程用细线分别把2个、3个铁钉捆绑在一起，再用长导线分别缠绕铁钉6圈，制成电磁铁C和D，连成电路如图所示，通过比较得出，电磁铁磁性强弱与铁芯的形状_______（选填“有关”或“无关”）。【答案】（1）数目；（2）二

；（3）电流，铁芯，强；（4）有关.【详解】（1）实验中通过电磁铁吸引大头针的多少来反映电磁铁磁性的强弱，电磁铁吸引大头针数目越多，说明电磁铁磁性越强。（2）由图可知，两只电磁铁是串联在电路中的，铁芯相同，通过它们的电流是相同的，它们线圈的匝数是不同的，因此，本实验研究的是电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系，是为了验证猜想二。（3）把电磁铁A和B串联，图中电流大小相同，铁芯相同，电磁铁A线圈的匝数较多，电磁铁吸引的大头针较多，电磁铁的磁性较强，所以可以得出的结论是电流相同，线圈的匝数越多，电磁铁的磁性越强。（4）用细线分别把2个、3个铁钉捆绑在一起，再用长导线分别缠绕铁钉6圈，制成电磁铁C和D，两个电磁铁串联，通过两个电磁铁的电流相等，线圈的匝数相同，铁芯的形状不同，电磁铁D铁钉较多，吸引大头针较多，说明电磁铁磁性强弱与铁芯的形状有关。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（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.【例题3】小聪用如图所示的装置探究什么情况下磁可以生电。序号实验操作电流表指针偏转情况1保持导体与磁体静止不偏转2保持磁体静止，导体水平向左切割磁感线向右偏转3保持磁体静止，导体水平向右切割磁感线向左偏转…（1）比较1、2（或1、3）实验想象可知，闭合电路的一部分导体在磁场中做_______运动时，导体中就产生电流；（2）要使感应电流方向发生改变，可采取的具体措施是：_______（选填字母）；A．使用磁性更强的磁体B．保持磁体静止，只改变导体水平运动的方向C．上下调换磁极，同时改变导体水平运动的方向（3）从能量的角度来分析，感应电流的产生过程是_______能转化为电能；（4）上述实验中，若导体AB不动，采用_______的方法，也可以产生感应电流；（5）实验时，将导体棒AB换成多根直导线并在一起的线圈，相当于多个通电导线并联后进行切割磁感线运动，在相同条件下，电流表指针偏转幅度比上面实验_______（选填“大”或“小”），所以实验时尽量选用________（选填“线圈”或“直导线”），效果才会更明显。【答案】（1）切割磁感线；（2）B；（3）机械；（4）磁体水平左右运动；（5）大，线圈。【解析】（1）比较1、2（或1、3）实验现象可知，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生电流，这是电磁感应现象。（2）要使感应电流方向发生改变，可采取措施是保持磁体静止，只改变导体水平运动的方向，故B正确。（3）电磁感应现象中消耗机械能，得到电能，所以是机械能转化为电能。（4）若导体AB不动，磁体水平左右运动，也相当于在作切割磁感线运动，也可以产生感应电流。（5）导体棒ab换成多根直导线并在一起的线圈，相当于多个通电导线并联后做切割磁感线运动，根据并联电路的电流特点可知，电路中的电流较大，电流表指针偏转幅度变大；故实验时应选用线圈，效果才会更明显。综合练习1．如图所示，在电磁铁的正上方用弹簧悬挂一条形磁铁，闭合开关后，将滑动变阻器的滑片P从a端移到b端的过程中，下列判断正确的是（

）A．小灯泡变亮，弹簧伸长B．小灯泡变暗，弹簧伸长C．电流表示数变大，弹簧收缩D．电流表示数变小，弹簧收缩【答案】A【解析】由图可知，该电路为串联电路，当滑动变阻器的滑片P从a端移到b端的过程中，滑动变阻器的阻值减小，则电路中电流增大，故电流表示数变大，小灯泡变亮。由“安培定则”可知，电磁铁上方为S极，与条形磁体相吸，当电流增大时，电磁铁磁性增强，弹簧被拉伸。故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。2．为探究“电磁铁磁性强弱与哪些因素有关”，实验小组连接了如图所示的实验电路，开关S闭合。下列说法正确的是（）A．比较甲、乙铁钉吸引大头针的数量可得出电磁铁的磁性强弱与电流大小的关系B．乙铁钉的下端是N极C．大头针的下端散开是因为异名磁极相互排斥D．向左移动滑动变阻器的滑片P，甲、乙吸引大头针的个数均会增多【答案】D【解析】A．由图知，甲铁钉吸引大头针的个数较多，说明甲的磁性较强，甲、乙线圈串联电流相等，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，故A错误；B．根据右手螺旋定则，乙铁钉的上端是电磁铁的N极，故B错误；C．大头针被磁化，大头针下端的磁极相同，互相排斥，所以下端分散，故C错误；D．向左移动滑片P时，电路中电阻减小，电流变大，电磁铁的磁性增强，电磁铁甲、乙吸引大头针的数量会增多，故D正确。所以选D。3．九年级的同学们做“探究影响电磁铁磁性强弱的因素”的实验，他们用相同的铁钉和漆包线制成了甲、乙两电磁铁，并设计了如图1所示的电路。请你回答下列问题。（1）图1所示的电路主要研究的是电磁铁磁性强弱与______的关系；（2）将甲、乙两电磁铁串联起来的目的是：______；（3）由图1中的实验现象可知，电磁铁______（选填“甲”或“乙”）的磁性强；（4）将图1中甲电磁铁放大为图2，钉尖是磁铁的______极；若让钉尖再多吸一些大头针，滑动变阻器的滑片P应向______（选填“左”或“右”）端移动。（5）实验过程中小明发现电磁铁吸引的大头针下端是分散开的，原因是______。【答案】（1）线圈匝数；（2）使通过甲乙电磁铁的电流相等；（3）甲

；（4）N

，左；（5）见解析.【解析】（1）根据图1可知，两个电磁铁串联，通过它们的电流相等，铁芯相同，两个线圈的匝数不同，则此实验探究影响电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系。（2）把甲、乙两个电磁铁串联，由串联电路电流的特点可知通过它们的电流相等。（3）图中甲、乙两个电磁铁电流相同、铁芯相同，甲的线圈匝数多，吸引的大头针个数多，所以甲的电磁铁磁性强。（4）从电源的正负极可判断电流的流向，从电磁铁的上端流入，根据安培定则可判断，电磁铁甲的针尖是N极；若让钉尖再多吸一些大头针，即电磁铁磁性增强，需要增大通过电磁铁的电流，由欧姆定律可知减小电路中的电阻，向左端移动滑动变阻器的滑片。4．在“探究通电螺线管外部磁场”的实验中：（1）将小磁针放在螺线管周围不同的位置如图甲所示，闭合开关后观察到的现象是______，此实验说明______；（2）在穿过螺线管的平板上撒上铁屑，当有电流通过，铁屑的分布情况如图乙所示，此实验说明______周围的磁场分布与条形磁体周围的磁场分布相似。（3）将图甲中的电源正、负极对调，闭合开关，会发现小磁针的偏转方向______（选填“不改变”或“发生改变”），说明______两端的极性和电流方向有关。【答案】（1）小磁针指示一定的方向，通电导体的周围存在磁场；（2）通电螺线管；（3）发生改变，通电螺线管。【解析】（1）放小磁针的目的是便于观察磁场方向，由于通电导体的周围存在特定分布的磁场，所以闭合开关后观察到的现象是小磁针指示一定的方向。（2）根据图示的通电螺线管周围的小磁针的排布情况和螺线管周围磁感线的形状，可以确定通电螺线管周围磁感线的形状是纺锤形的，这与条形磁体周围磁场分布相似。（3）通电螺线管周围的磁场方向与通电电流方向有关，把连接电池正负极的导线对调改变电流方向，可以检验通电螺线管周围的磁场方向和电流方向的关系；将图甲中的电源正、负极对调，闭合开关，会发现小磁针的偏转方向发生改变。4．如图是探究“通电螺线管外部的磁场方向”的实验装置。实验中，用小磁针的_______极指向来判断通电螺线管外部某点的磁场方向；断开开关，将电源的正负极对调，再闭合开关，将观察到小磁针________。【答案】N；N极指向发生了改变。【详解】[1]小磁针静止时N极的指向为该点磁场的方向，所以，实验中，用小磁针的N极指向来判断通电螺线管外部某点的磁场方向。[2]将电源的正负极对调后，螺线管中的电流方向发生了改变，磁场的方向发生了改变，则小磁针的N极指向也会改变。5．在“探究通电螺线管外部磁场”的实验中：（1）小明将小磁针放在螺线管周围不同的位置如图（a）所示，放小磁针的目的是___________，闭合开关后观察到如图（b）所示的现象，说明通电螺线管周围存在___________；（2）如图（c）所示是通电螺线管周围的有机玻璃板上的小磁针分布状态，观察可知通电螺线管的外部磁场与________的磁场相似；（3）通电螺线管周围的磁场方向和电流方向有关，你怎样验证，方法是___________；（4）小明猜想通电螺线管磁场强弱可能与线圈匝数和电流大小都有关。为此他又设计了如图（d）所示的实验。实验中，他将开关S从l换到2上时，调节变阻器的滑片P，再次观察电流表示数及吸引的大头针数目，此时调节滑动变阻器是为了_________，来研究通电螺线管磁场强弱与线圈匝数的关系。【答案】（1）便于观察磁场方向，磁场；（2）条形磁体；（3）把连接电池正负极的导线对调；（4）控制两次实验的电流大小不变。【解析】（1）由于磁场看不见摸不着，在螺线管周围放上小磁针就是为了通过小磁针观察通电螺线管周围的磁场方向，这是转换法思想。闭合开关后，小磁针发生了偏转，而且在不同的位置小磁针的N、S极偏转方向不同，说明通电螺线管周围存在磁场，且不同位置磁场方向不同。（2）由图（c）可知，通电螺线管周围铁屑的分布和条形磁体周围铁屑的分布相似，由此可知，通电螺线管周围的磁场和条形磁体周围磁场相似。（3）对调电池的正负极，发现小磁针的N、S极偏转方向也发生了变化，由此说明通电螺线管周围的磁场方向和电流方向有关。（4）通电螺线管磁场强弱可能与线圈匝数和电流大小都有关，他将开关S从l换到2上时，就改变了接入电路的线圈匝数，说明要探究通电螺线管磁场强弱与线圈匝数的关系，此时调节滑动变阻器是为了保持电路中的电流大小不变，这里运用的了控制变量法。6．小明在探究“怎样产生感应电流”的实验中，用导线将金属棒、开关、灵敏电流计连接成如图所示的电路．请你参与探究并回答下列问题：（1）悬挂金属棒静置于U形磁铁的磁场中，此时两极正对区域磁感线的箭头方向是竖直向____（选填：“上”或“下”）．（2）灵敏电流计的作用是用来检测_______的．若闭合开关后并未发现电流计指针偏转，经检查器材均完好，各器材间连接无误，那么接下来你认为最应该关注的器材是________．（3）小明认为是原来磁铁的磁性太弱所致，他提出更换磁性更强的磁铁，就在他移动原磁铁时，你发现电流计的指针出现了晃动，你认为接下来最应该做什么来找到让电流计指针偏转的原因____．（仅写出最应该进行的一步操作）（4）就根据上述探究过程，小明就说：“我们找到产生感应电流的秘密了!”此时你对小明的“成果发布”作何评价_______？【答案】（1）下；（2）感应电流，金属棒；（3）使金属棒沿水平方向快速切割磁感线运动；（4）见解析.【解析】（1）在磁体外部磁场方向总是从N极出发指向S极，所以，图示两极正对区域磁感线的箭头方向是竖直向下；（2）灵敏电流计是测量电流的仪表，所以，在实验中是用来检测感应电流的；闭合开关，此时金属棒是静止的，若电流表指针未偏转，则说明没有感应电流产生．所以，接下来最应该关注的是金属棒，观察金属棒运动后会不会有电流的产生；（3）根据题意知道，移动原磁铁时，发现电流计的指针出现了晃动，即产生了感应电流，所以，下一步应使金属棒沿水平方向快速切割磁感线运动，观察是否会产生感应电流；（4）由于整个的实验中，只进行了一次实验，所以，得出的结论是不合理的，因为只做了一次实验，得出的结论具有偶然性，不具有普遍性，所以，应该用不同种类的金属棒，且使金属棒朝各个方向运动，观察是否有感应电流产生．7．如图所示是“探究感应电流产生的条件”实验装置。次数次数AB棒在磁场中的运动情况是否有感应电流1静止无2沿磁场方向运动（不切割磁感线运动）无3切割磁感线运动有（1）实验中，AB棒的材料可能是______（填“塑料”或“铝”）；（2）我们可以通过灵敏电流计指针是否偏转来判断电路中是否有感应电流产生；还可以通过指针偏转的方向判断______；（3）闭合开关，实验探究过程记录如表所示：根据实验现象，初步得出电路中产生感应电流的条件是：闭合电路的一部分导体在磁场中做______运动，在该运动过程中，主要将机械能转化为电能；（4）保持AB棒运动方向不变，仅将磁体N、S极对调，重复上述实验，是为了探究感应电流方向与______的关系；（5）若将此装置中灵敏电流计换成______，可进一步探究电动机的工作原理。【答案】（1）铝；（2）电流的方向；（3）切割磁感线；（4）磁感线的方向；（5）电源.【解析】（1）探究感应电流产生的条件，电路需要形成闭合回路，AB应为导体，则可能是铝。（2）可以通过灵敏电流计的正反偏转来判断电流的方向。（3）由表格可知，当AB棒在磁场中静止或沿磁场方向运动（不切割磁感线运动）时，没有感应电流，当AB棒在磁场中切割磁感线运动时，产生感应电流，则总结可得：电路中产生感应电流的条件是，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，在该运动过程中，主要将机械能转化为电能。（4）AB棒运动方向不变，仅将磁体N、S极对调，则磁感线方向发生改变，可用于探究感应电流方向与磁感线方向的关系。（5）将灵敏电流计换成电源，则可观察到通电导体在磁场中受力运动，则可用于探究电动机的工作原理。8．小雪设计了以下探究实验，请回答下列问题。（1）图甲中，闭合开关，给铜棒ab通电，ab向右运动，表明ab在磁场中受到_____的作用；（2）图甲中，磁场方向不变，对调电源正负极，连接电路，闭合开关，发现铜棒ab向左运动，这表明___________；（3）图乙中，当开关闭合，导体棒AB向右运动时，电流表指针___________；（4）通过图乙实验可得：闭合电路的部分导体在磁场中做________运动，导体中会产生感应电流；（5）请列举一个利用乙图实验结论的生活实例__________。【答案】（1）力；（2）通电导体在磁场中受力的方向与电流方向有关；（3）发生偏转；（4）切割磁感线；（5）发电机.【解析】（1）力是改变物体运动状态的原因，闭合开关，给铜棒ab通电，通过ab有电流，发现铜棒ab向右运动，这表明铜棒ab在磁场中受到力的作用。（2）保持磁场方向不变，将电源正负极对调后接入电路，闭合开关，电路中的电流的方向发生了变化，发现铜棒ab向左运动，这表明通电导体在磁场中受力的方向与电流方向有关。（3）图乙中，当开关闭合，导体棒AB向右运动时，导体在磁场中做切割磁感线运动，电路中就产生感应电流，电流表指针发生偏转，这种现象叫电磁感应。（4）