电流的磁效应解析

电流的磁效应解析知识点1电流的磁场【典例】1．如图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，小磁针发生偏转。（1）这就是著名的奥斯特实验，图中的直导线AB大致是南北（选填“南北”或“东西”）方向放置在小磁针的上方的；（2）实验中观察到小磁针转动，因为小磁针受到磁力的作用，判断的依据是：未通电时小磁针在地磁场的作用下指示南北方向，通电后小磁针发生偏转，说明受到了电流周围的磁场的作用；（3）改变直导线中的电流方向，小磁针偏转方向也发生改变，这表明通电导体周围的磁场方向与电流方向有关；（4）通电直导线周围的磁感线分布如图所示，图中小磁针的a端是S极。【解答】解：（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，这是著名的奥斯特实验；由于小磁针受到地磁场的作用，要指南北方向，为了观察到明显的偏转现象，应使电流产生的磁场方向为东西方向，故应使把直导线南北放置；（2）未通电时小磁针在地磁场的作用下指示南北方向，通电后小磁针发生偏转，说明受到了电流周围的磁场的作用；（3）改变电流方向，小磁针的方向也发生了偏转，说明了通电导体周围的磁场方向与电流方向有关；（4）通电直导线周围的磁感线是以直导线为中心的一系列的同心圆，磁感线是闭合的曲线；图中小磁针的a端的磁极与磁感线的方向相反，故为小磁针的S极；故答案为：（1）奥斯特；南北；（2）未通电时小磁针在地磁场的作用下指示南北方向，通电后小磁针发生偏转，说明受到了电流周围的磁场的作用；（3）通电导体周围的磁场方向与电流方向有关；（4）S。【变式训练】1．如图所示，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，观察到小磁针偏转。下列说法中错误的是（）A．导线若沿东西方向放置，磁针最容易发生偏转 B．改变直导线中的电流方向，小磁针偏转方向也发生改变 C．实验中小磁针的作用是检测电流的磁场 D．实验中用到的一种重要科学研究方法是转换法【解答】解：A、在该实验中为了避免地磁场对实验的影响，导线应沿南北方向放置（电流产生的磁场沿东西方向），小磁针才会偏转，故A错误；B、改变电流方向，小磁针的偏转方向也发生改变，这说明直导线周围的磁场方向与电流方向有关，故B正确；C、小磁针受到磁力的作用能够发生偏转，则实验中小磁针的作用是检测电流的磁场，故C正确；D、磁场看不见摸不着，但小磁针放入磁场后会受到磁力的作用而发生偏转，所以实验中借助小磁针感知磁场的存在，则采用的是转换法，故D正确；故选：A。2．某同学按照如图甲所示连接好电路。闭合开关前，小磁针的指向如图甲所示；闭合开关，小磁针的偏转情况如图乙中箭头所示；只改变电源的正负极，再次进行实验，小磁针的偏转情况如图丙中箭头所示。下列说法中正确的是（）A．由甲、乙两图可得导体的周围一定存在着磁场 B．由甲、乙两图可得电流的磁场方向与电流方向有关 C．由乙、丙两图可得电流的磁场强弱与电流大小有关 D．由乙、丙两图可得电流的磁场方向与电流方向有关【解答】解：AB、甲中开关是断开的，电路中无电流，乙中开关是闭合的，电路中有电流；前后两种情况下，小磁针没有发生偏转，不能说明通电导体周围存在磁场，又没有改变导体中的电流方向，不能说明电流产生的磁场跟电流方向有关，故AB错误；CD、乙、丙只是改变了电流方向，没有改变电流大小，不能说明磁场强弱跟电流大小有关；电流方向改变，小磁针的偏转方向发生了变化，这说明电流的磁场方向与电流方向有关，故C错误，D正确。故选：D。3．通电导线周围存在磁场，小明经过实验探究，画出了通电直导线周围磁感线的分布图（如图所示），下列相关描述错误的是（）A．小磁针b端为N极 B．通电直导线周围不同位置磁场强弱相同 C．增大直导线中的电流可使其周围磁场增强 D．改变直导线中电流的方向，小磁针N极的指向将会发生改变【解答】解：A、小磁针b端所指方向与磁感线方向一致，故b端为N极，故A正确；B、由通电直导线周围磁感线的分布图可知，离导线越近，磁感线越密，磁场越强，故B错误；C、通电直导线周围的磁场强弱，与电流的大小有关，电流越大，磁场越强，故C正确；D、通电直导线周围的磁场方向与电流方向有关，所以改变直导线中电流的方向，直导线周围的磁场方向发生改变，小磁针N极的指向将会发生改变，故D正确。故选：B。4．电磁联系探究通电直导线周围的磁场分布情况（1）小明找来小磁针、铁屑、硬纸板等，做了如图1所示的实验。观察实验结果他发现，直导线周围的磁场是以导线为圆心的同心圆圈。请仿照图中小磁针的画法，在图中A点处画出小磁针静止时指向，并标出其N极。（2）请你根据图1中通电导线周围磁场的分布情况，判断图2中的导线通电时小磁针N极将转向纸外。（转向纸内\转向纸外\保持静止）【解答】解：（1）由题可知，直导线周围的磁场是以导线为圆心的同心圆圈，小磁针静止时N极的指向与该处磁感线的方向一致；图1中，磁感线沿逆时针方向，则A点处小磁针静止时N极的指向为向纸外，如图所示：；（2）由图1可知，判断磁感线方向的规律为：伸出右手，大拇指指向电流的方向，四指的方向为磁感线的方向；在图2中运用该规律可知，通电导线下方的磁感线方向为向纸外，而小磁针静止时N极的指向与该处磁感线的方向一致，则图2中小磁针N极将转向纸外。故答案为：（1）如图；（2）转向纸外。知识点2通电螺线管电磁铁【典例】1．法国科学家阿尔贝费尔和德国科学家彼得•格林贝格尔由于发现了巨磁电阻（GMR）效应而荣获2007年度诺贝尔物理学奖。图中GMR代表巨磁电阻，在磁场中，其阻值随磁场的逐渐变强而减小。闭合开关S1、S2，下列说法中（）①电磁铁左端为N极②电磁铁外部的磁感线从左端出发回到右端③将滑片P向b端滑动，电磁铁磁性变弱④将滑片P向a端滑动，指示灯亮度变强A．只有①③正确 B．只有②④正确 C．只有②③④正确 D．①②③④都正确【解答】解：①根据安培定则判断电磁铁的左端为N极、右端为S极，故①正确；②在磁体的外部，磁感线是从N极出来回到S极的，所以电磁铁外部的磁感线从左端出发回到右端，故②正确；③将滑片P向b端滑动，滑动变阻器连入电路中的电阻变大，根据欧姆定律可知，电路中的电流变小，电磁铁的磁性减弱，故③正确；④将滑片P向a端滑动，滑动变阻器连入电路中的电阻变小，根据欧姆定律可知，电路中的电流变大，电磁铁的磁性增强，则巨磁电阻的阻值变小，灯泡所在电路的总电阻变小，根据欧姆定律可知，电路中的电流变大，通过灯泡的电流变大，则灯泡变亮，故④正确。故选：D。2．在一次物理实验中，小明同学连接了如图所示的电路，电磁铁的右端有一个可自由转动的小磁针，闭合开关后，下列说法正确的是（）A．电磁铁的右端为N极 B．利用这一现象所揭示的原理可制成的设备是发电机 C．小磁针N极向右旋转90° D．当滑动变阻器滑片向上端移动时，电磁铁磁性会变弱【解答】解：A、图中电流从电磁铁的左端流入，右端流出，根据安培定则可知，电磁铁的左端是N极，右端是S极，故A错误；B、该实验表明了电能生磁，此现象与发电机无关，发电机利用的是电磁感应现象，故B错误；C、根据异名磁极相互吸引可知，小磁针静止时，左端是N极，右端是S极，即小磁针N极向左旋转90°，故C错误；D、滑动变阻器的滑动片P向上端移动，电阻变大，根据欧姆定律可知，电路中的电流变小，故电磁铁的磁性变弱，故D正确。故选：D。3．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，放小磁针的目的是确定通电螺线管周围磁场的方向。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磁场；（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条形磁体的磁场相似；（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，方法是改变螺线管中的电流方向，观察小磁针的指向变化情况；（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1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控制两次实验的电流大小不变，来研究通电螺线管磁场强弱与线圈匝数的关系。【解答】解：（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；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；（2）由图（c）有机玻璃板上的小磁针分布状态可知，通电螺线管的外部磁场与条形磁体的磁场相似；（3）通电螺线管周围的磁场方向和电流方向有关，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；（4）实验中，他将开关S从l换到2上时，连入电路的线圈匝数发生了变化，为了保证电流大小不变，应调节变阻器的滑片P，再次观察电流表示数以及吸引大头针的数目，这样才能探究出通电螺线管磁场强弱与线圈匝数的关系。故答案为：（1）确定通电螺线管周围磁场的方向；磁场；（2）条形磁体；（3）改变螺线管中的电流方向，观察小磁针的指向变化情况；（4）控制两次实验的电流大小不变。【变式训练】1．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．乙铁钉的上端是N极 C．大头针的下端散开是因为异名磁极相互排斥 D．向左调节滑片P，甲、乙吸引大头针个数均会增多【解答】解：A、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，故A错误；B、根据右手螺旋定则，乙铁钉的上端是电磁铁的S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。故选：D。2．如图所示，闭合开关S1、S2，两个通电螺线管的相互作用情况及A、B端的极性分别是（）A．相斥，A端为N极，B端为N极 B．相吸，A端为S极，B端为N极 C．相斥，A端为S极，B端为S极 D．相吸，A端为N极，B端为S极【解答】解：根据安培定则可知，右边螺线管的A端为S极，右端为N极；左边螺线管的B端为N极，左端为S极，因此它们相互吸引，故B正确。故选：B。3．探究影响电磁铁磁性强弱的因素。利用如图所示装置探究影响电磁铁磁性强弱的因素，A是铁块，B是电磁铁，R是定值电阻，R'是滑动变阻器。（1）开关接1时，电磁铁有磁性将铁块A磁化，A的下端为N极。（2）开关接1时，弹簧的长度变长，向左移动滑动变阻器的滑片P，弹簧的长度变长，说明：其它条件相同时，电流越大，电磁铁的磁性越强。（3）开关接1时，移动滑动变阻器的滑片P到某位置，读出电流表示数I1。然后再将开关接2时，向右移动滑动变阻器的滑片，使电流I2＝I1，就可以探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系。【解答】解：（1）由图可知，电流从B电磁铁的上端流入、下端流出，根据安培定则可知，电磁铁的上端为S极，下端为N极；电磁铁有磁性，将铁块A磁化，由磁化规律可知A的下端为N极；（2）开关接1，电磁铁有磁性将铁块吸下，弹簧的长度变长；当滑片P向左的滑动过程中，变阻器的阻值变小，电路中的电流变大，电磁铁的磁性变强，对铁块的吸引力增大，故弹簧会变长一些。这说明：其它条件相同时，电流越大，电磁铁的磁性越强；（3）实验中，他将开关S从1换到2上时，连入电路中线圈的匝数减少，连入电路中线圈的电阻减小；由实验操作可知该实验是为了探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系，则应控制两次实验中电流的大小不变（即I2＝I1），电路的总电阻不变，因连入电路中线圈的电阻减小，由电阻的串联可知变阻器接入电路的阻值应增大，所以应向右调节变阻器的滑片。故答案为：（1）N；（2）变长；长；电流；（3）右；I1；线圈匝数。4．小东同学利用如图所示的实验装置探究通电螺线管周围磁场特点。（1）闭合开关后，电源的正极是左（选填“左”或“右”）端。（2）断开开关，将图中电源的正负极对调后，再闭合开关。他观察到放在螺线管下方的小磁针静止时N、S极的指向也发生了对调。请你根据小东观察到的这一现象，提出一个可探究的科学问题：通电螺线管周围的磁场方向与电流方向有关吗？。【解答】解：（1）由异名磁极相互吸引可知，通电螺线管的左侧为N极，再利用安培定则判断可知，电流从左侧流入，右侧流出，则电源的左端为正极；（2）根据实验现象：当电源的正负极对调后，螺线管下方的小磁针静止时N、S极的指向也发生了对调，可提出可探究的科学问题是：通电螺线管周围的磁场方向与电流方向有关吗？故答案为：（1）左；（2）通电螺线管周围的磁场方向与电流方向有关吗？5．在“探究通电螺线管外部的磁场分布”的实验中，实验设计如下：（1）在螺线管的两端各放一个小磁针，并在硬纸板上均匀的撒满铁屑，通电后观察小磁针的指向，轻敲纸板，铁屑的排列情况如图甲所示。（2）把小磁针放到螺线管四周不同位置，通电后小磁针静止时的指向如图乙所示。（3）通过实验，画出了通电螺线管的磁感线，根据通电螺线管的磁感线分布形状，我们发现，通电螺线管外部的磁场与条形（选填“条形”或“蹄形”）磁体的磁场相似。（4）根据安培定则可以判断出如图乙所示的通电螺线管的左（选填“左”或“右”）端为N极。通过进一步的实验，同学们发现，通电螺线管的极性与环绕螺线管导线中电流的方向有关。（5）如果我们把地磁场比作一个通电螺线管产生的磁场，赤道比作其中一条环绕导线，则导线中电流的方向应该是自东向西（选填“自西向东”或“自东向西”）。【解答】解：（3）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；（4）根据小磁针的指向可知，图乙所示的通电螺线管的的左端为N极、右端为S极，通电螺线管的极性与通电螺线管中电流的方向有关；（5）因为地磁场的北极在地理的南极附近，地磁场的南极在地理的北极附近，根据右手定则可知，赤道这一环绕导线中的电流方向为由东向西。故答案为：（3）条形；（4）左；电流；（5）自东向西。知识点3电磁继电器【典例】1．某机器人小组设计了一种传送装置，为避免传送物体的质量过大影响正常工作，当所传送物体质量过大时，红灯会亮进行报警。其工作原理如图所示，在传送装置下方装有压敏电阻R1，R2为保护电阻，R3为变阻器。K为动触点，M、N为静触点。（1）该装置中的电磁铁是利用电流的磁效应来工作的。（2）由图可知，甲表为电流表改装的载重表（选填“电流表”或“电压表”）；（3）当传送出现超过预警质量情况，红灯会亮进行预警。此时电动机M不能运行（选填“能”或“不能”）；（4）通电时电磁铁的上端是N极；（5）红灯会亮报警说明压敏电阻的阻值随压力增大而减小（选填“增大”或“减小”）；（6）如果把电阻R3接入电路的电阻调小，预警质量将变小（选填“变大”或“变小”）。【解答】解：（1）电流通过电磁铁时，电磁铁具有磁性，所以电磁铁是利用电流的磁效应工作的；（2）由图可知，甲表串联在电路中，为电流表；（3）当传送出现超过预警质量情况，红灯会亮进行预警，此时K与M接触，电动机M没有接入电路中，所以电动机不能运行；（4）工作时，电流从电磁铁的上面导线流入，利用安培定则判断出电磁铁的下端为S极，上端为N极；（5）红灯报警时，衔铁被吸引，说明电磁铁的磁性增强，控制电路中的电流变大，则控制电路的总电阻变小，R2是定值电阻，所以压敏电阻R1的阻值减小，即压敏电阻的阻值随压力增大而减小；（6）把电阻R3接入电路的电阻调小，衔铁被吸下时的吸合电流不变；根据欧姆定律可知，衔铁被吸下时的总电阻不变，R3接入电路的电阻变小，根据串联电路的电阻关系可知，压敏电阻的阻值变大，压敏电阻受到的压力变小，报警质量变小。故答案为：（1）磁效应；（2）电流表；（3）不能；（4）N；（5）减小；（6）变小。【变式训练】1．如图所示的是一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计中封入一段金属丝，金属丝下端所指示的温度为90℃，当温度达到90℃时，自动报警器报警。下列说法中正确的是（）A．灯亮时表示报警器报警 B．温度达到85℃时，报警器中的灯亮同时铃响 C．报警器中水银温度计和电磁铁并联在电路中 D．报警器是利用电磁铁通电时有磁性、断电时磁性消失的特点工作的【解答】解：A、当温度升高到90℃时，水银和金属丝接通，由于水银和金属丝都是导体，所以控制电路接通，电磁铁有磁性，电磁铁吸引衔铁，动触头和电铃的电路接通，电铃响，灯不亮，故A错误；B、当温度升高到85℃时，水银和金属丝未接通，电磁铁无磁性，电灯的电路接通，灯亮铃不响，故B错误；C、报警器的电磁铁和水银温度计依次连接在控制电路中，两者是串联的，故C错误；D、温度达到90℃时，水银和金属丝接通，由于水银和金属丝都是导体，所以控制电路接通，电磁铁有磁性，电磁铁吸引衔铁，动触头和电铃的电路接通，电铃响，灯不亮。温度低于90℃时，水银和金属丝断开，控制电路开路，电磁铁没有磁性，电磁铁释放衔铁，动触头和电铃的电路断开，电铃不响，灯亮，故D正确。故选：D。二．填空题（共1小题）2．如图所示是小明利用光敏电阻为居民楼门口设计的一种智能照明电路，夜晚天暗时自动发光，早晨天亮时自动熄灭。控制电路中，电源由两节干电池串联而成。R1为定值电阻，R2为光敏电阻，其阻值会随着光强的增大而减小（选填“增大”、“不变”或“减小”），这时电磁铁的磁场增强（选填“增强”或“减弱”）；控制电路长时间工作后，由于电池的“电力损耗”会导致电路电压下降，则天亮时灯自动熄灭时间变晚（选填“变早”、“不变”或“变晚”）。【解答】解：由题知，照明灯在天暗时发光，说明此时照明电路闭合，即衔铁上动触点与静触点接触，由图可知此时衔铁应被释放，则电磁铁的磁性减弱，说明控制电路中的电流变小，根据I＝可知控制电路中的电阻变大，即此时光敏电阻的阻值变大，反之，天亮时光敏电阻的阻值变小，所以，该光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小；当光敏电阻变小时，电路中的电流变大，电磁铁的磁性增强；控制电路长时间使用后电压下降，衔铁被吸下时的电流不变，根据I＝可知，电压变小，则在吸下衔铁时，R2的阻值变小，即光照强度变大，灯自动熄灭时间变晚。故答案为：减小；增强；变晚。三．综合能力题（共2小题）3．某机器人小组设计了一种传送装置，为避免传送物体的质量过大影响正常工作，当所传送物体质量过大时，红灯会亮进行报警。其工作原理如图所示，在传送装置下方装有压敏电阻R1，R2为保护电阻，R3为变阻器。K为动触点，M、N为静触点。（1）该装置中的电磁铁是利用电流的磁效应来工作的。（2）由图可知，甲表为电流表改装的载重表（选填“电流表”或“电压表”）；（3）当传送出现超过预警质量情况，红灯会亮进行预警。此时电动机M不能运行（选填“能”或“不能”）；（4）通电时电磁铁的上端是N极；（5）红灯会亮报警说明压敏电阻的阻值随压力增大而减小（选填“增大”或“减小”）；（6）如果把电阻R3接入电路的电阻调小，预警质量将变小（选填“变大”或“变小”）。【解答】解：（1）电流通过电磁铁时，电磁铁具有磁性，所以电磁铁是利用电流的磁效应工作的；（2）由图可知，甲表串联在电路中，为电流表；（3）当传送出现超过预警质量情况，红灯会亮进行预警，此时K与M接触，电动机M没有接入电路中，所以电动机不能运行；（4）工作时，电流从电磁铁的上面导线流入，利用安