1.2-1.3 电生磁 电磁铁的应用(原卷版)

1.2-1.3电生磁电磁铁的应用

【思维导图】

【知识点全掌握】

1.电流的磁效应（奥斯特实验）

（1）1820年，丹麦的科学家奥斯特第一个发现电与磁之间的联系。

（2）由甲、乙可知：通电导体周围存在磁场。

（3）由甲、丙可知：通电导体的磁场方向跟电流方向有关。

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2.直线电流的磁场

直线电流的磁场的分布规律：

以导线上各点为圆心的一个个同心圆，离直线电流越近，磁性越

强，反之越弱。

3.通电螺线管

（1）磁场跟条形磁体的磁场是相似的。

（2）通电螺线管的磁极方向跟电流方向有关。

（3）电磁线圈的匝数越多，通过线圈的电流越大，线圈的磁性越强；插入铁芯，线圈的磁性大大增

强。

4.右手螺旋定则（安培定则）

（1）通电直导线：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四

指的指向就是磁感线的环绕方向。

（2）通电螺线管：用右手握螺线管，让四指弯向螺线管中的电流方向，则大

拇指所指的那端就是螺线管的北极。

5.电磁铁

（1）定义：电磁铁是一个内部插有铁芯的螺线管。

（2）结构：

（3）判断电磁铁磁性的强弱（转换法）：根据电磁铁吸引大头针的数目的多少来判断电磁铁磁性的

强弱。

（4）影响电磁铁磁性强弱的因素（控制变量法）：①电流大小；②有无铁芯；③线圈匝数的多少

结论①：在电磁铁线圈匝数相同时，电流越大，电磁铁的磁性越强。

结论②：电磁铁的磁性强弱跟有无铁芯有关，有铁芯的磁性越强。

结论③：当通过电磁铁的电流相同时，电磁铁的线圈匝数越多，磁性越强。

（5）电磁铁的优点

①电磁铁磁性有无，可由电流的有无来控制。

②电磁铁磁性强弱，可由电流大小和线圈匝数的多少来控制。

③电磁铁的磁性可由电流方向来改变。

6.电磁铁的应用：电磁起重机、磁悬浮列车、电磁选矿机、电铃、电磁自动门等。

电铃工作原理：电路闭合，电磁铁具有磁性，吸引弹性片，使铁锤向铁铃方向运动，铁锤打击铁铃

而发出声音，同时电路断开，电磁铁失去磁性，铁锤又被弹回，电路闭合。上述过程不断重复，电

铃发出了持续的铃声。

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电磁选矿机工作原理：磁铁矿被吸引，其余杂质不被吸引，分开落入不同的收集装置；

磁悬浮列车：利用同名磁极相排斥托起列车，利用磁极间相互作用，使列车前进。

7.电磁继电器

（1）概念及作用：电磁继电器是由电磁铁控制的自动开关。

使用电磁继电器可用低电压和弱电流来控制高电压和强电

流，还可以实现远距离操纵和自动控制。

（2）工作原理：电磁继电器的结构如图所示，它由电磁

铁A、衔铁B、弹簧C和触点D组成。当低压电源开关

闭合时，控制电路中有电流通过，电磁铁A产生磁性，吸

引衔铁B，使动触点与红灯触点分离，而与绿灯触点接通，故红灯熄灭，绿灯亮起，电动机开始工

作。当低压电源开关断开时，电磁铁失去了磁性，衔铁B在弹簧C的作用下拉起，使动触点与绿

灯触点分离，而与红灯触点接通，故红灯亮起，绿灯熄灭，电动机停止工作。

（3）应用

①水位自动报警装置：工作原理——水位没有到达金属块A时，电磁铁不通电无磁性，绿灯亮，显

示水位正常；当水位到达金属块A时，电磁铁通电有磁性，将衔铁吸下来，红灯亮，表示水位不正

常。

②温度自动报警装置：工作原理——温度升高时，水银面上升，当水银面上升到与金属丝接触时，

电磁铁线圈中有电流通过，产生磁性吸引衔铁，工作电路就形成了一个回路，电铃就响起来了。

【例题精析】

[例题1]（2022•丽水）按如图电路进行实验，每次总观察到电磁铁A吸引大头针的数目比电磁铁B

多。此现象说明影响电磁铁磁性强弱的一个因素是（）

A．电流大小B．线圈匝数C．电流方向D．电磁铁极性

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[例题2]（2021•杭州）如图所示，闭合电磁铁开关S，条形磁铁静止在水平桌面上。下列判断正确

的是（）

A．条形磁铁受到电磁铁对其向左的作用力

B．条形磁铁受到桌面对其向左的摩擦力

C．将滑动变阻器的滑片向右移动，条形磁铁受到的摩擦力不变

D．若只改变电源的正负极，条形磁铁受到的摩擦力变大

[例题3]（2022•台州）铝箔轻巧，导电性好，能做许多科学实验。

实验1：“铝箔小火箭”

将铝箔卷成筒状，上端封闭并装入一截火柴头，下端开口并装上尾翼，制成小火箭。将小火箭套

在发射架上，加热其上端，如图甲所示。稍后小火箭就会射到空中。

（1）小火箭与发射架不能套得太紧，否则会因力太大，难以起飞；

（2）火柴头燃尽后，空中的小火箭还能继续上升，这是因为小火箭具有；

实验2：“铝箔秋千”

折一个U形铝箔框，其两端通过回形针与干电池两端相连，置于磁铁上方，如图乙所示。通电时，

铝箔框就会朝一个方向摆动；

（3）通电摆动时，电能转化为能和内能；

（4）若要改变铝箔框通电时的摆动方向，请写出一种方法：。

[例题4]（2022•舟山）1820年，丹麦物理学家奥斯特通过实验首次证实电和磁之间的联系。小舟

用图甲所示装置来模仿该实验。

（1）实验中得到通电直导线周围存在磁场的结论，那么他观察到的现象是。

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（2）早先电话听筒的结构如图乙所示，当变化的电流通过线圈时，电磁铁的强弱发生

变化，对薄铁片产生变化的吸引力，从而使薄铁片振动不同而发出不同的声音，这样就可以听到

对方的讲话了。

[例题5]（2020•湖州）方方按图电路进行实验。闭合开关后，小磁针发生偏转。当小磁针静止时N

极指向（选填上方或下方）。向左移动滑动变阻器的滑片至某一位置时，硬币突然被吸

起，此现象说明通电螺线管周围的磁场强弱与有关。

[例题6]（2020•台州）磁控防盗装置内装有干簧管（如图甲），干簧管由两个软铁片和玻璃管组成，

软铁片的触点在弹力的作用下处于断开状态。当磁体靠近干簧管时，软铁片触点状态会发生变

化。把条形磁体分别放置在乙图中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个位置时，触点的开合状态和软铁片的极性

情况如表。

磁体竖直放置并靠近水平

位置放置

并靠

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近

ⅠⅡⅢⅣ

触点闭合断开闭合？

状态

软铁

片的

极性

情况

（1）铁片被磁化后，铁片与条形磁体相邻两端的磁极极性关系是。

（2）当条形磁体水平放置并靠近干簧管时（图乙Ⅳ位置），干簧管触点状态为。

（3）如图丙，门上磁控防盗装置内有一个竖直放置的干簧管，其内部简化电路如图丁，磁控防

盗装置的工作原理是：夜间关上门，闭合开关S，启动防盗报警器，此时报警电铃不响；当盗贼

打开门时，干簧管远离磁体，电铃响起。图丁虚线中四种磁体摆放方式能满足工作要求的有

（选填图中的字母）。

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【习题巩固】

一．选择题（共11小题）

1．连接如图所示电路，提供足够数量的大头针，只通过控制开关和调节滑动变阻器滑片的位置，无

法探究（）

A．电流的有无对电磁铁磁性有无的影响

B．电流方向对电磁铁磁场方向的影响

C．电流大小对电磁铁磁场强弱的影响

D．线圈匝数对电磁铁磁场强弱的影响

2．法国科学家阿尔贝和德国科学家彼得由于发现了巨磁电阻（GMR）效应，荣获诺贝尔物理学奖。

如图是研究巨磁电阻特性的原理示意图。实验发现，巨磁电阻的阻值随磁场的增强而减小。当闭

合开关S1，S2，使滑片P向左滑动过程中，关于指示灯亮度的变化，下列判断正确的是（）

A．逐渐变暗B．逐渐变亮C．亮度不变D．无法判断

3．如图所示，闭合电磁铁开关S，条形磁铁受到斥力，下列判断正确的是（）

A．电磁铁的左端为N极

B．电源的左端是正极

C．将滑动变阻器的滑片向右移动，条形磁铁受到的斥力不变

D．若只改变电源的正负极，条形磁铁受到的排斥力将变大

4．图甲是某科学兴趣小组制作的“磁悬浮地球仪”。在地球仪中装入条形磁铁，底座中的电磁铁就

能使它稳定地“悬浮”在空中，其工作原理如图乙所示。下列判断正确的是（）

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A．电源的左端为正极

B．该磁悬浮地球仪的原理是同名磁极相互吸引

C．向左移动滑片P可增加地球仪“悬浮”的高度

D．增加电磁铁的线圈匝数可降低地球仪“悬浮”的高度

5．在昼夜明灯的地下停车场，驾驶员根据车位入口上方的红绿灯入停。如图是小吴设计的自动控制

电路图，将光控开关（遮光时开关闭合）装在每个车位地面中央，红绿灯装在车位入口上方。当

车位未停车时绿灯亮，当车位已停车时红灯亮，则图中L1、L2（）

A．都是红灯B．都是绿灯

C．分别是红灯、绿灯D．分别是绿灯、红灯

6．如图是小敏设计的汽车尾气中CO排放量的检测电路。当CO浓度高于某一设定值时，电铃发声

报警。图中气敏电阻R1阻值随CO浓度的增大而减小。下列说法正确的是（）

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A．电铃应接在A和C之间

B．当CO浓度升高，电磁铁磁性减弱

C．用久后，电源电压U1会减小，报警时CO最小浓度比设定值高

D．为使该检测电路在CO浓度更低时报警，可将R2的滑片向下移

7．科学家已经发现了巨磁电阻（GMR）效应：微弱的磁场可以导致某种材料的电阻阻值急剧变化。

如图所示的电路是研究巨磁电阻特性的原理示意图，实验发现：闭合开关S1、S2后，在向左轻轻

地移动滑片P的过程中，指示灯明显变亮。则下列说法中正确的是（）

A．滑片P向左轻轻移动过程中电磁铁的磁性增强

B．电磁铁右端为N极

C．该巨磁电阻的阻值随磁场的增强而明显减小

D．小磁针将顺时针旋转

8．如图所示，是某保密室的防盗报警电路，当有人闯入保密室时会使开关S闭合。下列说法正确的

是（）

A．电磁继电器与发电机工作原理相同

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B．电磁继电器与电动机工作原理相同

C．电磁铁工作时，上端为S极

D．当有人闯入保密室时，b灯亮

9．如图所示是某科技小组设计的一种温度自动控制报警装置电路图，关于它的说法正确的是（）

A．当温度低于90℃时，报警装置就会响铃，同时绿灯亮

B．当温度低于90℃时，报警装置就会响铃，同时红灯亮

C．当温度达到90℃时，报警装置就会响铃，同时红灯亮

D．当温度达到90℃时，报警装置就会响铃，同时绿灯亮

10．如图是汽车启动装置电路简图，当钥匙插入钥匙孔并转动时，下列说法中正确的是（）

A．电磁铁上端为S极，触点B与C断开，汽车启动

B．电磁铁上端为S极，触点B与C接通，汽车启动

C．电磁铁上端为N极，触点B与C断开，汽车启动

D．电磁铁上端为N极，触点B与C接通，汽车启动

11．疫情期间只允许体温正常的师生进入校园。为此，小明设计了一款“智能门禁”，能检测体温并

进行人脸识别。工作原理为：①若体温正常开关S1闭合，人脸识别成功开关S2闭合，电动机工

作（门打开），警示灯不亮；②若体温异常S1不闭合，人脸识别成功S2闭合，电动机不工作且

警示灯亮起；③不管体温是否正常，若人脸识别失败S2不闭合，电动机不工作且警示灯不亮。

如图所示电路设计符合要求的是（）

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A．B．

C．D．

二．作图题（共1小题）

12．水位自动报警器是利用电磁继电器工作的装置，请按以下要求连接图示的水位自动报警器电路：

当水位在安全位置A以下时，绿灯亮，水位到达安全位置A上限时，红灯亮。

三．计算题（共3小题）

13．丽水市已经有旧小区加装了电梯，解决老年人的出行困难。出于安全考虑，电梯都设置超载自

动报警系统，其工作原理如图甲所示。当压敏电阻R2受到的压力F增大时，其阻值减小（如图

乙所示），控制电路中的电流增大，电磁铁的磁性增强，当电磁铁线圈电流增大至20毫安时，衔

铁被电磁铁吸住，电铃发出警报声，电梯超载。

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（1）从乙图可知，当压敏电阻R2为800欧时，受到的压力F为牛；

（2）根据要求将图甲的工作电路连接完整；

（3）已知控制电路的电源电压U为8伏，保护电压R1为200欧。若该电梯厢内乘客总质量为800

千克时，通过计算说明电梯是否超载。（电梯底架自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计）

14．如图为某兴趣小组为学校办公楼空调设计的制冷自动控制装置，R是热敏电阻，其阻值随温度

变化关系如下表所示，已知继电器的线圈电阻R0＝10Ω，左边电源电压为6V恒定不变.当继电器

线圈中的电流大于或等于15mA时，继电器的衔铁被吸合，右边的空调电路正常工作。

温度t/℃05101520253035