3.2拓展電磁實驗探究

類型之一：磁場探究【方法歸納】①確定磁極位置的方法原理是磁性物質(zhì)可以吸引鐵鈷鎳等物質(zhì)，通過觀察吸引大頭針數(shù)目的多少來判斷，磁性最強部位吸引大頭針數(shù)目較多。②地磁的兩極與地理的兩極相反。③通電螺線管外部的磁場和條形磁體的磁場相似；通電螺線管兩端的極性跟螺線管中的電流方向之間的關(guān)系可以用安培定則來判斷。類型之二：通電直導線周圍的磁場【方法歸納】①奧斯特實驗通過通電直導線周圍小磁針偏轉(zhuǎn)說明了通電導體周圍存在磁場；當電流方向改變時，產(chǎn)生的磁場方向也改變，所以小磁針的偏轉(zhuǎn)方向也會改變；②物理學中對于一些看不見摸不著的現(xiàn)象或不易直接測量的物理量，通常用一些非常直觀的現(xiàn)象去認識或用易測量的物理量間接測量，這種研究問題的方法叫轉(zhuǎn)換法。類型之三：通電螺線管周圍的磁場【方法歸納】①安培定則也應用于單匝圓形線圈的極性判斷；②地磁南極在地理北極附近，地磁北極在地理南極附近。③電磁鐵磁性強弱的影響因素：電流大小、線圈多少、有無鐵芯。當電流大小一定時，電磁鐵的線圈匝數(shù)越多，磁性越強；當線圈匝數(shù)一定時，通過電磁鐵的電流越大，磁性越強。探究電磁鐵的磁性強弱跟鐵芯大小的關(guān)系，一定控制電流和線圈的匝數(shù)不變，磁性強弱用吸引大頭針的多少來反映。類型之四：電磁繼電器的原理、結(jié)構(gòu)、工作示意圖在電磁式繼電器中，主要由銜鐵，線圈，鐵芯，觸點與支桿等部分組成，電磁式繼電器可以用較小的電流來控制較大的電流。電磁式繼電器的結(jié)構(gòu)如下圖：電磁式繼電器的工作原理及演示圖電流繼電器的線圈串接于電路中，根據(jù)線圈電流的大小而動作。這種繼電器的線圈導線粗匝數(shù)少、線圈阻抗小。電壓繼電器線圈匝數(shù)多，導線細，工作時并聯(lián)在回路中，根據(jù)線圈兩端電壓的大小接通或斷開電路。1、在探究影響電磁鐵磁性強弱因素的實驗中，小華用漆包線（表面涂有絕緣漆的導線）繞在鐵釘上做成了有五個接線柱（抽頭）o、a、b、c、d的電磁鐵，相鄰抽頭之間線圈均為40匝。小華將它與電源、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導線和一些大頭針，組成了如圖所示的實驗電路。（1）此實驗中電磁鐵磁性的強弱用來反映；（2）小華實驗步驟如下：①先將抽頭o、a連入電路，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器滑片P到某一位置，用電磁鐵的一端吸引大頭針，同時觀察電流表的示數(shù)I。斷開開關(guān)，將o、a間的匝數(shù)和被吸引的大頭針的個數(shù)記入實驗數(shù)據(jù)表中；②小華再將抽頭o、b連入電路，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器滑片P，使電流表的示數(shù)I保持不變，再用電磁鐵的一端吸引大頭針。斷開開關(guān)，將o、b間線圈的匝數(shù)和被吸引的大頭針的個數(shù)記入實驗數(shù)據(jù)表中；③仿照上一步驟，分別接入o、c和o、d，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)；（3）根據(jù)實驗步驟可知，小華探究具體問題是：?！敬鸢浮课箢^針的個數(shù)多少

電流一定時，電磁鐵的匝數(shù)越多，磁性是否越強呢？【解析】（1）電磁鐵的磁性強弱不易直接觀察，此實驗中利用電磁鐵吸引大頭針數(shù)量的不同來反映磁性強弱的不同，采用了轉(zhuǎn)換法。（3）根據(jù)（2）中的實驗操作可知，改變電磁鐵的匝數(shù)，而控制電路電流不變，觀察電磁鐵吸熱大頭針數(shù)量的多少，故小華探究具體問題是：電流一定時，電磁鐵的匝數(shù)越多，磁性是否越強呢？2、某實驗小組用自制電磁鐵探究影響電磁鐵磁性強弱的因素。他們用相同的漆包線和鐵釘繞制成兩個電磁鐵A和B，B鐵釘上繞有更多匝數(shù)的線圈，實驗裝置如圖所示。（1）如圖甲，閉合開關(guān)，電磁鐵A的釘尖是極（選填“N”或“S”）；將滑動變阻器的滑片P向右移動，能吸引的大頭針（選填“更多”“不變”或“更少”）；（2）如圖乙，把電磁鐵A和B串聯(lián)，閉合開關(guān)，多次移動滑動變阻器的滑片P，發(fā)現(xiàn)電磁鐵B總能吸引更多的大頭針，通過比較，得出的結(jié)論是；（3）電磁鐵在生活中應用廣泛，請舉一例：?！敬鸢浮縎

更少

電流相同時，匝數(shù)越多，電磁鐵磁性越強

電鈴【解析】（1）由圖甲可知，鐵釘表面的電流方向向右，根據(jù)安培定則可知，釘尾為N極，頂尖為S極。當滑動變阻器的滑片向右端滑動時，電路中的電阻變大，則電流變小，即由鐵釘組成的電磁鐵磁性減弱，則吸引的大頭針數(shù)量會更少。（2）由圖乙可知，電磁鐵A和B串聯(lián)，則電路中的電流相等，因為電磁鐵B的線圈匝數(shù)多，所以吸引的大頭針多，則說明電流相同時，匝數(shù)越多，電磁鐵磁性越強。（3）電磁鐵在生活中應用廣泛，如電鈴，電磁起重機等等。3、學習了“電生磁”的知識后，小柯在家里進行實驗探究。實驗器材主要有：全新干電池若干節(jié)、鐵釘3枚、大頭針若干、長導線1根。實驗過程：①用細線把3枚鐵釘捆綁在一起，再用長導線纏繞鐵釘6圈，連接在1節(jié)全新干電池兩端（如圖所示），制成簡易的電磁鐵。用電磁鐵尖端去靠近大頭針，觀察吸引大頭針的數(shù)目（通電時間不超過10秒鐘，下同）；②將電磁鐵連接在2節(jié)串聯(lián)的全新干電池兩端，重復實驗；③將電磁鐵連接在3節(jié)串聯(lián)的全新干電池兩端，重復實驗；④增加電磁鐵的線圈匝數(shù)至9匝，連接在1節(jié)全新干電池兩端，重復實驗；⑤增加電磁鐵的線圈匝數(shù)至12匝，連接在1節(jié)全新干電池兩端，重復實驗；（1）1節(jié)全新干電池的電壓是伏；（2）小柯的實驗想要探究的問題是：；（3）本實驗用電磁鐵吸引大頭針的數(shù)目來比較電磁鐵的磁性強弱，此科學方法屬于（選填“類比法”或“轉(zhuǎn)換法”）；（4）請幫助小柯設計用于記錄實驗數(shù)據(jù)的表格。【答案】1.5

電磁鐵磁性的強弱與電磁鐵兩端的電壓和線圈匝數(shù)的關(guān)系

轉(zhuǎn)換法

見解析【解析】（1）根據(jù)生活中一些常見的電壓可知，1節(jié)全新干電池的電壓是1.5伏。（2）由小柯的實驗過程可知，小柯在實驗中改變了電磁鐵兩端的電壓和線圈的匝數(shù)，因此小柯的實驗想要探究的問題是電磁鐵磁性的強弱與電磁鐵兩端的電壓和線圈匝數(shù)的關(guān)系。（3）通過電磁鐵吸引大頭針的數(shù)目間接的比較電磁鐵磁性的強弱，此科學方法屬于轉(zhuǎn)換法。（4）小柯在實驗中改變了電磁鐵兩端的電壓和線圈的匝數(shù)，然后觀察電磁鐵吸引大頭針的數(shù)目，因此需要記錄電磁鐵兩端的電壓，線圈的匝數(shù)和吸引大頭針的數(shù)目，如下表所示：實驗次數(shù)12345線圈匝數(shù)/匝6912電磁鐵兩端電壓U/V1.534.51.51.5吸引大頭針的數(shù)目/枚4、電與磁之間存在著相互聯(lián)系，彰顯物理現(xiàn)象的對稱、統(tǒng)一之美。（1）如圖1所示，小雨利用干電池、導線和小磁針進行實驗；①通電后小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，斷電后小磁針復位。實驗表明；②若把圖甲中的小磁針換成直導線并通電。推測：兩條通電導線之間（填“有”或“沒有”）相互作用力，依據(jù)是（填字母）；A．電磁感應現(xiàn)象

B．磁場對電流的作用（2）小雨又將直導線繞成螺線管形狀，在螺線管的兩端各放一個小磁針，并在硬紙板上均勻地撒滿鐵屑。通電后觀察小磁針的指向及鐵屑的排列情況，如圖2所示。實驗結(jié)果表明：通電螺線管外部的磁場與______的磁場一樣；（3）在螺線管中插入軟鐵棒，制成電磁鐵。下列設備中沒有用到電磁鐵的是（填字母）。A．大型發(fā)電機

B．電磁起重機

C．電爐【答案】通電導線周圍存在磁場

有

B

條形磁體

C【解析】（1）①通電后小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，斷電后小磁針復位。實驗表明表明通電導線周圍存在磁場。②由于通電導線周圍有磁場，磁場對電流有力的作用，故若把圖甲中的小磁針換成直導線并通電，兩條通電導線之間有相互作用力。故選B。（2）通電后觀察小磁針的指向及鐵屑的排列情況，畫出通電螺線管的磁感線，根據(jù)通電螺線管的磁感線分布形狀可知，通電螺線管外部的磁場和條形磁體外部的磁場一樣，通電螺線管的兩端相當于條形磁體的兩個極。（3）電爐是完全的發(fā)熱裝置，而發(fā)電機和電磁起重機均需要電磁鐵產(chǎn)生磁性進行工作。故選C。5、某校九年級一班物理興趣小組的同學，學習了磁現(xiàn)象的知識后，深受物理學家奧斯特和法拉第科學探索精神的影響，懷著極大的興趣對下列實驗進行了探究。如圖甲，將小磁針放在南北方向的直導線正下方，小磁針靜止，N極指向北。如圖乙觸接電源，小磁針的N極向紙外偏轉(zhuǎn)。斷開連接后，小磁針恢復到圖甲位置。如圖丙，將電源正負極對調(diào)，再次觸接電源，小磁針的N極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)。則：（1）通電導線周圍存在磁場，且磁場的方向與有關(guān)；（2）斷開電源后，小磁針恢復到圖甲狀態(tài)，這是因為小磁針受到了的作用；（3）如圖丁所示，高速電子束飛過小磁針上方時，小磁針將發(fā)生如圖所示方向的偏轉(zhuǎn)，原因是?！敬鸢浮侩娏鞣较?/p>

地磁場

乙

電子束從左向右運動時，電流的方向應從右向左【解析】（1）根據(jù)甲乙丙三圖可知，通電導線周圍存在磁場，且磁場的方向與電流方向有關(guān)。（2）斷開電源后，小磁針靜止，N極指向北，是因為受地磁場作用。（3）電子在小磁針上方飛過，因為電子束帶負電，所以當電子束從左向右運動時，由于電子的定向移動形成電流，且電流的方向與電子定向移動方向相反，因此電流的方向應從右向左，與圖乙相同。6、在探究“影響電磁鐵磁性強弱的因素”實驗中，小明制成簡易電磁鐵甲、乙，并設計了如圖所示的電路。（1）實驗中通過觀察來判斷電磁鐵磁性的強弱；（2）當滑動變阻器滑片向左移動時，電磁鐵甲、乙吸引大頭針的個數(shù)（填“增加”或“減少”），說明電流越，電磁鐵磁性越強；（3）根據(jù)圖示的情境可知，（填“甲”或“乙”）的磁性強，說明電流一定時，，電磁鐵磁性越強；（4）根據(jù)右手螺旋定則，可判斷出乙鐵釘?shù)纳隙耸请姶盆F的極；（5）電磁鐵吸引的大頭針下端分散的原因是?！敬鸢浮课箢^針的多少

增加

強

甲

匝數(shù)越多

S

大頭針被磁化，同名磁極相互排斥【解析】（1）磁鐵能吸引大頭針，吸引的大頭針越多，則磁鐵的磁性越強，所以磁性的強弱可借助觀察電磁鐵能夠吸起的大頭針的數(shù)量來判斷，屬于轉(zhuǎn)換法的應用。（2）當滑動變阻器滑片向左移動時，滑動變阻器的阻值減小，電路中的電流變大，電磁鐵的磁性強弱與電流大小有關(guān)，電流越大，電磁鐵的增強越強，能夠吸引大頭針的個數(shù)增加。（3）由圖知，甲吸引大頭針的個數(shù)較多，說明甲的磁性較強，甲乙串聯(lián)，電流相等，甲的線圈匝數(shù)大于乙的線圈匝數(shù)，說明電流一定時，線圈匝數(shù)越多，電磁鐵磁性越強。（4）螺線管中的電流方向向左，根據(jù)右手螺旋定則可知，四指指向與電流方向相同，拇指指向乙鐵釘?shù)南露耍瑒t乙鐵釘?shù)南露耸荖極，乙鐵釘?shù)纳隙耸请姶盆F的S極。（5）大頭針被磁化，同一端的磁性相同，同名磁極互相排斥，所以下端分散。7、如圖是小明研究“影響電磁鐵磁性強弱因素”的裝置圖，它是由電源、滑動變阻器、開關(guān)、帶鐵芯的螺線管和自制的針式刻度板組成。通過觀察指針B偏轉(zhuǎn)角度的大小來判斷電磁鐵磁性的強弱。在指針下方固定一物體A，當用導線A與接線柱2相連時，閉合開關(guān)后，指針B發(fā)生偏轉(zhuǎn)。(1)用筆畫線代替導線將實物圖連接完整。(2)指針下方的物體A應由材料制成。A.銅B.鐵C.鋁D.塑料(3)實驗發(fā)現(xiàn)：當滑動變阻器的滑片P向(填“左”或“右”)滑動時，指針B偏轉(zhuǎn)的角度將會(填“變大”或“變小”)。(4)保持滑片Ｐ位置不變，當導線A由接線柱2改為與接線柱1相連，閉合開關(guān)后，可發(fā)現(xiàn)指針B偏轉(zhuǎn)的角度將會(填“變大”或“變小”。(5)經(jīng)過對電磁鐵的研究，可得出的結(jié)論是當線圈匝數(shù)一定時，通過電磁鐵的電流越大，電磁鐵磁性；當通過電磁鐵的電流一定時，電磁鐵線圈的匝數(shù)越，磁性越?！敬鸢浮?2)B(3)左(右)變大(變小)(4)變大(5)越強多(少)強(弱)(1)如圖所示【解析】（1）滑動變阻器采用“一上一下”的接法；把滑動變阻器金屬桿的右端與開關(guān)的左端連接起來。（2）磁鐵具有吸引鐵鈷鎳等物質(zhì)。物體A有鐵質(zhì)材料制成，所以分析四個選項不難看出只要B選項是磁性材料，故選B；（3）當滑動變阻器的滑片P向左（右）滑動時，滑動變阻器的阻值變?。ù螅?，電路中電流變大（?。?，電磁鐵的磁性增強（減弱），電磁鐵吸引物體A偏轉(zhuǎn)角度增大（減?。?，所以指針B偏轉(zhuǎn)的角度將會變大（變小）。（4）保持滑片P位置不變，電磁鐵中電流大小不變，當導線a由接線柱2改為與接線柱1相連，電磁鐵線圈的匝數(shù)增多，電磁鐵磁性增強，閉合開關(guān)后，可發(fā)現(xiàn)指針B偏轉(zhuǎn)的角度將會變大。（5）經(jīng)過對電磁鐵的研究，可得出結(jié)論是：當線圈匝數(shù)一定時，通過電磁鐵的電流越大，電磁鐵磁性磁性越強；當通過電磁鐵的電流一定時，電磁鐵線圈的匝數(shù)越多，磁性越強。8、科學家發(fā)現(xiàn)兩根平行導線通電后有如圖所示的現(xiàn)象(圖中實線、虛線分別表示通電前、后的情況)。(1)由圖可知兩平行通電導線之間有力的作用。當通人的電流方向相同時，導線相互當通入的電流方向相反時，導線相互。(2)判斷通電直導線周圍磁場方向的方法是用右手握導線，大拇指指向電流方向，則四指環(huán)繞的方向就是通電直導線周圍的磁場方向。根據(jù)這個方法，請你判定甲圖中導線A在導線B處產(chǎn)生的磁場方向為垂直于紙面(填“向里”或“向外”)。(3)上述現(xiàn)象的原因是通電導線A周圍產(chǎn)生的磁場對通電導線B有的作用。當導線A中的電流方向改變時，其磁場的方向也發(fā)生改變，導線B受力方向隨之改變。(4)由此可知：與磁體之間的相互作用一樣，電流之間的相互作用也是通過來實現(xiàn)的?！敬鸢浮?1)吸引排斥(2)向里(3)力(4)磁場【解析】（1）由圖可知，當通入的電流方向相同時，導線靠攏，說明兩導線相互吸引；當通入電流方向相反時，導線遠離，說明兩導線相互排斥；（2）用右手握導線，大拇指指向電流方向（向上），則四指環(huán)繞的方向就是通電直導線周圍的磁場方向：a的左側(cè)垂直于紙面向外，b處（a的右側(cè)）垂直于紙面向里；（3）通電導線a周圍產(chǎn)生的磁場對通電導線b有力的作用；（4）與磁體之間的相互作用一樣，電流之間的相互作用也是通過磁場來實現(xiàn)的。9、小芳同學探究通電螺線管外部磁場的實驗報告如下：【實驗器材】螺線管、塑料板、小磁針、鐵屑、電池、開關(guān)、導線等(如圖1)?！咎岢鰡栴}】在我們熟悉的各種磁體中，通電螺線管外部的磁場可能與哪種磁體的相似?【進行實驗】(1)探究通電螺線管的磁場分布。①了解螺線管磁場演示儀的構(gòu)造，線圈的位置等；②閉合開關(guān)將螺線管通電，用手輕輕敲擊塑料板，觀察；③把它與某些磁體磁場的分布進行對比，發(fā)現(xiàn)與磁體周圍的磁場相似。(2)探究通電螺線管的磁場方向。①將小磁針放在螺線管周圍的不同位置；②根據(jù)記錄通電螺線管周圍各點的磁場方向；③通過，來改變電流方向，探究通電螺線管外部磁場方向是否發(fā)生改變。(3)我們能不能找到一種判斷通電螺線管兩端的極性的方法呢?請大家觀察圖2，螞蟻和猴子是怎么說的，你能否受到某種啟示呢?①螞蟻沿著電流方向繞螺線管爬行說：“N極就在我的左邊”；②猴子用右手把一個大螺線管夾在腋下，說：“如果電流沿著我右臂所指的方向，N極就在我前方”。小芳同學總結(jié)出通電螺線管磁極的極性可以這樣來判斷：?！敬鸢浮?1)鐵屑后分布條形(2)小磁針N極指向?qū)φ{(diào)電池的正負極(3)用右手握螺線管，讓四指彎向螺線管中的電流方向，大拇指所指的那一端，就是通電螺線管的北極【解析】（1）②閉合開關(guān)將螺線管通電，用手輕敲擊塑料板，觀察鐵屑的分布；③由于通電螺線管周圍的鐵屑會被磁化，每一個小鐵屑都相當于一個小磁針；鐵屑受到磁場的作用力而有規(guī)律地排列，分析論證得出結(jié)論：通電螺線管周圍的磁場與條形磁體的磁場相似；（2）②磁場的方向是這樣規(guī)定的：放在磁場中某點的小磁針，靜止時北極所指的方向就是該點的磁場方向，因此根據(jù)小磁針N極的指向記錄通電螺線管周圍各點的磁場方向。③電磁鐵的磁極極性與電流的方向有關(guān)，改變電流方向則磁極的極性也發(fā)生變化；因此通過對調(diào)電池的正負極，來改變電流方向，探究通電螺線管外部磁場方向是否發(fā)生改變。（3）根據(jù)安培定則的內(nèi)容判定線電流的磁感線的方法：用右手握住通電螺線管，讓彎曲的四指的方向與電流的方向一致，那么大拇指所指的那端就是螺線管的N極。10、探究“產(chǎn)生感應電