专题20.2 电生磁（原卷版）

第二十章电与磁专题20.2电生磁一、学习目标1.通过实验了解电流周围存在磁场。2.探究通电螺线管外部的磁场方向，了解通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似。3.会判断通电螺线管的电流方向和两端的磁极。二、课标要求通过实验，了解电流周围存在磁场。探究并了解通电螺线管外部磁场的方向。知识点1：电流的磁效应奥斯特实验证明：通电导线的周围存在着磁场，磁场的方向跟电流的方向有关，这种现象叫做电流的磁效应。这一现象是由丹麦物理学家奥斯特在1820年发现的。知识点2：通电螺线管的磁场1.把导线绕在圆筒上，做成螺线管，也叫线圈，在通电情况下会产生磁场。通电螺线管的磁场相当于条形磁体的磁场，通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个磁极，通电螺线管外部的磁感线从N极出发，回到S极，内部的磁感线从S极出发，回到N极。2.通电螺线管的磁场方向与电流方向有关。磁场的强弱与电流大小、线圈匝数、有无铁芯有关。知识点3：探究影响通电螺线管磁性强弱的因素的实验【实验目的】探究影响通电螺线管磁性强弱的因素。【实验器材】电源、滑动变阻器、导线若干、电磁铁、大头钉、开关、铁钉若干。【实验方法】控制变量法；转换法。【实验原理】电流的磁效应【实验猜想】猜想1：磁性强弱与线圈的匝数有关系猜想2：磁性强弱与电流有关系猜想3：磁性强弱与有无铁芯有关系【实验步骤】（一）探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系方案：保持铁芯、线圈匝数不变,改变通过电磁铁的电流大小,观察电磁铁吸引大头针的多少来判断电磁铁的磁性强弱。现象：增大电流,电磁铁吸引的大头针数目增多.结论：铁芯、线圈匝数不变时，通过电磁铁的电流越越大,，电磁铁的磁性越强.电磁铁磁性强弱与电流大小有关.（二）探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系方案：保持电流、铁芯不变,改变线圈的匝数,观察电磁铁吸引大头针的多少来判断电磁铁的磁性强弱。现象：线圈匝数越多，电磁铁吸引的大头针数目增多.结论：当电流和铁芯不变时，线圈匝数越多，电磁铁磁性越强.电磁铁磁性强弱与线圈的匝数有关.（三）探究通电螺线管的磁性强弱与有无铁芯的关系方案：保持电流、线圈匝数不变,比较不插入铁芯和插入铁芯时,观察电磁铁吸引大头针的多少来判断电磁铁的磁性强弱。现象：插入铁芯后，通电螺线管吸引的大头针数目增多.结论：当电流和线圈匝数不变时，插入铁芯，通电螺线管磁性大大增强.电磁铁磁性强弱与线圈的匝数有关.【实验结论】（1）磁性强弱与线圈的匝数有关系：当电流和铁芯不变时，线圈匝数越多，电磁铁磁性越强.（2）磁性强弱与电流有关系：铁芯、线圈匝数不变时，通过电磁铁的电流越越大,，电磁铁的磁性越强.（3）磁性强弱与有无铁芯有关系：当电流和线圈匝数不变时，插入铁芯，通电螺线管磁性大大增强.注意：探究影响通电螺线管的磁性强弱的实验考查的知识点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.实验原理：电流的磁效应。3.实验涉及到的方法：控制变量法、转换法。控制变量法：（1）探究磁性强弱与线圈匝数的关系：控制电流不变，改变匝数。（2）探究磁性强弱与电流的关系：控制匝数不变，通过滑动变阻器改变电流。（3）探究磁性强弱与有无铁芯的关系：控制电流和匝数不变，插入铁芯。观察线圈吸引大头针的多少。转换法：通过比较螺线管吸引大头针的多少反映磁性的强弱。4.电磁铁是一个带有铁芯的通电螺线管。电磁铁吸引的大头针下端分散的原因是同名磁极相互排斥。电磁铁的应用有电磁起重机、电铃、电话听筒、话筒、电磁继电器、磁悬浮列车。5.实验得到的结论：通电螺线管的磁性强弱与电流的大小、线圈的匝数、是否有铁芯有关。6.实验过程中，当插入通电螺线管后磁性大大增强的原因是什么？答：因为铁芯在通电螺线管产生的磁场中被磁化后相当于一根磁铁。将铁芯换成刚棒，开关断开后的现象。答：因为刚棒是永磁铁，断开开关后大头针不会掉下来。7.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。该实验中滑动变阻器的作用是保护电路、改变电流大小。8.实验过程中，记录多组数据的目的：为了得出普遍规律，避免实验的偶然性。9.如果在实验中为了探究电流对通电螺线管磁性的强弱的影响时，还可以增加一项仪器即电流表。10.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。知识点4：安培定则判断通电螺线管的磁场方向可以使用安培（右手）定则：将右手的四指顺着电流方向抓住螺线管，大拇指的方向就是该螺线管的N极。注意：考查安培定则的作图题类型及其解题思路1.已知电源的正负极、线圈绕法判断小磁针的N、S极①首先根据电源的正、负极画出通电螺线管的绕线中的电流方向；②利用安培定则确定通电螺线管的N、S极并标注；③最后根据磁极间的相互作用断定小磁针的N、S极。2.已知小磁针的N、S极、线圈绕法，判断电源的正、负极①根据小磁针的N、S极，利用磁极间的相互作用先确定通电螺线管的N、S极；②然后利用安培定则判定通电螺线管上的电流方向并用箭头标出；③最后根据电源外部电流的流向确定电源的正、负极。3.已知小磁针的N、S极、电源正负极画螺线管的绕线①首先根据小磁针的N、S极指向，利用磁体间的相互作用规律确定通电螺线管的N、S极并标注出；②利用安培定则确定通电螺线管中的电流方向，并在螺线管上试着画出一条“S”型或反“S”型绕线；③然后结合电源外部电流流向定位螺线管的绕线形状是“S”型还是反“S”型，并在螺线管上等距地画出美观的绕线。【例题1】图为磁悬浮地球仪。其环形底座内装有金属线圈，通电后相当于电磁铁。利用通电的金属线图产生磁场与球体中的磁体相互排斥，从而使地球仪悬浮在空中。环形底座的工作原理是（）A．电磁感应 B．电流的磁效应 C．电流的热效应 D．磁场对电流的作用【例题2】绵阳市某初中学校的小明同学，在学校实验室模拟安培1820年在科学院的例会上做的小实验：把螺线管水平悬挂起来，闭合开关，发现螺线管缓慢转动后停了下来，改变螺线管B端的初始指向，重复操作，停止时B端的指向都相同。模拟实验装置如图所示，闭合开关，螺线管停下来后B端指向（）A．东方 B．南方 C．西方 D．北方【例题3】通电螺线管外部的磁场是怎样分布的，我们通过以下实验来进行探究：（1）在硬纸板上放置一个螺线管，周围均匀地撒满铁屑，给螺线管通电后，铁屑被_____。轻敲纸板，观察铁屑的排列情况如图甲所示，图乙和图丙分别是蹄形磁体和条形磁体的磁场分布情况，对比分析可知通电螺线管外部的磁场分布与______磁体的相似；（2）我们要判断通电螺线管外部的磁场方向，需要借助______；（3）根据前面的实验结果，把通电螺线管看成一个磁体，它的两极如图于所示，为了进一步探究通电螺线管的极性与环绕螺线管的电流方向之间有什么关系我们下一步要做的是______，观察______。一、选择题1．我们的日常生活离不开电和磁．发现电流磁效应的科学家是（）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以及A、B端的极性分别是（）A．相斥，A端为N极，B端为N极 B．相斥，A端为S极，B端为S极 C．相吸，A端为S极，B端为N极 D．相吸，A端为N极，B端为S极3.如图所示，在探究通电螺线管外部的磁场分布的实验中，开关闭合后，下列说法正确的是（）A．小磁针甲静止时N极指向右端，小磁针乙静止时N极指向左端B．小磁针甲静止时N极指向左端，小磁针乙静止时N极指向右端C．小磁针甲和小磁针乙静止时N极均指向右端D．小磁针甲和小磁针乙静止时N极均指向左端4.在探究通电螺线管的实验中，小明连接了如图所示的电路，通电螺线管M端放有一小磁针，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，下面说法正确的是（）A．通电螺线管M端为S极B．小磁针N极指向水平向右C．若滑动变阻器的滑片P向b端移动，通电螺线管的磁性增强D．若滑动变阻器的滑片P向b端移动，通电螺线管的磁性减弱5.一通电螺线管中的电流方向和其周围磁感线的分布如图所示，其中正确的是（）6.如图所示，将某发光二极管的两极接入电路的a、b两点，闭合开关时，通电螺线管旁边小磁针S极向右偏转。下列判断正确的是（）A.通电螺线管右端为N极B.电源左端为正极，右端为负极C.发光二极管极接点，极接点D.图中P处磁感线的方向从螺线管右端到左端二、填空题1.1820年，丹麦科学家奥斯特在课堂上做实验时偶然发现：当导线中通过电流时，它旁边的磁针发生了偏转，他进而继续研究，终于证实了电流周围存在_______，在世界上第一个发现了电和磁之间的联系。如果把导线绕在圆筒上做成螺线管，通电时磁场就会变强，通电螺线管的极性与螺线管中的_______方向有关。2.最先发现“电流通过导体产生的热量与电流、电阻、通电时间的关系”的科学家是；丹麦物理学家是第一个发现电与磁之间联系的人。3.闭合开关S后，小磁针静止时北极的指向如图所示，则螺线管左端是______极（选填“N”或“S”），电源左端是_______极（选填“正”或“负”）。4.如图所示，通电螺线管上方有一静止的小磁针。根据图中通电螺线管的磁感线方向，判断小磁针的左侧为______极，A为电源的_____极。5.小磁针静止时的指向如图所示，由此可以判定螺线管的A端是______极(选填“N”或“S”)，接线柱a连接的是电源_____极(选填“正”或“负”)。三、作图题1.如图所示，小磁针静止时左端为N极，请在括号内标出电源的“+”、“-”极。2．如图所示，标出通电螺线管的N极和S极。3.将图中的电磁铁连入你设计的电路中（在方框内添加电源和滑动变阻器），使得小磁针静止时如图所示，且向右移动滑动变阻器滑片时，电磁铁的磁性变弱。4.如图所示，根据电源的正负极和小磁针的指向，在图中画出螺线管的绕线。四、实验探究题1．安安在探究通电螺线管的磁场分布的实验中，如图所示：（1）在固定有螺线管的水平硬纸板上均匀地撒满铁屑，通电后轻敲纸板，观察铁屑的排列情况，发现通电螺线管外的磁场与磁体的磁场相似；在通电螺线管的两端各放一个小磁针，据小磁针静止时的指向，可以判定图中通电螺线管的（选填“左”或“右”）端是它的N极；（2）如果想探究通电螺线管的极性与电流方向的关系，接下来的操作是，并观察小磁针的指向。2.在做“探究通电螺线管外部磁场的方向”的实验时，小明在螺线管周围摆放了一些小磁针（1）通电后小磁针的指向如图甲所示，由此可看出通电螺线管外部的磁场与________磁体的磁场相似。（2）小明改变螺线管中的电流方向，发现小磁针转动180°，南北极所指方向发生了改变，由此可知：通电螺线管外部磁场方向与螺线管中的_______方向有关。（3）由安培定则可知乙图中S闭合后，螺线管的上端为________极。3.陈明和张华同学合作，探究“影响通电螺线管磁性强弱的因素”。选用的实验器材有：干电池（电压一定）、滑动变阻器、数量较多的大头针、铁钉及长导线。（1）陈明将导线绕在铁钉上制成简易螺线管，利用来显示通电螺线管磁性强弱；这种实验探究方法是法。（2）张华连接好电路，图A所示，滑动变阻器连入电路的阻值较大，闭合开关，铁钉吸引一定数量的大头针；此现象说明电流具有；移动变阻器滑片，使其连入电路的阻值变小，图B所示，铁钉吸引大头针的数量增大。比较图A和B可知图中的电流较小。可得出结论，通过通电螺线管的电流越

（选填“大”或“小”），通电螺线管磁性越强。（3）在（2）中比较图A和B，探究影响通电螺线管磁性强弱的过程中采用的探究方法是；初中还学过哪些实验采用此探究方法，请举一个例子。（4）实验中滑动变阻器的作用是和。（5）图C所示，陈明和张华将导线绕在两枚铁钉上构成两个简