第十六章电磁铁与自动控制

第十六章电磁铁与自动控制

一、填空题（每空2分洪34分）

1.新风向渗透传统文化指南针是我国古代四大发明之一，而司南是指南针的始祖,

《论衡》中记载：“司南之杓，投之于地，其柢指南如图所示，能自由转动的司南

静止时，它的长柄指向南方，这是因为它受到了的作用，且长柄是

极.

第2题图

2.如图所示&处的磁场比〃处的磁场（选填“强”或“弱”），静止在a处

的小磁针的北极指向（选填“左”或“右”）.

3.如图所示，在奥斯特实验中，导线通电时，导线附近的小磁针发生了，证

实了电流周围存在.

触二接

丁

第3题图

第4题图

4.如图所示的纸张被笔“戳通”，实际上这张纸依然完好无损，这是怎么回事呢？

原来，笔的笔杆（纸的下方）与笔头（纸的上方）可以分离，笔杆与笔头相连的一端内

部装有小磁铁.笔头的材料可能含有（选填“铜”“铁”或“塑料”）.

若想探究笔头内材料是否具有磁性，现提供小磁针、小铁钉、碎纸屑三种器材，其

中可用来完成探究任务的有.

5.学习完本章知识之后，你会发现电和磁之间存在着很多相似之处,请将下表补充

完整.

磁电

磁体有南、电荷有①

北两极两种

磁体能吸带电体能

引铁磁性吸引轻小

物质物体

异种电荷

互相吸

互相吸引

引

磁体周围

电荷周围

存在

存在“电

③

场”

6.小科在宁波科学探索中心参观时，体验了名为“铁钉桥”的游戏项目.利用左

右两块电磁铁将数枚原本没有磁性的细铁钉磁化后使它们相互吸引从而搭成

“铁钉桥”，如图所示.小科推测:两块电磁铁相互靠近的两端（H端和右端）为

（选填“同名磁极”或“异名磁极”）.小科认为，可以通过增大电磁铁中

的方法增强其磁性,从而搭建起由等量的粗铁钉（长度、密度等与细铁钉一致）组成

的“铁钉桥”.

b

电磁铁电磁铁

铁钉

7.如图所示是一种安全门锁的工作原理示意图.保安室里的工作人员闭合开关时,

电磁铁吸引铁质插销洞时弹簧被拉长，门锁打开,这利用了电流的.断开

开关，电磁铁电路切断,插销在的作用下插入插槽，门锁关闭.

铁质插销

J

上!!一/电磁铁

\中源

弹簧

第7题图

第8题图

8.如图所示为电磁选矿机的示意图，上端为矿石漏斗,力为电磁铁，则铁矿石落在—

（选填“左”或“右”）坑中，欲使所选铁矿石的含铁量增大,则电磁铁中的电流应

该（选填“增大”或“减小”）一些.

二、选择题（每小题3分，共24分.多选题每小题至少有2个选项符合题意,全部选

择正确得3分，选择正确但不全得1分，有错选的不得分）

9.假如你是一名航天员，驾驶飞船登上月球，想探测月球表面附近是否有磁场，下

列工具中最理想的是（）

A.灵敏电流表B.灵敏电压表

C.灵敏指南针D.灵敏温度计

10.下列四个图中，磁感线方向标注塔送的是)

地理北极

11.下列说法正确的是)

A.磁场是由疏密不同的磁感线组成的

B,磁极间的吸引力不是通过磁场发生的

C.磁感线上任意一点的磁场方向沿该点的切线方向

D.磁体外部周围的磁感线从磁体的S极出发，回到磁体的N极

12.在研究磁极间的相互作用规律时，实验小组的同学分别设计了如下四个方案，

其中最合理的是（）

A.两人各拿一块条形磁铁，并将各自的一个磁极相互靠近

B.将放在粗糙木板上的两块条形磁铁的磁极相互靠近

C.用条形磁铁的一个磁极靠近另一块用细线悬挂并静止的条形磁铁的中间位置

D.用条形磁铁的一个磁极分别靠近另一块用细线悬挂并静止的条形磁铁的两端

13.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），下列相关描述埼误的是（）

A.小磁针6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

第13题图

第14题图

".如图所示是利用磁悬浮原理浮在空中的盆栽，盆栽底部有磁体,底座内装有电

磁铁.给盆栽浇水后（）

A.盆栽受到的磁场力大小不变

B.底座对桌面的压强大小不变

C.要使盆栽与底座之间的距离不变，可改变电磁铁线圈内的电流方向

D.要使盆栽与底座之间的距离不变，可适当增大电磁铁线圈内的电流

15.新风向跨学科融合（多选）如图所示是小威设计的线圈指南针，铜片和锌片分

别与线圈两端相连,铜片和锌片放入食盐水中构成了化学电池，铜片为正极，锌片

为负极，浮在液面上的线圈就能指示方向了.关于该装置的分析正确的是（）

A,线圈能够指示方向是因为存在地磁场

B.线圈右端为S极

C.线圈匝数越多，磁性越强

D.线圈的磁极方向与铜片和锌片的位置无关

16.（多选）如图所示,GMR是一个“巨磁电阻”，其阻值会随着它周围磁场的变化而

急剧变化，且磁场越强阻值越小.闭合开关S2后，以下说法正确的是（）

电磁铁.----------

A.Si断开时，指示灯最暗

B.S,闭合，滑片〃在图示位置时，指示灯最暗

C.S.闭合，滑片产在滑动变阻器最右端时，指示灯最亮

D.S.闭合，滑片P在滑动变阻器最左端时，指示灯最亮

三、作图题（共8分）

17.（4分）请根据图中通电螺线管的磁极，在磁感线上标出磁场方向，并标出小磁针

的N极以及电源的正、负极（用“+表示）.

18.［教材素材变式］（4分）将图中的电磁铁连入你设计的电路中（在虚线框内完成）,

要求:（1）电路中的电磁铁磁性的强弱能改变;（2）开关闭合后,小磁针静止时如图所

示.

四、实验探究题（共17分）

19.（7分）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:

⑴在硬纸板上放置一个螺线管，周围均勺地撒满铁屑，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

磁体相似.

甲乙丙丁

⑵我们要判断通电螺线管外部的磁场方向，需要借助.

⑶根据前面的实验结果，把通电螺线管看成一个磁体,它的两极如图丁所示，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.

20.（10分）如图是小明探究“影响电磁铁磁性强弱因素”的实验装置，它由电源、

滑动变阻器、开关、电流表、带铁芯的螺线管（电磁铁）和自制刻度板等组成，通过

观察指针8偏转角度的大小可以判断电磁铁磁性的强弱.在指针下方固定一物体

4当导线a与接线柱2相连时，闭合开关后，指针〃发生偏转.

⑴指针下方的物体A可能由制成.

A.铜B.铝C.塑料D.铁

⑵开关闭合后，电磁铁左端为极.

⑶实验发现：

①将滑动变阻器的滑片〃向左移动的过程中，指针〃偏转的角度将会（选

填“增大”“减小”或“不变”）；

②将导线d由与接线柱2相连改为与接线柱1相连，闭合开关后，调整滑动变阻器

的滑片，的位置，使电路中的保持不变，可发现指针8偏转的角度将会—

（选填“增大”“减小”或“不变”）.

（4）经过对电磁铁的研究，可得出结论:当线圈匝数一定时，通过电磁铁的电流越大，

电磁铁的磁性越；当通过电磁铁的电流一定时，电磁铁的线圈匝数越多，

磁性越.（均选填“强”或“弱”）

五、综合应用题（共17分）

21.（8分）阅读材料，回答下列问题.

电磁继电器与扫地机器人

某智能扫地机器人（如图甲）可通过灰尘传感器自动寻找灰尘清扫，通过电动

机产生高速气流将灰尘等吸入集尘盒.图乙为其部分工作原理图4为光敏电阻，

其阻值随光照的增强而减小，下表为部分工作参数（注:电池总容量2.5A-h是指

机器人在额定电压下以2.5A的电流可□:作1h）.

控制电路

甲乙

⑴接通电源，机器人开始工作，当清扫到一定程度，地面灰尘减少时,照射到光敏电

阻上的光照增强,通过电磁铁的电流将（选填“变大”“不变”或“变

小”），则电磁铁的磁性（选填“增强”“不变”或“减弱”）,B触头将与一

（选填"A”或"C"）触头接触,停止工作.

（2）充满电后电池储存的电能为J,充满电后最多可供扫地机器人工作—

h.

22.（9分）如图甲是某汽车超载记录器的工作原理图，控制电路中，电源电压小6V,

压敏电阻〃的阻值随压力的变化关系如图乙所示，继电器线圈电阻吊二10Q.当通

过线圈的电流达到0.2A时，继电器的衔铁被吸下工作电路中的电控照相机工作,

拍摄超载车辆.（g取ICN/kg）

⑴质量超过多少吨的车辆经过压敏电阻时会被拍照？

（2）求控制电路每分钟至少消耗的电能.

甲乙

参考答案与深度解析

/选择题答案速查

910111213141516

CACDBDACAD

地磁场S（南）

弱左

偏转磁场

铁小磁针、小铁钉

正、负异名磁极磁场

异名磁极电流

【解析】同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸弘题图中，左右两块电磁铁将数枚原

本没有磁性的细铁钉磁化后，这些铁钉相互吸孔可见/端和端为异名磁极.

7.磁效应弹簧弹力

【解析】闭合开关后,电磁铁中有电流通过，电磁铁具有磁性,能吸引铁质插销使弹

簧被拉长，门锁打开;断开开关后,电磁铁中无电流通过，电磁铁会失去磁性，铁质插

销会在弹簧弹力的作用下插入插槽，门锁关闭.

8.右减小

【解析】电磁铁能吸引铁磁性物质,所以落入右坑中的是铁矿石，而非铁矿石在重

力的作用下,落入左坑中;欲使所选铁矿石的含铁量增大，则应减小电磁铁中的电

流,使其磁性减弱，使含铁量大的矿石可以落入右坑中.

9.C要探测月球表面附近是否有磁场，可以使用一个灵敏指南针，拨动灵敏指南

针,静止时若两极有固定的指向，则说明月球表面存在磁场，反之则说明月球表面

没有磁场.

10.A根据安培定则可知，题图A中的左端为N极,右端为S极，故A错误.

11.C磁感线不是真实存在的曲线，是人们为了形象描述磁场而假想的曲线,A错

误;磁极间的相互作用是通过磁场发生的,B错误;磁感线上任意一点的切线方句

就是该点的磁场方向,C正确;磁体外部的磁感线总是从N极出发，回到磁体的S

极,D错误.

12.1）当两人各拿一块磁铁并将磁极相互靠近时，由于外力的作用,在人的主观感

觉上容易产生误判，故A不是最佳方案;若两块磁铁的磁性都不是很强时，将两块磁

铁放在粗糙的桌面上进行实验，实验现象不明显，故B不是最佳方案;条形磁铁的中

间位置的磁性最弱，两端的磁性最强，故要验证磁极间的相互作用规律应该让磁铁

的两极相互靠近，故C不是最佳方案.

13.B小磁针力端所指方向与磁感线方向一致，故〃端为N极，故A正确;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;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;通电直

导线周围的磁场方向与电流方向有关，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.

11.D盆栽悬浮，所受磁场力少与自身重力G是一对平衡力，4G,给盆栽浇水后,G

增大,故盆栽受到的磁场力变大,A错误;浇水后，底座受到的磁场力增大，桌面受到

的压力也增大，由于受力面积不变，故底座对桌面的压强增大,B错误;浇水后，盆栽

与底座之间的距离会减小，要使距离保持不变，可通过适当增大电磁铁线圈内的电

流来增强电磁铁的磁性,C错误,D正确.

15.AC线圈能够指示方向是因为通电螺线管相当于一个磁体,受地磁场作用，可

以指示方向，故A正确;铜片为正极，锌片为负极，根据右手螺旋定则可知线圈右端

为N极，故B错误;电磁铁的磁性与线圈中电流的大小和线圈的匝数有关，匝数越多,

磁性越强，故C正确;铜片为正极，锌片为负极，铜片和锌片的位置不同，电流方向不

同，则线圈的磁极方向不同，故D错误.故选AC.

Si断开时，电磁铁无磁性，由题意可知GMR的阻值最大，由/劣可知,右侧电

路中的电流最小，由六/4可知，指示灯的实际功率最小，指示灯最暗，故A正确,B错

误3闭合时，电磁铁有磁性,GMK的阻值减小，当滑片产化滑动变阻器最左端时，左侧

电路中的电阻最小，由可知，左侧电路中的电流最大，电磁铁磁性最强，则GMR的

n

阻值最小，右侧电路中的电流最大，由六FR可知，指示灯的实际功率最大,指示灯

最亮，故C错误,D正确.故选AD.

如图所示.

如图所示.

【解析】改变线圈中的电流大小可以改变电磁铁磁性的强弱，因此电路中要有一

个滑动变阻器.开关闭合后，要使小磁针静止时如题图所示,则电磁铁的左端应为

N极，由右手螺旋定则可以判定，电流要从电磁铁的左端流入.

1（除标注外，每空1分）（1）磁化条形（2）小磁针（3）改变电流方向（或调换电

源正负极）（2分）小磁针的指向（2分）

【解析】（2）要判断通电螺线管外部磁场的方向，可以借助于小磁针，小磁针N极所

指的方向即为小磁针所在位置的磁场方向.

20.（除标注外，每空1分）（1）D（2）S（3）①增大②电流（2分）增大（4）强（2分）

强（2分）

【解析】（3）①当滑动变阻器的滑片，向左移动时，滑动变阻器接入电路的阻值变

小，电路中的电流变大，电磁铁的磁性增强，物