“电与磁”典型例题评析

　　例1　下列四幅图中能说明发电机的工作原理的是（    ）


　　错解及出错原因：错选C的原因是没有分清电和磁之间的相互联系及其应用。

 

　　解析：B是研究电磁铁磁性强弱和电流的关系，改变滑片的位置，改变通过电磁铁的电流大小（线圈匝数一定），从而改变电磁铁的磁性及吸引大头针的数目。C图中既有电源，又有磁体，是研究通电导线在磁场中受到力的作用，它是电动机的原理。D是演示通电导线周围存在磁场的，是电流的磁效应。A图中没有电源，当ab做切割磁感线运动时，其中会产生感应电流，这时它本身就是一个电源，它演示电磁感应现象，是发电机的原理。所以选A。

 

　　点评与拓展：电与磁的重点是三大联系及应用，一是“电生磁”（电是因，磁是果），二是通电导线在磁场中受到力的作用（既有磁场，又有电源），三是“磁生电”（磁是因之一，电是果）。电磁铁、电磁继电器、扬声器、电动机、发电机等是这三大电磁现象及其规律在技术上的应用，它们对现代社会有着深远的影响。涉及这些内容的试题中考必有，透彻理解物理规律是识别电磁现象及其它物理现象的基础。

 

　　例2　在电风扇、电熨斗、电磁起重机、动圈式扬声器、动圈式话筒和发电机中，利用电磁感应原理工作的有       

；利用磁场对通电导体有力的作用原理工作的有       。

 

　　错解及出错原因：第一空漏填动圈式话筒，第二空漏填动圈式扬声器。出错的原因是对它们的工作过程及原理不清楚。

 

　　解析：电熨斗是电热器，原理是电流的热效应。电磁起重机是电磁铁的直接应用，原理是电流的磁效应。电风扇的主要部件是电动机，它和发电机的工作原理在上题中分析过。动圈式扬声器的线圈中通入强弱按声音变化的电流时，通电线圈受到磁体磁场力的作用来回运动，带动纸盆振动发出声音，它与电动机的原理是相同的。动圈式话筒的膜片随声音振动，相连的线圈也一起振动，从而切割磁感线，产生了随声音变化的感应电流，它与发电机的原理是相同的。所以第一空应该填发电机、动圈式话筒，第二空应该填电风扇、动圈式扬声器。

 

　　点评与拓展：此题供选择的实例来源于生产生活，也来自于教材，解答的难点在于动圈式话筒和扬声器的原理。深入全面地了解它们的工作过程及原理，是正确解答的前提。

 

　　例3　根据通电螺线管的N、S极，在图中分别标出电源的正负极和两小磁针静止时的N、S极。


　错解及出错原因：把电源的正负极和两个小磁针的极性标反，出错的原因多数是运用所学知识进行分析时不够耐心细致。

 

　　解析：判断通电螺线管及电磁铁的极性与电流方向之间的关系，可用安培定则。用右手握螺线管，让四指指向螺线管中电流的方向，则大拇指指的那一端是螺线管的N极，反之，若大拇指指向N极，则四指指向螺线管中电流的方向。所以电源右标“+”，左标“-”。通电螺线管周围磁场与磁体周围磁场一样，对放入其中的磁体会产生磁力作用，放入磁场中某点的小磁针N极所指方向与该点的磁场方向一致（S极所指方向与该点的磁场方向相反）；而在磁体周围，磁感线从N极出发回到S极。所以上方小磁针是右N左S，而右边小磁针是左N右S。当然，这里也可以利用同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引进行判断。

 

　　点评与拓展：安培定则的应用是学生要熟练掌握的，相关的试题属基础性的，常以选择、作图题的形式出现。常见的几种题目编制方法有：一是根据电流方向确定极性，二是根据极性确定电流方向，三是知道电源的极性和电磁铁的极性，作出绕线情况。这一内容的试题多与电源外部电流方向的规律，磁场中某一点磁场方向的规定，磁极间的相互作用规律，通电螺线管周围磁感线的方向等知识联系在一起，进行考查。学习时除了掌握这些知识外，还要通过适量练习，不断增强识图能力和空间想象力。 例4　小明在研究性学习活动中，查阅到一种热敏电阻的阻值随温度变化的规律如下表，并将该型号的热敏电阻应用于如图所示由“控制电路”和“工作电路”组成的恒温箱电路中。

温度/℃

…

30

40

50

60

70

…

热敏电阻阻值/Ω

…

350

300

250

210

175

…

　“控制电路”由热敏电阻R1、电磁铁（线圈阻值R0 = 50Ω）、电源U1、开关等组成，当线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合，右边工作电路则断开；“工作电路”由工作电源U2（U2 = 10V）、发热电阻R2（R2 = 5Ω）、导线等组成。问：

 

　　⑴工作电路工作时的电流为多大？电阻R2的发热功率为多大？

 

　　⑵若发热电阻R2需提供1．2×104J的热量，则工作电路要工作多长时间（不计热量的损失）？

 

　　⑶若恒温箱的温度最高不得超过50℃，则控制电路的电源电压U1最小值为多大？

 

　　错解及出错原因：思路容易受阻的原因是没有把“当控制电路线圈中的电流大于或等于20mA”，“恒温箱的温度最高不超过50℃”，及R1、R2的作用联系起来思考它们之间的因果关系。

 

　　解析：⑴工作电路工作时的电流I2 ===2A

 

　　电阻R2的发热功率P2 =U2I2 =10V×2A=20W

 

　　⑵W2 = P2 t =Q t === 600s

 

　　⑶当R1温度为50℃时，其阻值R1 = 250Ω，R1和R0串联，通过线圈的电流刚好等于20mA

 

　　R总=R1＋R0 = 250Ω＋50Ω=300Ω

 

　　控制电路的最小电压为：U1 =I1R总=0．02A×300Ω=6V

 

　　点评与拓展：这道试题的原型是用电磁继电器做出的一个对生活有实用价值的小制作，以此将欧姆定律、电功、电功率的计算结合起来，是比较新颖的。要求学生对电磁继电器的工作原理，控制电路中使用热敏电阻后实行自动控制的原理弄清楚，还要会进行欧姆定律、电功和电功率的简单计算，知识的覆盖面较大，综合性较强，考查了初中物理电学中的多个中考必考的重要知识，且能有效考查学生的分析问题和抽象逻辑思维能力。例5 小明在探究通电直导线周围的磁场方向与电流方向的关系后，想进一步探究影响通电直导线周围磁场强弱的因素．经老师指导及查阅资料知道，磁场的强弱可用物理量“B”来表示(单位为“T”)，其大小与直导线中的电流I、测试点到直导线的距离r有关。小明通过实验所测得的两组实验数据如下。

 

　　表一：当测试点到直导线的距离r＝0．02m时，磁场的强弱B与电流I的实验数据

I/A

2．5

5

10

20

B/T

2．5×10-5

5×10-5

10×10-5

20×10-5

 

　　(1)分析表一中的实验数据，你能得到什么结论？

 

　　答：________________________________。

 

　　表二：当直导线中的电流I＝5A时，磁场的强弱B与距离r的实验数据

r/m

0．02

0．04

0．06

0．08

B/T

5×10-5

2．5×10-5

1．67×10-5

1．25×10-5

 

　　(2)分析表二中的实验数据，你能得到什么结论？

 

　　答：_________________________________．

 

　　错解及出错原因：忽视“当距离r一定时”和“当电流I一定时”，错误的原因是没有控制变量；不能得出“成正比”或“成反比”的结论，错误的原因是对数据分析不深刻。

 

　　解析：（1）当距离r一定时，磁场的强弱B与电流I成正比。(2)当电流I一定时，磁场的强弱B与距离r成反比。

 

　　点评与拓展：本题主要考查科学探究的方法。根据实验数据及其它实验信息分析得出结论是科学探究的要素之一，是培养和考查学生探究能力、分析问题和解决问题能力的重要途径。这类题目考查的侧重点由只重视知识积累转向重视科学探究，由纯粹的知识应用转向信息的收集处理（这些信息中有许多是教材上没有的），由知识立意转向能力立意，是物理课程对学生提出的新要求。不思探究的学生是难于找到正确答案的。此外，当研究三个以上变量之间的关系时，要有控制变量的意识，否则无法确定是哪个因素造成的，或者得出的结论不全面。

 

　　小结：电与磁的内容虽然是电学知识的延伸，但知识体系具有很强的独立性，概念和规律多数是通过实验分析概括得出的。对学生的要求多为“了解”、“经历”，这部分内容的试题多是回忆、再现、识别和实际应用型的。同学们要注重经历探究过程，注意联系生活实际，在弄清基本概念和规律的基础上，不断发展思维能力；对各种类型的题目，认真审题，仔细分析，相信就能迎刃而解。电磁学的内容在近几年中考中出现的越来越多，考查的能力也越来越强，占据的分值也越来越多，现就物理中考中所考查的各个方面列举出来，以供借鉴。

考点一：磁现象及磁场

例1．对磁场的有关认识，正确的是

A．磁感线是磁场中实际存在的曲线

B．磁感线是从磁体的南极出来回到磁体的北极

C．小磁针N极在磁场中某点所受磁力的方向跟该点的磁场方向相反

D．磁场的基本性质是对放入其中的磁体产生磁力的作用

解析：对磁场及磁感线的认识要明确以下几点：①磁感线可以表示磁场方向，但磁感线是假想的曲线；②磁体外部磁感线的分布是从磁体的N极出来回到S极，磁体内部则是从S极出来回到N极；③磁感线的疏密程度可以表示磁性的强弱；④小磁针N极在磁场中的受力方向跟该点的磁场方向是一致的。因此，本题的正确答案是D。

例2．某兴趣小组在研究扬声器结构时，发现扬声器中有一个环形磁体，他们不知道环形磁体的磁极分布情况，于是几位同学提出了以下三种猜想：

猜想1：磁极呈横向分布（例如图1甲，左侧为N极，右侧为S极）。

猜想2：磁极呈轴向分布（例如图1乙，上面为N极，下面为S极）。

猜想3：磁极呈上中下分布（例如图1丙，上下面为N极，中部为S极）。

（1）根据所学知识，他们经过讨论，断定猜想3是错误的。你认为他们判断的依据是 。

（2）为了验证其他猜想，他们用细线将环形磁体水平悬挂起来（如图1丁所示），结果观察到磁体在任意位置都能保持静止。这说明猜想 是错误的。

（3）请设计一个简单实验，验证剩下的一个猜想是否正确，简述你的实验方案。

主要器材： ；简要做法： ；如何判断： 。

解析：此类探究题看似探究磁体的磁极分布情况，实质是考查学生对磁体的基本性质的应用能力，根据磁极间的相互作用来完成探究过程。在判断磁体的磁极情况可通过放入小磁针来检验，当小磁针放入时观察小磁针的N、S极的位置，再根据磁极间的相互作用来确定磁体的磁极情况；也可以利用地磁场的磁性来判断，由于地磁的北极在地理的南极附近，地磁的南极在地理的北极附近，将磁体悬挂起来让其自由旋转后静止，根据静止后的位置和磁极间的相互作用来判断磁体的磁极情况。

答案：

（1）一个磁体只可能有两个磁极

（2）1

（3）小磁针；将小磁针置于磁环周围不同处；多次观察小磁针稳定后两极的指向情况，从而判断出磁环磁极的位置

考点二：电流的磁场

例3．如图2所示，通电螺线管上方小磁针静止时指向已知，试据此标出通电螺线管的N、S极和电源的正负极。

解析：首先根据小磁针N极的指向，可确定通电螺线管的N、S极，再根据安培定则判断螺线管中的电流方向，最后根据电流从电源的正极流出，经过螺线管回到电源的负极，即可标出电源的正负极，如图3所示。

例4．如图4所示，当开关S闭合时，螺线管与左边始终静止的磁铁相互吸引。请在图4中画出螺线管的绕线；当滑动变阻器的滑片P向右端移动时，左端磁铁所受的摩擦力将

A．变大 B．变小 C．不变 D．无法判断

解析：本题是一道涉及力学和电磁学的综合题。当开关S闭合时，“螺线管与左边始终静止的磁铁相互吸引”，说明通电螺线管左侧是S极，右侧是N极，绕法如图5所示。当滑片P向右移动时，滑动变阻器连入电路中的电阻增大，电路中电流减小，螺线管磁性减弱，吸引磁铁的力变小，静摩擦力等于磁极间的相互作用力，所以，摩擦力也变小了。正确答案是B。

考点三：电磁铁、电磁继电器

例5．如图6所示，如果要使滑动变阻器的滑片P向右移动时，弹簧测力计的示数变小，则变阻器接入电路的方式可以是

A．C接E，D接F B．C接E，B接F

C．A接E，D接F D．A接E，B接F

解析：本题将受力分析、力的变化、变阻器的使用、通电螺线管极性和磁性强弱变化综合在一起，即有新意也有一定难度。本题弹簧测力计的示数大小与磁铁受到通电螺线管的磁极作用大小有关。当C接E、D接F时，滑动变阻器连入电路中的电阻为0，不起作用，电路中电流不变化，螺线管磁性强弱不变，所以弹簧测力计示数不变。当C接E、B接F时，滑动变阻器连入电路中的电阻是PB段。滑片P向右移动时，滑动变阻器连入电路中的电阻变小，电路中的电流变大，螺线管的磁性增强。由图6可知，螺线管上部是S极，同名磁极相斥，所以条形磁体受到向上的斥力增大，所以弹簧测力计示数变小。同理可分析出C、D选项的结果分别是：示数变大和示数不变。本题正确答案选B。

考点四：磁场对电流的作用

例6．如图7所示，磁场方向是垂直纸面向外，与磁场方向垂直的三根通电导线a、b、c，放置在磁场中，则下列说法错误的是

A．三条导线都受到磁场力的作用

B．三条导线所受的磁场力的方向都相同

C．三条导线所受的磁场力的方向都不同

D．导线a所受磁场力的方向与电流方向垂直

解析：a、b、c三条通电导线都在磁场中，而且电流方向不与磁感线方向平行，所以它们都受到磁场力的作用，所以A选项正确。三条导线虽在同一磁场中，虽都受到磁场力作用，但由于它们的电流方向不相同，所受的磁场力的方向就不相同，C选项正确。因为通电导体在磁场中受到磁场力的方向与磁场方向垂直，也与电流方向垂直，因此D选项也正确。本题正确答案是B。

例7．为了探究电动机为什么会转动，小明根据电动机主要构造制作了一台简易电动机(如图8所示)他用回形针做成两个支架，分别与电池的两极相连用漆包线绕一个矩形线圈，以线圈引线为轴，并用小刀刮去轴的一端全部漆皮，另一端只刮去半周漆皮将线圈放在支架上，磁体放在线圈下方闭合开关，用于轻推一下线圈，线圈就会不停地转动起来。

（1）要想改变线圈的转动方向，小明可采用的措施是： 、 ；（写出两点）

（2）开关闭合后，如果电动机不转，可能的原因是： 、 （写出两点）

（3）小明还想设计一个能调节电动机转速的实验装置，他还需要的主要器材是 ，并在虚线框内画出实验电路图 (电动机用符号M表示) 。

解析：此题主要考查磁场对电流作用，作用力的方向跟导体中的电流方向和磁感线方向有关。若导体中电流的方向或磁感线的方向有一个改变，则导体的受力方向也随之改变；若上述两个方向同时改变，则导体的受力方向不变；受力的大小与磁性的强弱、电流的大小有关，电流的大小多采用滑动变阻器来改变。而本题中线圈不动，也就是说所受的力太小甚至无力或阻力太大。所以可能是磁体的磁性太弱、电流太小或摩擦力太大。

答案：（1）改变磁场方向 改变电流方向

（2）接线柱接触不良 磁铁的磁性不够强 线圈匝数太少电池的电压不够转轴处粗糙（任选两个）

（3）滑动变阻器 电路图如图9所示

考点五：电磁感应现象

例8．闭合电路的一部分导体在磁铁中的运动方向如图10所示，下列各电路中能产生感应电流的是

解析：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中才会产生感应电流。而B、D图中导体沿磁感线分别向上、向下运动，C中导体沿磁感线前后运动，都没有切割磁感线，因此，电路中不会产生感应电流。只有A中电路闭合，且由于导体向左运动而切割磁感线，所以电路中才会有感应电流产生。本题正确答案是A。