第20.2讲 电生磁、电磁铁和电磁继电器【教材为纲·探题源】-2024年中考物理一轮复习讲义

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知识点1：电生磁
电流的磁效应：丹麦物理学家奥斯特（Hans Christian Oersted, 1777—1851）。于1820 年，在课堂上做实验时终于发现：当导线中通过电流时，它下方的磁针发生了偏转。这个发现令奥斯特极为兴奋，他怀着极大的兴趣又继续做了许多实验，终于证实电流的周围存在着磁场，在世界上第一个发现了电与磁之间的联系。
通电导线和磁体一样，周围存在磁场，即电流的磁场。实验还表明，当电路中的电流反向时，磁针的偏转方向也相反。这说明电流的磁场方向跟电流的方向有关。通电导线周围存在与电流方向有关的磁场，这种现象叫做电流的磁效应。

通电螺线管的磁场：把导线绕在圆筒上，做成螺线管（也叫线圈），各圈导线产生的磁场叠加在一起，磁场就会强得多。
安培定则：实验结果表明，通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场一样。通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个极，它们的极性可以从实验中小磁针的指向来确定。改变电流方向，通电螺线管的N、S 极正好对调，这说明，通电螺线管两端的极性跟螺线管中电流的方向有关。

在发现一个物理规律后，如果能够采用一个巧妙的办法把它表述出来，则既方便记忆，又便于我们发现其中各量之间的联系。对于通电螺线管的极性跟电流方向之间的关系，我们可以用安培定则（Ampere law）来表述：用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中电流的方向，则拇指所指的那端就是螺线管的N极。

【典例探究】如图所示是电磁学中的一个实验场景，下列关于它的说法（ ）
①这是模拟奥斯特实验的一个场景；
②图示实验说明了通电导线周围存在磁场；
③改变导线中的电流方向，小磁针偏转方向不变；
④若图中导线无电流，小磁针N极将指向地磁的北极。
A．只有①②正确B．只有②④正确C．只有①④正确D．只有③④正确
【答案】A
【解析】①由图可知，该实验是用于模拟奥斯特实验的一个场景，则①正确；
②该实验中，若给导线通电，下面的小磁针会转动，即说明通电导线周围存在着磁场，则②正确；
③由于磁场的方向与电流的方向有关，改变导线中的电流方向，小磁针偏转方向改变，则③错误；
④将图中导线断开，小磁针由于地磁场的缘故，N极将指向地磁场的南极，地理的北极，则④错误。
故BCD不符合题意，A符合题意。
故选A。
【典例探究2】下列各图中通电螺线管旁的小磁针静止时的指向正确的是（ ）
A．甲、乙B．乙、甲C．甲、丁D．丙、丁
【答案】D
【解析】甲中根据安培定则可知，螺线管的左端为N极，右端为S极，根据异名磁极相互吸引可知，小磁针的N极应向左，故甲错误；
乙中根据安培定则可知，螺线管的下端为N极，上端为S极，根据异名磁极相互吸引可知，小磁针的N极应向下，故乙错误；
丙中根据安培定则可知，螺线管的左端为S极，右端为N极，根据异名磁极相互吸引可知，小磁针的N极应向左，故丙正确；
丁中根据安培定则可知，螺线管的左端为S极，右端为N极，根据异名磁极相互吸引可知，小磁针的S极应向左，故丁正确。
综上所述，ABC错误，D正确。
故选D。
知识点2：电磁铁和电磁继电器
电磁铁：一根条形磁体，它的周围存在着磁场。这种磁体是一种永久磁体。永久磁体可以吸引铁钉、曲别
针、钢针等铁磁性材料制作的物体。如果把一根导线绕成螺线管，再在螺线管内插入铁芯，当有电流通过时，它会有较强的磁性。这种磁体，在有电流通过时有磁性，没有电流时就失去磁性。我们把这种磁体叫做电磁铁（electrmagnet）。

电磁铁的磁性：电磁铁的线圈匝数一定时，通入的电流越大，电磁铁的磁性越强；电流一定时，外形相同的螺线管，匝数越多，电磁铁的磁性越强。
电磁继电器：继电器是利用低电压、弱电流电路的通断，来间接地控制高电压、强电流电路通断的装置。电磁继电器就是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。

【典例探究1】许多自动控制的电路中都安装有电磁铁。关于电磁铁，下列说法中正确的是( )
A．电磁铁的铁芯，可以用铜棒代替
B．电磁继电器中的磁体，可以使用永磁铁
C．电磁铁磁性的强弱只与电流的大小有关
D．电磁铁是根据电流的磁效应制成的
【答案】D
【解析】A.电磁铁的铁芯是用软磁性材料制成，因为铜不是磁性材料，故A错误；
B.电磁铁的优点一方面是磁性的有无可以控制，不是永磁铁，故B错误；
C.电磁铁的磁性强弱与电流的大小和线圈的匝数有关，故C错误；
D.电磁铁是利用电流的磁效应制成的，故D正确。
故选D。
【典例探究2】张扬同学在探究电磁铁磁性强弱的实验中，使用两个相同的A、B大铁钉绕制成电磁铁进行实验，如图所示，下列说法错误的是( )
A．滑片P向右滑动，电磁铁的磁性减弱
B．电磁铁能吸引的大头针越多，表明它的磁性越强
C．电磁铁A、B的上端均为S极
D．该实验可以探究电磁铁磁性的强弱与匝数多少的关系
【答案】C
【解析】从图中可以看出两线圈是串联的，通过的电流是相同的，线圈匝数越多，磁性越强，吸引铁钉越多；滑片P向右滑动，电阻增大，电流变小，电磁铁的磁性减弱；从电路中可以看出通过AB的电流都向右，利用安培定则可以判断电磁铁A、B的上端均为N极。
故选C。
【典例探究3】下水井盖的丢失给人们出行带来了安全隐患．为提示路人注意安全，小明设计了如图所示的电路，电路中利用一元硬币代替铁质井盖是因为两者都属于 （填“绝缘体”或“导体”）。当井盖丢失时，灯泡发光报警，当电磁铁的线圈中有电流通过时，继电器的动触点与 （填“上”或“下”）静触点接触，电磁铁的上端是 极。
【答案】导体；下；N
【解析】当井盖丢失时，电磁铁断电，没有磁性，接灯泡的电路工作，灯泡发光报警，当电磁铁的线圈中有电流通过时，继电器的动触点与下触电接触，警铃响；由安培定则可判断出线圈的上端的极性是N极。
一、单选题
1．（2023·江苏宿迁·统考中考真题）在科技晚会上，小明给大家展示了一个“听话”的小瓶子，通过调节滑片，就可以让小瓶子上浮、下沉或悬停在水中，它的原理如图所示（磁铁固定在活塞上）闭合开关S后，移动滑片P，使小瓶子悬停在图示位置。对此，以下分析正确的是（ ）

A．电磁铁的右端为S极
B．若将滑片P向右移，小瓶子将会上浮
C．小瓶子下沉时，小瓶子中的气体密度变小
D．小瓶子上浮时，小瓶子的瓶口处受到水的压强保持不变
2．（2023·吉林长春·统考中考真题）世界上第一个证实了电流周围存在磁场的科学家是（ ）
A．牛顿B．欧姆C．奥斯特D．阿基米德
3．（2023·天津·统考中考真题）党的二十大报告指出“科技是第一生产力”。某学校为了培养学生的科学素养，组织科技创新大赛，小明在比赛中制作了水位自动报警器，原理图如图所示。当水位达到金属块A时（一般的水都能导电），则（ ）

A．两灯都亮
B．两灯都不亮
C．只有绿灯亮
D．只有红灯亮
4．（2023·江苏扬州·统考中考真题）如图所示，下列做法中电磁铁不能吸引更多大头针的是（ ）

A．只提高电源电压
B．只将滑片P向左移动
C．只增加螺线管线圈的匝数
D．只将铁芯换成同规格的铜芯
二、多选题
5．（2023·辽宁大连·统考中考真题）如图是某道路限载报警器的工作原理图。电源电压不变，是力敏电阻，其阻值随压力的变化而变化。闭合开关S，当车的质量超过限载质量时，电磁铁吸下衔铁，电铃响。根据不同的路面，可以改变滑动变阻器滑片P的位置，来设定不同的限载质量。下列说法正确的是（ ）

A．电磁铁能吸下衔铁，是由于通电导体在磁场中受力
B．检测时，车的质量越大电磁铁的磁性越强
C．力敏电阻的阻值随压力的增大而减小
D．若要提高设定的限载质量，应将滑片P向左移动
三、课内填空
6．（2023上·九年级校联考课前预习）如图所示的装置，闭合开关后，电磁铁左端与条形磁铁N极相互吸引，则电源E端为 （选填“正极”或“负极”）。为增强电磁铁磁性，滑动变阻器滑片P应向 （选填“A”或“B”）端移动。

四、填空题
7．（2023·江苏苏州·统考中考真题）寒冬，为给小鸡仔提供温暖的环境，小明制作了恒温箱系统，原理如图。控制电路由电磁继电器、滑动变阻器R1、热敏电阻R2（安装在恒温箱内，阻值随温度升高而显著减小）、低压电源等组成。加热电路由电源、电热丝R3和R4等组成。调好R1阻值，闭合开关S1、S2，箱内温度升高到设定值后即在小范围内波动，且降温阶段降温比较平缓。

（1）通电线圈上端是 极，温度升高时，电磁铁磁性 ；
（2）R3阻值 （大于/小于）R4阻值；
（3）将R1的阻值稍微调小一些，恒温箱控制的温度将 。
五、作图题
8．（2023·四川德阳·统考中考真题）如图所示，小磁针在通电螺线管作用下处于静止状态，请在图中标出通电螺线管的S极并用箭头表示螺线管中电流的方向。

六、实验题
9．（2023·山东济南·统考中考真题）实验室备有嵌入螺线管的玻璃板和电源，小明和小亮分别选用铁屑和小磁针来“探究通电螺线管外部磁场的方向”。
（1）小明在螺线管周围的玻璃板上均匀地撒上一层铁屑。给螺线管通电后，轻敲玻璃板，小明观察到螺线管周围铁屑的分布情况如图甲所示。

小明的实验说明，通电螺线管外部的磁场和 外部的磁场相似；
（2）小亮在螺线管周围的玻璃板上整齐、均匀地放置了32个小磁针，如图乙所示。给螺线管通电后，小亮观察到这32个小磁针的指向更接近于下图中的 。

A． B．
C． D．
（3）小明的实验方案具有明显的不足，其不足之处是 ；
（4）为了弥补小明实验方案的不足，请提出一条改进建议： 。
10．（2023·内蒙古赤峰·统考中考真题）学习了电磁铁，小明想：“电磁铁两极磁性强弱是否相同呢？”图甲是他探究该猜想的装置图。

（1）通电后，电磁铁A端是 极；
（2）闭合开关后，弹簧测力计的示数太小，要使其示数变大，滑动变阻器滑片P应向 端移动；
（3）将滑动变阻器调节完成后，根据图乙读出弹簧测力计的示数为 N；
（4）在原位置将电磁铁两端对调，使B端向上，保持电流不变，观察到弹簧测力计示数与（3）中相同。初步可得出的结论是：电磁铁两极磁性强弱 。
一、单选题
1．（2023上·九年级校联考课前预习）关于如图所示的实验，下列说法中正确的是（ ）

A．这是探究电磁感应现象的实验场景
B．根据这一现象的原理，制成了电动机
C．将小磁针移走，电流的磁场消失
D．将导线断开，小磁针N极将指向地理的北极
2．（2023·湖南娄底·统考一模）如图所示，是巨磁电阻特性原理的示意图，其中GMR是一个巨磁电阻，其阻值随磁场的增强而急剧减小。闭合开关S1、S2，下列说法正确的是（ ）

A．电磁铁的右端为N极
B．当滑片P向右滑动时，电磁铁磁性增强
C．当滑片P向左滑动时，巨磁电阻的阻值减小
D．当滑片P向左滑动时，指示灯变暗
3．（2023上·九年级校联考课前预习）法国科学家阿尔贝•费尔和德国科学家彼得•格林贝格尔由于发现了巨磁电阻（GMR）效应而荣获2007年度诺贝尔物理学奖。图中GMR代表巨磁电阻，在磁场中，其阻值随磁场的逐渐变强而减小，闭合开关S1、S2，下列说法中正确的是（ ）

A．电磁铁左端为N极
B．电磁铁外部的磁感线从右端出发回到左端
C．将滑片P向b端滑动，电磁铁磁性变强
D．将滑片P向a端滑动，指示灯变暗
4．（2023上·九年级校联考课前预习）物理课上老师展示了一款磁悬浮地球仪，如图（a）所示，闭合开关，地球仪悬浮在空中。经过研究发现地球仪底部有一块磁铁，底座内部有电磁铁。莉莉画出了如图（b）所示的电路原理图，下列判断不正确的是（ ）

A．b图中用虚线代表的地球仪的A端是S极
B．底座通电后能产生磁场是利用了电流的磁效应
C．a图中地球仪能够悬浮利用了同名磁极相互排斥的原理
D．闭合开关后，向左移动P能增大地球仪的悬浮高度
二、多选题
5．（2023·河南南阳·统考二模）图为某超市的热风干手器，手伸入舱内时可吹出热风，其电路简化为如图所示，控制电路中R为光敏电阻。正常工作时工作电路的功率为1000W，电动机的功率为560W，下列说法正确的是（ ）
A．电磁继电器利用了电流的热效应
B．开关S闭合后电磁铁上端为N极
C．手伸入舱内时光敏电阻R的阻值增大
D．加热电阻丝阻值为110Ω
三、填空题
6．（2023·河南驻马店·统考三模）1820年，丹麦物理学家 发现了电流的磁效应，说明了电流周围存在磁场。如图所示，通电螺线管周围存在磁场，P点磁场的方向向 （选填“左”或“右”）。

7．（2023上·九年级校联考课前预习）如图所示为车库积水自动报警器原理图，其核心是一电磁继电器。图中A、B位置可以安装电铃或LDE灯，要求车库没有积水时，LED灯亮，车库有积水时，电铃响。电铃应该安装在图中的 （选填“A”或“B”）位置；电磁继电器实质是一种 （选填“用电器”或“开关”）。

8．（2023·四川成都·校考模拟预测）如图所示是小明利用光敏电阻为居民楼门口设计的一种智能照明电路，夜晚天暗时自动发光，早晨天亮时自动熄灭。控制电路中，电源由两节干电池串联而成。R1为定值电阻，R2为光敏电阻，其阻值会随着光强的增大而 （选填“增大”、“不变”或“减小”）；S闭合时，电磁铁的下端为 极。

四、作图题
9．（2023·陕西渭南·校考二模）在图中，标出小磁针的N极及磁感线的方向。

10．（2023·福建福州·统考二模）请根据图中小磁针静止时的指向，标出通电螺线管a端的极性与电源b端的极性。

11．（2023·河南信阳·统考三模）兴趣班的同学用如图所示装置，探究水平地面上的条形磁体和通电螺线管之间的受力情况。请画出开关闭合时，通电螺线管受到的磁铁的力的示意图。

五、实验题
12．（2023·河北石家庄·校考三模）如图是探究通电螺线管外部磁场分布的实验过程图（俯视图），其中深色端是小磁针N极。

（1）条形磁铁周围的小磁针的指向如图甲所示，现把小磁针放在螺线管四周不同的位置，通电后发现小磁针的指向如图乙所示，说明通电螺线管周围的磁场跟 的磁场相似，图乙中螺线管的右端是 极（选填“N”或者“S”）；
（2）为了探究螺线管外部磁场方向是否与电流方向有关，请你写出具体操作步骤： ；
（3）下列做法中，不一定能使乙图中的通电螺线管磁性增强的是 （只填字母序号）。
A．将没有磁性的铁芯插入螺线管中
B．将有磁性的条形磁体插入螺线管中
C．增大通过螺线管的电流
D．增加螺线管的数