专题4.2.9 探究通电螺线管外部磁场的方向-【实验攻略】2025年中考物理新课标必做21实验及近年热考实验学案

这是一份专题4.2.9 探究通电螺线管外部磁场的方向-【实验攻略】2025年中考物理新课标必做21实验及近年热考实验学案，共7页。学案主要包含了实验器材，设计实验与进行实验，分析与论证，交流、评估、反思等内容，欢迎下载使用。
【实验器材】铁屑、螺线管、铁芯、学生电源、小磁针等。
【设计实验与进行实验】
1. 如图所示，连接电路，在螺线管两端各放一个小磁针，并在玻璃板上均匀撒上小铁屑，闭合开关前，观察发现小磁针静止时指向 ，给螺线管通电，观察并记录小磁针静止时 极的指向，然后轻敲玻璃板，观察铁屑的排列情况。
2. 在通电螺线管两端放上小磁针是用来显示 的方向，所以实验中 （选填“能”或“不能”）用大头针代替小磁针。
3. 改变螺线管中的电流方向，观察并记录小磁针静止后的指向。
【分析与论证】
4. 放置在通电螺线管外部不同位置的小磁针N极指向都不相同，说明 。
5. 观察铁屑的分布排列情况，越靠近螺线管左右两端，铁屑分布越 ，说明通电螺线管外部磁场分布与 相似。
6. 改变导线中电流方向后，放在通电螺线管外部的所有小磁针的指向全部反向，说
明 【交流、评估、反思】 。
7. 如图所示，在通电螺线管中插入铁芯，自制一个电磁铁，若要探究电磁铁磁
性强弱与电流大小是否有关，可以在图中串联一个 ，实验中可以通过观察 来判断电磁铁的磁性强弱。
8. 为了增强电磁铁的磁性可采取的有效措施是 。（写出一条即可）

【南北 N 磁场 不能 通电螺线管外部不同位置的磁场方向一般不同 密 条形磁体 通电螺线管外部的磁场方向和螺线管中的电流方向有关 滑动变阻器 电磁铁吸引回形针的数量 增加线圈匝数 】
提分专训
探究通电螺线管外部磁场的方向
1．小亮做“探究通电螺线管外部的磁场分布”实验：
(1)将螺线管按图甲连接到电路中，闭合开关，让螺线管通电，观察小磁针在各点 时 极的指向；把连接电源的正负接线对调再做实验，这是为了探究通电螺线管外部磁场方向与 的关系；
(2)将漆包线按图乙形状穿绕玻璃板，绕成螺线管后，在玻璃板上均匀撒上铁屑，然后 ，再观察铁屑的分布情况，能说明通电螺线管外部磁场与 周围的磁场相似；
(3)根据图乙中两个小磁针的指向可知通电螺线管的 端为N极。老师说实验中不能用铜屑代替铁屑显示磁场分布，理由是 ；
(4)移动滑动变阻器滑片，我们还可以探究 。
2．在“探究通电螺线管外部磁场分布”的实验中：
(1)当闭合开关S后，小磁针会发生偏转，说明通电螺丝管周围存在 ，实验时同学们发现小磁针偏转不明显，为了增大通电螺线管的磁性，可行的操作是 （任写一条）。
(2)用铁屑来做实验，得到了如图乙所示的情形，由此可看出通电螺线管外部的磁场与 磁体的磁场相似，为描述磁场而引入的磁感线 （选填“是”或“不是”）真实存在的。
(3)同学们改变电源方向，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。
(4)由安培定则可知丙图中S闭合后，螺线管的左端为 极。
(5)磁悬浮列车是利用电流的磁效应来 （选填“增大”或“减小”）摩擦力的，丹麦物理学家 最先发现电流的磁效应原理。
3．小华小组利用图1装置深入探究“通电螺线管外部磁场的特点”。
(1)闭合开关，观察装有通电螺线管的有机玻璃板上各小磁针静止时的状态，可知：通电螺线管的外部磁场与 的磁场相似。
(2)为探究通电螺线管外部磁场方向与螺线管中的电流方向的关系，可以进行的操作是 ，从而使螺线管中的电流方向发生改变，观察小磁针静止时的指向，分析现象得出结论。
(3)小灵利用如图2所示装置探究通电螺线管磁场强弱与线圈匝数的关系。她先将开关S拨到a，观察指针偏转的大小；再将开关S换到b，调节变阻器的滑片，使 ，可观察到指针偏转角度变大，说明：在电流一定时，通电螺线管线圈匝数越多，磁场越 ；通电螺线管的左端是 极。
(4)请根据上述实验现象，再提出一个可以探究的科学问题。 。
4．学习小组利用铁屑、小磁针、定值电阻、电池、通电螺线管等实验器材，探究通电螺线管外部的磁场方向是怎样的。实验装置及现象如图甲所示。在螺线管的两端各放一个小磁针，在固定有通电螺线管的水平硬纸板上均匀的撒满铁屑，轻敲纸板，铁屑的排列情况如图甲所示。请你参与探究并回答下列问题：
(1)将多个小磁针摆放在螺线管周围。闭合开关，小磁针发生偏转，静止时的指向如图乙所示。分析可知，通电螺线管周围的磁场和 磁体的磁场相似，摆放小磁针是为了确定通电螺线管周围磁场的 ；
(2)在图乙中，吴立发现螺线管中间部位两侧的小磁针没有发生偏转，而其他位置的小磁针均发生了偏转，这两处小磁针不偏转的可能原因： ；
(3)对调电源的正负极重复上述实验，小磁针N极指向与之前相反，说明通电螺线管外部磁场的方向与 有关；
(4)小组同学还想探究一下通电螺线管周围磁场强弱与电流大小的关系，你认为可行的方法是 ；
(5)地球周围存在磁场，有学者认为，地磁场是由于地球带电自转形成圆形电流引起的，结合图甲、乙分析推断：图丙中地球的圆形电流方向与地球自转方向 （选填“相同”或“相反”）。
5．在“探究通电螺线管外部磁场的方向”的实验中；
(1)如图甲所示，开关断开时小磁针指向南北，是因为受到了 的作用；开关闭合后，小磁针N极（小磁针黑色端为N极）转向纸外，说明了 ；
(2)根据图甲中小磁针静止时的指向可以判断图乙中的小磁针N极的转动情况是 （选填“转向纸内”“转向纸外”或“保持不动”）；通电导线产生的磁场的方向与电流的方向 （选填“有关”或“无关”）；
(3)如图丙所示，把一些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所示，则电源的左端是它的 （选填“正极”或“负极”）；
(4)下列做法中，能使图丙中通电螺线管磁性增强的是___________（只填字母序号）。
A．增加螺线管的匝数B．减小螺线管中电流的大小
C．将导电性能更好的铜芯插入螺线管中D．将没有磁性的铁芯插入螺线管中
6．小波小组在“探究通电螺线管的外部磁场”实验中，设计了如图甲所示电路．实验时：
（1）可通过观察 判断通电螺线管的磁极．
（2）如图乙所示是通电螺线管周围的有机玻璃板上的小磁针分布状态，观察可知通电螺线管的外部磁场与 的磁场相似．
（3）小波猜想通电螺线管磁场强弱可能与线匝数和电流大小都有关．实验中，他将开关S从换到2上时调节变阻器的片P，再次观察电流表示数及吸引的回形针数目，此时调节动变阻器是为了 ，来研究通电螺线管磁场强弱与线圈匝数的关系．
7．（一）某实验小组探究“通电螺线管外部磁场的特点”。

（1）将螺线管安装在一块有机玻璃板上，连入电路中。在板面上均匀地洒满铁屑，闭合开关并轻敲玻璃板面，观察到铁屑分布情况如图甲所示。铁屑的分布情况与 磁体周围铁屑的分布情况相似，铁屑的作用是显示 ；
（2）把小磁针放在通电螺线管四周不同的位置，小磁针静止时N极所指方向如图乙所示，对调电源正负极，闭合开关，小磁针静止时N极所指方向如图丙所示，说明通电螺线管的极性与 的方向有关；
（二）另一小组成员还进行了如下探究：

（3）如图丁所示，将小铁钉靠近磁铁N极，小铁钉被吸引获得 性。此时，小铁钉相当于一个 ，钉尖是 极。如图戊所示，给磁铁加热一段时间后，小铁钉会掉落，表明磁铁的磁性可能与 有关。
参考答案
1．(1) 静止 N 电流方向
(2) 敲击玻璃板 条形磁体
(3) 右 铜屑不能被磁化为磁体
(4)通电螺线管外部的磁场强弱与电流大小的关系
【详解】（1）[1][2]要探究通电螺线管外部的磁场分布。闭合开关，让螺线管通电，将小磁针放在螺线管周围的某一位置，观察小磁针在各点静止时N极的指向。
[3]把连接电源的正负接线对调再做实验，此时电流的方向发生了改变，这是为了探究通电螺线管外部磁场方向与电流方向的关系。
（2）[1][2]为了使实验效果好，将漆包线按图乙形状穿绕玻璃板，绕成螺线管后，在玻璃板上均匀撒上铁屑，然后轻敲玻璃板，再观察铁屑的分布情况，能说明通电螺线管外部磁场与条形磁体周围的磁场相似。
（3）[1]根据磁极间的相互作用规律，结合乙图中两个小磁针的指向可知通电螺线管的右端为N极。
[2]铁、钴、镍能被磁化，在磁场中会受到力的作用，从而形象地显示磁体周围磁场分布情况。老师说实验中不能用铜屑代替铁屑显示磁场分布，理由是铜不能被磁化。
（4）移动滑片会改变通过通电螺线管的电流大小，在螺线管线圈匝数一定时，可以探究通电螺线管外部的磁场强弱与电流大小的关系。
2．(1) 磁场 增大电流
(2) 条形 不是
(3)电流
(4)S
(5) 减小 奥斯特
【详解】（1）[1]螺线管通电后产生磁性，周围存在磁场，通电螺线管通过磁场对小磁针产生力的作用，小磁针会发生偏转。
[2]通电螺线管的磁性大小与电流的大小有关，所以，为了增大通电螺线管的磁性，可以增大螺线管中的电流。
（2）[1][2]由图乙可知：通电螺线管的外部磁场与条形磁铁的磁场相似；磁感线是为了能形象描述磁场而引入的，不是真实存在。
（3）同学们改变电源方向，则电流方向会发生变化，此时发现小磁针转动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电流方向有关。
（4）图丙中，根据磁极间的相互作用规律可知，通电螺线管的左端为S极。
（5）[1]由于磁悬浮列车悬浮在轨道上，这是因为磁悬浮列车是利用电流的磁效应来减小摩擦力。
[2]丹麦物理学家奥斯特发现电流周围产生磁场，这是电流的磁效应。
3．(1)条形磁体
(2)对调电源的正负极
(3) 电流表的示数不变 强 S
(4)通电螺线管的磁场强弱与电流的大小有关吗
【详解】（1）由图1，根据玻璃板上各小磁针静止时的状态，可以发现通电螺线管的外部磁场与条形磁体的磁场相似。
（2）为探究通电螺线管外部磁场方向与螺线管中的电流方向的关系，应改变电流方向，所以可以进行的操作是对调电源的正负极，从而使螺线管中的电流方向发生改变。
（3）[1]探究通电螺线管磁场强弱与线圈匝数的关系，应控制电流不变。所以将开关S换到b，调节变阻器的滑片，使电流表的示数不变。
[2]当电流不变时，开关S由a拨到b，接入匝数增多，观察到指针偏转角度变大，说明：在电流一定时，通电螺线管线圈匝数越多，磁场越强。
[3]电流从左端流进螺线管，右端流出，根据安培定则，通电螺线管的右端是N极，左端是S极。
（4）根据第（3）小问“探究通电螺线管磁场强弱与线圈匝数的关系，应控制电流不变”可以提出：通电螺线管的磁场强弱与电流的大小有关吗？然后对该问题进行探究。
4．(1) 条形 方向
(2)小磁针静止时N极所指方向跟该点的磁场方向一致
(3)电流方向
(4)在电路中再串联一个滑动变阻器
(5)相反
【详解】（1）[1]由图可看出，通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似。
[2]因为小磁针放在螺线管周围不同位置，小磁针静止时N极指向和该点磁场方向相同，所以实验中使用小磁针是为了判断该点的磁场方向。
（2）闭合开关前，如果螺线管中间部位两侧的小磁针N极指向地磁南极，假如闭合开关后，螺线管的N极也指向地磁南极方向，那么螺线管中间部位两侧的小磁针就不会发生偏转。
（3）将电源的正负极对调，则通过螺线管的电流方向相反，小磁针的指向与之前相反，说明螺线管的磁极与之前相反，所以通电螺线管外部磁场的方向与电流方向有关。
（4）要探究螺线管的磁场强弱与电流大小的关系，就要改变螺线管中的电流大小，而在原电路中，电流的大小是无法改变的，可以在电路中再串联入一个滑动变阻器，通过改变其接入电路的电阻的大小来改变电路中的电流大小。
（5）由地磁场知识可知，地磁北极在地理南极附近，将丙图与旋转后的乙图对比可知，图丙中地球的圆形电流方向与地球自转方向相反。
5．(1) 地磁场 通电导体周围存在磁场
(2) 转向纸内 有关
(3)正极
(4)AD
【详解】（1）[1]如图甲所示，开关断开时小磁针指向南北，这是因为受到了地磁场的作用。
[2]闭合开关后，导线下方的小磁针N极（小磁针黑色端为N极）转向纸外，说明通电导体周围存在磁场。
（2）[1][2]图甲中，小磁针上方导线电流方向由左向右，小磁针N极转向纸外，图乙中，小磁针上方导线电流方向由右向左，故图乙小磁针转动方向与图甲相反，图乙中的小磁针N极的转动情况是转向纸内，故能得出：通电导线产生的磁场的方向与电流的方向有关。
（3）由图丙可知，通电螺线管右侧为N极，根据安培定则可知，电流从左侧后方流入电磁铁，电源的左端是电源的正极。
（4）通电螺线管的磁性强弱由三个因素决定：线圈的匝数、线圈中的电流大小、有无铁芯，故若想增强通电螺线管的磁性，可以增加螺线管的匝数、增大通过螺线管的电流、将没有磁性的铁芯插入螺线管中，故AD符合题意，BC不符合题意。
故选AD。
6． 小磁针静止时的指向 条形磁铁 控制两次实验的电流大小不变
【分析】（1）螺线管的极性可通过电磁针的指向来进行判断；
（2）螺线管的磁性两端强，中间弱，与条形磁体的磁场相类似；
（3）影响螺线管磁性强弱的因素有电流的大小和线圈匝数的多少，在实验中，应注意控制变量法的运用．
【详解】（1）读图可知，在螺线管旁有两个小磁针，我们可以通过观察小磁针的指向来判断螺线管的极性；
（2）读图乙可知，螺线管的两端磁性较强，中间磁性较弱，这与条形磁体的磁场分布相类似；
（3）实验中，他将开关S从1换到2上时，连入电路的线圈匝数发生了变化，根据控制变量法的思路，要保证电流不变，应调节变阻器的滑片P，控制两次实验的电流大小不变，再次观察电流表示数及吸引的回形针数目，这样才能探究出通电螺线管磁场强弱与线圈匝数的关系．
7． 条形磁铁 显示磁场分布情况 电流 磁 磁体 S 温度
【详解】（1）[1]由图可知，螺线管通电后外部铁屑的分布情况与条形磁体周围铁屑的分布情况相似。
[2]铁屑在磁场容易被磁化，故可以用铁屑来显示通电螺线管周围的磁场分布。
（2）[3]将电源正、负极对调，小发现小磁针的指向也改变了，说明通电螺线管极性与电流方向有关。
（3）[4][5][6]如图丁所示，将小铁钉靠近磁铁N极，小铁钉被吸引获得磁性。此时，小铁钉相当于一个磁体，根据异名磁极相互吸引，小铁钉的顶尖是S极。
[7]如图戊所示，给磁铁加热一段时间后，小铁钉会掉落，说明温度升高，磁铁的磁性减弱了，这表明磁铁的磁性可能与温度有关。