第8讲《电与磁》（竞赛精练）-2024-2025学年初中物理竞赛能力培优精练（九年级）+习题+答案

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一、单选题
1．（2023九年级下·湖南湘西·竞赛）市面上有一款不需要电池的自发电门铃，如图所示。当按压门铃压板时，压板后面的弹簧会带动磁体运动，从而在线圈中产生电流，发声元件便可以发出声音。下列选项所示实验与其工作原理相同的是（ ）
B．
C．D．
【答案】D
【知识点】产生感应电流的条件
【详解】当按压门铃压板时，压板后面的弹簧会带动磁体运动，从而在线圈中产生电流，这是电磁感应现象，此过程将机械能转化为电能：
A．图中说明的是电流能够产生磁场，故A不符合题意；
B．图中说明的是磁场对通电导线的作用，据此制成电动机，故B不符合题意；
C．图中是继电器原理，电流能够产生磁场，利用输入电路内电流在电磁铁铁芯与衔铁间产生的吸力作用而工作，故C不符合题意；
D．图中利用电磁感应原理，发电机基本的工作过程即为将各种带动发电机转子转动的机械能，通过电磁感应转换为电能的过程，故D符合题意。
故选D。
2．（20-21九年级下·安徽宣城·自主招生）磁体周围存在磁场，电荷周围存在电场，电场和磁场有许多相似之处，根据磁场可以推知电场的相关性质，例如电场线起始于正电荷，终止于负电荷等等。某一电场区域有如图所示的电场线，关于电场下列说法错误的是（ ）
A．电场线是虚拟的，所以电场也不是实际存在的
B．b点的电场比a点的电场强
C．电场线和磁感线一样，都不能相交
D．电场线上每一点的切线方向就是该点的电场方向
【答案】A
【知识点】磁感线的定义及其基本规律
【详解】A．电场线、磁感线都是人为假想的曲线，不是真实存在的，但电场是实际存在的，故A错误，符合题意；
B．电场线的疏密表示电场的强弱，由图可知b点的电场线密，则b点的电场比a点的电场强，故B正确，不符合题意；
C．电场线、磁感线都不相交，否则交点处场的方向有两个，故C正确，不符合题意；
D．电场线上的每一点的切线方向就是该点的电场方向，故D正确，不符合题意。
故选A。
3．（2023九年级上·湖南衡阳·竞赛）如图所示，弹簧测力计下挂着条形磁铁。开关S拨在触点“2”位置且电流表示数为。要使弹簧测力计的示数变小，下列方法能实现的是（ ）
A．滑片P向a端滑动
B．将铁芯从螺线管中取出
C．将S拨到“3”位置，并通过调节仍使电流表示数为
D．将S拨到“1”位置，并通过调节仍使电流表示数为
【答案】D
【知识点】判断螺线管极性、电流方向、绕线方式的关系、影响电磁铁磁性强弱的因素
【详解】根据电路中的电流方向，由安培定则，电磁铁的上端为N极，由图知，条形磁铁下端为N极。
A．滑片P向a端滑动，变阻器连入电路中的电阻变大，电流变小，电磁铁磁性变弱，根据同名磁极相互排斥，排斥力变小，弹簧测力计的示数变大，故A不符合题意；
B．将铁芯从螺线管中取出，电磁铁磁性减小，根据同名磁极相互排斥，排斥力变小，故弹簧测力计的示数变大，故B不符合题意；
C．将S拨到“3”位置，并通过调节仍使电流表示数为，线圈匝数变少，磁性减弱，排斥力变小，弹簧测力计的示数变大，故C不符合题意；
D．将S拨到“1”位置，并通过调节仍使电流表示数为，线圈匝数变多，磁性增强，排斥力变大，弹簧测力计的示数变小，故D符合题意。
故选D。
4．（2024九年级下·安徽宣城·竞赛）左手定则可以用来判定通电直导线（带电粒子）在磁场中的受力方向，如图所示：让磁感线垂直进入掌心，使四指指向电流方向，大拇指所指方向即为所受力的方向。如图乙所示，将正负带电粒子不断射入A、B板间的强磁场，就会形成电源的两极，则（ ）
A．B极板是电源的正极B．带负电的粒子将向B极板偏转
C．A极板是电源的正极D．带正电的粒子将向A极板偏转
【答案】A
【知识点】探究通电螺线管的磁场特点、判断螺线管极性、电流方向、绕线方式的关系
【详解】正负带电粒子进入磁场后，根据左手定则， 可知带正电粒子向下偏转，即向B极板偏转，带负电粒 子向上偏转，即向A极板偏转。所以B板积聚正电荷，带正电，为电源正极，A板积聚负电荷，带负电，为电源负极，故BCD不符合题意，A符合题意。
故选A。
5．（2007九年级·上海·竞赛）在图中，M是一个用细导线绕成的螺线管，当闭合电键K后，M的长度将（ ）
A．伸长B．缩短C．不变D．先伸长，后缩短
【答案】B
【知识点】判断螺线管极性、电流方向、绕线方式的关系、磁极间的相互作用规律
【详解】如图，假如电源的左端是正极，右端是负极，根据安培定则，可判断最左端线圈的左侧是N极，右侧是S极；同理判断第二个线圈，线圈的左侧是N极，右侧是S极；即所有线圈的左侧都是N极，右侧都是S极；根据异名磁极相互吸引，则线圈间相互吸引，通电线圈变短。如果电源的左端是负极，右端是正极，根据安培定则可得所有线圈的左侧都是S极，右侧都是N极，同理可得线圈间相互吸引，通电线圈变短。故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
6．（2007九年级·上海·竞赛）如图所示，电磁铁A、薄铁片B和支架组成的装置悬挂于弹簧秤C的下端。当电磁铁A通电后，铁片B被突然吸引到如图。所示的位置时，弹簧秤C的示数将（ ）
A．增大B．减少C．不变D．无法确定
【答案】A
【知识点】影响电磁铁磁性强弱的因素
【详解】通电前，电磁铁、铁片和支架共同处于静止（或平衡）状态，这时弹簧秤的读数等于它们共同重力。在通电使电磁铁A产生磁力后，能把铁片B吸起，此时B受到的向上吸引力一定大于它自身的重力，即F>GB，由于力的相互作用原理，铁片B一定对于磁铁A有一个向下的吸力F′，这两个力大小相等，所以F′>GB，对于弹簧秤而言，在支架重力、电磁铁重力不变的情况下，由于B对测力计向下的拉力大于其自身的重力，导致了测力计受到向下的拉力增大，即示数将增大。故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
7．（2007九年级·上海·竞赛）如图所示的元件在实际工作时，将产生电流的（ ）
A．热效应和磁效应B．化学效应和磁效应
C．化学效应和热效应D．热效应、磁效应和化学效应
【答案】A
【知识点】电流热效应的概念、电铃、电磁起重机等自动控制装置
【详解】电铃工作时，电流通过内部的电磁铁，电磁铁具有磁性，吸引衔铁，电铃响，电铃是利用电流的磁效应来工作的；电铃中的导体通电后都会产生热量，因此也有电流的热效应，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
二、多选题
8．（2019九年级·上海浦东新·竞赛）关于电和磁说法正确的是（ ）
A．导体在磁场中运动，一定能产生感应电流
B．磁场对通电导体作用力的方向与磁场方向和电流方向有关
C．感应电流方向与磁场方向和导体运动方向有关
D．通电导体周围有磁场
【答案】BD
【知识点】影响感应电流大小和方向的因素、产生感应电流的条件、影响磁场对通电导线作用力大小和方向的因素、电流周围的磁场及其分布规律
【详解】A．闭合电路的部分导体在磁场中切割磁感线运动才能产生感应电流；
B．磁场对通电导体作用力的方向与磁场方向和电流方向有关；
C．感应电流方向与磁场方向和导体切割磁感线的运动方向有关；
D．据电生磁可知，通电导线周围一定有磁场．
9．（2019九年级·上海浦东新·竞赛）如图所示，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同，方向相同的电流，a受到的磁场力大小为F1，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到的磁场力大小变为F2，则此时b受到的磁场力大小变为（ ）
A．F2B．2F1﹣F2C．2F1+F2D．F2﹣2F1
【答案】BCD
【知识点】影响磁场对通电导线作用力大小和方向的因素
【详解】如图所示，两根长直导线，电流大小相同，方向相同．由安培定则可知a右侧磁场方向向外，b左侧的磁场方向向里，由左手定则知，a受到b产生磁场的作用力向右，大小为F1，那么b受到a产生磁场的作用力向左大小也为F1，但方向相反（向左）．再加入匀强磁场时产生的磁场力大小为F0，则a、b受到加入匀强匀强磁场的作用力均为F0，且方向相同．
如果加入匀强磁场方向垂直导线平面向里时，F0方向向右，则a受到的作用力为
F2＝F1+F0，若此时F1＞F0，则b受到的作用力为
F2′＝F1﹣F0＝F1-（F2﹣F1）＝2F1﹣F2，
若此时F1＜F0，则
F2′＝F0﹣F1＝（F2﹣F1）﹣F1＝F2﹣2F1；
如果加入匀强磁场方向垂直导线平面向外时，F0方向向左，若F1＞F0，则a受到的作用力为F2＝F1﹣F0，则b受到的作用力为
F2′＝F1+F0＝F1+（F1﹣F2）＝2F1﹣F2，
若F1＜F0，则a受到的作用力为F2＝F0﹣F1，则b受到的作用力为
F2′＝F1+F0＝F1+（F2+F1）＝2F1+F2．
三、填空题
10．（2007九年级·上海·竞赛）磁悬浮列车是一种未来的交通工具。它是通过列车上的电磁铁A、B与固定在轨道上的磁极N、S发生磁排斥而实现悬浮的。当列车在轨道上悬浮起时（如图所示），在电磁铁A、B中分别通有（俯视） 和 的电流（选填：“顺时针”或“逆时针”）
【答案】 顺时针 逆时针
【知识点】判断螺线管极性、电流方向、绕线方式的关系
【详解】[1][2]由图可知，电磁铁A的下方为N极，电磁铁B的下方为S极， 通电直导线的周围磁场为以导线为圆心的一层层的同心圆；通电直导线的磁场可以由安培定则进行判断：用右手握住直导线，大拇指指向电流方向，四指弯曲的方向即为磁场的方向；从而可知，电磁铁A通有顺时针的电流，电磁铁B通有逆时针的电流。
11．（2021九年级·广东佛山·竞赛）如图（甲）所示，一装置由重2N的电磁铁A、重1N的薄铁片B和重3N的支架组成，该装置悬挂于弹簧测力计C的下端，当电磁铁A通电后，铁片B被加速吸引到如图（乙）所示的位置，此时弹簧测力计的示数 6N（选填“大于”、“小于”或“等于”），你判断的理由是 ，铁片B被加速吸引上升的过程中，弹簧测力计的示数 （选填“增大”、“减小”或“不变”）
【答案】 大于 A对B的吸引力大于B的重力 增大
【知识点】二力或多力平衡问题、力与运动的关系
【详解】[1][2]电磁铁A未通电时，弹簧测力计的示数为
2N+1N+3N=6N
在通电使电磁铁A产生磁力后，能把铁片B吸起，此时B受到的向上吸引力一定大于它自身的重力，即F> GB，由于力的相互作用原理，铁片B一定对于磁铁A有一个向下的吸力F'，这两个力大小相等，所以F' > GB，这样对于弹簧秤来讲，在支架重力、电磁铁重力不变的情况下，由于B对测力计向下的拉力大于其自身的重力，导致了测力计受到向下的拉力增大，即示数将增大，即弹簧测力计的示数大于6N。
[3]当铁片B被加速吸引上升的过程中，A对B的吸引力比B的重力越来越大，所以弹簧测力计的示数增大。
12．（2023九年级下·安徽安庆·竞赛）如图，太阳风暴爆发时，地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向，对地球上的生命起到保护作用，地磁场北极在地理 （选填“南极”或“北极” ）附近，如果将地球看作一个表面均匀带电旋转的球体，那么这个球体表面应该带 电荷。
【答案】 南极 负
【知识点】电流方向的规定、地磁场及其分布、磁偏角、判断螺线管极性、电流方向、绕线方式的关系
【详解】[1]地球是一个巨大的条形磁体，磁极刚好和地理位置大致相反，即地理位置的北极附近是地磁的南极（S），地理位置的南极附近是地磁的北极（N）。
[2]通过安培定则可知，地球电流的方向是自东向西，与地球自转的方向相反，因为电流的方向与负电荷定向移动的方向相反，因此地球表面带负电荷。
13．（2022九年级上·河北张家口·竞赛）高压输电为直流输电。输电电流稳定时，在输电导线周围会产生 场。安全用电常识告诉我们不能靠近特高压输电设备，否则容易发生 （填“电弧”或“跨步电压”）触电。为了防雷，特高压输电线路安装了用 （填“导体”或“绝缘体”）材料做成的避雷线。
【答案】 磁 电弧 导体
【知识点】生活中常见的导体、奥斯特实验、家庭电路触电与高压触电
【详解】[1]根据电流的磁效应，通电导线周围存在着磁场；所以输电电流稳定时，在输电导线周围会产生磁场。
[2]高压线和高压带电设备在正常运行时，所带电压常常是几千伏，几万伏甚至是几十万伏，在人体离它们较近时，会发生放电现象，在电流通过人体时，造成电烧伤，甚至死亡，这就是所谓的高压电弧触电。
[3]高压输电铁塔最上面的两条导线是用导体材料做成的避雷线，防止雷直接击到输电线上，这两条线一般与铁塔相连，将电流引入大地。所以特高压输电线路安装了用导体材料做成的避雷线。
14．（2021九年级上·河北唐山·竞赛）如图所示的是一种温度自动报警器的原理图。当温度达到金属丝下端所指的温度时，电流通过电磁铁的线圈产生 ，电铃响起，发出报警信号。若将温度计的上端的金属丝向下调整，则报警的温度将 （填“升高”或“降低”）。
【答案】 磁场 降低
【知识点】电铃、电磁起重机等自动控制装置
【详解】[1]当温度达到金属丝下端所指的温度时，左侧的电路接通，线圈有电流流过，因此线圈产生磁场，右侧电路的铁片被吸住，右侧电路接通，电铃响起。
[2]将温度计的上端的金属丝向下调整，温度计内的水银不需要上升很高就可以使左侧电路接通，继而引发右侧电路的电铃报警，所以报警的温度将降低。
15．（2021九年级·内蒙古呼伦贝尔·竞赛）如图所示是一种水位自动报警器的原理图。水位没有达到金属块A处时，灯 亮；水位到达金属块A处时，由于一般的水是导体，灯 亮。
【答案】 L1 L2
【知识点】电磁继电器的常见应用、电磁铁的构造及原理
【详解】[1]水位没有达到金属块A处时，电磁铁没有磁性，衔铁被弹簧拉上去，和L1接通，L1亮。
[2]水位达到金属块A处时，电磁铁具有磁性，衔铁被吸引下来，和L2接通，L2亮。
四、实验题
16．（2024九年级下·陕西渭南·竞赛）小明利用如图所示的实验装置探究“导体在磁场中运动时产生感应电流的条件”。
(1)闭合开关，导体棒上下方向运动，灵敏电流计指针 偏转；若导体棒沿左右方向运动时，灵敏电流计指针 偏转；（均选填“会”或“不会”）
(2)断开开关，无论磁体如何放置、导体棒怎样运动，灵敏电流计指针都不发生偏转。由此小明得出结论：闭合电路的一部分导体在磁场中做 运动时，电路中就会产生感应电流；
(3)根据本实验中探究出来的实验结论还可以用来制作 （选填“动圈式话筒”或“扬声器”）。
【答案】(1) 不会 会
(2)切割磁感线
(3)动圈式话筒
【知识点】产生感应电流的条件
【详解】（1）[1][2]根据电磁感应现象可知，当闭合电路的一部分在磁场中做切割磁感线运动时产生感应电流，因此磁铁不动，闭合开关，导体棒沿左右方向运动时，导体做切割磁感线运动，会产生感应电流，灵敏电流计指针会发生偏转，而导体棒上下方向运动时，没有做切割磁感线运动，灵敏电流计指针不会偏转。
（2）断开开关，不是闭合电路，无论磁铁如何放置、导体棒怎样运动，都不会产生感应电流，灵敏电流计指针都不发生偏转，由此小明得出结论：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中就产生感应电流，这就是电磁感应现象。
（3）动圈式话筒的原理就是电磁感应现象，扬声器的原理是通电导体在磁场中受力运动。所以根据本实验中探究出来的实验结论还可以用来制作动圈式话筒。
17．（2020九年级·江西南昌·竞赛）在探究“通电螺线管的外部磁场”的实验中，小明在螺线管周围摆放了一些小磁针。
(1)连接电路时，开关应当 ；通电后小磁针静止时的分布如图甲所示，由此可看出通电螺线管外部的磁场与 的磁场相似；
(2)小明改变通电螺线管中的电流方向，发现小磁针指向转动180°，南北极发生了对调，由此可知：通电螺线管外部的磁场方向与螺线管中 方向有关；
(3)小明按图乙连接电路，他先将开关S接a，观察电流表的示数及吸引大头针的数目；再将开关S从a换到b，调节变阻器的滑片P，再次观察电流表的示数及吸引大头针的数目，此时调节滑动变阻器是为了 ，来探究通电螺线管磁场强弱与 的关系；
(4)实验中采用的探究方法有控制变量法和 ；最早发现电流的磁效应的科学家是 。
【答案】 断开 条形磁铁 电流 控制电流大小不变 线圈匝数 转换法 奥斯特
【详解】(1)[1]连接电路时，开关应当断开，当检查电路无误之后在闭合开关进行实验。
[2]由小磁针静止时的分布可以看出，通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场相似。
(2)[3]改变通电螺线管中的电流方向，发现小磁针指向转动180°，南北极发生了对调，由此可知：通电螺线管外部的磁场方向与螺线管中电流方向有关。
(3)[4][5]实验中，将开关S从a换到b接入电路中的线圈匝数发生了变化，为了保证电流大小不变，应该调节滑动变阻器的滑片P，再次观察电流表示数以及吸引大头针数目，这样才能探究出通电螺线管磁性强弱与线圈匝数的关系。
(4)[6]本实验中控制电流不变，应用了控制变量法；观察吸引大头针数目来表示通电螺线管磁性强弱，应用了转换法。
[7]最早发现电流的磁效应的科学家是奥斯特。
18．（2017九年级·山东临沂·竞赛）小明在学习了“电流的磁场”后，进一步研究磁与电的关系．他用一个螺线管、一根条形磁铁以及一种检验电流存在与否的仪器开展实验，研究过程如图所示．实验中，他通过快速变化磁铁位置的方法，使得螺线管附近的磁场发生变化．
①分析比较图（a）和（b）或（a）和（c）螺线管中电流的有无及相关条件可得： ．
②若用一个通电螺线管代替条形磁铁重复图（b）、（c）的实验过程，请推测：能否得到相同的实验现象，并说明理由．
【答案】 当螺线管周围的磁场发生变化时，螺线管的导线中就有电流产生． 能得到相同的实验现象，原因是螺线管通电后相当于一根条形磁铁．
【详解】（ 1）分析比较图（a）和（b）或（a）和（c）螺线管中电流的有无及相关条件可得：当螺线管周围的磁场发生变化时，螺线管的导线中就有电流产生．
（2）若用一个通电螺线管代替条形磁铁重复图（b）、（c）的实验过程，因为螺线管通电后相当于一根条形磁铁，所以能得到相同的实验现象．
五、计算题
19．（2023九年级·山东青岛·竞赛）图甲是恒温水箱温控电路，它由工作电路和控制电路组成。工作电路中的电热器上标有“220V，2200W”的字样；控制电路电源电压恒定不变，热敏电阻R1置于恒温水箱内，作为感应器探测水温，其阻值随温度变化的关系如图乙所示，R为滑动变阻器。为了把温度控制在40℃，设定在水温低于40℃时自动加热，在水温达到40℃时停止加热。当通过线圈的电流至少为100mA时，衔铁被电磁铁吸下，工作电路断开。[不计线圈的电阻，c水=4.2×103J/（kg•C）

（1）电热器是利用电流的 效应来工作的；
（2）电热器正常工作时的电流为多少 ？
（3）电热器正常工作25min，可使水温由30℃升高到40℃，假如电热器的加热效率为70%，则水箱中的水的质量为多少 ？
（4）滑动变阻器R连入电路的阻值为250Ω，则控制电路电源电压为多少 ？
【答案】 热 10A 55kg 30V
【知识点】电磁继电器的结构、原理与工作示意图、电功率P=W/t的简单计算
【详解】（1）[1]电热器工作过程中把电能转化为内能，所以电热器是利用电流的热效应来工作的。
（2）[2]由P=UI可知，电热器正常工作时的电流为
（3）[3]由得，电热器消耗的电能为
由可知，水的热量为
由可知，水的质量
（4）[4]由图甲可知，滑动变阻器R与热敏电阻R1串联，由图乙可知，当水温为40℃时，热敏电阻R1的阻值为50Ω。根据串联电路的电阻特点可知，控制电路的总电阻为
R总= R +R1 =250Ω+50Ω=300Ω
当通过线圈的电流至少为
时，衔铁被电磁铁吸下。故控制电路的电源电压为
答：（1）电热器是利用电流的热效应来工作的；
（2）电热器正常工作时的电流为10A；
（3）水箱中的水的质量为55kg；
（4）控制电路电源电压为30V。
六、作图题
20．（2024九年级下·陕西渭南·竞赛）(1)如图甲所示，置于A，B两磁体旁的小磁针静止时所指的方向如图所示，请在括号中标出B磁体左端的磁极，并标出图中磁感线的方向；
(2)请在图乙中画出静止的缆车轿厢（以方框表示）的受力示意图。（O为轿厢的重心）
【答案】(1)
(2)
【知识点】磁感线的定义及其基本规律、磁极间的相互作用规律、二力或多力平衡问题
【详解】（1）小磁针左端为N极，右端为S极，根据磁极间的相互作用规律可知B磁体左端为N极，A磁体右端为S极，磁体周围的磁感线从N极发出，回到S极，作图如下：
（2）缆车轿厢静止，受力平衡，则受到竖直向下的重力和竖直向上的拉力，这是一对平衡力，大小相等，作图如下：