九年级全册（2024）第二节 探究：通电螺线管外部磁场的方向学案

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TOC \ "1-3" \h \z \u \l "_Tc200209972" 【重难题型讲解】 PAGEREF _Tc200209972 \h 1
\l "_Tc200209973" 题型1 电流的磁效应 PAGEREF _Tc200209973 \h 1
\l "_Tc200209974" 题型2 通电螺线管外部磁场的方向3
\l "_Tc200209975" 题型3 电磁铁及其应用6
\l "_Tc200209978" 【能力培优练】9
\l "_Tc200209979" 【链接中考】16
【重难题型讲解】
题型1 电流的磁效应
1.定义：
通电导体周围存在磁场的现象，称为电流的磁效应。
2.奥斯特实验：
（1）甲、乙两图：
A.现象：通电后，小磁针发生偏转；断电后，小磁针回到原来位置。
B.结论：通电导体周围存在磁场。（电流磁场）
（2）甲、丙两图：
A.现象：改变电流方向，小磁针偏转方向与原来相反。
B.结论：电流磁场的方向与电流方向有关。
3.发现电和磁有联系的第一人：奥斯特。
【典例1-1】（2026·安徽马鞍山·三模）如图所示，将一根通电直导线放在静止的小磁针正上方，且与小磁针平行。闭合开关后，下列说法正确的是（ ）
A．如果将导线沿东西方向放置，小磁针最容易发生偏转
B．实验中使用小磁针的作用是检测电流的周围是否有磁场
C．将小磁针移至直导线上方，通电后小磁针不会发生偏转
D．实验中改变电源的正、负极，小磁针的偏转方向不会发生改变
【典例1-2】（2026·广东江门·三模）当小磁针自由静止时，它的极总是指向 （选填“南”或“北”）方，这是因为小磁针受到 的作用。如图甲所示，当给导线通电时，其下方的小磁针的N极向纸内偏转；如图乙所示，如果大量电子沿着水平方向由左向右飞过小磁针正上方，则小磁针的N极将向纸 （选填“内”或“外”）偏转。
【典例1-3】（2026·山西朔州·三模）如图所示的是小梦新购买的一个磁悬浮灯，底座和灯泡中有线圈和磁体，给底座线圈通电后灯泡发光并悬浮，断电后灯泡熄灭并落下。下列说法正确的是（ ）
A．底座产生磁场的原因是电流的磁效应
B．灯泡悬浮是因为异名磁极相互吸引
C．通电后底座周围存在磁感线
D．若调换灯泡中磁体的磁极方向，灯泡通电后仍能悬浮
跟踪训练1 （2026·江苏淮安·三模）如图所示，一个不能打开的盒子外露出一段导线，根据需要选择实验器材，可以判断其中是否有电流，你选择的器材是 ，请简述你的辨别方法 。
跟踪训练2 小刚利用电池组、小磁针和若干导线等器材做了如图所示的实验。
（1）由图甲与图乙可知 。
（2）如果移走图乙中的小磁针，通电导线周围 （选填“存在”或“不存在”）磁场。
（3）如图丁所示，将小磁针放在导线上方，闭合开关小磁针 （选填“会”或“不会”）发生偏转。
题型2 通电螺线管外部磁场的方向
1．螺线管：
把外面涂有绝缘漆的导线缠绕在圆筒上，就做成了螺线管（也叫线圈）。
2.通电螺线管的磁场特点：
通电螺线管周围的磁场和条形磁铁的磁场相似。其两端相当于条形磁铁的两个磁极。
3.通电螺线管的磁极：
（1）其两端的极性跟电流方向有关。
（2）电流方向与磁极间的关系可由安培定则来判断。
4.安培定则内容：
用右手握住螺线管，让弯曲的四指指向螺线管中电流的方向，大拇指所指的方向就是通电螺线管的N极。
特别提醒：“一手两向”
5.应用：
（1）已知螺线管中电流方向，判断N、S极（左图）。
（2）已知螺线管N、S极，判断电流方向（右图）。
（3）已知螺线管电流方向和N、S极，给螺线管绕线。
【典例2-1】（2026·山东济南·模拟预测）在“探究通电螺线管外部磁场”的实验中，将小磁针放在螺线管周围不同位置，闭合开关前，观察到所有的小磁针都指向南北，这是由于小磁针受到了 的作用；闭合开关，小磁针偏转情况如图所示，发现改变螺线管中电流的方向后，小磁针的偏转方向也发生改变，可以得到的结论是 。
【典例2-2】（2026九年级下·福建福州·期中）据《武经总要》记载，古人将具有磁性的空心铁鱼放入水中漂浮制成指南鱼，如图甲，多次将指南鱼轻轻旋转，待静止后，观察到鱼尾总是指向南方，则鱼尾为该磁体的 极，再将该指南鱼靠近如图乙所示的电磁铁左端，发现鱼头始终朝向电磁铁，说明电源左端为 极。
【典例2-3】（2026·黑龙江哈尔滨·三模）给螺线管通电，其周围磁感线如图所示。请在括号内标出电源的正负极（用“+”“-”表示）和小磁针静止时的N、S极。
跟踪训练1 （2026·安徽合肥·二模）将小磁针放置在通电螺线管旁边，小磁针静止时，其N极的指向如图所示。由此可知 （选填“c”或“d”）端是电源正极。
跟踪训练2 （2026·四川内江）如图，小磁针静止在通电螺线管右侧，请根据图中磁感线的方向，在螺线管左端和小磁针右端的括号内标出极性（“N”或“S”），在电源左边的括号内标出极性（“+”或“﹣”）。
跟踪训练3 （2026·河北石家庄·二模）电与磁之间存在着相互联系，彰显物理现象的对称、统一之美。
(1)如图甲所示，小雨利用干电池、导线和小磁针进行实验。通电后小磁针发生偏转，断电后小磁针复位。实验表明 ；
(2)小雨又将直导线绕成螺线管形状，在螺线管的两端各放一个小磁针，并在硬纸板上均匀地撒满铁屑。通电后观察小磁针的指向及铁屑的排列情况，如图乙所示。实验结果表明：通电螺线管外部的磁场与 的磁场一样；
(3)如图丙是小磁针在通电螺丝管右端静止时的情形，其中黑色端为N极，则图中电流表的下端为 （选填“正”或“负”）接线柱。
题型3 电磁铁及其应用
1.概念：
内部插入铁芯的通电螺线管。
2.工作原理：
电流的磁效应，通电螺线管插入铁芯后磁场大大增强。
3.影响电磁铁磁性强弱的因素：
（1）通电有磁性，断电无磁性。
（2）与电流大小有关：
在线圈匝数一定时，电流越大，电磁铁磁性越强。
（3）与线圈匝数有关：
在电流大小一定时，线圈匝数越多，电磁铁磁性越强。
（4）插入铁芯，磁性增强。
4.与永磁体相比的优点：
（1）磁性有无由通断电路来控制。
（2）磁极由电流方向来控制。
（3）磁性强弱由电流大小、线圈匝数来控制。
5.应用：
电磁继电器、电磁起重机、电话、电铃、电磁选矿机等。
6.电磁继电器：
（1）电磁继电器是利用低电压、弱电流电路的通断，来间接控制高电压、强电流电路通断的元件。
（2）结构：
电磁继电器主要是由电磁铁、衔铁、簧片、触点（静触点、动触点）组成如下图。
（3）实质：是一个由电磁铁控制的开关。
（4）工作过程：
如上图，当开关断开时，控制电路无电流，电磁铁无磁性，衔铁被弹簧拉起，使动触点与静触点分开，电灯所在电路断开，电灯熄灭；
当开关闭合，控制电路中有电流，电磁铁有磁性，衔铁被吸下来，使动触点与下面静触点接触，电灯所在电路闭合，电灯发光。
【典例3-1】（2026·河南许昌·一模）各种自然现象之间都存在着相互联系，基于这种思想，丹麦物理学家 发现了电流周围存在磁场；2025年春节联欢晚会中机器人舞手绢就是利用了这一原理，手中拿的手绢中心放置了一个小磁铁，而机器人手上则安装了 ，通过控制电流的通断和大小，可以控制手绢的吸附和抛掷动作。
【典例3-2】（2026·湖北武汉·三模）霍尔传感器是将磁信号转变成电压信号的装置，它产生的电压U随磁场强弱变化。为研究霍尔传感器的特性，设计如图电路，当开关S闭合时，电磁铁上端为 （填“N”或“S”）极，将滑动变阻器的滑片向 （填“a”或“b”）端移动，电磁铁的磁性会增强，此时检测到霍尔传感器产生的电压U变大，说明它产生的电压U随磁场减弱而 （填“变大”“不变”或“变小”）。
【典例3-3】（2026·宁夏银川·三模）图示是一种闯红灯违规证据模拟记录器的工作原理图，光控开关接收到红绿灯发出的 （选填“绿光”或“红光”）时会自动闭合，若压敏电阻同时受到车的压力，其阻值变小电流变大，电磁铁的磁性增强，使衔铁与触点 （选填“1”或“2”）接触，电控照相机工作。当电磁铁中有电流通过时，若它的上端为N极，则“电源1”的 （选填“左”“右”）端为正极。要使质量较小的车闯红灯也能被拍下，请提出一条措施 。
跟踪训练1 （2026·山西太原·模拟预测）如图是全自动洗衣机进水阀门的结构示意图，其核心元件是由线圈和铁芯构成的 ，用来控制进水阀门的通断。当线圈通电后，阀孔打开，水流进洗衣机，请你利用所学物理知识解释其中的道理 。
跟踪训练2 （2026·湖北武汉·三模）如图所示是一种温度自动报警器的原理图。制作温度计时，在玻璃管的两端分别封入一段金属丝。电池的两极分别与金属丝相连，当温度达到与电池正极相连的金属丝下端所指的温度时，电铃就响起来，发出报警信号。
(1)应选用 （填“水”“煤油”或“水银”）温度计。
(2)当温度达到 ℃时电铃响。此时电磁铁右端是 （ 填 “N”或 “S”）极 。
跟踪训练3 （2026·四川成都·三模）如图是某道路限载报警器的工作原理图。工作电路的电源电压不变，R1是压敏电阻，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值时，电磁铁吸下衔铁，报警电路接通，电铃响。下列判断正确的是（ ）
A．闭合开关后，电磁铁的上端是N极
B．压敏电阻的阻值随压力的增大而增大
C．车的质量越大，电磁铁的磁性越弱
D．若要提高限载值，应将滑片P向左移
【能力培优练】
1．（2026·广东佛山·二模）如图所示，小磁针静止时指向南北，当导线A端与电池“+”极连通瞬间，小磁针发生偏转，此现象说明（ ）
A．小磁针被磁化B．小磁针磁性消失
C．地磁场方向改变D．电流周围存在磁场
2．（2026·内蒙古巴彦淖尔·模拟预测）如图所示是医生给心脏病人做手术时用到的一种“人工心脏泵”（血泵）的体外装置，可代替心脏推动血液循环。线圈AB固定在软铁制成的活塞柄上，通电时线圈与活塞柄组成的系统与固定在左侧的磁体相互作用，带动活塞运动。活塞筒通过阀门与血管相通，上端阀门S1只能向外开启，下端阀门S2只能向内开启。某次血液推动阀门S1向外开启时，下列说法正确的是（ ）
A．活塞正在向左运动
B．电流从线圈的B端流入
C．此装置利用了电磁感应原理
D．线圈AB中应通入频率是50Hz的交流电
3．（2026·安徽芜湖·三模）将两个通电螺线管按图示位置放置，A、B为相对的两个磁极，闭合开关S1、S2后，它们之间的磁感线分布如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．a端为电源的负极，B为螺线管S极B．c端为电源的正极，A为螺线管S极
C．b端为电源的正极，B为螺线管N极D．d端为电源的正极，A为螺线管N极
4．（2026九年级·北京·专题练习）如图所示，在电磁铁的正上方用弹簧挂着一根条形磁铁，闭合开关S，待条形磁铁静止后，再将滑片P从b端向a端移动的过程中，会出现的现象是（ ）
A．电流表示数变大，灯L变亮，弹簧的长度变长
B．电流表示数变大，灯L变亮，弹簧的长度变短
C．电流表示数变小，灯L变暗，弹簧的长度变长
D．电流表示数变小，灯L变暗，弹簧的长度变短
5．（2026·内蒙古呼和浩特·一模）在实践活动中，同学们用一根导线和一枚铁钉制作了一个如图所示的电磁铁。在其周围放一些曲别针，通电后对有关现象分析正确的是（ ）
A．铝制的曲别针会被电磁铁吸引
B．电磁铁两端吸引的曲别针比中间吸引的少
C．改变电流方向，可改变电磁铁的磁场方向
D．减少线圈匝数，电磁铁吸引曲别针数量增加
6．（2026九年级·天津·专题练习）小薛设计了一款“智能照明灯”，其电路原理如图所示，R0为定值电阻，R为光敏电阻，其阻值随光照强度的增大而减小。光照增强时，灯泡自动熄灭；光照减弱时，灯泡自动发光。以下说法正确的是（ ）
A．电磁铁的上端为S极
B．灯泡应设计在C、D两接线柱之间
C．当光照强度减弱，电磁铁的磁性增强
D．当光照强度增强，左侧控制电路中的电流变大
7．（2026·四川南充·二模）如图所示的四种电磁现象，下列判断正确的是（ ）
A．甲图中条形磁体周围磁感线的画法是正确的
B．乙图中地磁S极和地理S极的标注是错误的
C．丙图中大拇指所指的上端应该是螺线管的N极
D．丁图中的温度报警器是利用电磁感应原理来工作的
8．（2026·江苏盐城·三模）如图是“探究通电直导线周围的磁场”的实验装置，将一根直导线架在静止小磁针的上方，并使直导线与小磁针 （平行/垂直），实验效果最明显。若移走小磁针，开关闭合后，通电直导线周围 （存在/不存在）磁场。电磁铁 （是/不是）利用这一原理制成的。
9．（2026九年级下·江苏南通·期中）如图甲所示的磁悬浮盆景，盆底有一个永磁体，底座内部有一个金属线圈，周围产生 。如图乙是通电线圈的工作电路图，通电后，电磁铁的上端为 极；由于磁极相对，利用同名磁极相互 的规律，盆景就会悬浮在底座上方。
10．（2026·湖北武汉·二模）法国和德国两位科学家由于发现巨磁电阻（GMR）效应，获得了2007年诺贝尔物理学奖。如图是说明巨磁电阻特性原理的示意图，图中GMR是巨磁电阻。闭合S1，图中电磁铁左端为 极（填“N”“S”），再闭合S2并使滑片P向左滑动，此时电磁铁的磁性 （填“增强”“减弱”或“不变”），观察到指示灯亮度增大，说明巨磁电阻的阻值 （填“增大”“减小”或“不变”）。
11．（2026·湖北十堰·二模）科技小组把带铁芯的螺线管、电源、导线和开关按如图所示电路连接并固定在塑料托盘上，当它漂浮在水面，一个简易的指南针就做成了。闭合开关后，该指南针的：d端是 极，指向地理 方附近。
12．（2026·黑龙江大庆·二模）如图为“智能照明灯电路，其控制电路中，电源电压恒定，R1为可变电阻，R2为光敏电阻，其阻值随光照强度而变化。白天光照强，衔铁被吸下，受控电路断开。天逐渐变暗，R2阻值随光照强度变小而 （选填“增大”或“减小”），衔铁被释放，灯L发光。若使灯L工作时间变短，可以 （选填“增大”或“减小”）R1。
13．（2026·广东东莞·三模）根据通电螺线管的N、S极和磁感线形状，在图丙标出磁体A的N极、磁感线方向（任选一根标出即可）和电源“+”、“﹣”极。
14．（2026·广东东莞·一模）如图，在导线两端括号内标出所接的电源“+、﹣”极，以及小磁针的N极。
15．（2026·江苏扬州·二模）小明想设计一款温控自动报警器，在水银温度计里封入一段金属丝，当温度在正常范围内时，绿灯亮表示正常当温度升高达到金属丝下端所指示的温度时，红灯亮表示警报。请你按照小明的设想，帮他连接好电路。
16．（2026九年级·河南·专题练习）如图所示是小明研究“影响电磁铁磁性强弱因素”的装置图，它是由电源、滑动变阻器、开关、带铁芯的螺线管和自制的针式刻度板组成。通过观察指针B偏转角度的大小来判断电磁铁磁性的强弱。在指针下方固定一物体A，当用导线a与接线柱2相连，闭合开关后，指针B发生偏转。
(1)用笔画线代替导线将实物图连接完整 。
(2)指针下方的物体A应由（ ）材料制成。
A．铜B．铁C．铝D．塑料
(3)当开关闭合后，电磁铁左端应为 极。
(4)实验发现：
①当滑动变阻器的滑片P向 （选填“左”或“右”）滑动时，指针B偏转的角度将会变小；
②保持滑片P的位置不变，当导线a由与接线柱2改为与接线柱1相连，闭合开关后，可发现指针B偏转的角度将会 （选填“变大”或“变小”）。
(5)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 ；当通过电磁铁的电流一定时，电磁铁线圈的匝数越 ，磁性越强。
17．（2026·贵州遵义·二模）如图，甲图是某实验小组探究“通电螺线管外部磁场的方向”的实验电路图。
(1)在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移至 端（选填“A”或“B”）；
(2)在玻璃板上均匀地洒满铁屑，闭合开关后，发现铁屑的分布无规律，接下来的操作是 ，才能将通电螺线管周围的磁场分布情况显示出来；
(3)正确操作后得到如图乙所示的铁屑分布图，该现象能反映磁场的分布情况。若要进一步探究磁场方向，还需增加的器材是 ；
(4)探究通电螺线管外部磁场的方向与电流方向的关系，接下来的操作是 。
【链接中考】
1.（2026·云南）指南针能帮助人们在森林中定向，是因为它在地磁场作用下N极总是指向 方。如图中电源的左边是 极。
2.（2026·四川成都）图是探究“通电螺线管的磁场方向”的实验示意图。对该实验的操作和分析，下列说法正确的是（ ）
A．闭合开关前，小磁针的S极指向地理的北极
B．闭合开关小磁针静止时，S极的指向为该点的磁场方向
C．改变图中螺线管电流方向，小磁针N极所指方向水平向右
D．若没有小磁针，通电螺线管周围就没有磁场
3．（2026·四川南充）对如图所示的四个情景说法正确的是（ ）
A．图甲，使用该剪刀修剪树枝时一定费力
B．图乙，两带电小球一定带同种电荷
C．图丙，闭合S，灯L1发光，灯L2不发光，一定是灯L2短路
D．图丁，通电螺线管上方的小磁针静止时N极一定指向右边
4.（2026·天津）工业生产中常用“吸”的方式来搬运物体。吸盘安装在吊车上，抽出空气后的吸盘“吸”起大块玻璃板，这是利用______的作用；电磁铁安装在吊车上，通电后“吸”起大量钢铁，这是利用电流的______效应。
5.（2026·陕西·B卷）如图-1，是室内自动换气系统的电路图。控制电路的电源电压为3V，R0为电阻箱，RK的阻值与烟雾浓度K的关系如图-2所示。当电磁铁线圈中的电流I≥0.03A时，衔铁被吸下，电风扇转动，开始排气。
（1）电磁铁工作时，利用了通电导体周围存在___________，其上端为___________极。
（2）当烟雾浓度升高时，控制电路中线圈的电流___________（选填“变大”“变小”或“不变”）。
（3）控制电路的电源电压低于3V时，若保持空气质量的标准不变，R0的阻值应___________（选填“增大”“减小”或“不变”）。
6.（2026·四川宜宾卷）如图，磁铁S极与弹簧连接，竖直悬挂于电磁铁的正上方，电源电压不变。闭合开关后，向右缓慢移动滑动变阻器滑片，下列判断正确的是（ ）
A. 电路中的电流变大B. 电磁铁的磁性变强
C. 电磁铁上端为S极D. 悬挂磁铁的弹簧变长
7.（2026·黑龙江伊春市）如图，电路中的GMR是巨磁电阻（其阻值随周围磁场强度的增强而减小），当开关S1和S2闭合时，将滑片P向左移动，下列说法正确的是（ ）
A. 电磁铁右端为S极
B. 指示灯会变亮
C. 巨磁电阻的阻值会变大
D. 电磁铁上的线圈中的电流会变小
8.（2026·重庆）按要求完成下列作图。
(2)请在答图中根据电流I的方向标出电磁铁下端的磁极（S或N）。
9.（2026·四川广安）小华在实验室做电学实验的时候，看到一颗铁螺丝钉，他将导线绕在铁螺丝钉上设计了如图甲所示的电路。根据所学知识回答下列问题。
(1)闭合开关，根据安培定则，在图甲括号中标出铁螺丝钉右端的极性 （N或S）。
(2)他将滑动变阻器滑片向左移动，发现绕线铁螺丝钉吸引铁屑的数量变多，说明绕线铁螺丝钉的磁性变 。
(3)他取下铁螺丝钉，使导线伸直，用该电路测量定值电阻的阻值。他按照正确步骤进行了3次实验，记录数据如表格所示，第1次的实验中，电流表的示数如图乙为 A。
(4)根据表格数据，测得定值电阻的阻值为 Ω（结果保留1位小数）。
10. （2026·甘肃武威）如图甲所示为磁悬浮地球仪，悬浮时球体只能沿着“地轴”转动，它的“南”“北”指向与地球实际方位一致；地球仪中有一个磁铁，它的磁场与地磁场分布特点一致；环形底座内有一电磁铁，其电路原理如图乙所示。地球仪工作时，球体悬浮于空气中，则图甲中球体上方是“地磁场”的___________极（选填“N”或“S”），图乙中A端应连接电源的___________极（选填“正”或“负”）。
实验次数
电压U/V
电流I/A
1
2.4
2
3.6
0.3
3
5.0
0.4