专题20 电与磁（测试）（解析版）
（满分100分，时间90分钟）
一、选择题（11小题，每小题3分，共33分）
1.2020年10月14日，《自然》杂志报道了一种可以在15℃下实现超导的新材料，人类向创造出具有最优效率电力系统的目标又迈近了一步。超导材料可以应用在（ ）。
A．电饭锅 B．电动机 C．电热水壶 D．电烤箱
【答案】B。
【解析】ACD．超导体电阻为零，电流流过超导体时，不会发热，电饭锅、电热水壶和电烤箱都是利用的电流的热效应工作的，故ACD不符合题意；
B．电动机在通电过程中，可以用超导体制作电动机的线圈，电能没有损失，故B符合题意。
故选B。
2.在初中物理教科书中，我们已经认识了不少科学家，他们在物理学的发展过程中作出了杰出的贡献。下面列举了四位科学家和他们的重要成果，其中错误的是（ ）。
A．安培：研究并总结出电流跟电压和电阻的关系；
B．法拉第：重要贡献是磁生电，即电磁感应现象的发现；
C．奥斯特：发现了电流的周围存在磁场；
D．焦耳：通过实验研究出电流热效应规律
【答案】A。
【解析】A．欧姆研究并总结出电流跟电压和电阻的关系，得出欧姆定律，故A错误，符合题意；
B．在奥斯特发现电生磁的基础上，法拉第发现了磁生电，即电磁感应现象，故B正确，不符合题意；
C．奥斯特最早发现了电与磁之间的联系，即电流的磁效应，故C正确，不符合题意；
D．焦耳最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系，得出焦耳定律，故D正确，不符合题意。故选A。
3．塑料梳子梳头发时，头发容易被梳子“粘”起，下列现象中“粘”的原因与其相同是（ ）。
A．两个铅杆底面削平挤压后能“粘”在一起；
B．干燥的天气里，化纤布料的衣服容易“粘”在身上；
C．课堂上，老师把板擦“粘”在竖直的黑板上；
D．用硬纸片盖住装满水的玻璃杯并倒置，纸片“粘”在杯口上
【答案】B。
【解析】A．两个铅杆底面削平挤压后能“粘”在一起，分子之间存在作用力，故A选项不符合题意；
B．干燥的天气里，化纤布料的衣服容易“粘”在身上是由于静电，塑料梳子梳头发时，头发容易被梳子“粘”起，是因为经摩擦后带电，相互吸引，故原理一样，故B选项符合题意；
C．课堂上，老师把板擦“粘”在竖直的黑板上，利用的磁体的吸铁性，故C选项不符合题意；
D．用硬纸片盖住装满水的玻璃杯并倒置，纸片“粘”在杯口上，是利用大气压强，故D选项不符合题意。故选B。
4．关于研究磁场的方法和磁场的描述，下列说法中正确的是（ ）。
A．磁感线是磁体周围空间实际存在的曲线；
B．用磁感线可以形象地描述磁场的分布情况；
C．磁场中某点的磁场方向由放在该点的小磁针决定；
D．在磁体周围撒铁屑可以判断该磁体周围的磁场方向
【答案】B。
【解析】AB．磁感线是为了形象地描述磁场的分布情况，人为规定的有方向的曲线，故A错误，B正确；
C．磁场中某点的磁场方向与放在该点的小磁针的N极方向一致，但并不是由放在该点的小磁针决定，故C错误；
D．在磁体周围撒铁屑可以判断该磁体周围的磁场分布情况，但不能确定磁场方向，故D错误。
故选B。
5．中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图所示。关于地磁场下列说法正确的是（ ）。
A．地理南、北极与地磁场的南、北极完全重合；
B．地磁场的磁感线是真实存在的；
C．地磁场的N极在地理的南极附近；
D．北京地区的地磁场方向由地理北极指向地理南极
【答案】C。
【解析】AC．地球周围存在地磁场，地磁场的N极在地球的地理南极附近，地磁场的S极在地球的地理北极附近，所以地理南、北极与地磁场的南、北极不重合，故A错误，C正确；
B．磁感线是人们为了形象的研究磁场的分布情况及其特点而引入的一些带箭头的曲线，不是真实存在的。地球是一巨大的天然磁体，周围存在地磁场，其磁感线不是实际存在的，故B错误；
D．地磁场的N极在地球的地理南极附近，地磁场的S极在地球的地理北极附近，磁场方向由地磁场N极指向地磁场S极，故北京地区地磁场方向由地理南极指向地理北极，故D错误。故选C。
6．甲、乙为不同条形磁铁的两个磁极，弧线是部分未标方向的磁感线，如图所示，根据图中小磁针静止时的指向判断甲、乙的磁极，下列描述正确的是（ ）。
A．甲、乙都是N极 B．甲、乙都是S极
C．甲是N极，乙是S极 D．甲是S极，乙是N极
【答案】B。
【解析】由图可知，两磁极相互排斥，小磁针的N极的指向与该点磁感线的方向一致，磁体的外部，磁感线从磁体的N极出发回到S极，所以甲、乙都是S极。故选B。
7.通过直接感知的现象，推测无法直接感知的事实，是常用的物理方法，下列根据现象所做出的推测，不符合科学事实的是（ ）。
A．测得两个小灯泡两端的电压相等，推测这两个小灯泡不一定并联；
B．如图所示，在静止的小磁针上方平行架一根导线，给导线通电时小磁针发生偏转，推测通电导体周围存在磁场；
C．小磁针放在磁体旁受力偏转，推测磁体周围有磁场；
D．马路两边的路灯同时亮、同时灭，推测路灯是串联的
【答案】D。
【解析】A．测得两个小灯泡两端的电压相等，若两个灯泡的规格完全一样，则两个灯泡可能是串联；当然电压相等，两个灯泡也可能是并联，故A符合科学事实，不符合题意；
B．如图所示是奥斯特实验图像，在静止的小磁针上方平行架一根导线，当给导线通电时，静止的小磁针发生偏转，推测通电导体周围存在磁场，是因为通电导体周围存在磁场与小磁针的磁场发生了相互作用，故B符合科学事实，不符合题意；
C．小磁针放在磁体旁受力偏转，根据磁场间的相互作用，推测磁体周围有磁场，故C符合科学事实，不符合题意；
D．马路两边的灯同时亮，电路也可能是并联，当开关在干路上时，灯就可以同时亮、同时灭，故D不符合科学事实，符合题意。故选D。
8.下列四个图中，磁感线方向标注错误的是（ ）。
A． B．
C． D．
【答案】A。
【解析】A．用右手握住螺线管，让四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（在螺线管的外部，磁感线从N极发出回到S极）。本选项中，四指向螺线管中电流的反方向，故A错误，A符合题意；
B．磁感线都是从N极发出回到S极，故B正确，B不符合题意；
C．磁感线都是从N极发出，故C正确，C不符合题意；
D．地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近，磁感线从地磁北极发出回到地磁南极，故D正确，D不符合题意。故选A。
9.如图是一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计中封入一段金属丝，金属丝下端所指示的温度为90℃,下列说法错误的是（ ）。
A．报警器利用了水银导电和热胀冷缩的性质；
B．温度达到90℃时，报警器中的灯亮同时铃响；
C．报警器中，水银温度计和电磁铁串联在电路中；
D．报警器利用了电磁铁通电时有磁性断电时磁性消失的特点
【答案】B。
【解析】ABD．当温度升高到90℃时，水银和金属丝接通，由于水银和金属丝都是导体，所以控制电路接通，电磁铁有磁性，电磁铁吸引衔铁，动触头和电铃的电路接通，电铃响，灯不亮，报警器是利用了水银导电、水银热胀冷缩的性质 电磁铁通电时有磁性，断电时无磁性的特点，故AD正确，不符合题意，B错误，符合题意；
C．报警器的电磁铁和水银温度计依次连接在控制电路中，两者是串联的，故C正确，不符合题意
故选B
10．如图所示，小明同学做了一个小直流电动机模型。同学们围着观看线圈的持续转动，一起分享着他的成果。下列关于此直流电动机模型的说法，你认为正确的是（ ）。
A．此电动机模型是根据电磁感应的原理制成的；
B．线圈两端（作为转轴）的漆皮应全部刮去，这样才可持续转动；
C．转动过程中，CD边始终受方向不变的磁场力；
D．线圈两端（作为转轴）的漆皮应一端全部刮去，另一端刮去半周，这样才可持续转动下去
【答案】D。
【解析】A．电动机是利用通电线圈在磁场中受力的作用制成的，工作时将电能转化为机械能。故A错误；
B．线圈两端（作为转轴）的漆皮若全部刮去，则线圈转过平衡位置时，由于线圈中的电流方向不变，则线圈始终受到一个方向不变的力，因此线圈不能持续转动，故B错误；
CD．为了使线圈能持续转动，采取的办法是将线圈两端引线的漆皮一端全部刮掉，另一端只刮半周，这样就可以让线圈转动时有半周通电受力转动，另外半周不通电依靠惯性继续转动，从而实现连续转动。故C错误，D正确。 故选D。
11.下列关于电磁现象的几个实验，其中能说明电动机工作原理的是（ ）。
A．使导体AB向左或向右摆动时，电流表指针发生偏转；
B．闭合开关，铜棒ab中有电流通过时，它就会运动起来；
C．有电流通过直导线时。直导线下方的小磁针发生偏转；
D．给带有铁芯的线圈通电，它能吸引铁块
【答案】B。
【解析】A．该图是电磁感应实验，导体只有切割磁感线时，闭合电路中才会产生感应电流，发电机就是利用该原理制成的，故A不符合题意；
B．该图中有电源，当闭合开关时，磁场中的金属棒会由于受到力的作用而运动，是电动机的原理，故B符合题意；
C．有电流通过在小磁针上方的直导线中时，小磁针发生偏转，该现象说明了通电导线周围存在着磁场，故C不符合题意；
D．给带有铁芯的线圈通电，它能吸住铁片及重物，该实验是利用了电流的磁效应，故D不符合题意。
故选B。
二、填空题（7小题，每空2分，共18分）
12.我国宋代学者______在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”司南能指示南北方向，是因为受到______的作用。
【答案】沈括；地磁场。
【解析】[1][2]历史上第一个记载地理和地磁两极不重合的人是我国宋代的沈括，他提出磁偏角的概念；司南能指示南北方向，原因是地球周围存在磁场，即受到地磁场的作用。
13.电冰箱门上装有磁性密封条，是利用了_______________的原理，而磁带和磁卡则是利用了它们能够被__________的原理。
【答案】磁极间相互作用（或磁体的吸铁性）；磁化。
【解析】电冰箱的门上装有磁性密封条，是利用了异名磁极能相互吸引，或磁体的吸铁性来工作的；磁带和磁卡都是利用它们能被磁化来记录信息的，磁带、磁卡都有一层磁性微粒材料，刚生产出的磁带、磁卡都不带磁性，当它们被信号电流磁化时，就会留下特定的信息，这样就能记录下人们要表达的信息。
14.人工心脏泵可短时间代替心脏工作，如图是该装置的示意图磁体固定在左侧，线圈AB固定在用软铁制成的活塞柄上（相当于一个电磁铁），活塞筒通过阀门与血管相通，阀门S1只能向外开启，S2只能向内开启，线圈中的电流从A流向B时，电磁铁左端是______极，血液会______（选填“流入”或“流出”）活塞筒，该装置工作时，线圈AB中的电流方向______（选填“需要”或“不需要”）改变。
【答案】S；流入；需要。
【解析】[1]线圈中的电流从A流向B时，根据安培定则，电磁铁右端N极，左端S极。
[2]异名磁极相互吸引，此时活塞左移，筒内压强减小，血液流入筒。
[3]因为工作时活塞要左右移动，电磁铁磁极要改变，所以电流方向需要改变。
15.虽然纯净的水是不导电的，但一般的水都能导电。根据水的导电性可以设计一种水位自动报警器，其原理如图所示 图中的螺线管中插入了一根软铁棒，通电后磁性会更_____(选填“强”或“弱”)；当水位到达金属块A时，_____(选填“红”或“绿”)灯亮。
【答案】强；红。
【解析】[1]螺线管中插入了一根软铁棒，通电后磁性会更强，原因是因为铁芯被通电螺线管的磁场磁化，磁化后的铁芯也变成了一个磁体，这样由于两个磁场互相叠加，从而使螺线管的磁性大大增强。
[2]当水位到达金属块A时，电磁铁所在电路被接通，电磁铁向下吸引衔铁，从而接通红灯所在电路，此时红灯亮，而绿灯不亮。
16．如图所示，闭合开关，通电螺线管右侧的小磁针静止时，小磁针的N极指向右，则电源的左端为______（填“正”或“负”）极。若使通电螺线管的磁性增强，滑动变阻器的滑片P应向______（填“左”或“右”）端移动。
【答案】正；右。
【解析】[1]小磁针N极指向右，根据磁极间的相互作用可知通电螺线管右侧为N极，根据右手定则可知通电螺线管电流方向如下
可知电源左侧为正极。
[2]根据电路图可知滑动变阻器右侧电阻接入电路，若使通电螺线管磁性增强可通过增大电流的方式，根据欧姆定律可知电压不变时减小电阻可增大电流，故滑动变阻器滑片P应向右端移动。
17.如图所示，一个综合实践小组用一段漆包线绕成线圈abcd，用小刀刮两端引线的漆皮，一端全部刮去，另一端只刮上半周或下半周。将线圈abcd放在用硬金属丝做成的支架m、n上，并按图示连接电路，则电磁铁的上端是______极。闭合开关，用手轻推一下线圈，线圈会持续转动，这就是简易的______（选填“发电机”或“电动机”），若只将电源的正负极互换，则线圈转动方向会与原来的转动方向______（选填“相同”或“相反”）。
【答案】N；电动机；相同。
【解析】[1]由图得，电磁铁上表面的电流方向向由，由右手安培定则得，电磁铁的上端是N极。
[2]该图中线圈的转动是靠通电导体在磁场中受力的作用，电动机就是利用该原理制成的。
[3]通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向有关，若只将电源的正负极互换，则电流的方向发生改变，磁极的方向也发生了改变，则受到的磁场力的方向不改变，线圈转动方向会与原来的转动方向相同。
18.（1）如图装置：把导线与灵敏电流计组成闭合电路，让导体ab在磁场中做______运动，灵敏电流计的指针会发生偏转，证明有感应电流生成，据此发明了______机。
（2）如图装置：闭合开关，发现通电导体在磁场中______（选填“运动”或“静止”），由此制成______机。
【答案】切割磁感线；发电机；运动；电动机。
【解析】（1）[1][2]如图闭合电路的部分导体在切割磁感线时会产生感应电流，称为电磁感应现象；由此发现机械能转化为电能，故发明了发电机。
（2）[3][4]闭合开关，闭合电路的部分导体在磁场中会受到力的作用，故导体会左右运动；这发现电能能够转化为机械能，故由此制成的电动机。
三、作图题（2小题，每小题3分，共6分）
19.如图，已知静止在通电螺旋管右端小磁针N极的指向，请用箭头在磁感线上标出磁感线的方向并在括号内用“正”“负”标出电源的正负极。
【解析】小磁针的左端为S极，自由静止时靠近螺线管的右端，所以螺线管的右端为N极，在磁体的周围，磁感线从磁体的N极流出回到S极，所以磁感线的方向是向左的；利用螺线管的右端为N极和线圈的绕向，根据安培定则可以确定电流从螺线管的左端流入右端流出，从而可以确定电源的左端为正极，右端为负极。
20.如图所示，小磁针放在两通电螺线管之间，静止时小磁针的N、S极处于如图所示的状态，请完成螺线管的绕线，并标出电源的正、负极。
【解析】（1）小磁针的N极靠近了螺线管A的右端，根据磁极间的作用规律可知，螺线管的右端为S极，左端为N极．同理可以确定螺线管B的左端为N极，右端为S极；
（2）根据螺线管A的左端为N极，右端为S极，结合其线圈绕向，利用安培定则可以确定螺线管中的电流方向是从螺线管的右端流入，左端流出，即电源的右端为“+”极，左端为“﹣”；
（3）根据电流方向是从螺线管的右端流入左端流出，结合螺线管B的左端为N极，右端为S极，利用安培定则可以确定螺线管的线圈绕向如下图所示。
四、实验题（5小题，共25分）
21．（6分）为了探究磁场，王瑞同学做了如下实验：
（一）探究磁体周围的磁场：
（1）如图甲所示，在玻璃板上均匀撒上一层铁屑，再将玻璃板放在条形磁体上方，然后轻敲玻璃板，观察铁屑的分布情况。铁屑在磁场中被 ___________成一个个小磁针，从而在磁场中有序地排列起来。
（2）如图乙所示，再在玻璃板上放一些小磁针，小磁针静止时黑色一端表示磁体的N极，由此判断条形磁体右端的磁极为 ___________极。
（3）人们仿照铁屑在磁场中措列的情况和小磁针N极的指向画出一些带箭头的曲线来形象、直观地描述磁场，物理学中把这样的曲线叫作 ___________。
（二）探究通电螺线管周围的磁场：
（4）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丙所示，说明通电螺线管周围的磁场跟 ___________磁体的磁场相似。
（5）对调电源的正负极重复上述实验，小磁针的指向与之前相反，说明通电螺线管的极性跟 ___________有关，断开开关后，小磁针静止时 ___________极指向南方。
【答案】磁化；N；磁感线；条形；电流方向；S。
【解析】（1）[1]铁屑原来没有磁性，但在磁场的作用下能够获得磁性，说明铁屑被磁化了。
（2）[2]在玻璃板上放一些小磁针，小磁针静止时 N极所指的方向就是该点的磁场方向，由此判断条形磁体右端的磁极为N极。
（3）[3]为了形象地描述磁场，人们用一些带箭头的曲线来表示磁场的存在以及磁场的强弱，这样的曲线叫做磁感线。
（4）[4]由图可看出，通电螺线管外部的磁针排列与条形磁铁的排列顺序相同，因此通电螺线管的磁场与条形磁体的磁场相似。
（5）[5]对调电源的正负极重复上述实验，电流的方向发生了变化，小磁针的指向与之前相反，说明通电螺线管的极性跟电流方向有关；断开开关后，在地磁场的作用下，由于异名磁极互相吸引，小磁针静止时S极指向南方。
22．（5分）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1所示，小雨利用干电池、导线和小磁针进行实验；
①通电后小磁针发生偏转，断电后小磁针复位。实验表明______；
②若把图甲中的小磁针换成直导线并通电。推测：两条通电导线之间______（填“有”或“没有”）相互作用力，依据是______ （填字母）；
A．电磁感应现象 B．磁场对电流的作用
（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2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）在螺线管中插入软铁棒，制成电磁铁。下列设备中没有用到电磁铁的是______（填字母）。
A．大型发电机
B．电磁起重机
C．电炉
【答案】通电导线周围存在磁场；有；B；条形磁体；C。
【解析】（1）①[1]通电后小磁针发生偏转，断电后小磁针复位。实验表明表明通电导线周围存在磁场。
②[2][3]由于通电导线周围有磁场，磁场对电流有力的作用，故若把图甲中的小磁针换成直导线并通电，两条通电导线之间有相互作用力。故选B。
（2）[4]通电后观察小磁针的指向及铁屑的排列情况，画出通电螺线管的磁感线，根据通电螺线管的磁感线分布形状可知，通电螺线管外部的磁场和条形磁体外部的磁场一样，通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个极。
（3）[5]电炉是完全的发热装置，而发电机和电磁起重机均需要电磁铁产生磁性进行工作。
故选C。
23．（5分）为探究“影响通电螺线管磁性强弱的因素”，小明以电池（电压一定）、滑动变阻器、数量较多的大头针、铁钉以及较长导线为主要器材，进行如图所示的简易实验。
（1）他将导线绕在铁钉上制成简易螺线管，并巧妙地通过____来显示通电螺线管磁性的强弱；
（2）连接好电路，使变阻器连入电路的阻值较大，闭合开关，观察到图（a）所示的情景，接着移动变阻器滑片，使其连入电路的阻值变小，观察到图（b）所示的情景。比较图（a）和（b），可知__图中的电流较小，从而发现，通过螺线管的电流越__（选填“大”或“小”），磁性越强；
（3）如图（c），将导线绕在两枚铁钉上，构成两个简易螺线管串联的电路。从图（c）的情景看出，在____相同的情况下，线圈的匝数越__（选填“多”或“少”），磁性越强。
【答案】吸引大头针个数的多少；（a）；大；电流大小和通电时间；多。
【解析】（1）[1]实验中是通过螺线管吸引大头针个数的多少来显示通电螺线管磁性的强弱，吸引大头针个数越多，说明通电螺线管磁性越强。
（2）[2][3]比较图（a）和（b），线圈匝数相同，图（a）中变阻器连入电路的电阻较大，通过电路的电流较小，吸引大头针的个数较少，磁性较弱，图（b）中变阻器连入电路的电阻较小，通过电路的电流较大，吸引大头针的个数较多，磁性较强，可以得到在线圈匝数相同时，通过电磁铁的电流越大，磁性越强。
（3）[4][5]由图（c）可知，两个简易螺线管串联的电路，通过它们的电流相等，甲吸引的大头针数目比乙的多，说明甲的磁性比乙的强，可以得到在电流和通电时间相同的情况下，线圈的匝数越多，磁性越强。
24．（4分）探究磁场对通电导体的作用：
（1）连接如图所示电路，闭合开关，发现导体ab在磁场中运动，说明通电导体在磁场中___________，此过程中___________能转化为___________能；
（2）断开开关，将磁体N，S极对调，闭合开关，发现导体ab在磁场中运动的方向与上次运动的方向___________。
【答案】受力的作用；电；机械；相反。
【解析】（1）[1]力能改变物体的运动状态。依题意得，通电导体ab在磁场中运动，说明电导体在磁场中受力的作用。
[2][3]通电导体ab在磁场中运动，消耗的电能转化为通电导体ab的机械能。
（2）[4]通电导体运动的方向与磁场方向和电流方向都有关，只改变磁场的方向，通电导体运动的方向会发生改变。所以将磁体N，S极对调，闭合开关，发现导体ab在磁场中运动的方向与上次运动的方向相反。
25．（5分）如图所示是“探究感应电流产生的条件”实验装置。
（1）实验中，AB棒的材料可能是______ （填“塑料”或“铝”）；
（2）我们可以通过灵敏电流计指针是否偏转来判断电路中是否有感应电流产生；还可以通过指针偏转的方向判断______；
（3）闭合开关，实验探究过程记录如表所示：
次数 AB棒在磁场中的运动情况 是否有感应电流
1 静止 无
2 沿磁场方向运动（不切割磁感线运动） 无
3 切割磁感线运动 有
根据实验现象，初步得出电路中产生感应电流的条件是：闭合电路的一部分导体在磁场中做______运动，在该运动过程中，主要将机械能转化为电能；
（4）保持AB棒运动方向不变，仅将磁体N、S极对调，重复上述实验，是为了探究感应电流方向与______的关系；
（5）若将此装置中灵敏电流计换成______，可进一步探究电动机的工作原理。
【答案】铝；电流的方向；切割磁感线；磁感线的方向；电源。
【解析】（1）[1]探究感应电流产生的条件，电路需要形成闭合回路，AB应为导体，则可能是铝。
（2）[2]可以通过灵敏电流计的正反偏转来判断电流的方向。
（3）[3]由表格可知，当AB棒在磁场中静止或沿磁场方向运动（不切割磁感线运动）时，没有感应电流，当AB棒在磁场中切割磁感线运动时，产生感应电流，则总结可得：电路中产生感应电流的条件是，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，在该运动过程中，主要将机械能转化为电能。
（4）[4]AB棒运动方向不变，仅将磁体N、S极对调，则磁感线方向发生改变，可用于探究感应电流方向与磁感线方向的关系。
（5）[5]将灵敏电流计换成电源，则可观察到通电导体在磁场中受力运动，则可用于探究电动机的工作原理。
五、综合题（3小题，共18分）
26．（6分）为了更好的防控新冠病毒疫情，我国研制了某款智能防疫机器人。机器人利用磁敏电阻等器件来监控移动速度，控制驱动电机运转，图甲为控制电机运转的原理电路，U为输入电压，RB为磁敏电阻，阻值随外加磁场强弱的变化而改变。
下表为机器人的部分参数，“电池比能量”为单位质量的电池所能输出的电能；“减速器的减速比”为输入转速与输出转速的比值。
电池的质量 10kg 减速器的减速比 30:1
电池比能量 140W h/kg 驱动电机的输入总功率 400W
移动速度 0.1～1m/s 驱动电机将电能转化为机械能的效率 60%
（1）图甲中电磁铁是利用_________工作的；
（2）电磁铁上端的磁极是________极（选填“N”或“S”）。
（3）若机器人以最大速度沿水平路面匀速直线运动21min，此过程机器人受到的阻力为______N，消耗的电能占电池所能输出总电能的_______%。
（4）控制电机运转的磁敏电阻阻值随磁场强弱变化的图线如图乙，当磁敏电阻在正常工作区时，即使图甲电路中输入电压U发生改变，R1两端电压U1都能维持在某一定值附近微小变化，从而使控制电路中的电机稳定转动，则磁敏电阻的正常工作区对应图乙中____（选填“ab”或“bc”）段，已知无磁场时RB的阻值为200Ω，R1的阻值为400Ω，线圈电阻忽略不计，当U为24V时，处在磁场中的RB电功率为0.32W，则R1两端的电压U1是__________V。
【答案】电流的磁效应；N；240；10；ab；16。
【解析】（1）[1]电磁铁通电时，有磁性，断电时，无磁性；所以电磁铁是利用电流的磁效应工作的。
（2）[2]由图电磁铁上导线电流的方向是从左到右，根据安培定则，右手的四指指向电流的方向，大拇指指向电磁铁的上端，则电磁铁上端的磁极是N极。
（3）[3][4]驱动电机的输入总功率为400W，由题驱动电机将电能转化为机械能的效率为60%，则驱动电机的机械功率为
机器人最大移动速度为1m/s，则当机器人以此速度匀速运动时，机器人受到的牵引力与阻力大小相等，则机器人受到的阻力
机器人匀速直线运动21min消耗的电能为
电池输出的总电能为
消耗的电能占电池所能输出总电能的百分百比为
（4）[5]由题可知磁敏电阻在正常工作区时，因为磁敏电阻RB比较稳定，R1两端电压U1能稳定在一定范围，所以磁敏电阻的正常工作区对应图乙中ab段。
[6]当U为24V时，电路中的电流为
RB电功率为0.32W，则带入公式
解得
由于磁敏电阻RB的阻值比较稳定，则
根据串联分压，电阻之比等于电压之比
可得U1=16V。
27．（4分）如图甲所示为一恒温箱温控电路，控制电路电压为3V。R为热敏电阻（置于恒温箱内），阻值随温度变化的关系如图乙所示。恒温箱温控电路工作原理是：加热过程中，恒温箱温度升高到一定值时，控制电路中电流会达到一定值，继电器的衔铁被吸合，工作电路停止加热。（电磁铁线圈电阻不计）
（1）图中所示状态，电路处于______状态（填“加热”或“未加热”）；
（2）电阻R′有什么作用？作用1：______；作用2：______；
（3）恒温箱的温度为100℃时，继电器线圈中的电流达到20mA，衔铁被吸合，此时电阻R′两端的电压是多少______？
【答案】加热；保护电路；调节温控箱的控制温度；2V。
【解析】（1）[1]图甲中，继电器的衔铁未被吸合，电热丝处于通路，所以电路处于加热状态。
（2）[2]由图甲知，滑动变阻器R′与热敏电阻R串联在电路中，而热敏电阻随温度升高而变小，当热敏电阻过小，则电路中电流过大，电路元件可能受损，此时变阻器R′可避免电路中的电流过大，起到保持电路的作用。
[3]因为变阻器R′与热敏电阻串联，所以通过调节滑片位置可改变变阻器接入电路的阻值，从而改变电路中的总电阻，从而控制衔铁的吸合或断开来控制工作电路，从而调节温控箱的控制温度。
（3）[4]由图乙知，温度为100℃时，热敏电阻的阻值R=50Ω，则热敏电阻两端的电压：
UR=IR=0.02A×50Ω=1V
R′两端的电压U′=U-UR=3V-1V=2V。
28．（8分）如图甲所示，是一种电加热恒温箱的简化工作原理电路图。工作电路由电压U0=220V的电源和阻值为R0=88Ω的电热丝组成。控制电路是由电压U1=7.5V的电源、开关、电磁继电器（线圈电阻不计）、电阻箱R1（可取值范围为0~120Ω）和热敏电阻Rt组成的，热敏电阻Rt的阻值随温度变化的关系如图乙所示。当控制电路的电流达到50mA时，衔铁才吸合，从而切断右边工作电路，停止加热。
（1）由乙图可知热敏电阻Rt的阻值随温度的升高怎样变化？
（2）求工作电路中电热丝R0工作时的电流和工作5min产生的热量。
（3）如果恒温箱的温度设定为60℃则电阻箱R1应取多大阻值。
（4）该恒温箱可设定的最高温度是多少。
【答案】（1）随着温度的升高热敏电阻Rt的阻值逐渐减小；（2）2.5A；1.65×105J；（3）60Ω；（4）180℃。
【解析】（1）观察乙图坐标轴可知，随着温度的升高热敏电阻Rt的阻值逐渐减小。
（2）工作电路中电热丝R0工作时的电流为
工作5min产生的热量为
（3）衔铁被吸下时控制电路总电阻为
由乙图可知当温度为60℃时，热敏电阻Rt的阻值为90Ω，则可求此时电阻箱R1阻值为
R1=R总-Rt=150Ω-90Ω=60Ω
（4）设定温度越高则热敏电阻Rt的阻值越小，总阻值须达到150Ω衔铁才会被吸下，则当滑动变阻器取得最大值为120Ω时，热敏电阻Rt的阻值最小为Rtmin=150Ω-120Ω=30Ω
对应乙图可知，可测量最高温度为180℃。
答：（1）随着温度的升高热敏电阻Rt的阻值逐渐减小；（2）电热丝R0工作时的电流为2.5A，工作5min产生的热量为1.65×105J；（3）如果恒温箱的温度设定为60℃则电阻箱R1应取60Ω；（4）该恒温箱可设定的最高温度是180℃。专题20 电与磁（测试）（原卷版）
（满分100分，时间90分钟）
一、选择题（11小题，每小题3分，共33分）
1.2020年10月14日，《自然》杂志报道了一种可以在15℃下实现超导的新材料，人类向创造出具有最优效率电力系统的目标又迈近了一步。超导材料可以应用在（ ）。
A．电饭锅 B．电动机 C．电热水壶 D．电烤箱
2.在初中物理教科书中，我们已经认识了不少科学家，他们在物理学的发展过程中作出了杰出的贡献。下面列举了四位科学家和他们的重要成果，其中错误的是（ ）。
A．安培：研究并总结出电流跟电压和电阻的关系；
B．法拉第：重要贡献是磁生电，即电磁感应现象的发现；
C．奥斯特：发现了电流的周围存在磁场；
D．焦耳：通过实验研究出电流热效应规律
3．塑料梳子梳头发时，头发容易被梳子“粘”起，下列现象中“粘”的原因与其相同是（ ）。
A．两个铅杆底面削平挤压后能“粘”在一起；
B．干燥的天气里，化纤布料的衣服容易“粘”在身上；
C．课堂上，老师把板擦“粘”在竖直的黑板上；
D．用硬纸片盖住装满水的玻璃杯并倒置，纸片“粘”在杯口上
4．关于研究磁场的方法和磁场的描述，下列说法中正确的是（ ）。
A．磁感线是磁体周围空间实际存在的曲线；
B．用磁感线可以形象地描述磁场的分布情况；
C．磁场中某点的磁场方向由放在该点的小磁针决定；
D．在磁体周围撒铁屑可以判断该磁体周围的磁场方向
5．中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图所示。关于地磁场下列说法正确的是（ ）。
A．地理南、北极与地磁场的南、北极完全重合；
B．地磁场的磁感线是真实存在的；
C．地磁场的N极在地理的南极附近；
D．北京地区的地磁场方向由地理北极指向地理南极
6．甲、乙为不同条形磁铁的两个磁极，弧线是部分未标方向的磁感线，如图所示，根据图中小磁针静止时的指向判断甲、乙的磁极，下列描述正确的是（ ）。
A．甲、乙都是N极 B．甲、乙都是S极
C．甲是N极，乙是S极 D．甲是S极，乙是N极
7.通过直接感知的现象，推测无法直接感知的事实，是常用的物理方法，下列根据现象所做出的推测，不符合科学事实的是（ ）。
A．测得两个小灯泡两端的电压相等，推测这两个小灯泡不一定并联；
B．如图所示，在静止的小磁针上方平行架一根导线，给导线通电时小磁针发生偏转，推测通电导体周围存在磁场；
C．小磁针放在磁体旁受力偏转，推测磁体周围有磁场；
D．马路两边的路灯同时亮、同时灭，推测路灯是串联的
8.下列四个图中，磁感线方向标注错误的是（ ）。
A． B．
C． D．
9.如图是一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计中封入一段金属丝，金属丝下端所指示的温度为90℃,下列说法错误的是（ ）。
A．报警器利用了水银导电和热胀冷缩的性质；
B．温度达到90℃时，报警器中的灯亮同时铃响；
C．报警器中，水银温度计和电磁铁串联在电路中；
D．报警器利用了电磁铁通电时有磁性断电时磁性消失的特点
10．如图所示，小明同学做了一个小直流电动机模型。同学们围着观看线圈的持续转动，一起分享着他的成果。下列关于此直流电动机模型的说法，你认为正确的是（ ）。
A．此电动机模型是根据电磁感应的原理制成的；
B．线圈两端（作为转轴）的漆皮应全部刮去，这样才可持续转动；
C．转动过程中，CD边始终受方向不变的磁场力；
D．线圈两端（作为转轴）的漆皮应一端全部刮去，另一端刮去半周，这样才可持续转动下去
11.下列关于电磁现象的几个实验，其中能说明电动机工作原理的是（ ）。
A．使导体AB向左或向右摆动时，电流表指针发生偏转；
B．闭合开关，铜棒ab中有电流通过时，它就会运动起来；
C．有电流通过直导线时。直导线下方的小磁针发生偏转；
D．给带有铁芯的线圈通电，它能吸引铁块
二、填空题（7小题，每空2分，共18分）
12.我国宋代学者______在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”司南能指示南北方向，是因为受到______的作用。
13.电冰箱门上装有磁性密封条，是利用了_______________的原理，而磁带和磁卡则是利用了它们能够被__________的原理．
14.人工心脏泵可短时间代替心脏工作，如图是该装置的示意图磁体固定在左侧，线圈AB固定在用软铁制成的活塞柄上（相当于一个电磁铁），活塞筒通过阀门与血管相通，阀门S1只能向外开启，S2只能向内开启，线圈中的电流从A流向B时，电磁铁左端是______极，血液会______（选填“流入”或“流出”）活塞筒，该装置工作时，线圈AB中的电流方向______（选填“需要”或“不需要”）改变。
15.虽然纯净的水是不导电的，但一般的水都能导电。根据水的导电性可以设计一种水位自动报警器，其原理如图所示 图中的螺线管中插入了一根软铁棒，通电后磁性会更_____(选填“强”或“弱”)；当水位到达金属块A时，_____(选填“红”或“绿”)灯亮。
16．如图所示，闭合开关，通电螺线管右侧的小磁针静止时，小磁针的N极指向右，则电源的左端为______（填“正”或“负”）极。若使通电螺线管的磁性增强，滑动变阻器的滑片P应向______（填“左”或“右”）端移动。
17.如图所示，一个综合实践小组用一段漆包线绕成线圈abcd，用小刀刮两端引线的漆皮，一端全部刮去，另一端只刮上半周或下半周。将线圈abcd放在用硬金属丝做成的支架m、n上，并按图示连接电路，则电磁铁的上端是______极。闭合开关，用手轻推一下线圈，线圈会持续转动，这就是简易的______（选填“发电机”或“电动机”），若只将电源的正负极互换，则线圈转动方向会与原来的转动方向______（选填“相同”或“相反”）。
18.（1）如图装置：把导线与灵敏电流计组成闭合电路，让导体ab在磁场中做______运动，灵敏电流计的指针会发生偏转，证明有感应电流生成，据此发明了______机。
（2）如图装置：闭合开关，发现通电导体在磁场中______（选填“运动”或“静止”），由此制成______机。
三、作图题（2小题，每小题3分，共6分）
19.如图，已知静止在通电螺旋管右端小磁针N极的指向，请用箭头在磁感线上标出磁感线的方向并在括号内用“正”“负”标出电源的正负极。
20.如图所示，小磁针放在两通电螺线管之间，静止时小磁针的N、S极处于如图所示的状态，请完成螺线管的绕线，并标出电源的正、负极。
四、实验题（5小题，共25分）
21．（6分）为了探究磁场，王瑞同学做了如下实验：
（一）探究磁体周围的磁场：
（1）如图甲所示，在玻璃板上均匀撒上一层铁屑，再将玻璃板放在条形磁体上方，然后轻敲玻璃板，观察铁屑的分布情况。铁屑在磁场中被 ___________成一个个小磁针，从而在磁场中有序地排列起来。
（2）如图乙所示，再在玻璃板上放一些小磁针，小磁针静止时黑色一端表示磁体的N极，由此判断条形磁体右端的磁极为 ___________极。
（3）人们仿照铁屑在磁场中措列的情况和小磁针N极的指向画出一些带箭头的曲线来形象、直观地描述磁场，物理学中把这样的曲线叫作 ___________。
（二）探究通电螺线管周围的磁场：
（4）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丙所示，说明通电螺线管周围的磁场跟 ___________磁体的磁场相似。
（5）对调电源的正负极重复上述实验，小磁针的指向与之前相反，说明通电螺线管的极性跟 ___________有关，断开开关后，小磁针静止时 ___________极指向南方。
22．（5分）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1所示，小雨利用干电池、导线和小磁针进行实验；
①通电后小磁针发生偏转，断电后小磁针复位。实验表明______；
②若把图甲中的小磁针换成直导线并通电。推测：两条通电导线之间______（填“有”或“没有”）相互作用力，依据是______ （填字母）；
A．电磁感应现象 B．磁场对电流的作用
（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2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）在螺线管中插入软铁棒，制成电磁铁。下列设备中没有用到电磁铁的是______（填字母）。
A．大型发电机
B．电磁起重机
C．电炉
23．（5分）为探究“影响通电螺线管磁性强弱的因素”，小明以电池（电压一定）、滑动变阻器、数量较多的大头针、铁钉以及较长导线为主要器材，进行如图所示的简易实验。
（1）他将导线绕在铁钉上制成简易螺线管，并巧妙地通过____来显示通电螺线管磁性的强弱；
（2）连接好电路，使变阻器连入电路的阻值较大，闭合开关，观察到图（a）所示的情景，接着移动变阻器滑片，使其连入电路的阻值变小，观察到图（b）所示的情景。比较图（a）和（b），可知__图中的电流较小，从而发现，通过螺线管的电流越__（选填“大”或“小”），磁性越强；
（3）如图（c），将导线绕在两枚铁钉上，构成两个简易螺线管串联的电路。从图（c）的情景看出，在____相同的情况下，线圈的匝数越__（选填“多”或“少”），磁性越强。
24．（4分）探究磁场对通电导体的作用：
（1）连接如图所示电路，闭合开关，发现导体ab在磁场中运动，说明通电导体在磁场中___________，此过程中___________能转化为___________能；
（2）断开开关，将磁体N，S极对调，闭合开关，发现导体ab在磁场中运动的方向与上次运动的方向___________。
25．（5分）如图所示是“探究感应电流产生的条件”实验装置。
（1）实验中，AB棒的材料可能是______ （填“塑料”或“铝”）；
（2）我们可以通过灵敏电流计指针是否偏转来判断电路中是否有感应电流产生；还可以通过指针偏转的方向判断______；
（3）闭合开关，实验探究过程记录如表所示：
次数 AB棒在磁场中的运动情况 是否有感应电流
1 静止 无
2 沿磁场方向运动（不切割磁感线运动） 无
3 切割磁感线运动 有
根据实验现象，初步得出电路中产生感应电流的条件是：闭合电路的一部分导体在磁场中做______运动，在该运动过程中，主要将机械能转化为电能；
（4）保持AB棒运动方向不变，仅将磁体N、S极对调，重复上述实验，是为了探究感应电流方向与______的关系；
（5）若将此装置中灵敏电流计换成______，可进一步探究电动机的工作原理。
五、综合题（3小题，共18分）
26．（6分）为了更好的防控新冠病毒疫情，我国研制了某款智能防疫机器人。机器人利用磁敏电阻等器件来监控移动速度，控制驱动电机运转，图甲为控制电机运转的原理电路，U为输入电压，RB为磁敏电阻，阻值随外加磁场强弱的变化而改变。
下表为机器人的部分参数，“电池比能量”为单位质量的电池所能输出的电能；“减速器的减速比”为输入转速与输出转速的比值。
电池的质量 10kg 减速器的减速比 30:1
电池比能量 140W h/kg 驱动电机的输入总功率 400W
移动速度 0.1～1m/s 驱动电机将电能转化为机械能的效率 60%
（1）图甲中电磁铁是利用_________工作的；
（2）电磁铁上端的磁极是________极（选填“N”或“S”）。
（3）若机器人以最大速度沿水平路面匀速直线运动21min，此过程机器人受到的阻力为______N，消耗的电能占电池所能输出总电能的_______%。
（4）控制电机运转的磁敏电阻阻值随磁场强弱变化的图线如图乙，当磁敏电阻在正常工作区时，即使图甲电路中输入电压U发生改变，R1两端电压U1都能维持在某一定值附近微小变化，从而使控制电路中的电机稳定转动，则磁敏电阻的正常工作区对应图乙中____（选填“ab”或“bc”）段，已知无磁场时RB的阻值为200Ω，R1的阻值为400Ω，线圈电阻忽略不计，当U为24V时，处在磁场中的RB电功率为0.32W，则R1两端的电压U1是__________V。
27．（4分）如图甲所示为一恒温箱温控电路，控制电路电压为3V。R为热敏电阻（置于恒温箱内），阻值随温度变化的关系如图乙所示。恒温箱温控电路工作原理是：加热过程中，恒温箱温度升高到一定值时，控制电路中电流会达到一定值，继电器的衔铁被吸合，工作电路停止加热。（电磁铁线圈电阻不计）
（1）图中所示状态，电路处于______状态（填“加热”或“未加热”）；
（2）电阻R′有什么作用？作用1：______；作用2：______；
（3）恒温箱的温度为100℃时，继电器线圈中的电流达到20mA，衔铁被吸合，此时电阻R′两端的电压是多少______？
28．（8分）如图甲所示，是一种电加热恒温箱的简化工作原理电路图。工作电路由电压U0=220V的电源和阻值为R0=88Ω的电热丝组成。控制电路是由电压U1=7.5V的电源、开关、电磁继电器（线圈电阻不计）、电阻箱R1（可取值范围为0~120Ω）和热敏电阻Rt组成的，热敏电阻Rt的阻值随温度变化的关系如图乙所示。当控制电路的电流达到50mA时，衔铁才吸合，从而切断右边工作电路，停止加热。
（1）由乙图可知热敏电阻Rt的阻值随温度的升高怎样变化？
（2）求工作电路中电热丝R0工作时的电流和工作5min产生的热量。
（3）如果恒温箱的温度设定为60℃则电阻箱R1应取多大阻值。
（4）该恒温箱可设定的最高温度是多少。
