第二十章 电与磁
一、单选题（共12小题，每小题4分，共48分）
1.实验室有一根钢棒，下列做法中，能确定该钢棒原来就具有磁性的是( )
A.用钢棒的一端去吸引铜块，不能吸引
B.用钢棒的一端去吸引铁屑，能吸引
C.用钢棒的一端去吸引条形磁体的一端，能吸引
D.将钢棒的一端吸在条形磁体上，用钢棒的另一端去吸引铁屑，能吸引
2.沈括在《梦溪笔谈》卷二十四《杂志一》中有这么一段描述：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”他是世界上最早记述这一现象的人，比西方早了400多年。下列说法不正确的是( )
A.针锋是磁体的南极
B.地磁场的北极在地理的南极附近
C.指南针的南极指的是地理的北极
D.“然常微偏东，不全南也。”说明地理的两极和地磁场的两极不完全重合
3.2023年9月29日，国家脉冲强磁场科学中心李亮教授带领的团队，成功实现20 MW全球最大单机功率风力发电机转子的整体充磁，成为全球唯一能对兆瓦级永磁风力发电机全系列机型整体充退磁的技术团队。传统技术是先充磁再组装，此时磁钢带有磁性，存在巨大的排斥力，组装困难，还有人员受伤隐患，组装精度难控制。使用该技术在磁钢安装过程中没有任何排斥力，提高了装备精度以及生产安全性，降低了生产成本。下列说法正确的是( )
A.两块磁铁靠近能“粘”在一起，是因为异名磁极相互吸引
B.铁钉被磁化后整个都呈现为N极
C.用钢条一端接近小磁针，如果小磁针被吸引，则钢条肯定有磁性
D.磁场看不见、摸不着，它是一种假想的模型
4.下列作图错误的是( )
A. B. C. D.
5.下列说法正确的是( )
A.地磁场的北极在地理的北极附近
B.由通电导线能使小磁针发生偏转可推测出通电导线周围存在磁场
C.静止在磁场中的小磁针南极所指的方向为该点的磁场方向
D.通电螺线管外部的磁场分布与U形磁体的磁场分布相似
6.如图四个实验，说法正确的是( )
A.图甲实验，演示磁场对电流有力的作用
B.图乙实验，演示电流具有磁效应
C.图丙实验，用左手判断出了通电螺线管的磁极
D.图丁实验，演示在磁场中可获得电流
7.如图是探究“通电直导线周围是否存在磁场”的实验装置的一部分，置于水平桌面上静止的小磁针上方有一根与之平行的直导线。如图所示，当直导线中通过电流时，小磁针发生偏转。下列说法正确的是( )
A.首次通过本实验发现电、磁间有联系的物理学家是焦耳
B.小磁针用于检验通电直导线周围是否存在磁场
C.只改变直导线中的电流方向，小磁针偏转方向与图示相同
D.只改变直导线中的电流大小，小磁针偏转方向与图示相反
8.我国新型反潜巡逻机的机尾有一根叫作磁异探测器的“棍子”，它能将潜艇经过海域引起的磁场强弱变化转化为强弱变化的电流，从而发现潜艇的存在。下列图中能解释磁异探测器工作原理的是( )
A. B. C. D.
9.如图，在静止指向南北方向的小磁针上方平行地放一根直导线。闭合开关，原来静止的小磁针发生转动。下列分析正确的是( )
A.小磁针发生转动，说明通电直导线周围存在磁场
B.小磁针发生转动，说明通电直导线周围存在磁感线
C.这个实验叫电磁感应实验
D.改变电池正负极，原来静止的小磁针发生转动的方向不变
10.如图所示，用甲装置探究通电螺线管外部的磁场分布，用乙装置探究电磁铁磁性强弱跟哪些因素有关。下列说法正确的是( )
A.通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似
B.改变通电螺线管中电流方向，小磁针N极指向不变
C.匝数一定时，通入的电流越小，电磁铁的磁性越强
D.电流一定时，减少铁钉上线圈的匝数，电磁铁的磁性强弱不变
11.如图所示，GMR是一个巨磁电阻，其阻值随磁场的增强而急剧减小，当闭合开关时，下列说法正确的是( )
A.电磁铁的右端为N极
B.小磁针将顺时针旋转
C.当滑片P向左滑动时，电磁铁的磁性增强，指示灯变暗
D.当滑片P向右滑动时，电磁铁的磁性减弱，电压表的示数减小
12.如图所示，a表示垂直于纸面的一根导线，它是闭合电路的一部分。它在磁场中按箭头方向运动时，导线a中会产生感应电流且方向相反的两种情况是( )
A.①和② B.①和③ C.②和④ D.③和④
二、填空题（共34分）
13.如图所示，先将小磁针放在水平桌面上，静止时小磁针N极指向___________方。再将一根直导线平行架在小磁针上方，给导线通电后，小磁针将旋转，说明通电导线周围存在___________。
14.磁体间力的作用是通过______发生的。如图所示的是用来描绘某一磁体周围磁场的部分磁感线，a点和b点磁场更强的是______点。若在b点放置一个可自由转动的小磁针，则小磁针静止时，其S极指向______处（选填“P”或“Q”）。
第14题图 第15题图
15.如图所示，闭合开关，小磁针静止时N极指左，由此可以判断出通电螺线管的A端是______（选填“N”或“S”）极，接线柱a连接的是电源的______（选填“正”或“负”）极。
16.如图所示是一种动圈式耳机的内部结构示意图。当音圈中有大小和方向反复变化的电流通过时，音圈带动音膜______（选填“向左”“向右”或“左右往复”）运动。音圈之所以运动，是由于磁场对______有力的作用，此现象中能量转化情况是____________。
第16题图 第17题图
17.如图所示手摇发电机模型，快速摇动手柄，使线圈在磁场中做切割______运动，电路中就会产生电流，这种现象叫作______现象，这个过程中______能转化为电能。
18.阅读下面短文，完成问题。
LED灯的自动控制电路
夜幕下，马路边LED灯亮化工程形成了一道亮丽的风景。这种LED灯是通过光电转换来供电的。如图所示是LED灯自动控制电路的原理示意图。其中，R是光敏电阻，此光敏电阻的阻值R、流过线圈电流I与光照度E（单位勒克斯，符号lx）之间关系下表所示。当线圈A中的电流时，动触点与静触点F、G接触；当线圈A中的电流时，动触点与静触点D、E接触。
光照强度E/lx 5 10 15 20 25 30
光敏电阻R/Ω 60 30 20 15 12 10
线圈中电流I/mA 21.4 27.3 30.0 31.6 32.6 33.3
（1）由表格中数据可知，光敏电阻的阻值R随光照强度E的增强而______；
（2）傍晚，当光照强度小于______lx（勒克斯）时，LED灯开始工作；当光照强度增强时，太阳能电池板开始给蓄电池充电，此时蓄电池在电路中的作用相当于______，把电能转化为______能；
（3）某小组同学在实际调查中发现，有的自动控制电路在光照强度小于设定值时电磁继电器因磁性太强而未能正常释放衔铁，导致LED灯工作电路不能工作。请你帮助他设计一个减弱电磁铁磁性的方案______（写出一种即可）；
（4）一只功率为6W的LED灯，其正常发光亮度与30W的日光灯相当，某间教室有10盏30W的日光灯，每天平均使用3h，如果能用6W的LED灯替换，则一个月（按30天计算）可节约电能______kW·h。
三、实验题（共18分）
19.（8分）小西同学利用如图所示的实验装置探究感应电流的产生条件。
（1）实验前已知产生感应电流的条件之一是导体棒做切割磁感线运动，则磁铁不动，闭合开关，导体棒沿_______（选填“上下”“左右”或“前后”）方向运动时，灵敏电流计指针会发生偏转；断开开关，无论磁铁如何放置、导体棒怎样运动，灵敏电流计指针都不发生偏转，由此得出结论：电路中产生感应电流的另一条件是电路是________的。生活中应用此实验原理的装置有_______；
（2）小西想探究感应电流的大小与什么因素有关，他闭合开关，并在不增加器材的情况下，仅增加导体棒切割磁感线的运动速度，就观察到灵敏电流计指针的偏转角度变大，由此得出结论：_________________。
20.（10分）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_______。
答案以及解析
1.答案：B
解析：铜不是磁性材料，钢棒无论是否具有磁性都不能吸引铜块，故A错误；磁体可以吸引铁磁性物质，用钢棒的一端吸引铁屑，能吸引，说明钢棒原来具有磁性，故B正确；将该钢棒靠近磁铁，能吸引，可能是二者都有磁性，且相互接触的一端为异名磁极；也可能是钢棒无磁性，故C错误；将钢棒的一端吸在条形磁体上，即使原来没有磁性的钢棒此时也被磁化具有磁性，用钢棒的另一端去吸引铁屑，能吸引，故D错误。
2.答案：C
解析：针锋能指南，是因为针锋受到地磁场的作用，“针锋”是磁体的南极，故A正确；地磁场的北极在地理的南极附近，故B正确；指南针的南极指的是地理的南极，地磁的北极，故C错误；“然常微偏东，不全南也”，说明地理的两极和地磁场的两极并不是完全重合，存在磁偏角，故D正确。
3.答案：A
解析：两块磁铁靠近能“粘”在一起，是因为异名磁极相互吸引，故A正确；铁钉被磁化后成为一个磁体，磁体都有且只有两个磁极，故B错误；小磁针被吸引过来，可能是钢条一端与小磁针的一端是异名磁极相互吸引，也可能是小磁针吸引钢条，所以钢条可能带磁性，也可能不带磁性，故C错误；磁场看不见，摸不着，但是它是客观存在的，故D错误。
4.答案：D
解析：根据安培定则可知，图中通电螺线管的左端为N极，右端为S极，故A正确；在磁体周围，磁感线从磁体的N极出发，回到磁体的S极，故B、C正确，D错误。
5.答案：B
解析：地磁北极在地理南极附近，地磁南极在地理北极附近，故A错误；由通电导线能使小磁针发生偏转可推测出通电导线周围存在磁场，故B正确；小磁针静止时N极所指的方向为该点磁场的方向，小磁针静止时S极所指的方向与该点磁场的方向相反，故C错误；通电螺线管外部的磁场分布与条形磁体的磁场分布相似，故D错误。
6.答案：B
解析：A.该装置中线圈切割磁感线能产生感应电流，是电磁感应现象，故A错误；
B.该装置是奥斯特实验，演示的是电流的磁效应，说明电流周围存在磁场，故B正确；
C.图丙实验，应该用右手（安培定则）判断通电螺线管的磁极，故C错误；
D.图中通电导体在磁场中受力运动，不是演示在磁场中获得电流，故D错误。
故选B。
7.答案：B
解析：首次通过本实验揭开电与磁关系的物理学家是奥斯特，故A错误；导线通电时，小磁针偏转，说明通电导线周围存在磁场，故小磁针用于检验通电直导线周围是否存在磁场，故B正确；通电导线周围磁场的方向与电流方向有关，改变直导线中电流方向，小磁针的偏转方向改变，与图示相反，故C错误；通电导线周围磁场的方向与电流方向有关，与电流的大小无关，改变直导线中电流的大小，小磁针的偏转方向不会改变，与图示相同，故D错误。
8.答案：A
解析：磁异探测器最终将强弱变化的磁场转化为变化的电流，属于电磁感应现象；A图开关闭合后，在外力作用下使导体左右移动，切割磁感线，则电流表指针发生偏转，说明此时有感应电流产生，这是电磁感应现象，故A正确；B图为奥斯特实验，说明电流周围存在磁场，利用了电流的磁效应，故B错误；C图为电磁铁，利用的是电流的磁效应，故C错误；D图说明了通电导体在磁场中受力而运动，故D错误。
9.答案：A
解析：当直导线通电时，小磁针会发生偏转，该实验说明电流周围存在磁场；磁感线实际不存在，是为了方便、形象地描述磁场而假想的曲线，故A正确，B错误；闭合开关，原来静止的小磁针发生转动，是电流的磁效应，不是电磁感应实验，故C错误；磁场方向与电流方向有关，改变电池正负极，电流的方向改变，磁场的方向改变，原来静止的小磁针发生转动的方向改变，故D错误。
10.答案：A
解析：通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似，磁场的方向与电流的方向有关，改变通电螺线管中电流方向，小磁针N极指向会发生改变，故A正确，B错误；匝数一定时，通入线圈的电流越小，电磁铁的磁性越弱，电流一定时，减少铁钉上线圈的匝数、电磁铁的磁性变弱，故C、D错误。
11.答案：D
解析：根据安培定则可知，电磁铁的左端为N极，右端为S极；根据磁极间的相互作用规律可知，通电后小磁针将会逆时针旋转，故A、B错误；闭合开关和，使滑片P向左滑动，变阻器接入电路的电阻变小，左侧电路中电流变大，电磁铁的磁性增强，巨磁电阻的阻值减小，右侧电路中电流变大，所以指示灯会变亮，故C错误；使滑片P向右滑动，变阻器接入电路的电阻变大，左侧电路中电流变小，电磁铁的磁性变弱，巨磁电阻的阻值变大，右侧电路中电流变小，根据可知，指示灯两端的电压减小，即电压表示数变小，故D正确。
12.答案：D
解析：图①②中导线是闭合电路中的一部分，但导线运动方向和磁感线方向平行，没有做切割磁感线运动，不会产生感应电流。图③④中导线是闭合电路中的部分，导线水平向右、向左做切割磁感线运动，所以会产生感应电流。由于感应电流的方向与磁场方向、导线运动的方向有关，在磁场方向不变的情况下，导线运动方向相反，则感应电流的方向相反，综上所述，产生感应电流且方向相反的是③④两种情况。选D。
13.答案：北；磁场
解析：地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近，静止时的小磁针受到地磁场的作用，小磁针的N极应指向地理北方；
将一根直导线平行架在小磁针上方，给导线通电后，通电导线的周围产生了磁场，则导线下方的小磁针在磁场的作用下会发生偏转。
14.答案：磁场；b；P
解析：磁体间力的作用是通过磁场发生的；磁感线越密集的地方磁场越强，所以磁场更强的是b点；根据图示的磁感线方向可知，b点的磁场方向指向Q，也就是小磁针静止在该点时N极所指的方向，即N极指向Q点，则小磁针的S极指向P处。
15.答案：N；负
解析：因为同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引，所以螺线管A端为N极、B端为S极；由右手螺旋定则可知螺线管中电流由右侧流入、左侧流出；所以b接线柱连接的是电源的正极、a接线柱连接的是电源的负极。
16.答案：左右往复；通电导体；电能转化为机械能
解析：由题知，音圈带动音膜左右往复运动。音圈之所以运动，是由于磁场对通电导体有力的作用，此现象中将电能转化为机械能。
17.答案：磁感线；电磁感应；机械
解析：快速摇动手柄，使线圈在磁场中做切割磁感线运动，电路中就会产生感应电流，这种现象叫作电磁感应现象，这个过程中机械能转化为电能。
18.答案：（1）减小；（2）15；用电器；化学；（3）见解析；（4）21.6
解析：（1）由表格中数据可知，当光照强度增强时，光敏电阻的阻值变小，即：光敏电阻的阻值R随光照强度的增强而减小。
（2）傍晚，当光照强度小于151x（勒克斯）时，线圈中的电流，动触点与静角触点D、E接触，LED灯开始工作。
当光照强度增强时，太阳能电池板开始给蓄电池充电，此时蓄电池消耗电能，在电路中的作用相当于用电器，把电能转化为化学能。
（3）某小组同学在实际调查中发现，有的自动控制电路在光照强度小于设定值时电磁继电器因磁性太强而未能正常释放衔铁，导致LED灯工作电路不能工作。可以通过如下方法让电磁继电器的磁性减弱：适当降低电源电压；适当增大的阻值；在控制电路中串联一个合适的电阻；适当减少线圈匝数。
（4）一只功率为6W的LED灯，其正常发光亮度与30W的日光灯相当，某间教室有10盏30W的日光灯，每天平均使用3，如果能用6W的LED灯替换，则一个月（按30天计算）可节约电能为
19.答案：（1）左右；闭合；发电机；（2）闭合开关，并在不增加器材的情况下，仅增加导体棒切割磁感线的运动速度，就观察到灵敏电流计指针的偏转角度变大，电流变大，由此可说明感应电流的大小与导体棒切割磁感线的运动速度有关，导体棒切割磁感线的运动速度越大，产生的感应电流越大
解析：（1）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。闭合开关后，导体棒沿上下、前后运动时，都不会切割磁感线，因此不会产生感应电流。当左右运动时，会切割磁感线，因此能产生感应电流，灵敏电流计指针会发生偏转。
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，电流表指针都不发生偏转，由此得出结论：电路中产生感应电流的另一条件是电路是闭合的。
产生感应电流的过程中，消耗了机械能，转化为电能，人们利用电磁感应现象制成了发电机。
（2）闭合开关，并在不增加器材的情况下，仅增加导体棒切割磁感线的运动速度，就观察到灵敏电流计指针的偏转角度变大，电流变大，由此可说明感应电流的大小与导体棒切割磁感线的运动速度有关，导体棒切割磁感线的运动速度越大，产生的感应电流越大。
20.答案：（1）S
（2）左
（3）2.2
（4）相同
解析：（1）通电后，根据安培定则可知，电磁铁A端是S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应向左端移动、滑动变阻器接入电路的电阻减小，电路中电流增大，电磁铁的磁性增强，对薄铁片的磁力增强，弹簧测力计的示数变大；
（3）将滑动变阻器调节完成后，根据图乙，该测力计的分度值是0.2 N，此时弹簧测力计的示数为2.2 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，薄铁片被重新磁化仍与电磁铁相互吸引，观察到弹簧测力计示数与（3）中相同，则电磁铁对薄铁片的磁力大小不变。初步可得出的结论是电磁铁两极磁性强弱相同。
