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A
通电直导线
a
【分析】
首先分析滑片移动时滑动变阻器的电阻变化:滑片P从a端向b端滑动,滑动变阻器接入电路的电阻丝长度变短,电阻减小。根据欧姆定律,电源电压不变时,电路总电阻减小,电流会变大,电流表示数变大。接着分析电磁铁磁性:电流越大,电磁铁磁性越强,对上方条形铁棒的吸引力越大。弹簧原本承受铁棒的重力,现在额外受到向下的吸引力,受力变大,伸长量增加,弹簧长度变长。由此判断对应选项。
【解析】
1. 分析电路电流变化:
滑片P从a端向b端滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,电路总电阻$ R_{总} $减小。
根据欧姆定律$ I = \frac{U}{R_{总}} $,电源电压$ U $不变,因此电路中的电流$ I $变大,电流表示数变大。
2. 分析电磁铁磁性与弹簧长度变化:
电磁铁的磁性强弱与电流大小有关,在匝数、铁芯不变时,电流越大,磁性越强。因此电磁铁对上方条形铁棒的吸引力增大。
弹簧的受力为:$ F_{弹} = G_{铁棒} + F_{吸} $,吸引力$ F_{吸} $增大,弹簧受到的向下的合力增大,弹簧的伸长量变大,所以弹簧长度变长。
综上,电流表示数变大,弹簧长度变长,对应选项A。
【答案】
A
【知识点】
欧姆定律应用;电磁铁磁性影响因素;弹簧受力分析
【点评】
本题综合考查电学与力学的结合知识,需要串联滑动变阻器的电阻变化、电流变化、电磁铁磁性变化以及弹簧受力变化的逻辑关系,理清各物理量的关联是解题的核心。
【难度系数】
0.7
【分析】
首先分析甲图:闭合开关后电路中有电流,小磁针发生偏转,这是电流的磁效应现象,由此可推断出通电直导线周围存在磁场。
接着分析乙图:要判断电源正负极,需先根据小磁针的指向确定电磁铁的磁极。小磁针N极指向右,根据“同名磁极相互排斥”的规律,可知电磁铁的右端为N极。再利用安培定则(右手螺旋定则):右手握住螺线管,大拇指指向N极(右端),四指弯曲的方向即为电流的方向,由此可判断电流从螺线管的左端流入、右端流出。结合电路中电流从电源正极流出、负极流入的规律,就能确定电源的a端是正极。
【解析】
1. 甲图实验:当闭合开关S后,电路中有电流通过,小磁针发生偏转,这是电流的磁效应现象,说明通电直导线的周围存在着磁场。
2. 乙图判断电源正负极:
① 根据小磁针静止时N极指向右,由磁极间“同名磁极相互排斥”的规律,可判断出电磁铁的右端为N极;
② 运用安培定则:右手握住螺线管,大拇指指向N极(右端),四指弯曲的方向为电流的方向,由此可知电流从螺线管的左端流入、右端流出;
③ 结合电路中“电流从电源正极流出,经用电器后回到负极”的规律,可判断出电源的a端是正极。
【答案】
通电直导线;a
【知识点】
电流的磁效应;安培定则;磁极间的相互作用
【点评】
本题结合两个实验场景,考查电流的磁效应和安培定则的应用,解题需结合磁极间的相互作用规律,逐步推导,既要理解电流的磁效应的本质,也要熟练掌握安培定则的使用方法。
【难度系数】
0.6
【分析】
本题需分图甲、图乙分别分析,核心是利用磁感线的规律和安培定则来解题:
1. 图甲:
首先回忆磁感线的特点:磁体外部磁感线总是从N极指向S极。观察条形磁体与螺线管间的磁感线,可知条形磁体右端为S极,因此磁感线会指向该S极,由此可推出螺线管的左端为N极(因为磁感线从螺线管N极出发)。
接着用安培定则判断电流方向:右手握住螺线管,大拇指指向螺线管的N极(左端),四指弯曲的方向就是电流的流向,据此可知电流从螺线管右端流入、左端流出,进而确定电源右端为“+”极,左端为“-”极。
最后按照磁感线从N到S的方向,标出所有磁感线的箭头。
2. 图乙:
小磁针静止时N极的指向就是该点磁感线的方向,所以A处磁感线方向与小磁针N极指向一致。
根据磁感线在磁体外部从N极指向S极,可判断出螺线管的右端为N极。
再用安培定则:右手握住螺线管,大拇指指向螺线管的N极(右端),四指弯曲方向为电流方向,可知电流从螺线管左端流入、右端流出,因此电源左端为“+”极,右端为“-”极。
【解析】
图甲标注:
1. 磁感线方向:在磁体外部,磁感线从N极指向S极,因此磁感线箭头从螺线管左端(N极)指向条形磁体右端(S极);
2. 螺线管N极:在螺线管左端标注“N”;
3. 电源正负极:根据安培定则判断电流流向,在电源右端标注“+”,左端标注“-”。
图乙标注:
1. A处磁感线方向:沿小磁针N极指向(右上方)标注磁感线箭头;
2. 电源正负极:根据安培定则判断电流流向,在电源左端标注“+”,右端标注“-”。
(具体标注可参考参考答案图示)
【答案】
图甲:磁感线方向从螺线管左端(N极)指向条形磁体右端,螺线管左端为N极,电源右端为“+”、左端为“-”;
图乙:A处磁感线方向向右上方,电源左端为“+”、右端为“-”。(具体标注见参考答案)
【知识点】
1. 磁感线方向规律
2. 安培定则
3. 磁极判断
【点评】
本题是电磁学基础综合题,考查了磁感线的基本性质和安培定则的应用,要求学生能熟练运用磁极与磁感线的关系、安培定则来推导电流方向和磁极,有助于巩固电磁学的核心基础知识点。
【难度系数】
0.6
【分析】
要解决这个问题,我们可以按照以下思路逐步推导:
1. 明确排斥的核心条件:根据磁极间的相互作用规律,同名磁极相互排斥,因此两个螺线管相邻的一端必须是同名磁极(比如左螺线管右端为N极,右螺线管左端也为N极;或者左螺线管右端为S极,右螺线管左端也为S极)。
2. 用安培定则逆向推电流方向:确定磁极后,利用安培定则(右手螺旋定则),右手握住螺线管,大拇指指向磁极方向,四指弯曲的方向就是螺线管内的电流流向,由此可以确定每个螺线管的电流进出方向。
3. 匹配电源连接:根据推导得出的电流方向,将电源的正负极与螺线管的接线端对应连接,保证电流路径符合要求。
【解析】
本题存在两种正确的接线方式,具体步骤如下:
接法一:
1. 确定磁极:使左螺线管右端为N极,右螺线管左端为N极(满足同名磁极相互排斥的条件)。
2. 判断电流方向:
右手握住左螺线管,大拇指指向右端(N极),四指弯曲方向为电流方向,可知左螺线管的电流左端流入,右端流出;
右手握住右螺线管,大拇指指向左端(N极),四指弯曲方向为电流方向,可知右螺线管的电流右端流入,左端流出。
3. 连接电源:将电源的正极连接左螺线管的左端和右螺线管的右端,电源的负极连接左螺线管的右端和右螺线管的左端。
接法二:
1. 确定磁极:使左螺线管右端为S极,右螺线管左端为S极(满足同名磁极相互排斥的条件)。
2. 判断电流方向:
右手握住左螺线管,大拇指指向右端(S极),四指弯曲方向为电流方向,可知左螺线管的电流右端流入,左端流出;
右手握住右螺线管,大拇指指向左端(S极),四指弯曲方向为电流方向,可知右螺线管的电流左端流入,右端流出。
3. 连接电源:将电源的正极连接左螺线管的右端和右螺线管的左端,电源的负极连接左螺线管的左端和右螺线管的右端。
【答案】
存在两种正确的电路图,示例如下:
1. 左螺线管电流左进右出,右螺线管电流右进左出,电源正极接左螺线管左端与右螺线管右端,负极接左螺线管右端与右螺线管左端;
2. 左螺线管电流右进左出,右螺线管电流左进右出,电源正极接左螺线管右端与右螺线管左端,负极接左螺线管左端与右螺线管右端。
(画出对应电路图即可)
【知识点】
安培定则,磁极间相互作用,电流的磁效应
【点评】
本题是安培定则与磁极间相互作用的综合应用题,需要学生具备逆向推导的思维:从“相互排斥”的结果倒推磁极,再由磁极倒推电流方向,最终完成电路连接。既考查了对基本规律的掌握,也考查了逻辑推导能力。
【难度系数】
0.6
【分析】
本题需通过控制变量法对比实验现象来推导结论:
1. 对比甲、乙两图:甲图电路未通电,小磁针无偏转;乙图电路通电,小磁针发生偏转。小磁针偏转是受到磁场作用,由此可分析通电导体与磁场的关系。
2. 对比乙、丙两图:两图均通电,唯一变量是电流方向,小磁针偏转方向相反,由此可分析电流方向与磁场方向的关系。
【解析】
(1) 甲图中电路不通电,小磁针保持静止;乙图中电路通电,小磁针发生偏转,说明通电后导体周围产生了能使小磁针偏转的磁场,因此可得:通电导体周围存在磁场。
(2) 乙、丙两图中电路均通电,仅电流方向不同,小磁针的偏转方向也相反,说明磁场方向随电流方向的改变而改变,因此可得:通电导体周围的磁场方向与电流方向有关。
【答案】
(1) 通电导体周围存在磁场
(2) 通电导体周围的磁场方向与电流方向有关
【知识点】
电流的磁效应;磁场方向与电流的关系
【点评】
本题是电生磁的基础探究题,核心考查控制变量法的应用,要求学生通过观察实验现象的差异,分析变量与现象的关联,归纳得出电与磁的初步规律,帮助学生建立电和磁相互联系的认知。
【难度系数】
0.8