8. 1820年,安培在法国科学院的一次例会上做的一个小实验引起了与会科学家的极大兴趣。他把螺线管沿东西方向水平悬挂起来,然后给导线通电,如图所示,看到的现象是通电螺线管(

A.仍保持在原来位置上
B.转动后停在任意位置
C.转动后停在南北方向上
D.不停地转动下去
C
)A.仍保持在原来位置上
B.转动后停在任意位置
C.转动后停在南北方向上
D.不停地转动下去
答案:C
解析:
【分析】
首先明确通电螺线管的性质:通电螺线管周围存在磁场,其磁性与条形磁体类似,具有N、S极。其次,地球本身是一个巨大的磁体,存在地磁场,地磁北极位于地理南极附近,地磁南极位于地理北极附近。根据磁体的基本特性,磁体在磁场中会受到磁力作用,最终静止时会指向南北方向。因此,通电螺线管这个“人造条形磁体”会在地磁场的作用下转动,最终停在南北方向上。
【解析】
通电螺线管通电后,等效为一个条形磁体,具有N极和S极。地球本身是一个大磁体,存在地磁场,磁体在地球磁场中会受到磁力作用,最终静止时其N极指向地理北极附近,S极指向地理南极附近,即停在南北方向上。因此通电螺线管转动后会停在南北方向上,对应选项C。
【答案】
C
【知识点】
通电螺线管的磁场;地磁场;磁体的指向性
【点评】
本题考查通电螺线管的磁性特点与地磁场的综合应用,需要将通电螺线管等效为条形磁体,结合磁体在地球磁场中的受力规律分析,属于基础概念的综合考查,难度不大。
【难度系数】
0.8
首先明确通电螺线管的性质:通电螺线管周围存在磁场,其磁性与条形磁体类似,具有N、S极。其次,地球本身是一个巨大的磁体,存在地磁场,地磁北极位于地理南极附近,地磁南极位于地理北极附近。根据磁体的基本特性,磁体在磁场中会受到磁力作用,最终静止时会指向南北方向。因此,通电螺线管这个“人造条形磁体”会在地磁场的作用下转动,最终停在南北方向上。
【解析】
通电螺线管通电后,等效为一个条形磁体,具有N极和S极。地球本身是一个大磁体,存在地磁场,磁体在地球磁场中会受到磁力作用,最终静止时其N极指向地理北极附近,S极指向地理南极附近,即停在南北方向上。因此通电螺线管转动后会停在南北方向上,对应选项C。
【答案】
C
【知识点】
通电螺线管的磁场;地磁场;磁体的指向性
【点评】
本题考查通电螺线管的磁性特点与地磁场的综合应用,需要将通电螺线管等效为条形磁体,结合磁体在地球磁场中的受力规律分析,属于基础概念的综合考查,难度不大。
【难度系数】
0.8
9. 在参观汽车展览馆时,小明发现了一个测定油箱内油量的装置模型,如图所示,该模型通过电磁继电器控制缺油警示灯。关于它的工作原理,下列说法中正确的是(

A.油面升高时电流表示数变小
B.红、绿灯总是同时工作的
C.电磁铁有无磁性由油量大小控制
D.储油过少时,右侧电路中的绿灯亮
C
)A.油面升高时电流表示数变小
B.红、绿灯总是同时工作的
C.电磁铁有无磁性由油量大小控制
D.储油过少时,右侧电路中的绿灯亮
答案:C
解析:
【分析】
要解决此题,需先明确装置分为控制电路(含浮标、滑动变阻器、电磁铁线圈等)和工作电路(含红绿指示灯),再逐个分析选项:
1. 分析A选项:油面升高时,浮标上移带动滑片,使控制电路接入的电阻变小,根据欧姆定律$I=\frac{U}{R}$,控制电路电源电压不变,电阻变小则电流变大,电流表示数变大,故A错误。
2. 分析B选项:电磁继电器的触点为单刀双掷结构,同一时间只能接通一个指示灯的电路,因此红、绿灯不会同时工作,故B错误。
3. 分析C选项:油量变化会改变浮标位置,进而改变控制电路的电阻和电流,当电流达到一定值时电磁铁产生磁性,否则无磁性,因此电磁铁有无磁性由油量大小控制,故C正确。
4. 分析D选项:储油过少时,油面降低,控制电路接入电阻变大,电流变小,电磁铁无磁性,衔铁在弹簧作用下弹起,触点接通红灯电路,红灯亮起(缺油警示),故D错误。
【解析】
对各选项逐一判断:
选项A:油面升高,浮标上移,控制电路中滑动变阻器接入电阻减小,由欧姆定律$I=\frac{U}{R}$可知,电源电压不变,电流变大,电流表示数变大,A错误。
选项B:电磁继电器的触点为单刀双掷式,同一时刻仅能接通一个指示灯的电路,红、绿灯无法同时工作,B错误。
选项C:油量变化通过浮标改变控制电路的电阻,进而改变电路电流,电流达到一定值时电磁铁有磁性,否则无磁性,即电磁铁有无磁性由油量大小控制,C正确。
选项D:储油过少时,控制电路电流过小,电磁铁无磁性,衔铁弹起,触点与红灯接通,红灯亮,D错误。
【答案】
C
【知识点】
电磁继电器工作原理、欧姆定律应用、滑动变阻器的应用
【点评】
本题结合生活中的油量检测装置,考查电磁继电器与电路的综合应用,需要学生理清控制电路与工作电路的联动关系,结合欧姆定律分析电路变化,注重知识的实际应用。
【难度系数】
0.6
要解决此题,需先明确装置分为控制电路(含浮标、滑动变阻器、电磁铁线圈等)和工作电路(含红绿指示灯),再逐个分析选项:
1. 分析A选项:油面升高时,浮标上移带动滑片,使控制电路接入的电阻变小,根据欧姆定律$I=\frac{U}{R}$,控制电路电源电压不变,电阻变小则电流变大,电流表示数变大,故A错误。
2. 分析B选项:电磁继电器的触点为单刀双掷结构,同一时间只能接通一个指示灯的电路,因此红、绿灯不会同时工作,故B错误。
3. 分析C选项:油量变化会改变浮标位置,进而改变控制电路的电阻和电流,当电流达到一定值时电磁铁产生磁性,否则无磁性,因此电磁铁有无磁性由油量大小控制,故C正确。
4. 分析D选项:储油过少时,油面降低,控制电路接入电阻变大,电流变小,电磁铁无磁性,衔铁在弹簧作用下弹起,触点接通红灯电路,红灯亮起(缺油警示),故D错误。
【解析】
对各选项逐一判断:
选项A:油面升高,浮标上移,控制电路中滑动变阻器接入电阻减小,由欧姆定律$I=\frac{U}{R}$可知,电源电压不变,电流变大,电流表示数变大,A错误。
选项B:电磁继电器的触点为单刀双掷式,同一时刻仅能接通一个指示灯的电路,红、绿灯无法同时工作,B错误。
选项C:油量变化通过浮标改变控制电路的电阻,进而改变电路电流,电流达到一定值时电磁铁有磁性,否则无磁性,即电磁铁有无磁性由油量大小控制,C正确。
选项D:储油过少时,控制电路电流过小,电磁铁无磁性,衔铁弹起,触点与红灯接通,红灯亮,D错误。
【答案】
C
【知识点】
电磁继电器工作原理、欧姆定律应用、滑动变阻器的应用
【点评】
本题结合生活中的油量检测装置,考查电磁继电器与电路的综合应用,需要学生理清控制电路与工作电路的联动关系,结合欧姆定律分析电路变化,注重知识的实际应用。
【难度系数】
0.6
10. 为了判别蓄电池的正、负极(标记已模糊不清),可使用的器材有(
A.条形磁体、铁屑
B.灯泡、变阻器
C.螺线管、标有磁极的磁针
D.螺线管、铁屑
C
)A.条形磁体、铁屑
B.灯泡、变阻器
C.螺线管、标有磁极的磁针
D.螺线管、铁屑
答案:C
解析:
【分析】
要判别蓄电池的正、负极,核心是通过电流方向来推断,需利用与电流方向相关的物理规律。我们逐个分析选项:
1. 选项A:条形磁体和铁屑仅能研究磁体的磁性分布,与蓄电池的电流无关,无法判断正负极;
2. 选项B:灯泡和变阻器接入电路后,无论电流方向如何灯泡都会发光,变阻器只能改变电流大小,无法区分电流方向,不能判别正负极;
3. 选项C:将蓄电池与螺线管组成闭合电路,电流方向决定螺线管的磁极,根据安培定则可通过螺线管磁极反推电流方向;用已知磁极的磁针靠近螺线管,利用磁极间的相互作用规律能判断螺线管磁极,进而确定蓄电池正负极;
4. 选项D:铁屑仅能显示螺线管的磁场分布,无法确定其磁极方向,也就无法判断电流方向和蓄电池正负极。因此只有选项C可行。
【解析】
A. 条形磁体、铁屑:仅能探究磁体的磁性强弱分布,与蓄电池的电流方向无关联,无法判别正、负极;
B. 灯泡、变阻器:接入电路后,电流方向不影响灯泡发光,变阻器仅改变电流大小,无法区分电流方向,不能判别蓄电池正、负极;
C. 螺线管、标有磁极的磁针:将蓄电池与螺线管构成闭合电路,根据安培定则,电流方向决定螺线管的磁极;用已知磁极的磁针靠近螺线管,依据“同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引”的规律,可判断螺线管的磁极,进而反推出电路中的电流方向,最终确定蓄电池的正、负极;
D. 螺线管、铁屑:铁屑只能直观显示螺线管周围的磁场分布,无法确定螺线管的磁极方向,因此无法判断电流方向和蓄电池的正、负极。
【答案】
C
【知识点】
安培定则、磁极间的相互作用
【点评】
本题考查电流磁效应的实际应用,解题关键是明确各器材的功能,结合安培定则和磁极间的相互作用规律,通过判断电流方向来确定电源的正、负极,需要学生对相关电磁学规律有清晰的理解与应用能力。
【难度系数】
0.6
要判别蓄电池的正、负极,核心是通过电流方向来推断,需利用与电流方向相关的物理规律。我们逐个分析选项:
1. 选项A:条形磁体和铁屑仅能研究磁体的磁性分布,与蓄电池的电流无关,无法判断正负极;
2. 选项B:灯泡和变阻器接入电路后,无论电流方向如何灯泡都会发光,变阻器只能改变电流大小,无法区分电流方向,不能判别正负极;
3. 选项C:将蓄电池与螺线管组成闭合电路,电流方向决定螺线管的磁极,根据安培定则可通过螺线管磁极反推电流方向;用已知磁极的磁针靠近螺线管,利用磁极间的相互作用规律能判断螺线管磁极,进而确定蓄电池正负极;
4. 选项D:铁屑仅能显示螺线管的磁场分布,无法确定其磁极方向,也就无法判断电流方向和蓄电池正负极。因此只有选项C可行。
【解析】
A. 条形磁体、铁屑:仅能探究磁体的磁性强弱分布,与蓄电池的电流方向无关联,无法判别正、负极;
B. 灯泡、变阻器:接入电路后,电流方向不影响灯泡发光,变阻器仅改变电流大小,无法区分电流方向,不能判别蓄电池正、负极;
C. 螺线管、标有磁极的磁针:将蓄电池与螺线管构成闭合电路,根据安培定则,电流方向决定螺线管的磁极;用已知磁极的磁针靠近螺线管,依据“同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引”的规律,可判断螺线管的磁极,进而反推出电路中的电流方向,最终确定蓄电池的正、负极;
D. 螺线管、铁屑:铁屑只能直观显示螺线管周围的磁场分布,无法确定螺线管的磁极方向,因此无法判断电流方向和蓄电池的正、负极。
【答案】
C
【知识点】
安培定则、磁极间的相互作用
【点评】
本题考查电流磁效应的实际应用,解题关键是明确各器材的功能,结合安培定则和磁极间的相互作用规律,通过判断电流方向来确定电源的正、负极,需要学生对相关电磁学规律有清晰的理解与应用能力。
【难度系数】
0.6
11. 法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格伦贝格因发现了巨磁电阻(GMR)效应而荣获2007年诺贝尔物理学奖。如图所示是研究巨磁电阻特性的原理示意图,闭合开关S₁、S₂后,在滑片P向左滑动的过程中,指示灯明显变亮,下列说法中正确的是(

A.电磁铁右端为N极
B.滑片P向左滑动的过程中电磁铁的磁性减弱
C.巨磁电阻的阻值随磁场的增强而明显增大
D.巨磁电阻的阻值随磁场的增强而明显减小
D
)A.电磁铁右端为N极
B.滑片P向左滑动的过程中电磁铁的磁性减弱
C.巨磁电阻的阻值随磁场的增强而明显增大
D.巨磁电阻的阻值随磁场的增强而明显减小
答案:D
解析:
【分析】
要解决这道题,我们可以分步骤分析:
1. 先用安培定则判断电磁铁的磁极,确定选项A的正误;
2. 分析滑片P向左滑动时,左边电路的电阻、电流变化,进而判断电磁铁磁性的变化,确定选项B的正误;
3. 根据指示灯变亮这一现象,结合欧姆定律分析右边电路的电阻变化,从而得出巨磁电阻的阻值与磁场强弱的关系,判断选项C、D的正误。
【解析】
1. 判断电磁铁的磁极:根据安培定则,右手握住螺线管,电流从螺线管的左端流入、右端流出,可判断电磁铁的左端为N极,右端为S极,因此选项A错误。
2. 分析滑片移动对电磁铁磁性的影响:滑片P向左滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,左边电路的总电阻减小。电源电压不变,由欧姆定律$I=\frac{U}{R}$可知,电路中的电流增大。电磁铁的磁性强弱与电流大小有关,电流越大,磁性越强,因此电磁铁的磁性增强,选项B错误。
3. 分析巨磁电阻的阻值与磁场的关系:指示灯明显变亮,说明右边电路的电流增大。右边电源电压不变,由欧姆定律可知,右边电路的总电阻减小;由于指示灯的阻值不变,因此巨磁电阻的阻值减小。结合此时电磁铁磁性增强(磁场变强)的情况,可知巨磁电阻的阻值随磁场的增强而明显减小,选项C错误,D正确。
【答案】
D
【知识点】
安培定则、电磁铁磁性影响因素、欧姆定律
【点评】
本题结合前沿物理成果,综合考查电磁学与电路的相关知识,需要学生将安培定则、电路动态分析、欧姆定律等知识结合起来,分析巨磁电阻的特性,对综合分析能力有一定要求。
【难度系数】
0.6
要解决这道题,我们可以分步骤分析:
1. 先用安培定则判断电磁铁的磁极,确定选项A的正误;
2. 分析滑片P向左滑动时,左边电路的电阻、电流变化,进而判断电磁铁磁性的变化,确定选项B的正误;
3. 根据指示灯变亮这一现象,结合欧姆定律分析右边电路的电阻变化,从而得出巨磁电阻的阻值与磁场强弱的关系,判断选项C、D的正误。
【解析】
1. 判断电磁铁的磁极:根据安培定则,右手握住螺线管,电流从螺线管的左端流入、右端流出,可判断电磁铁的左端为N极,右端为S极,因此选项A错误。
2. 分析滑片移动对电磁铁磁性的影响:滑片P向左滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,左边电路的总电阻减小。电源电压不变,由欧姆定律$I=\frac{U}{R}$可知,电路中的电流增大。电磁铁的磁性强弱与电流大小有关,电流越大,磁性越强,因此电磁铁的磁性增强,选项B错误。
3. 分析巨磁电阻的阻值与磁场的关系:指示灯明显变亮,说明右边电路的电流增大。右边电源电压不变,由欧姆定律可知,右边电路的总电阻减小;由于指示灯的阻值不变,因此巨磁电阻的阻值减小。结合此时电磁铁磁性增强(磁场变强)的情况,可知巨磁电阻的阻值随磁场的增强而明显减小,选项C错误,D正确。
【答案】
D
【知识点】
安培定则、电磁铁磁性影响因素、欧姆定律
【点评】
本题结合前沿物理成果,综合考查电磁学与电路的相关知识,需要学生将安培定则、电路动态分析、欧姆定律等知识结合起来,分析巨磁电阻的特性,对综合分析能力有一定要求。
【难度系数】
0.6
12. 如图所示,开关闭合后,在条形磁体和通电螺线管的共同作用下,小磁针在图中位置处于静止状态。请你根据条形磁体的极性标出小磁针和通电螺线管的N、S极,以及电源的正、负极。

答案:


解析:
【分析】
解题需分三步逐步推导:
1. 先根据条形磁体已知的极性,利用磁极间“异名磁极相互吸引”的规律,判断小磁针的N、S极;
2. 再结合小磁针的极性,再次利用磁极间的相互作用,确定通电螺线管的N、S极;
3. 最后运用安培定则(右手螺旋定则),根据通电螺线管的磁极判断电流方向,进而确定电源的正、负极。
【解析】
1. 判断小磁针的极性:已知条形磁体左端为N极、右端为S极,根据磁极间“异名磁极相互吸引”,小磁针靠近条形磁体S极的一端为N极,因此小磁针右端为N极,左端为S极。
2. 判断通电螺线管的极性:小磁针左端为S极,根据“异名磁极相互吸引”,通电螺线管靠近小磁针S极的一端为N极,即通电螺线管右端为N极,左端为S极。
3. 判断电源的正负极:根据安培定则,右手握住通电螺线管,大拇指指向螺线管的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,所以电源的左端为正极,右端为负极。
最终标注结果:通电螺线管左S右N,小磁针左S右N,电源左正右负。
【答案】
通电螺线管左端为S极、右端为N极;小磁针左端为S极、右端为N极;电源左端为正极,右端为负极(标注如图)。
【知识点】
磁极间的相互作用、安培定则
【点评】
本题综合考查磁极间相互作用规律与安培定则的应用,解题关键是理清推导顺序,从已知的条形磁体极性出发,逐步推导未知的磁极和电源正负极,需要学生熟练掌握相关电磁学规律并能灵活运用。
【难度系数】
0.6
解题需分三步逐步推导:
1. 先根据条形磁体已知的极性,利用磁极间“异名磁极相互吸引”的规律,判断小磁针的N、S极;
2. 再结合小磁针的极性,再次利用磁极间的相互作用,确定通电螺线管的N、S极;
3. 最后运用安培定则(右手螺旋定则),根据通电螺线管的磁极判断电流方向,进而确定电源的正、负极。
【解析】
1. 判断小磁针的极性:已知条形磁体左端为N极、右端为S极,根据磁极间“异名磁极相互吸引”,小磁针靠近条形磁体S极的一端为N极,因此小磁针右端为N极,左端为S极。
2. 判断通电螺线管的极性:小磁针左端为S极,根据“异名磁极相互吸引”,通电螺线管靠近小磁针S极的一端为N极,即通电螺线管右端为N极,左端为S极。
3. 判断电源的正负极:根据安培定则,右手握住通电螺线管,大拇指指向螺线管的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,所以电源的左端为正极,右端为负极。
最终标注结果:通电螺线管左S右N,小磁针左S右N,电源左正右负。
【答案】
通电螺线管左端为S极、右端为N极;小磁针左端为S极、右端为N极;电源左端为正极,右端为负极(标注如图)。
【知识点】
磁极间的相互作用、安培定则
【点评】
本题综合考查磁极间相互作用规律与安培定则的应用,解题关键是理清推导顺序,从已知的条形磁体极性出发,逐步推导未知的磁极和电源正负极,需要学生熟练掌握相关电磁学规律并能灵活运用。
【难度系数】
0.6
13. 在图中画出螺线管B上的绕线,要求开关S闭合后图中A、B两个螺线管相互排斥。

答案:
解析:
【分析】
要解决该问题,需按以下思路推导:
1. 先根据电源正负极确定螺线管A的电流方向,利用安培定则判断A的磁极;
2. 依据“同名磁极相互排斥”的规律,确定螺线管B的磁极;
3. 结合B的电流流向,再次运用安培定则确定B的绕线方式。
具体思考:电源正极在左,电流从A的左端流入、右端流出,由安培定则可判断A的右端为N极;由于A、B需相互排斥,因此B的左端必须为N极;电流从A的右端流出后进入B的左端,从B的右端流出回到电源负极,即B的电流为左端流入、右端流出;最后用安培定则,右手握住B,大拇指指向左端(N极),四指的指向即为电流的环绕方向,据此可画出B的绕线。
【解析】
步骤1:判断螺线管A的磁极
由电源正负极可知,电流从螺线管A的左端流入,右端流出。根据安培定则(右手螺旋定则):右手握住A螺线管,四指指向电流的流向(左进右出),大拇指指向A的右端,因此A的右端为$\mathrm{N}$极。
步骤2:确定螺线管B的磁极
根据磁极间的相互作用规律“同名磁极相互排斥”,要使A、B相互排斥,B螺线管的左端应为$\mathrm{N}$极。
步骤3:绘制B的绕线
电流从B螺线管的左端流入、右端流出,根据安培定则:右手握住B螺线管,大拇指指向左端($\mathrm{N}$极),四指弯曲方向为电流的环绕方向,因此B的绕线方式为:从B的左端正面上方开始,向下绕制,绕至右端背面下方后向上引出(绕线方向与A螺线管相反,具体绕线如图所示)。
【答案】
螺线管B的绕线如图所示(绕线方式:左端正面从上向下绕,右端背面从下向上绕,保证B左端为$\mathrm{N}$极,与A右端$\mathrm{N}$极相互排斥)。
【知识点】
安培定则;磁极间的相互作用
【点评】
本题是安培定则与磁极相互作用的综合应用,解题关键是通过已知螺线管的电流方向判断磁极,再结合排斥要求确定未知螺线管的磁极,最后反向推导绕线方向,需熟练掌握安培定则的应用逻辑,明确电流、绕线与磁极的对应关系。
【难度系数】
0.6
要解决该问题,需按以下思路推导:
1. 先根据电源正负极确定螺线管A的电流方向,利用安培定则判断A的磁极;
2. 依据“同名磁极相互排斥”的规律,确定螺线管B的磁极;
3. 结合B的电流流向,再次运用安培定则确定B的绕线方式。
具体思考:电源正极在左,电流从A的左端流入、右端流出,由安培定则可判断A的右端为N极;由于A、B需相互排斥,因此B的左端必须为N极;电流从A的右端流出后进入B的左端,从B的右端流出回到电源负极,即B的电流为左端流入、右端流出;最后用安培定则,右手握住B,大拇指指向左端(N极),四指的指向即为电流的环绕方向,据此可画出B的绕线。
【解析】
步骤1:判断螺线管A的磁极
由电源正负极可知,电流从螺线管A的左端流入,右端流出。根据安培定则(右手螺旋定则):右手握住A螺线管,四指指向电流的流向(左进右出),大拇指指向A的右端,因此A的右端为$\mathrm{N}$极。
步骤2:确定螺线管B的磁极
根据磁极间的相互作用规律“同名磁极相互排斥”,要使A、B相互排斥,B螺线管的左端应为$\mathrm{N}$极。
步骤3:绘制B的绕线
电流从B螺线管的左端流入、右端流出,根据安培定则:右手握住B螺线管,大拇指指向左端($\mathrm{N}$极),四指弯曲方向为电流的环绕方向,因此B的绕线方式为:从B的左端正面上方开始,向下绕制,绕至右端背面下方后向上引出(绕线方向与A螺线管相反,具体绕线如图所示)。
【答案】
螺线管B的绕线如图所示(绕线方式:左端正面从上向下绕,右端背面从下向上绕,保证B左端为$\mathrm{N}$极,与A右端$\mathrm{N}$极相互排斥)。
【知识点】
安培定则;磁极间的相互作用
【点评】
本题是安培定则与磁极相互作用的综合应用,解题关键是通过已知螺线管的电流方向判断磁极,再结合排斥要求确定未知螺线管的磁极,最后反向推导绕线方向,需熟练掌握安培定则的应用逻辑,明确电流、绕线与磁极的对应关系。
【难度系数】
0.6