1.2-1.3 電生磁 電磁鐵的應(yīng)用(原卷版)

1.2-1.3電生磁電磁鐵的應(yīng)用

【思維導(dǎo)圖】

【知識(shí)點(diǎn)全掌握】

1.電流的磁效應(yīng)（奧斯特實(shí)驗(yàn)）

（1）1820年，丹麥的科學(xué)家奧斯特第一個(gè)發(fā)現(xiàn)電與磁之間的聯(lián)系。

（2）由甲、乙可知：通電導(dǎo)體周圍存在磁場。

（3）由甲、丙可知：通電導(dǎo)體的磁場方向跟電流方向有關(guān)。

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2.直線電流的磁場

直線電流的磁場的分布規(guī)律：

以導(dǎo)線上各點(diǎn)為圓心的一個(gè)個(gè)同心圓，離直線電流越近，磁性越

強(qiáng)，反之越弱。

3.通電螺線管

（1）磁場跟條形磁體的磁場是相似的。

（2）通電螺線管的磁極方向跟電流方向有關(guān)。

（3）電磁線圈的匝數(shù)越多，通過線圈的電流越大，線圈的磁性越強(qiáng)；插入鐵芯，線圈的磁性大大增

強(qiáng)。

4.右手螺旋定則（安培定則）

（1）通電直導(dǎo)線：用右手握住通電直導(dǎo)線，讓大拇指指向電流的方向，那么四

指的指向就是磁感線的環(huán)繞方向。

（2）通電螺線管：用右手握螺線管，讓四指彎向螺線管中的電流方向，則大

拇指所指的那端就是螺線管的北極。

5.電磁鐵

（1）定義：電磁鐵是一個(gè)內(nèi)部插有鐵芯的螺線管。

（2）結(jié)構(gòu)：

（3）判斷電磁鐵磁性的強(qiáng)弱（轉(zhuǎn)換法）：根據(jù)電磁鐵吸引大頭針的數(shù)目的多少來判斷電磁鐵磁性的

強(qiáng)弱。

（4）影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素（控制變量法）：①電流大?。虎谟袩o鐵芯；③線圈匝數(shù)的多少

結(jié)論①：在電磁鐵線圈匝數(shù)相同時(shí)，電流越大，電磁鐵的磁性越強(qiáng)。

結(jié)論②：電磁鐵的磁性強(qiáng)弱跟有無鐵芯有關(guān)，有鐵芯的磁性越強(qiáng)。

結(jié)論③：當(dāng)通過電磁鐵的電流相同時(shí)，電磁鐵的線圈匝數(shù)越多，磁性越強(qiáng)。

（5）電磁鐵的優(yōu)點(diǎn)

①電磁鐵磁性有無，可由電流的有無來控制。

②電磁鐵磁性強(qiáng)弱，可由電流大小和線圈匝數(shù)的多少來控制。

③電磁鐵的磁性可由電流方向來改變。

6.電磁鐵的應(yīng)用：電磁起重機(jī)、磁懸浮列車、電磁選礦機(jī)、電鈴、電磁自動(dòng)門等。

電鈴工作原理：電路閉合，電磁鐵具有磁性，吸引彈性片，使鐵錘向鐵鈴方向運(yùn)動(dòng)，鐵錘打擊鐵鈴

而發(fā)出聲音，同時(shí)電路斷開，電磁鐵失去磁性，鐵錘又被彈回，電路閉合。上述過程不斷重復(fù)，電

鈴發(fā)出了持續(xù)的鈴聲。

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電磁選礦機(jī)工作原理：磁鐵礦被吸引，其余雜質(zhì)不被吸引，分開落入不同的收集裝置；

磁懸浮列車：利用同名磁極相排斥托起列車，利用磁極間相互作用，使列車前進(jìn)。

7.電磁繼電器

（1）概念及作用：電磁繼電器是由電磁鐵控制的自動(dòng)開關(guān)。

使用電磁繼電器可用低電壓和弱電流來控制高電壓和強(qiáng)電

流，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱和自動(dòng)控制。

（2）工作原理：電磁繼電器的結(jié)構(gòu)如圖所示，它由電磁

鐵A、銜鐵B、彈簧C和觸點(diǎn)D組成。當(dāng)?shù)蛪弘娫撮_關(guān)

閉合時(shí)，控制電路中有電流通過，電磁鐵A產(chǎn)生磁性，吸

引銜鐵B，使動(dòng)觸點(diǎn)與紅燈觸點(diǎn)分離，而與綠燈觸點(diǎn)接通，故紅燈熄滅，綠燈亮起，電動(dòng)機(jī)開始工

作。當(dāng)?shù)蛪弘娫撮_關(guān)斷開時(shí)，電磁鐵失去了磁性，銜鐵B在彈簧C的作用下拉起，使動(dòng)觸點(diǎn)與綠

燈觸點(diǎn)分離，而與紅燈觸點(diǎn)接通，故紅燈亮起，綠燈熄滅，電動(dòng)機(jī)停止工作。

（3）應(yīng)用

①水位自動(dòng)報(bào)警裝置：工作原理——水位沒有到達(dá)金屬塊A時(shí)，電磁鐵不通電無磁性，綠燈亮，顯

示水位正常；當(dāng)水位到達(dá)金屬塊A時(shí)，電磁鐵通電有磁性，將銜鐵吸下來，紅燈亮，表示水位不正

常。

②溫度自動(dòng)報(bào)警裝置：工作原理——溫度升高時(shí)，水銀面上升，當(dāng)水銀面上升到與金屬絲接觸時(shí)，

電磁鐵線圈中有電流通過，產(chǎn)生磁性吸引銜鐵，工作電路就形成了一個(gè)回路，電鈴就響起來了。

【例題精析】

[例題1]（2022?麗水）按如圖電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每次總觀察到電磁鐵A吸引大頭針的數(shù)目比電磁鐵B

多。此現(xiàn)象說明影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的一個(gè)因素是（）

A．電流大小B．線圈匝數(shù)C．電流方向D．電磁鐵極性

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[例題2]（2021?杭州）如圖所示，閉合電磁鐵開關(guān)S，條形磁鐵靜止在水平桌面上。下列判斷正確

的是（）

A．條形磁鐵受到電磁鐵對其向左的作用力

B．條形磁鐵受到桌面對其向左的摩擦力

C．將滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)，條形磁鐵受到的摩擦力不變

D．若只改變電源的正負(fù)極，條形磁鐵受到的摩擦力變大

[例題3]（2022?臺(tái)州）鋁箔輕巧，導(dǎo)電性好，能做許多科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)1：“鋁箔小火箭”

將鋁箔卷成筒狀，上端封閉并裝入一截火柴頭，下端開口并裝上尾翼，制成小火箭。將小火箭套

在發(fā)射架上，加熱其上端，如圖甲所示。稍后小火箭就會(huì)射到空中。

（1）小火箭與發(fā)射架不能套得太緊，否則會(huì)因力太大，難以起飛；

（2）火柴頭燃盡后，空中的小火箭還能繼續(xù)上升，這是因?yàn)樾』鸺哂校?/p>

實(shí)驗(yàn)2：“鋁箔秋千”

折一個(gè)U形鋁箔框，其兩端通過回形針與干電池兩端相連，置于磁鐵上方，如圖乙所示。通電時(shí)，

鋁箔框就會(huì)朝一個(gè)方向擺動(dòng)；

（3）通電擺動(dòng)時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為能和內(nèi)能；

（4）若要改變鋁箔框通電時(shí)的擺動(dòng)方向，請寫出一種方法：。

[例題4]（2022?舟山）1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特通過實(shí)驗(yàn)首次證實(shí)電和磁之間的聯(lián)系。小舟

用圖甲所示裝置來模仿該實(shí)驗(yàn)。

（1）實(shí)驗(yàn)中得到通電直導(dǎo)線周圍存在磁場的結(jié)論，那么他觀察到的現(xiàn)象是。

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（2）早先電話聽筒的結(jié)構(gòu)如圖乙所示，當(dāng)變化的電流通過線圈時(shí)，電磁鐵的強(qiáng)弱發(fā)生

變化，對薄鐵片產(chǎn)生變化的吸引力，從而使薄鐵片振動(dòng)不同而發(fā)出不同的聲音，這樣就可以聽到

對方的講話了。

[例題5]（2020?湖州）方方按圖電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。閉合開關(guān)后，小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。當(dāng)小磁針靜止時(shí)N

極指向（選填上方或下方）。向左移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片至某一位置時(shí)，硬幣突然被吸

起，此現(xiàn)象說明通電螺線管周圍的磁場強(qiáng)弱與有關(guān)。

[例題6]（2020?臺(tái)州）磁控防盜裝置內(nèi)裝有干簧管（如圖甲），干簧管由兩個(gè)軟鐵片和玻璃管組成，

軟鐵片的觸點(diǎn)在彈力的作用下處于斷開狀態(tài)。當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí)，軟鐵片觸點(diǎn)狀態(tài)會(huì)發(fā)生變

化。把條形磁體分別放置在乙圖中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)位置時(shí)，觸點(diǎn)的開合狀態(tài)和軟鐵片的極性

情況如表。

磁體豎直放置并靠近水平

位置放置

并靠

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近

ⅠⅡⅢⅣ

觸點(diǎn)閉合斷開閉合？

狀態(tài)

軟鐵

片的

極性

情況

（1）鐵片被磁化后，鐵片與條形磁體相鄰兩端的磁極極性關(guān)系是。

（2）當(dāng)條形磁體水平放置并靠近干簧管時(shí)（圖乙Ⅳ位置），干簧管觸點(diǎn)狀態(tài)為。

（3）如圖丙，門上磁控防盜裝置內(nèi)有一個(gè)豎直放置的干簧管，其內(nèi)部簡化電路如圖丁，磁控防

盜裝置的工作原理是：夜間關(guān)上門，閉合開關(guān)S，啟動(dòng)防盜報(bào)警器，此時(shí)報(bào)警電鈴不響；當(dāng)盜賊

打開門時(shí)，干簧管遠(yuǎn)離磁體，電鈴響起。圖丁虛線中四種磁體擺放方式能滿足工作要求的有

（選填圖中的字母）。

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【習(xí)題鞏固】

一．選擇題（共11小題）

1．連接如圖所示電路，提供足夠數(shù)量的大頭針，只通過控制開關(guān)和調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片的位置，無

法探究（）

A．電流的有無對電磁鐵磁性有無的影響

B．電流方向?qū)﹄姶盆F磁場方向的影響

C．電流大小對電磁鐵磁場強(qiáng)弱的影響

D．線圈匝數(shù)對電磁鐵磁場強(qiáng)弱的影響

2．法國科學(xué)家阿爾貝和德國科學(xué)家彼得由于發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻（GMR）效應(yīng)，榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

如圖是研究巨磁電阻特性的原理示意圖。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，巨磁電阻的阻值隨磁場的增強(qiáng)而減小。當(dāng)閉

合開關(guān)S1，S2，使滑片P向左滑動(dòng)過程中，關(guān)于指示燈亮度的變化，下列判斷正確的是（）

A．逐漸變暗B．逐漸變亮C．亮度不變D．無法判斷

3．如圖所示，閉合電磁鐵開關(guān)S，條形磁鐵受到斥力，下列判斷正確的是（）

A．電磁鐵的左端為N極

B．電源的左端是正極

C．將滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)，條形磁鐵受到的斥力不變

D．若只改變電源的正負(fù)極，條形磁鐵受到的排斥力將變大

4．圖甲是某科學(xué)興趣小組制作的“磁懸浮地球儀”。在地球儀中裝入條形磁鐵，底座中的電磁鐵就

能使它穩(wěn)定地“懸浮”在空中，其工作原理如圖乙所示。下列判斷正確的是（）

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A．電源的左端為正極

B．該磁懸浮地球儀的原理是同名磁極相互吸引

C．向左移動(dòng)滑片P可增加地球儀“懸浮”的高度

D．增加電磁鐵的線圈匝數(shù)可降低地球儀“懸浮”的高度

5．在晝夜明燈的地下停車場，駕駛員根據(jù)車位入口上方的紅綠燈入停。如圖是小吳設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制

電路圖，將光控開關(guān)（遮光時(shí)開關(guān)閉合）裝在每個(gè)車位地面中央，紅綠燈裝在車位入口上方。當(dāng)

車位未停車時(shí)綠燈亮，當(dāng)車位已停車時(shí)紅燈亮，則圖中L1、L2（）

A．都是紅燈B．都是綠燈

C．分別是紅燈、綠燈D．分別是綠燈、紅燈

6．如圖是小敏設(shè)計(jì)的汽車尾氣中CO排放量的檢測電路。當(dāng)CO濃度高于某一設(shè)定值時(shí)，電鈴發(fā)聲

報(bào)警。圖中氣敏電阻R1阻值隨CO濃度的增大而減小。下列說法正確的是（）

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A．電鈴應(yīng)接在A和C之間

B．當(dāng)CO濃度升高，電磁鐵磁性減弱

C．用久后，電源電壓U1會(huì)減小，報(bào)警時(shí)CO最小濃度比設(shè)定值高

D．為使該檢測電路在CO濃度更低時(shí)報(bào)警，可將R2的滑片向下移

7．科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻（GMR）效應(yīng)：微弱的磁場可以導(dǎo)致某種材料的電阻阻值急劇變化。

如圖所示的電路是研究巨磁電阻特性的原理示意圖，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：閉合開關(guān)S1、S2后，在向左輕輕

地移動(dòng)滑片P的過程中，指示燈明顯變亮。則下列說法中正確的是（）

A．滑片P向左輕輕移動(dòng)過程中電磁鐵的磁性增強(qiáng)

B．電磁鐵右端為N極

C．該巨磁電阻的阻值隨磁場的增強(qiáng)而明顯減小

D．小磁針將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)

8．如圖所示，是某保密室的防盜報(bào)警電路，當(dāng)有人闖入保密室時(shí)會(huì)使開關(guān)S閉合。下列說法正確的

是（）

A．電磁繼電器與發(fā)電機(jī)工作原理相同

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B．電磁繼電器與電動(dòng)機(jī)工作原理相同

C．電磁鐵工作時(shí)，上端為S極

D．當(dāng)有人闖入保密室時(shí)，b燈亮

9．如圖所示是某科技小組設(shè)計(jì)的一種溫度自動(dòng)控制報(bào)警裝置電路圖，關(guān)于它的說法正確的是（）

A．當(dāng)溫度低于90℃時(shí)，報(bào)警裝置就會(huì)響鈴，同時(shí)綠燈亮

B．當(dāng)溫度低于90℃時(shí)，報(bào)警裝置就會(huì)響鈴，同時(shí)紅燈亮

C．當(dāng)溫度達(dá)到90℃時(shí)，報(bào)警裝置就會(huì)響鈴，同時(shí)紅燈亮

D．當(dāng)溫度達(dá)到90℃時(shí)，報(bào)警裝置就會(huì)響鈴，同時(shí)綠燈亮

10．如圖是汽車啟動(dòng)裝置電路簡圖，當(dāng)鑰匙插入鑰匙孔并轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下列說法中正確的是（）

A．電磁鐵上端為S極，觸點(diǎn)B與C斷開，汽車啟動(dòng)

B．電磁鐵上端為S極，觸點(diǎn)B與C接通，汽車啟動(dòng)

C．電磁鐵上端為N極，觸點(diǎn)B與C斷開，汽車啟動(dòng)

D．電磁鐵上端為N極，觸點(diǎn)B與C接通，汽車啟動(dòng)

11．疫情期間只允許體溫正常的師生進(jìn)入校園。為此，小明設(shè)計(jì)了一款“智能門禁”，能檢測體溫并

進(jìn)行人臉識(shí)別。工作原理為：①若體溫正常開關(guān)S1閉合，人臉識(shí)別成功開關(guān)S2閉合，電動(dòng)機(jī)工

作（門打開），警示燈不亮；②若體溫異常S1不閉合，人臉識(shí)別成功S2閉合，電動(dòng)機(jī)不工作且

警示燈亮起；③不管體溫是否正常，若人臉識(shí)別失敗S2不閉合，電動(dòng)機(jī)不工作且警示燈不亮。

如圖所示電路設(shè)計(jì)符合要求的是（）

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A．B．

C．D．

二．作圖題（共1小題）

12．水位自動(dòng)報(bào)警器是利用電磁繼電器工作的裝置，請按以下要求連接圖示的水位自動(dòng)報(bào)警器電路：

當(dāng)水位在安全位置A以下時(shí)，綠燈亮，水位到達(dá)安全位置A上限時(shí)，紅燈亮。

三．計(jì)算題（共3小題）

13．麗水市已經(jīng)有舊小區(qū)加裝了電梯，解決老年人的出行困難。出于安全考慮，電梯都設(shè)置超載自

動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，其工作原理如圖甲所示。當(dāng)壓敏電阻R2受到的壓力F增大時(shí)，其阻值減小（如圖

乙所示），控制電路中的電流增大，電磁鐵的磁性增強(qiáng)，當(dāng)電磁鐵線圈電流增大至20毫安時(shí)，銜

鐵被電磁鐵吸住，電鈴發(fā)出警報(bào)聲，電梯超載。

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（1）從乙圖可知，當(dāng)壓敏電阻R2為800歐時(shí)，受到的壓力F為牛；

（2）根據(jù)要求將圖甲的工作電路連接完整；

（3）已知控制電路的電源電壓U為8伏，保護(hù)電壓R1為200歐。若該電梯廂內(nèi)乘客總質(zhì)量為800

千克時(shí)，通過計(jì)算說明電梯是否超載。（電梯底架自重和電磁鐵線圈的阻值都忽略不計(jì)）

14．如圖為某興趣小組為學(xué)校辦公樓空調(diào)設(shè)計(jì)的制冷自動(dòng)控制裝置，R是熱敏電阻，其阻值隨溫度

變化關(guān)系如下表所示，已知繼電器的線圈電阻R0＝10Ω，左邊電源電壓為6V恒定不變.當(dāng)繼電器

線圈中的電流大于或等于15mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合，右邊的空調(diào)電路正常工作。

溫度t/℃05101520253035