“电与磁”典型例题评析

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湖北省长阳县研训中心　刘开双

例1　下列四幅图中能说明发电机的工作原理的是（   ） 　　错解及出错原因：错选C的原因是没有分清电和磁之间的相互联系及其应用。 　　解析：B是研究电磁铁磁性强弱和电流的关系，改变滑片的位置，改变通过电磁铁的电流大小（线圈匝数一定），从而改变电磁铁的磁性及吸引大头针的数目。C图中既有电源，又有磁体，是研究通电导线在磁场中受到力的作用，它是电动机的原理。D是演示通电导线周围存在磁场的，是电流的磁效应。A图中没有电源，当ab做切割磁感线运动时，其中会产生感应电流，这时它本身就是一个电源，它演示电磁感应现象，是发电机的原理。所以选A。 　　点评与拓展：电与磁的重点是三大联系及应用，一是“电生磁”（电是因，磁是果），二是通电导线在磁场中受到力的作用（既有磁场，又有电源），三是“磁生电”（磁是因之一，电是果）。电磁铁、电磁继电器、扬声器、电动机、发电机等是这三大电磁现象及其规律在技术上的应用，它们对现代社会有着深远的影响。涉及这些内容的试题中考必有，透彻理解物理规律是识别电磁现象及其它物理现象的基础。 　　例2　在电风扇、电熨斗、电磁起重机、动圈式扬声器、动圈式话筒和发电机中，利用电磁感应原理工作的有 ；利用磁场对通电导体有力的作用原理工作的有 。 　　错解及出错原因：第一空漏填动圈式话筒，第二空漏填动圈式扬声器。出错的原因是对它们的工作过程及原理不清楚。 　　解析：电熨斗是电热器，原理是电流的热效应。电磁起重机是电磁铁的直接应用，原理是电流的磁效应。电风扇的主要部件是电动机，它和发电机的工作原理在上题中分析过。动圈式扬声器的线圈中通入强弱按声音变化的电流时，通电线圈受到磁体磁场力的作用来回运动，带动纸盆振动发出声音，它与电动机的原理是相同的。动圈式话筒的膜片随声音振动，相连的线圈也一起振动，从而切割磁感线，产生了随声音变化的感应电流，它与发电机的原理是相同的。所以第一空应该填发电机、动圈式话筒，第二空应该填电风扇、动圈式扬声器。 　　点评与拓展：此题供选择的实例来源于生产生活，也来自于教材，解答的难点在于动圈式话筒和扬声器的原理。深入全面地了解它们的工作过程及原理，是正确解答的前提。 　　例3　根据通电螺线管的N、S极，在图中分别标出电源的正负极和两小磁针静止时的N、S极。 　　错解及出错原因：把电源的正负极和两个小磁针的极性标反，出错的原因多数是运用所学知识进行分析时不够耐心细致。 　　解析：判断通电螺线管及电磁铁的极性与电流方向之间的关系，可用安培定则。用右手握螺线管，让四指指向螺线管中电流的方向，则大拇指指的那一端是螺线管的N极，反之，若大拇指指向N极，则四指指向螺线管中电流的方向。所以电源右标“+”，左标“-”。通电螺线管周围磁场与磁体周围磁场一样，对放入其中的磁体会产生磁力作用，放入磁场中某点的小磁针N极所指方向与该点的磁场方向一致（S极所指方向与该点的磁场方向相反）；而在磁体周围，磁感线从N极出发回到S极。所以上方小磁针是右N左S，而右边小磁针是左N右S。当然，这里也可以利用同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引进行判断。 　　点评与拓展：安培定则的应用是学生要熟练掌握的，相关的试题属基础性的，常以选择、作图题的形式出现。常见的几种题目编制方法有：一是根据电流方向确定极性，二是根据极性确定电流方向，三是知道电源的极性和电磁铁的极性，作出绕线情况。这一内容的试题多与电源外部电流方向的规律，磁场中某一点磁场方向的规定，磁极间的相互作用规律，通电螺线管周围磁感线的方向等知识联系在一起，进行考查。学习时除了掌握这些知识外，还要通过适量练习，不断增强识图能力和空间想象力。 　　例4　小明在研究性学习活动中，查阅到一种热敏电阻的阻值随温度变化的规律如下表，并将该型号的热敏电阻应用于如图所示由“控制电路”和“工作电路”组成的恒温箱电路中。 温度/℃ … 30 40 50 60 70 … 热敏电阻阻值/Ω … 350 300 250 210 175 … 　　“控制电路”由热敏电阻R1、电磁铁（线圈阻值R0 = 50Ω）、电源U1、开关等组成，当线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合，右边工作电路则断开；“工作电路”由工作电源U2（U2 = 10V）、发热电阻R2（R2 = 5Ω）、导线等组成。问： 　　⑴工作电路工作时的电流为多大？电阻R2的发热功率为多大？ 　　⑵若发热电阻R2需提供1．2×104J的热量，则工作电路要工作多长时间（不计热量的损失）？ 　　⑶若恒温箱的温度最高不得超过50℃，则控制电路的电源电压U1最小值为多大？ 　　错解及出错原因：思路容易受阻的原因是没有把“当控制电路线圈中的电流大于或等于20mA”，“恒温箱的温度最高不超过50℃”，及R1、R2的作用联系起来思考它们之间的因果关系。 　　解析：⑴工作电路工作时的电流I2 ===2A 　　电阻R2的发热功率P2 =U2I2 =10V×2A=20W 　　⑵W2 = P2 t =Q t === 600s 　　⑶当R1温度为50℃时，其阻值R1 = 250Ω，R1和R0串联，通过线圈的电流刚好等于20mA 　　R总=R1＋R0 = 250Ω＋50Ω=300Ω 　　控制电路的最小电压为：U1 =I1R总=0．02A×300Ω=6V 　　点评与拓展：这道试题的原型是用电磁继电器做出的一个对生活有实用价值的小制作，以此将欧姆定律、电功、电功率的计算结合起来，是比较新颖的。要求学生对电磁继电器的工作原理，控制电路中使用热敏电阻后实行自动控制的原理弄清楚，还要会进行欧姆定律、电功和电功率的简单计算，知识的覆盖面较大，综合性较强，考查了初中物理电学中的多个中考必考的重要知识，且能有效考查学生的分析问题和抽象逻辑思维能力。 　　例5 小明在探究通电直导线周围的磁场方向与电流方向的关系后，想进一步探究影响通电直导线周围磁场强弱的因素．经老师指导及查阅资料知道，磁场的强弱可用物理量“B”来表示(单位为“T”)，其大小与直导线中的电流I、测试点到直导线的距离r有关。小明通过实验所测得的两组实验数据如下。 　　表一：当测试点到直导线的距离r＝0．02m时，磁场的强弱B与电流I的实验数据 I/A 2．5 5 10 20 B/T 2．5×10-5 5×10-5 10×10-5 20×10-5 　　(1)分析表一中的实验数据，你能得到什么结论？ 　　答：________________________________。 　　表二：当直导线中的电流I＝5A时，磁场的强弱B与距离r的实验数据 r/m 0．02 0．04 0．06 0．08 B/T 5×10-5 2．5×10-5 1．67×10-5 1．25×10-5 　　(2)分析表二中的实验数据，你能得到什么结论？ 　　答：_________________________________． 　　错解及出错原因：忽视“当距离r一定时”和“当电流I一定时”，错误的原因是没有控制变量；不能得出“成正比”或“成反比”的结论，错误的原因是对数据分析不深刻。 　　解析：（1）当距离r一定时，磁场的强弱B与电流I成正比。(2)当电流I一定时，磁场的强弱B与距离r成反比。

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点评与拓展：本题主要考查科学探究的方法。根据实验数据及其它实验信息分析得出结论是科学探究的要素之一，是培养和考查学生探究能力、分析问题和解决问题能力的重要途径。这类题目考查的侧重点由只重视知识积累转向重视科学探究，由纯粹的知识应用转向信息的收集处理（这些信息中有许多是教材上没有的），由知识立意转向能力立意，是物理课程对学生提出的新要求。不思探究的学生是难于找到正确答案的。此外，当研究三个以上变量之间的关系时，要有控制变量的意识，否则无法确定是哪个因素造成的，或者得出的结论不全面。



　　小结：电与磁的内容虽然是电学知识的延伸，但知识体系具有很强的独立性，概念和规律多数是通过实验分析概括得出的。对学生的要求多为“了解”、“经历”，这部分内容的试题多是回忆、再现、识别和实际应用型的。同学们要注重经历探究过程，注意联系生活实际，在弄清基本概念和规律的基础上，不断发展思维能力；对各种类型的题目，认真审题，仔细分析，相信就能迎刃而解。