教科版九年物理7.3影响电磁铁磁性强弱的因素(学案含答案)

【考点精讲】
1. 人们在利用通电螺线管的磁性时，通常都要把螺线管紧密地套在一个铁芯上，这样就构成了一个电磁铁。

2. 电磁铁的工作原理是电流的磁效应。

当电磁铁通电时，若干匝螺线中电流产生的磁场叠加在一起，再与被磁化后铁芯的磁场叠加，与单纯的通电螺线管相比，磁性大大增强。

所以电磁铁成为很多自动控制设备的核心部件。

3. 电磁铁的突出优点
（1）电磁铁磁性的有无可利用通断电流来控制；
（2）电磁铁磁性的强弱可通过改变电流的大小来改变；
（3）电磁铁的极性可通过改变电流的方向来改变。

（4）电磁铁的应用非常广泛，如：电磁起重机、磁悬浮列车、电铃等。

4. 电磁铁的铁芯用软铁而不能用钢。

因为电磁铁在使用时，不仅要求磁性随电流的大小而变化，而且要求通过电流的通断来控制磁性的有无。

软铁容易被磁化，磁性也容易消失，而钢被磁化后会变成永磁体，磁性不易消失。

5. 影响电磁铁磁性强弱的三要素
（1）电磁铁的磁性强弱跟线圈中的电流大小有关，线圈中的电流越大，磁性越强；电流越小，磁性越弱；
（2）电磁铁的磁性强弱还跟线圈的匝数有关，匝数越多，磁性越强；匝数越少，磁性越弱；
（3）电磁铁的磁性强弱还跟是否插入铁芯有关，插入铁芯时磁性强，拔出铁芯时，磁性弱。

特别是电流的大小这一因素，电路中一般用滑动变阻器来改变电流的大小。

在探究电磁铁的磁性强弱实验中，应注意控制变量法的运用。

控制变量法是初中阶段最重要的科学探究方法。

控制变量法的具体应用方法：
固定几个因素不变，只改变某一因素，观察其对实验结果的影响，如探究线圈匝数对磁性强弱的影响时，应控制电流和铁芯相同，只改变线圈的匝数多少，观察电磁铁吸引大头针数目的变化情况。

【典例精析】
例题1如图所示，橡皮筋下面挂着条形磁铁，当滑动变阻器的滑片P向某方向移动时，发现橡皮筋的长度变短了，则下列关于通电螺线管的磁极和滑片P移动方向，判断正确的是（）
A. 通电螺线管的上端为N极，滑片P向右移
B. 通电螺线管的上端为S极，滑片P向右移
C. 通电螺线管的上端为N极，滑片P向左移
D. 通电螺线管的上端为S极，滑片P向左移
思路导航：开关闭合后，螺线管中电流方向是自左向右，根据安培定则判断可知，通电螺线管的上端是N极，故与条形磁铁相斥。

橡皮筋变短，说明条形磁铁受到通电螺线管对它向上的斥力增大，螺线管中的电流变大。

由此可知，滑动变阻器连入电路中其电阻值逐渐变小，即滑片向右移动。

答案：A
例题2（温州）下列设备或电器中，其主要工作原理与电磁铁无关的是（）
思路导航：选项A图中电流通过电磁铁时，电磁铁有磁性，在电磁铁对衔铁的吸引力作用下带动钉锤敲击铃碗，进而发声，不符合题意；电熨斗是利用电流的热效应工作的，选项B符合题意；电磁选矿机内的电磁铁固定在转筒内，漏斗中装的是矿石，当矿石从漏斗经转筒落入下面的两个容器时，非铁矿石在重力的作用下直接落入左边的容器内，而铁矿石在电磁铁的吸引作用下落入右边的容器内，C项不符合题意；电磁起重机的主要部件是电磁铁，通电时可以吸起重物，断电时电磁铁失去磁性，又可以将重物放下，选项D也不符合题意。

答案：B
点评：电磁铁的应用实例非常多，但不同情况下对电磁铁的利用形式会有所不同，我们在分析时首先应明确这一设备的工作原理，再看其中的部件中是否有电磁铁的应用，并最终做出判断。

例题3 同学们自制电磁铁并连接了如图所示的电路。

闭合开关后，为了能够吸引更多的小铁钉，变阻器的滑片应向________（填“C”或“D”）端移动，图中的甲端是电磁铁的________极。

思路导航：电磁铁磁性越强，吸引的小铁钉越多，增大通过电磁铁线圈的电流可增强其磁性，所以变阻器的滑片应向C端移动，使变阻器接入电路中电阻变小，电路中的电流变大，来增强电磁铁的磁性。

根据右手定则可知，电磁铁的甲端为N极。

答案：C N
例题4如图为通电螺线管磁场强弱演示仪的示意图。

（1）当指针指示的数值增大时，表示通电螺线管的磁性增强，则螺线管A端为极（填“N”或“S”）。

（2）为了验证通电螺线管的磁性与线圈匝数有关，应将开关S从a点换到b点，并调节变阻器的滑片向滑动，使电流表的示数不变（填“上”或“下”）。

思路导航：（1）根据题图可以看出，指针示数增大时应向左偏，故该通电螺线管应排斥小磁片，据同名磁极相互排斥可知，该螺线管的左端是S极，右端是N极，故A端是S极；
（2）为验证通电螺线管的磁性与线圈匝数有关，应控制线圈中的电流相同，改变线圈的匝数看电磁铁的磁性有何变化即可；故当将开关S从a点换到b点时，由于接入电路的螺线管变长，电阻变大，所以电路中的电流变小；而在该题中要求电路中的电流与原来相比是不变的，所以需向下移动滑片减小滑动变阻器接入电路中的阻值，使电流增大才能实现上述目的。

答案：（1）S；（2）下
例题5 如图所示，是某学习小组同学设计的研究“影响通电螺线管磁性强弱的因素”的实验电路图。

（1）增大通电螺线管的电流，滑动变阻器的滑片应向（选填“左”或“右”）移动。

同学们发现无铁芯组实验中没有吸引起大头针，那么通电螺线管到底有没有磁性呢？他们通过其他方法验证了这几次实验中通电螺线管都是有磁性的。

他们采用的方法可能是。

（写出一种即可）（3）在与同学们交流讨论时，另一组的同学提出一个新问题：“当线圈中的电流和匝数一定时，通电螺线管的磁性强弱是否还与线圈内的铁芯大小（粗细）有关？”现有大小不同的两根铁芯，请根据你的猜想并利用本题电路，写出你验证猜想的简要操作方案：思路导航：（1）为增大通电螺线管的电流，应减小滑动变阻器的阻值，则滑片应向左移动；
（2）该实验中通电螺线管一定是有磁性的，无铁芯组实验中没有吸引起大头针，应是通电螺线管的磁性比较弱或者大头针过重造成的，为了验证是否有磁性，可以换用一些更容易吸起的物体，如小磁针或细铁屑等；
（3）控制通电螺线管中的电流大小不变，即保持滑片在一定位置，通过往螺线管内插入大小不同的铁芯，观察比较吸引大头针数目的多少，即可判断通电螺线管的磁性强弱是否与线圈内的铁芯大小（粗细）有关。

答案：（1）左（2）将大头针换成小磁针（或者用细铁屑）（其他答案合理也可）（3）按本题电路图连接好电路，调节滑动变阻器的滑片于一定的位置，首先放入大的铁芯，观察大头针被吸引的数目，记录数据；再放入小的铁芯，观察大头针被吸引的数目，记录数据，两者进行比较。

【总结提升】
实验探究：影响电磁铁磁性强弱的因素提出问题
电冰箱、吸尘器等家用电器里都有电磁铁，它们在工作时吸引能力较小；而大型电磁起重机一次却可以吊起几吨钢材，可见不同的电磁铁磁性强弱也不同，那么电磁铁磁性强弱与哪些因素有关呢？
进行猜想
猜想A. 电磁铁通电时有磁性，断电时没磁性
猜想B. 电磁铁中一般都插入铁芯，磁性强弱可能与铁芯有无有关
猜想C. 通过电磁铁的电流越大，它的磁性越强
猜想D. 外形相同的螺线管，线圈匝数越多，它的磁性越强
实验方法
本实验采用控制变量法，即在研究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系时，要保证线圈匝数等其他条件不变，只通过移动变阻器的滑片来改变线圈中的电流大小。

在研究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系时，要保证电流的大小、两个螺线管外形等因素相同，通过更换线圈匝数不同的螺线管来分析比较。

实验器材
电源、电磁铁、100匝、50匝铁芯各一个，滑动变阻器、电流表、开关、导线、大头针。

设计实验
用漆包线在大铁钉上绕若干圈，制成简单的电磁铁，来吸引大头针。

1. 怎样判断电磁铁磁性强弱？
电磁铁吸引大头针的数目
2. 怎样改变通过电磁铁线圈中电流？用什么方法来显示？
串联滑动变阻器来改变线圈中电流，用观察电流表示数来显示。

3. 怎样改变线圈匝数？
用外形相同匝数不同的电磁铁成品做实验
进行实验
如图为实验中所设计的电路图
1. 验证猜想A. 按a、b两图连好电路，当开关闭合后，发现大头针被吸起，当开关断开后，大头针落下。

2. 验证猜想B. 按b电路图连接好电路，闭合开关，观察电磁铁吸引大头针的多少，并记录吸引数量。

抽去铁芯再次闭合开关，观察电磁铁吸引大头针的多少。

3. 验证猜想C. 按b、c电路图连接好电路，闭合开关，将滑动变阻器移到适当位置，观察电磁铁吸引大头针的多少，改变滑动变阻器的阻值（阻值改变较大），观察电磁铁吸引大头针数量，并记录结果。

4. 验证猜想D. 按d电路图连接好电路，闭合开关，观察两电磁铁吸引大头针的多少，并记录吸引数量。

分析论证
由现象1可知：电磁铁通电时有磁性，断电时没磁性。

由现象2可知：电磁铁磁性强弱与铁芯有无有关。

其他条件一定时，电磁铁有铁芯时磁性要强。

由现象3可知：电磁铁磁性强弱与电流大小有关。

其他条件一定时，通入电磁铁的电流越大电磁铁的磁性越强。

由现象4可知：电磁铁的磁性强弱与线圈匝数有关。

其他条件一定时，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。

综上所述，电磁铁磁性强弱与线圈匝数有关；与铁芯有无有关；与线圈中电流大小有关。