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14.(2024,青岛)1820年,奥斯特在课堂上进行如图20-4-10甲所示实验时有新发现。这个发现令奥斯特极为兴奋,他怀着极大的兴趣又继续做了许多实验,终于证实了电流周围存在着磁场。请根据情境,回答下列小题。
图20-4-10
(1)奥斯特在实验中发现:在小磁针上方的导线
(2)将奥斯特实验中的小磁针更换成蹄形磁体,将导体放在磁场里,如图20-4-10乙所示。闭合开关,导体ab向左运动;改变导体ab中的电流方向,同时将磁体的N、S极上下对调,闭合开关后,导体ab向
(3)学校生物实验小组想要研究鸡蛋的孵化,他们制作了恒温孵化箱,原理如图20-4-10丙所示。热敏电阻$R_2$安装在恒温箱内,阻值随温度升高而显著减小。
①闭合开关$S_1$,电磁铁的上端是
②$R_3$和$R_4$是加热电阻,$R_3 ＜ R_4$。调整好滑动变阻器$R_1$的阻值,闭合开关$S_1$、$S_2$,恒温箱内温度升高到设定值后,动触点与
图20-4-10
(1)奥斯特在实验中发现:在小磁针上方的导线
通电
瞬间,磁针会发生偏转。改变导线中电流的方向
,小磁针的转动方向会发生改变。(2)将奥斯特实验中的小磁针更换成蹄形磁体,将导体放在磁场里,如图20-4-10乙所示。闭合开关,导体ab向左运动;改变导体ab中的电流方向,同时将磁体的N、S极上下对调,闭合开关后,导体ab向
左
运动。实验中将电
能转化为机械
能,日常生活中的电动机
就是据此原理制成的。(3)学校生物实验小组想要研究鸡蛋的孵化,他们制作了恒温孵化箱,原理如图20-4-10丙所示。热敏电阻$R_2$安装在恒温箱内,阻值随温度升高而显著减小。
①闭合开关$S_1$,电磁铁的上端是
N
极,恒温箱内温度升高时,电磁铁磁性增强
(选填“增强”或“减弱”)。②$R_3$和$R_4$是加热电阻,$R_3 ＜ R_4$。调整好滑动变阻器$R_1$的阻值,闭合开关$S_1$、$S_2$,恒温箱内温度升高到设定值后,动触点与
下方
(选填“上方”或“下方”)静触点相连,加热电阻$R_4$
工作,这样就可以保证孵化箱降温阶段降温比较平缓,恒温箱内温度在小范围内波动。答案
14.(1)通电 方向
(2)左 电 机械 电动机
(3)①N 增强 ②下方 $R_4$
【解析】(3)①闭合开关$S_1$,电流从下端流入,由安培定则可知,电磁铁的上端是N极;由于热敏电阻$R_2$阻值随温度升高而显著减小,所以恒温箱内温度升高时,$R_2$阻值减小,根据欧姆定律可知,电路中电流变大,电磁铁磁性增强。②由$P = \frac{U^2}{R}$可知,电压一定时,电阻越大,功率越小。因为$R_3 ＜ R_4$,所以$R_3$接入时恒温箱内高温加热,当恒温箱内温度升高到设定值后,应停止高温加热,故动触点与下方静触点相连,加热电阻$R_4$工作,可以低温加热,这样就可以保证孵化箱降温阶段降温比较平缓,恒温箱内温度在小范围内波动。
(2)左 电 机械 电动机
(3)①N 增强 ②下方 $R_4$
【解析】(3)①闭合开关$S_1$,电流从下端流入,由安培定则可知,电磁铁的上端是N极;由于热敏电阻$R_2$阻值随温度升高而显著减小,所以恒温箱内温度升高时,$R_2$阻值减小,根据欧姆定律可知,电路中电流变大,电磁铁磁性增强。②由$P = \frac{U^2}{R}$可知,电压一定时,电阻越大,功率越小。因为$R_3 ＜ R_4$,所以$R_3$接入时恒温箱内高温加热,当恒温箱内温度升高到设定值后,应停止高温加热,故动触点与下方静触点相连,加热电阻$R_4$工作,可以低温加热,这样就可以保证孵化箱降温阶段降温比较平缓,恒温箱内温度在小范围内波动。
解析
【分析】
本题综合考查电与磁的相关知识点，分为三个小题，解题思路如下：
(1) 奥斯特实验的核心是电流的磁效应，只有导线通电时，电流周围才会产生磁场，使小磁针偏转；电流的磁场方向与电流方向有关，改变电流方向，磁场方向改变，小磁针转动方向随之改变。
(2) 通电导体在磁场中受力的方向由电流方向和磁场方向共同决定，当两个因素同时改变时，受力方向不变；该过程消耗电能，获得机械能，电动机利用此原理工作。
(3) ① 利用安培定则判断电磁铁极性：右手握住螺线管，四指指向电流方向，大拇指指向N极，确定上端极性；温度升高时，热敏电阻R₂阻值减小，控制电路电流增大，电磁铁磁性增强。② 根据电功率公式P=U²/R，电压一定时，电阻越大功率越小，结合R₃与R₄的阻值关系，分析加热电阻的切换，保证恒温箱降温平缓。
【解析】
(1) 奥斯特实验中，通电导线周围存在磁场，因此导线通电瞬间，小磁针发生偏转；电流的磁场方向与电流方向有关，改变电流方向，磁场方向改变，小磁针转动方向改变。故答案为：通电；方向。
(2) 通电导体在磁场中受力方向由电流方向和磁场方向共同决定，当同时改变电流方向和磁场方向时，受力方向不变，因此导体ab仍向左运动；该过程消耗电能，转化为机械能，电动机是根据此原理制成的。故答案为：左；电；机械；电动机。
(3) ① 闭合开关S₁，电流从电磁铁下端流入，根据安培定则：右手握住螺线管，四指指向电流方向，大拇指指向N极，可知电磁铁上端为N极；温度升高时，热敏电阻R₂阻值减小，控制电路电流变大，电磁铁磁性增强。② 由电功率公式P=U²/R可知，电压一定时，电阻越大功率越小，因R₃＜R₄，故R₄功率更小；当恒温箱温度升高到设定值后，需切换到功率小的R₄工作，此时动触点与下方静触点相连，加热电阻R₄工作，保证降温平缓。故答案为：①N；增强；②下方；R₄。
【答案】
(1) 通电；方向
(2) 左；电；机械；电动机
(3) ① N；增强 ② 下方；R₄
【知识点】
电流的磁效应；通电导体在磁场中受力；电磁继电器
【点评】
本题综合考查电与磁的核心知识点，涵盖基础实验规律与实际应用，需要学生掌握安培定则、受力方向影响因素、电功率与电阻的关系等内容，结合情境分析电磁继电器的工作过程，难度适中，属于中等难度的综合题。
【难度系数】
0.6
本题综合考查电与磁的相关知识点，分为三个小题，解题思路如下：
(1) 奥斯特实验的核心是电流的磁效应，只有导线通电时，电流周围才会产生磁场，使小磁针偏转；电流的磁场方向与电流方向有关，改变电流方向，磁场方向改变，小磁针转动方向随之改变。
(2) 通电导体在磁场中受力的方向由电流方向和磁场方向共同决定，当两个因素同时改变时，受力方向不变；该过程消耗电能，获得机械能，电动机利用此原理工作。
(3) ① 利用安培定则判断电磁铁极性：右手握住螺线管，四指指向电流方向，大拇指指向N极，确定上端极性；温度升高时，热敏电阻R₂阻值减小，控制电路电流增大，电磁铁磁性增强。② 根据电功率公式P=U²/R，电压一定时，电阻越大功率越小，结合R₃与R₄的阻值关系，分析加热电阻的切换，保证恒温箱降温平缓。
【解析】
(1) 奥斯特实验中，通电导线周围存在磁场，因此导线通电瞬间，小磁针发生偏转；电流的磁场方向与电流方向有关，改变电流方向，磁场方向改变，小磁针转动方向改变。故答案为：通电；方向。
(2) 通电导体在磁场中受力方向由电流方向和磁场方向共同决定，当同时改变电流方向和磁场方向时，受力方向不变，因此导体ab仍向左运动；该过程消耗电能，转化为机械能，电动机是根据此原理制成的。故答案为：左；电；机械；电动机。
(3) ① 闭合开关S₁，电流从电磁铁下端流入，根据安培定则：右手握住螺线管，四指指向电流方向，大拇指指向N极，可知电磁铁上端为N极；温度升高时，热敏电阻R₂阻值减小，控制电路电流变大，电磁铁磁性增强。② 由电功率公式P=U²/R可知，电压一定时，电阻越大功率越小，因R₃＜R₄，故R₄功率更小；当恒温箱温度升高到设定值后，需切换到功率小的R₄工作，此时动触点与下方静触点相连，加热电阻R₄工作，保证降温平缓。故答案为：①N；增强；②下方；R₄。
【答案】
(1) 通电；方向
(2) 左；电；机械；电动机
(3) ① N；增强 ② 下方；R₄
【知识点】
电流的磁效应；通电导体在磁场中受力；电磁继电器
【点评】
本题综合考查电与磁的核心知识点，涵盖基础实验规律与实际应用，需要学生掌握安培定则、受力方向影响因素、电功率与电阻的关系等内容，结合情境分析电磁继电器的工作过程，难度适中，属于中等难度的综合题。
【难度系数】
0.6
1. 图20-4-11为某电动机的原理图，EF、PQ为螺线管，abcd为电动机的线圈，OO'为转轴。闭合开关，从O点沿转轴观察，线圈顺时针转动，则螺线管F端为
S
极；若将电源的正、负极对调，从O点沿转轴观察，线圈将顺时针
（选填“顺时针”或“逆时针”）转动。答案
1.S 顺时针 【解析】由题图知,电流从螺线管EF的左端流入,由安培定则可知,E端为N极,F端为S极。由题意知,闭合开关,此时从O点沿转轴观察,线圈顺时针转动;线圈受力转动的方向与磁场方向和电流方向有关,若将电源的正、负极对调,则螺线管中电流方向与原来反向,螺线管的磁极改变,且此时电动机线圈中的电流方向与原来也相反,则线圈受到磁场力的方向不会发生改变,即从O点沿转轴观察,线圈仍顺时针转动。
解析
【分析】
要解决本题，需分两步思考：①利用安培定则判断螺线管EF的磁极，先确定螺线管的电流流向，再通过右手螺旋定则判断磁极；②明确通电线圈在磁场中受力转动方向的影响因素：线圈受力方向与磁场方向、线圈中电流方向有关，若磁场方向和电流方向同时改变，线圈受力方向不变，转动方向也不变。
【解析】
1. 判断螺线管F端的极性：闭合开关后，电流从电源正极流出，流入左侧螺线管EF的E端，从F端流出。根据安培定则（右手握住螺线管，四指指向电流的环绕方向，大拇指所指的一端为螺线管的N极），可判断E端为N极，因此F端为S极。
2. 判断线圈转动方向：通电线圈在磁场中受力转动的方向与磁场方向、线圈中的电流方向有关。若将电源正、负极对调，螺线管EF中的电流方向反向，导致螺线管的磁极改变；同时，电动机线圈中的电流方向也会反向。由于磁场方向和线圈电流方向同时改变，线圈受到的磁场力方向不变，因此从O点沿转轴观察，线圈仍顺时针转动。
【答案】
S；顺时针
【知识点】
安培定则；通电导体在磁场中受力
【点评】
本题考查电动机原理的基础应用，核心是安培定则的运用和通电线圈受力方向的影响因素，掌握相关规律即可顺利解答。
【难度系数】
0.6
要解决本题，需分两步思考：①利用安培定则判断螺线管EF的磁极，先确定螺线管的电流流向，再通过右手螺旋定则判断磁极；②明确通电线圈在磁场中受力转动方向的影响因素：线圈受力方向与磁场方向、线圈中电流方向有关，若磁场方向和电流方向同时改变，线圈受力方向不变，转动方向也不变。
【解析】
1. 判断螺线管F端的极性：闭合开关后，电流从电源正极流出，流入左侧螺线管EF的E端，从F端流出。根据安培定则（右手握住螺线管，四指指向电流的环绕方向，大拇指所指的一端为螺线管的N极），可判断E端为N极，因此F端为S极。
2. 判断线圈转动方向：通电线圈在磁场中受力转动的方向与磁场方向、线圈中的电流方向有关。若将电源正、负极对调，螺线管EF中的电流方向反向，导致螺线管的磁极改变；同时，电动机线圈中的电流方向也会反向。由于磁场方向和线圈电流方向同时改变，线圈受到的磁场力方向不变，因此从O点沿转轴观察，线圈仍顺时针转动。
【答案】
S；顺时针
【知识点】
安培定则；通电导体在磁场中受力
【点评】
本题考查电动机原理的基础应用，核心是安培定则的运用和通电线圈受力方向的影响因素，掌握相关规律即可顺利解答。
【难度系数】
0.6
