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13. 在学习“电和磁”相关知识后，某小组同学拿来一根已连接导线的导体棒$ab$做了如下实验研究.
(1)如图甲所示，开关断开时，小磁针$N$极(小磁针黑色端为$N$极)总是指向右端，则右端是地理的(选填“南”或“北”)极；开关闭合后，小磁针$N$极转向垂直纸面向内，说明了通电导体棒$ab$周围存在.
(2)根据图甲中小磁针静止时的指向可以判断图乙中的小磁针$N$极的转动情况是（选填“转向纸内”“转向纸外”或“保持不动”），通电导体棒$ab$产生的磁场的方向与电流的方向（选填“有关”或“无关”）.
(3)如图丙所示，把导体棒$ab$置于蹄形磁体的磁场中.
①请用笔画线将图丙中的电源、开关、电流表、滑动变阻器及导体棒$ab$连成串联电路（部分导线已连接）.要求：滑动变阻器的滑片$P$向$B$端移动时，电流表的示数增大.
②正确连接电路后，闭合开关，观察到导体棒$ab$向左摆动.若仅将磁体的$N$、$S$极对调，导体棒$ab$会向(选填“左”或“右”)摆动.
③为了使该实验顺利进行，装置中的导体棒$ab$应选用轻质的(选填“铁棒”或“铝棒”).
④通电导体棒$ab$在磁场中受力大小可能与电流大小、磁场强弱有关.小明为了“探究通电导体棒$ab$受力大小与电流大小的关系”，需要控制不变，改变电流大小，并记录导体棒$ab$每次，进行比较得出结论.
(1)如图甲所示，开关断开时，小磁针$N$极(小磁针黑色端为$N$极)总是指向右端，则右端是地理的(选填“南”或“北”)极；开关闭合后，小磁针$N$极转向垂直纸面向内，说明了通电导体棒$ab$周围存在.
(2)根据图甲中小磁针静止时的指向可以判断图乙中的小磁针$N$极的转动情况是（选填“转向纸内”“转向纸外”或“保持不动”），通电导体棒$ab$产生的磁场的方向与电流的方向（选填“有关”或“无关”）.
(3)如图丙所示，把导体棒$ab$置于蹄形磁体的磁场中.
①请用笔画线将图丙中的电源、开关、电流表、滑动变阻器及导体棒$ab$连成串联电路（部分导线已连接）.要求：滑动变阻器的滑片$P$向$B$端移动时，电流表的示数增大.
②正确连接电路后，闭合开关，观察到导体棒$ab$向左摆动.若仅将磁体的$N$、$S$极对调，导体棒$ab$会向(选填“左”或“右”)摆动.
③为了使该实验顺利进行，装置中的导体棒$ab$应选用轻质的(选填“铁棒”或“铝棒”).
④通电导体棒$ab$在磁场中受力大小可能与电流大小、磁场强弱有关.小明为了“探究通电导体棒$ab$受力大小与电流大小的关系”，需要控制不变，改变电流大小，并记录导体棒$ab$每次，进行比较得出结论.
答案
北
磁场
转向
纸外
有关
右
铝棒
磁场强弱
摆动幅度
（或偏转角度）
解析
【分析】
本题围绕电与磁的核心实验展开，需结合磁体指向性、电流磁效应、通电导体在磁场中受力的规律，分模块逐一分析：
1. 针对(1)，依据小磁针N极指向与地理南北极的对应关系判断地理方向；结合奥斯特实验结论，分析通电导体周围的磁场特性。
2. 针对(2)，对比图甲、乙的电流方向，根据电流磁效应中磁场方向与电流方向的关联，判断小磁针转动情况，推导磁场方向与电流方向的关系。
3. 针对(3)：
①连接串联电路时，需满足“滑片P向B端移动电流增大”的要求，即滑动变阻器接入电阻减小，据此选择合适接线柱，将各元件依次串联。
②根据通电导体受力方向与磁场方向的关系，判断磁场方向改变后导体的摆动方向。
③考虑磁体对磁性材料的吸引作用，选择合适的导体棒材质。
④运用控制变量法，明确探究“受力与电流大小关系”时的控制量，以及反映受力大小的观察指标。
【解析】
(1) 地球是天然磁体，地磁南极对应地理北极，小磁针N极指向地磁南极，因此右端是地理的北极；开关闭合后小磁针偏转，说明通电导体棒$ab$周围存在磁场，这是电流的磁效应。
(2) 图甲电流方向为$a\to b$，小磁针N极转向纸内；图乙电流方向为$b\to a$，与甲相反，由于通电导体周围磁场方向与电流方向有关，因此小磁针N极会转向纸外，证明磁场方向与电流方向有关。
(3) ①电路连接：将导体棒$a$端与滑动变阻器的B下端接线柱相连，滑动变阻器上端接线柱与电流表“0.6”接线柱相连，电流表负接线柱与电源负极相连，确保滑片向B移动时电阻减小、电流增大，连接图见参考答案。
②通电导体受力方向与磁场方向有关，仅对调磁体N、S极，磁场方向改变，导体受力方向反向，因此$ab$向右摆动。
③铁棒会被磁体吸引，干扰实验观察，故选用轻质的铝棒。
④探究受力与电流大小的关系，需控制磁场强弱不变，通过记录导体棒的摆动幅度（或偏转角度）反映受力大小，比较得出结论。
【答案】
(1) 北；磁场
(2) 转向纸外；有关
(3) ① 如图所示（见参考答案连接图）；② 右；③ 铝棒；④ 磁场强弱；摆动幅度（或偏转角度）
【知识点】
电流的磁效应；通电导体在磁场中受力；控制变量法
【点评】
本题综合考查电与磁的核心实验原理，涵盖奥斯特实验、通电导体受力的影响因素及控制变量法的应用，既注重基础概念的理解，也考查实验操作与探究能力，对知识的综合运用能力要求较高。
【难度系数】
0.6
本题围绕电与磁的核心实验展开，需结合磁体指向性、电流磁效应、通电导体在磁场中受力的规律，分模块逐一分析：
1. 针对(1)，依据小磁针N极指向与地理南北极的对应关系判断地理方向；结合奥斯特实验结论，分析通电导体周围的磁场特性。
2. 针对(2)，对比图甲、乙的电流方向，根据电流磁效应中磁场方向与电流方向的关联，判断小磁针转动情况，推导磁场方向与电流方向的关系。
3. 针对(3)：
①连接串联电路时，需满足“滑片P向B端移动电流增大”的要求，即滑动变阻器接入电阻减小，据此选择合适接线柱，将各元件依次串联。
②根据通电导体受力方向与磁场方向的关系，判断磁场方向改变后导体的摆动方向。
③考虑磁体对磁性材料的吸引作用，选择合适的导体棒材质。
④运用控制变量法，明确探究“受力与电流大小关系”时的控制量，以及反映受力大小的观察指标。
【解析】
(1) 地球是天然磁体，地磁南极对应地理北极，小磁针N极指向地磁南极，因此右端是地理的北极；开关闭合后小磁针偏转，说明通电导体棒$ab$周围存在磁场，这是电流的磁效应。
(2) 图甲电流方向为$a\to b$，小磁针N极转向纸内；图乙电流方向为$b\to a$，与甲相反，由于通电导体周围磁场方向与电流方向有关，因此小磁针N极会转向纸外，证明磁场方向与电流方向有关。
(3) ①电路连接：将导体棒$a$端与滑动变阻器的B下端接线柱相连，滑动变阻器上端接线柱与电流表“0.6”接线柱相连，电流表负接线柱与电源负极相连，确保滑片向B移动时电阻减小、电流增大，连接图见参考答案。
②通电导体受力方向与磁场方向有关，仅对调磁体N、S极，磁场方向改变，导体受力方向反向，因此$ab$向右摆动。
③铁棒会被磁体吸引，干扰实验观察，故选用轻质的铝棒。
④探究受力与电流大小的关系，需控制磁场强弱不变，通过记录导体棒的摆动幅度（或偏转角度）反映受力大小，比较得出结论。
【答案】
(1) 北；磁场
(2) 转向纸外；有关
(3) ① 如图所示（见参考答案连接图）；② 右；③ 铝棒；④ 磁场强弱；摆动幅度（或偏转角度）
【知识点】
电流的磁效应；通电导体在磁场中受力；控制变量法
【点评】
本题综合考查电与磁的核心实验原理，涵盖奥斯特实验、通电导体受力的影响因素及控制变量法的应用，既注重基础概念的理解，也考查实验操作与探究能力，对知识的综合运用能力要求较高。
【难度系数】
0.6
14. 小硕在综合实践课上，开展了自制“温度自动报警器”的跨学科实践活动.
【项目分析】查阅相关资料得知，电饭锅的加热盘中央有一块磁铁，当其达到一定温度时磁性便会消失，由此猜想磁铁的磁性与温度有关.
【项目实施】他将一条形磁铁的一端固定在铁架台上，另一端吸着一些小铁钉，用酒精灯给磁铁加热，如图甲所示.经过一段时间后，当磁铁被烧红时，发现铁钉纷纷落下.由此可知，当温度逐渐升高时，磁铁的磁性减弱直至消失.
(1)小硕在甲图的基础上设计了图乙所示的温度报警器，其中弹簧开关需要用(选填“铜片”或“铁片”)制作.当温度达到一定时，磁铁的磁性消失，弹簧开关由于具有性会恢复原状，电路被接通，从而使电铃报警.
【项目改进】图乙的报警器温度是固定的，不能调节.于是小硕根据温度计的原理及电磁铁的性质，利用温度计、探针、电磁铁、电铃、电池、导线等器材设计了一种可调式温度报警器.
(2)请你在图丙中完成该电路的连接.
(3)通过改变探针在温度计中的位置就可以改变报警的温度，该温度计中的液体需要用(选填“水银”或“煤油”).
【项目拓展】由于防火安全十分重要.小硕又将温度报警器进一步改进，制作了一个简易火灾自动报警器，其电路结构如图丁所示.其中热敏电阻$R$的阻值随温度$T$变化的图像如图戊所示.
(4)若通过电磁铁线圈的电流$I ≥ 100\ \mathrm{mA}$才会报警(线圈电阻忽略不计)，电源电压$U_1$为$12\ \mathrm{V}$，欲实现温度达到或超过$60\ °\mathrm{C}$报警器响起，则滑动变阻器最大阻值不能小于$\Omega$.在其他条件不变的情况下，若要报警器在$50\ °\mathrm{C}$报警，则可将滑动变阻器的触片$P$向(选填“上”或“下”)滑动调节.
【项目分析】查阅相关资料得知，电饭锅的加热盘中央有一块磁铁，当其达到一定温度时磁性便会消失，由此猜想磁铁的磁性与温度有关.
【项目实施】他将一条形磁铁的一端固定在铁架台上，另一端吸着一些小铁钉，用酒精灯给磁铁加热，如图甲所示.经过一段时间后，当磁铁被烧红时，发现铁钉纷纷落下.由此可知，当温度逐渐升高时，磁铁的磁性减弱直至消失.
(1)小硕在甲图的基础上设计了图乙所示的温度报警器，其中弹簧开关需要用(选填“铜片”或“铁片”)制作.当温度达到一定时，磁铁的磁性消失，弹簧开关由于具有性会恢复原状，电路被接通，从而使电铃报警.
【项目改进】图乙的报警器温度是固定的，不能调节.于是小硕根据温度计的原理及电磁铁的性质，利用温度计、探针、电磁铁、电铃、电池、导线等器材设计了一种可调式温度报警器.
(2)请你在图丙中完成该电路的连接.
(3)通过改变探针在温度计中的位置就可以改变报警的温度，该温度计中的液体需要用(选填“水银”或“煤油”).
【项目拓展】由于防火安全十分重要.小硕又将温度报警器进一步改进，制作了一个简易火灾自动报警器，其电路结构如图丁所示.其中热敏电阻$R$的阻值随温度$T$变化的图像如图戊所示.
(4)若通过电磁铁线圈的电流$I ≥ 100\ \mathrm{mA}$才会报警(线圈电阻忽略不计)，电源电压$U_1$为$12\ \mathrm{V}$，欲实现温度达到或超过$60\ °\mathrm{C}$报警器响起，则滑动变阻器最大阻值不能小于$\Omega$.在其他条件不变的情况下，若要报警器在$50\ °\mathrm{C}$报警，则可将滑动变阻器的触片$P$向(选填“上”或“下”)滑动调节.
答案
铁片
弹
水银
40
下
解析
【分析】
1. 第(1)问：弹簧开关需要能被磁铁吸引，铁片属于磁性材料可被磁铁吸引，铜片不能；弹簧开关在磁铁磁性消失后能恢复原状，是因为自身具有弹性。
2. 第(2)问：可调式温度报警器利用温度计中导电液体（水银）上升接通控制电路，使电磁铁产生磁性，从而触发工作电路让电铃报警。连接时需将控制电路（电源、电磁铁、温度计探针、水银）和工作电路（电源、电铃、电磁铁控制的开关）正确连通。
3. 第(3)问：温度计液体需为导体才能接通电路，水银是导体，煤油是绝缘体，因此选水银。
4. 第(4)问：先根据欧姆定律计算报警时的总电阻，结合60℃时热敏电阻的阻值求出滑动变阻器的最小阻值；50℃时热敏电阻阻值更大，为保持总电阻不变，需减小滑动变阻器阻值，判断触片移动方向。
【解析】
(1) 要使弹簧开关能被磁铁吸引，需用磁性材料制作，因此选铁片；弹簧开关在磁铁磁性消失后，依靠自身的弹性恢复原状，接通电路使电铃报警。
(2) 电路连接：控制电路依次连接电源、电磁铁、温度计金属外壳、水银、探针；工作电路依次连接电源、电铃、被电磁铁吸引的开关（连接方式如参考答案图所示），当温度升高水银上升接触探针时，控制电路接通，电磁铁产生磁性吸引开关，工作电路接通，电铃报警。
(3) 温度计中的液体需要是导体，才能在温度升高时接通控制电路，水银是导体，煤油是绝缘体，故填水银。
(4) ①已知电源电压$U_1=12\ \mathrm{V}$，报警电流$I=100\ \mathrm{mA}=0.1\ \mathrm{A}$，根据欧姆定律$R_{总}=\frac{U_1}{I}=\frac{12\ \mathrm{V}}{0.1\ \mathrm{A}}=120\ \Omega$；由图戊可知，60℃时热敏电阻$R=80\ \Omega$，则滑动变阻器的最小阻值$R_{滑}=R_{总}-R=120\ \Omega-80\ \Omega=40\ \Omega$，即滑动变阻器最大阻值不能小于40Ω。
②50℃时热敏电阻的阻值大于60℃时的阻值，为保持总电阻不变使电流仍达到报警电流，需减小滑动变阻器的阻值，因此触片$P$应向下滑动。
【答案】
(1) 铁片；弹
(2) 如图所示（对应参考答案中的连接图）
(3) 水银
(4) 40；下
【知识点】
磁性材料性质；弹性；欧姆定律应用
【点评】
本题结合温度自动报警器的制作，融合了电磁学、热学、力学的跨学科知识，考查了磁性与温度的关系、弹性的应用、导体绝缘体的区分以及欧姆定律的计算，注重知识的实际应用，培养学生的跨学科解决问题能力。
【难度系数】
0.6
1. 第(1)问：弹簧开关需要能被磁铁吸引，铁片属于磁性材料可被磁铁吸引，铜片不能；弹簧开关在磁铁磁性消失后能恢复原状，是因为自身具有弹性。
2. 第(2)问：可调式温度报警器利用温度计中导电液体（水银）上升接通控制电路，使电磁铁产生磁性，从而触发工作电路让电铃报警。连接时需将控制电路（电源、电磁铁、温度计探针、水银）和工作电路（电源、电铃、电磁铁控制的开关）正确连通。
3. 第(3)问：温度计液体需为导体才能接通电路，水银是导体，煤油是绝缘体，因此选水银。
4. 第(4)问：先根据欧姆定律计算报警时的总电阻，结合60℃时热敏电阻的阻值求出滑动变阻器的最小阻值；50℃时热敏电阻阻值更大，为保持总电阻不变，需减小滑动变阻器阻值，判断触片移动方向。
【解析】
(1) 要使弹簧开关能被磁铁吸引，需用磁性材料制作，因此选铁片；弹簧开关在磁铁磁性消失后，依靠自身的弹性恢复原状，接通电路使电铃报警。
(2) 电路连接：控制电路依次连接电源、电磁铁、温度计金属外壳、水银、探针；工作电路依次连接电源、电铃、被电磁铁吸引的开关（连接方式如参考答案图所示），当温度升高水银上升接触探针时，控制电路接通，电磁铁产生磁性吸引开关，工作电路接通，电铃报警。
(3) 温度计中的液体需要是导体，才能在温度升高时接通控制电路，水银是导体，煤油是绝缘体，故填水银。
(4) ①已知电源电压$U_1=12\ \mathrm{V}$，报警电流$I=100\ \mathrm{mA}=0.1\ \mathrm{A}$，根据欧姆定律$R_{总}=\frac{U_1}{I}=\frac{12\ \mathrm{V}}{0.1\ \mathrm{A}}=120\ \Omega$；由图戊可知，60℃时热敏电阻$R=80\ \Omega$，则滑动变阻器的最小阻值$R_{滑}=R_{总}-R=120\ \Omega-80\ \Omega=40\ \Omega$，即滑动变阻器最大阻值不能小于40Ω。
②50℃时热敏电阻的阻值大于60℃时的阻值，为保持总电阻不变使电流仍达到报警电流，需减小滑动变阻器的阻值，因此触片$P$应向下滑动。
【答案】
(1) 铁片；弹
(2) 如图所示（对应参考答案中的连接图）
(3) 水银
(4) 40；下
【知识点】
磁性材料性质；弹性；欧姆定律应用
【点评】
本题结合温度自动报警器的制作，融合了电磁学、热学、力学的跨学科知识，考查了磁性与温度的关系、弹性的应用、导体绝缘体的区分以及欧姆定律的计算，注重知识的实际应用，培养学生的跨学科解决问题能力。
【难度系数】
0.6
