10. 跨学科实践（2025潍坊改编）如图所示是某兴趣小组自制的简易电动机。一块纽扣状强磁体的上端磁极吸附在一根铁钉的底部，铁钉的尖端竖直地吸在一节干电池的正极上；将导线一端接在电池负极，若另一端接在磁体上，铁钉和磁体就会沿图示方向转动。（整个实验电路电阻较小）下列分析正确的是（）

A.铁钉中电流的方向是从底部指向尖端
B.铁钉和磁体转动时，机械能转化为电能
C.电路中电流较大，不能长时间进行实验
D.若只将磁体的上下极调换，铁钉和磁体仍沿图示方向转动

10. C

【分析】
要解决这道题，需结合电路电流方向、电动机的能量转化、电流热效应、磁场对通电导体作用力的影响因素，逐一分析每个选项：
1. 分析电流方向：先明确电池正负极，图中电池的“+”极在下端，铁钉尖端接电池正极，因此铁钉中电流是从尖端（接正极）流向底部，而非选项A所述方向；
2. 分析能量转化：该装置是简易电动机，转动时消耗电能、获得机械能，能量转化为电能转机械能，据此判断选项B；
3. 分析电流大小：电路电阻较小，根据欧姆定律，电源电压一定时，电阻小则电流大，电流过大产生的热量多，不能长时间实验，判断选项C；
4. 分析转动方向：磁场对通电导体的作用力方向与电流方向、磁场方向都有关，调换磁体上下极会改变磁场方向，电流方向不变，作用力方向改变，转动方向也会改变，判断选项D。
【解析】
逐一分析各选项：
选项A：电池正极在下端，铁钉尖端与电池正极相连，电流从正极流出，经铁钉尖端流向铁钉底部，因此铁钉中电流方向是从尖端指向底部，A错误；
选项B：该装置为简易电动机，转动过程中消耗电能，获得机械能，能量转化是电能转化为机械能，B错误；
选项C：整个实验电路电阻较小，由欧姆定律$I=\frac{U}{R}$可知，电源电压一定时，电路中电流较大，电流的热效应明显，不能长时间进行实验，C正确；
选项D：磁场对通电导体的作用力方向与磁场方向和电流方向有关，调换磁体上下极会改变磁场方向，电流方向不变，因此作用力方向改变，铁钉和磁体的转动方向会改变，不会沿图示方向转动，D错误。
【答案】
C
【知识点】
电动机原理、电流方向、能量转化
【点评】
本题结合自制简易电动机考查电路分析、电动机能量转化、电流热效应及磁场对电流作用力的影响，属于跨学科实践类题目，需学生结合物理知识逐一判断，难度适中。
【难度系数】
0.6

11.我国第三艘航空母舰“福建舰”配备了电磁弹射器。如图甲所示,当弹射车内的导体通电时,受到推力并带动飞机短距离快速起飞,短时间内可放飞多架舰载机是形成强大战斗力的关键。创新小组的同学们,调查研究发现通电直导体在磁场中受力大小与磁场强弱、磁场中的导体长度及电流大小有关。他们为进一步研究,设计了如图乙所示的实验装置,通电直铜棒置于水平放置的压力传感器上,直铜棒的两端通过导线与电流表、滑动变阻器、电源、开关相连。闭合开关,通过改变连入电路中滑动变阻器的阻值,获得多组数据并记录在表格中。

(1)此实验研究的可探究性问题是。
(2)分析表中数据可知:闭合开关后,直铜棒受到磁场的作用力方向是(选填“向上”或“向下”)的。得出的结论是。

11.(1) 探究通电直导体在磁场中受力大小与电流大小的关系 (2) 向上 在磁场强弱、导体在磁场中的长度一定时,电流越大,通电直导体在磁场中受力越大

【分析】
第(1)问：实验中通过滑动变阻器改变电路电流，同时控制磁场强弱、导体在磁场中的长度不变，因此探究的是受力大小与电流的关系；第(2)问：压力传感器测铜棒对它的压力，结合受力分析，压力变化可判断受力方向，再通过控制变量法分析电流对受力的影响。
【解析】
(1) 实验时控制磁场强弱、导体在磁场中的长度不变，仅改变电路中的电流大小，因此探究的可探究性问题是：通电直导体在磁场中受力大小与电流大小的关系。
(2) 直铜棒受向下的重力、磁场作用力和向上的支持力，压力传感器示数等于支持力；若通电后压力减小，说明支持力减小，可知磁场对铜棒的作用力方向向上；根据控制变量法，在磁场强弱、导体在磁场中的长度一定时，电流越大，压力传感器示数越小，说明通电直导体在磁场中受力越大。
【答案】
(1) 探究通电直导体在磁场中受力大小与电流大小的关系
(2) 向上；在磁场强弱、导体在磁场中的长度一定时，电流越大，通电直导体在磁场中受力越大
【知识点】
通电导体在磁场中受力、控制变量法
【点评】
本题考查通电导体在磁场中受力的探究实验，需运用控制变量法，结合受力分析判断受力方向，属于基础实验题，侧重实验思路和结论的推导。
【难度系数】
0.5

12. 组装直流电动机后，接通电源，若出现如表所示的现象，请分析原因，然后将原因填在横线上（均填写字母）。
| 现象 | 原因 | 原因选项 |
| --- | --- | --- |
| ①转动较慢，显得很吃力 | | A. 摩擦阻力太大
B. 换向器与电刷接触不良
C. 启动前线圈刚好处于平衡位置 |
| ②刚接通电源时，电动机不转，但用手轻轻拨动一下线圈，电动机就能顺利转动起来 | | |
| ③电动机不转，将电刷与换向器之间的压力调大些，电动机才能转动起来 | | |

12. A C B

【分析】
要解决这道题，需结合直流电动机的工作原理和常见故障的原因逐一分析：①转动慢且吃力，说明电动机运转时受到的阻力过大，对应摩擦阻力太大；②刚接通电源不转，用手拨动后能转动，是因为启动前线圈刚好处于平衡位置，此时线圈两个边受到的磁场力平衡，无法转动，拨动后偏离平衡位置就会受力转动；③调大电刷与换向器的压力后电动机才转动，说明电刷与换向器接触不良，压力小导致接触电阻大，通过线圈的电流过小，无法转动，增大压力后接触变好，电流足够，电动机就能转动。
【解析】
根据上述分析，逐一对应现象与原因：
1. 现象①转动较慢、很吃力，原因是摩擦阻力太大，对应选项A；
2. 现象②刚接通电源不转，拨动后转动，原因是启动前线圈刚好处于平衡位置，对应选项C；
3. 现象③调大电刷压力才转动，原因是换向器与电刷接触不良，对应选项B。
【答案】
A、C、B
【知识点】
直流电动机故障分析、直流电动机工作原理
【点评】
本题考查直流电动机常见故障的原因分析，属于初中物理电磁学部分的基础应用题目，需要学生掌握电动机的工作原理及各部件的作用，准确对应现象与原因即可解答。
【难度系数】
0.6