初中物理教学中例析电流产生磁场问题

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  在生活中学习初中物理知识,在物理问题中探索物理奥秘,并将所学知识服务于我们的生活,这是学习的最终目标.在培养学生科学素养的同时,还可以提高学生学习物理的兴趣和思维能力,促进学生自身的学习和成长.对于我们的生活与生产来说,电流的用处十分广泛.如果产生磁场之后,我们借助这个磁场又能够做很多事情.所以,当电生磁之后,学生会有耳目一新的感觉。
  [TP12CW49.TIF,YX#]
  1电磁炮
  例1(2015年台州)1901年,挪威人伯克兰造出世界上第一台电磁发射器,首开电磁炮先河.为了认识电磁炮的一些特性,小柯制作了一个电磁炮模型,其原理如图1所示.螺线管通电后,铁制撞针迅速前移,推动炮弹射出炮管。
  (1)小柯要增强电磁炮中螺线管磁场,下列方法可行的是[CD#3](选填字母)。
  A.增加螺线管的线圈匝数
  B.改变线圈中的电流方向
  C.增大通过螺线管的电流
  (2)炮弹的动能影响它的威力.直接测量动能小柯遇到困难,所以,他通过测量同一炮弹的射程(炮弹出射点离落地点间的水平距离)来间接比较.此研究方法与图2中[CD#3](选填字母)实验所用方法相同。
  解析(1)通电螺线管的磁场强弱与电流的强弱和线圈的匝数有关,据此解答。
  由题意可知,要想增强螺线管磁场,可以增加螺线管的线圈的匝数或增强螺线管线圈中电流,故应选A、C。
  (2)通过炮弹出射点离落地点间的水平距离来判断物体动能的大小;该实验方法采用的是转换法,分析得出研究实例的研究方法即可知道用到此研究方法的实例.A.用刻度尺测量物体的长度应用的是直接测量法;B.用量筒测量液体的体积也是直接测量法;C.用压强计研究液体内部压强是通过U型管中两液面的高度差反映液体内部压强的大小,应用了转换法,故选C。
  (3)为使探究结论完善一些,应多次实验找规律;影响炮弹射程的因素还有许多,如炮弹的质量、炮弹出口时的速度等,分析表中数据解答此题.分析表中数据可知,撞针的质量在0.2 g~0.4 g之间电磁弹的射程较远,故应选择质量为0.2 g~0.4 g撞针来试验比较合理。
  答案(1)A、C;(2)C;(3)0.2~0.4。
  点拨此题要求学生学会利用转换法探究问题,这是中学物理的特点,充分利用数据分析得出结论。
  2方向控制
  例2(2015年乐山)小明自制了一个带有电磁铁的木船模型,将它放入水中漂浮,闭合开关后,船头会指向北方偏转.请在图3上标出螺线管的南北极和电源的正负极。
  [TP12CW51.TIF,BP#]
  解析因地磁场沿南北方向,地球南极处为地磁场的N极,地球北极处为地磁场的S极,闭合开关后,船头会指向北方偏转.则螺线管右端为N极,左端为S极,由右手螺旋定则可知电源左端为正极,右端为负极。
  答案如图4所示。
  点拨通过本题应掌握:(1)知道地球是个巨大的磁体,地磁南极在地理北极的附近,地磁北极在地理南极附近;(2)右手螺旋定则内容为:右手握住螺线管,四指指向电流方向,大拇指所指的方向为螺线管N极方向。
  3螺线管中的电流
  例3(2015年安徽)通电螺线管的N、S极如图5所示,由此可判断电流是从[CD#3](选填“a”或“b”)端流入螺旋管的。[TP12CW52.TIF,Y#]
  解析本题由螺线管的N、S极,据安培定则可判断出电流方向,而电流在电源外部从正极出来,回到负极,据此回答。
  用右手握住通电螺线管,让大拇指指向右侧,此时四指所指的方向即为电流的方向,电流从左侧流入,所以电源a端正极、b端为负极。
  答案a
  点拨本题考查右手螺旋定则,其内容为:用右手握住螺线管,四指指向电流方向,大拇指所指的方向为螺线管N极方向。
  4磁控开关
  例4(2015年广东)阅读下面的短文,回答问题。
  [JZ]双触点干簧管
  双触点干簧管是一种磁控开关,结构如图6所示,其外壳是一只密封的玻璃管,管内充有某种惰性气体,并装有A、B和C三块簧片,其中B和C是用铁或镍等材料制成,A是用铜或铝等非磁性材料制成,A的端点与C的端点是固定端点,B的端点是自由端点,正常时B的端点在自身弹力作用下与A的端点接触,当绕在干簧管上的线圈通电时,如图7所示,B的端点与C的端点分别被磁化而相互吸引,当吸引力大于B的弹力时,B与A的端点分开,并与C的端点接触.而当B与C的吸引力减小到一定程度时,B在弹力的作用下与C的端点分开,重新恢复与A的端点接触。
  [TP12CW53.TIF,BP#]
  请问答下列问题:
  (1)在图7中,若要使螺线管的左端为N极,则电源左端是[CD#3]极.
  (2)簧片A、B和C所对应的材料可能是[CD#3].(填写序号)
  ①铁、铁、铜②铜、铝、铁
  ③铜、铁、铁④镍、铁、铝
  (3)当B的端点与C的端点接触时,簧片B具有[CD#2]势能。
  (4)如图8所示,请将电路连接完整,要求闭合开关后,红灯先通电,然后绿灯与红灯能交替通电。
  解析(1)螺线管的左端为N极,右手握住螺线管,大拇指朝左,电流从左侧流进,右侧流出,所以电源的左端是正极;(2)由于磁铁能够磁化干簧管的B、C两个簧片,所以制作材料可能是铁;不能吸引A,制作材料可能是铜;故选③;(3)正常时B的端点在自身弹力作用下与A的端点接触,当B的端点与C的端点接触时,簧片B发生弹性形变,所以它具有弹性势能;(4)当开关S闭合后,电路接通红灯亮,故红灯与螺线管相连且与簧片A组成一条支路.
  [TP12CW54.TIF,Y#]
  通电后螺线管产生磁性,B的端点与C的端点分别被磁化而相互吸引,把簧片吸下来,绿灯电路接通灯亮.所以绿灯与C相连.这样交替进行.如图9所示。
  答案(1)正;(2)③;(3)弹性;(4)如解析(4)中图9所示。
  点拨干簧管实际是一种继电器控制电路,其作用相当于一个开关,解答中主要用到了安培定则的应用,磁化的特点,以及电路的设计等,有一定的难度,但也给我们很多的启示,是一个很好的应用,也是一道不错的题目.
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