专题06 探究影响电磁铁磁性强弱的因素-初中物理九年级年级下册部分物理实验报告单北师大版

实验三探究影响电磁铁磁性强弱的因素
红色部分为学生填写内容
一、实验准备
1.实验目的：探究影响电磁铁磁性强弱的因素及影响因素与电磁铁磁性的具体关
系。

2.实验器材：一根4—5厘米的纸管、两根较大的铁钉，少许大头针，漆包线、
细砂纸、电源、开关、滑动变阻器和导线等
二、实验过程及探究
1.实验注意事项：（1）实验不能长时间进行，以免损害电源。

（2）连接电路时开关应该处于断开状态。

（3）电路中的电流不易过大，以免放出热量太多，烧坏电路。

（4）实验时要竖立放置电磁铁，磁性强弱用吸引大头针的数
量来判定。

2.实验过程
（1）猜想a.构成电磁铁的部件之一就是线圈，线圈的匝数可能会影响电磁铁
磁性的强弱。

猜想b.过程电磁铁的另一个部件是铁芯，铁芯的粗细长短可能会影响电磁
铁磁性的强弱。

猜想c.电磁铁只有在线圈中有电流时才会有磁性，电流的大小可能会影响
电磁铁的强弱。

（2）探究实验一：线圈的匝数是否影响磁性强弱。

a.把自制的两个电磁铁上的漆包线分别绕城50匝和100匝的单层线圈，串
联（填“串联”或“并联”）接入如图所示的电路中。

b.观察他们吸引大头针的数量来放映磁性的强弱。

（3）探究实验二：铁芯的粗细和长短是否会影响磁性的强弱？
a.把自制的两个电磁铁上的漆包线绕城相同的匝数（如50匝）的单层线圈，其中一个放入一个大铁钉，另一个放入两个大铁钉，串联接入的电路中。

b.闭合开关，比较它们吸引的大头针数量，来放映磁性的强弱。

（4）探究实验三：线圈中电流大小是否会影响磁性强弱。

a.把自制的一个电磁铁接入如图所示的电路中。

b.闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，改变电路中的电流，比较当通入的电流变化时电磁铁磁性的强弱。

3.实验记录
实验一：电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系
（1）当电磁铁的电流和铁芯一定时，线圈的匝数越多，电磁铁的磁性越强。

（2）当电磁铁的电流和线圈的匝数一定时，铁芯越粗，电磁铁的磁性越强。

（3）当电磁铁的铁芯和线圈匝数一定时，电流越大，电磁铁的磁性越强。

5.整理器材：
将实验器材拆装，整齐的摆放在实验台上。

6.实验反思：
（1）你认为还有哪些因素可能影响电磁铁磁性的强弱在实验中没有考虑到？
在实验中，周围环境的温度可能会影响电磁铁磁性的强弱，可用酒精灯对电磁铁进行加热来验证这一猜想。

（2）电磁铁在生活中有什么应用？
1.电磁起重机：
电磁铁在实际中的应用很多，最直接的应用就是电磁起重机。

把电磁铁安装在吊车上，通电后吸起大量钢铁，移动到另一位置后切断电流，把钢铁放下。

大型电磁起重机一次可以吊起几吨钢材。

2.电磁继电器：
电磁继电器是由电磁铁控制的自动开关。

使用电磁继电器可用低电压和弱电流来控制高电压和强电流，实现远距离操作。

3.电铃：
电路闭合，电磁铁吸引弹性片，使铁锤向铁铃方向运动，铁锤打击铁铃而发出声音，同时电路断开，电磁铁没有了磁性，铁锤又被弹回，电路闭合。

如此不断重复，电铃发出了持续的铃声。

三、实验评价
1.中考考点
（1）电磁铁通电后具有磁性的原理（电流的磁效应）
（2）磁场的基本性质
（3）滑动变阻器的作用（改变电路中的电流）
（4）转化法的应用（用电磁铁吸引铁钉的数量来反映磁性的强弱）
（5）控制变量法的应用。

（6）安培定则的应用：电磁铁南北极的判断。

2.中考连接
在探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”实验中，小明制成简易电磁铁甲、乙，并设计了如图所示的电路。

（1）当滑动变阻器滑片向左移动时，电磁铁甲、乙吸引大头针的个数__增加
______ (填“增加”或“减少”)，说明电流越___大_______，电磁铁磁性越强。

（2）根据图示的情境可知，_甲______ (填“甲”或“乙”)的磁性强，说明电流一定时，___线圈的匝数越多__，电磁铁磁性越强。

（3）根据右手螺旋定则，可判断出乙铁钉的上端是电磁铁的______极。

（4）电磁铁吸引的大头针下端分散的原因是_同名磁极相互排斥
_________________。

五、拓展阅读
磁悬浮列车
主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成。

尽管可以使用与磁力无关的推进系统，但在目前的绝大部分设计中，这三部分的功能均由磁力来完成。

磁悬浮列车悬浮方式
（1）磁浮有3个基本原理。

第一个原理是当靠近金属的磁场改变，金属上的电子会移动，并且产生电流。

第二个原理就是电流的磁效应。

当电流在电线或一块金属中流动时，会产生磁场。

通电的线圈就成了一块磁铁。

磁浮的第三个原理我们就再熟悉不过了，磁铁间会彼此作用，同极性相斥，异极性相吸。

现在看看磁浮是如何作用的：磁铁从一块金属的上方经过，金属上的电子因磁场改变而开始移动（原理一）。

电子形成回路，所以接着也产生了本身的磁场（原理二）。

图 1 以最简单的方式来表达这个过程，移动中的磁铁使金属中出现一块假想的磁铁。

这块假想磁铁具有方向性，因是同极性相对，因此会对原有的磁铁产生斥力。

也就是说，如果原有的磁铁是北极在下，假想磁铁则是北极在上；反之亦然。

因为磁铁的同极相斥（原理三），让磁铁在一块金属上方移动，结果会对移动中的磁铁产生一股往上推动的力量。

如果磁铁移动得足够快，这个力量会大得足以克服向下的重力，举起移动中的磁铁。

所以当磁铁移动时，会使得自己浮在金属上方，并靠着本身电子移动产生的力量保持浮力。

这个过程就是所谓的磁浮，这个原理可以适用在列车上。

下面介绍常导磁吸式（EMS）和超导磁斥式（EDS）列车的具体运行原理。

常导磁吸式(EMS) 利用装在车辆两侧转向架上的常导电磁铁(悬浮电磁铁)和铺设在线路导轨上的磁铁，在磁场作用下产生的吸引力使车辆浮起，见图2所示。

车辆和轨面之间的间隙与吸引力的大小成反比。

为了保证这种悬浮的可靠性和列车运行的平稳，使直线电机有较高的功率，必须精确地控制电磁铁中的电流，使磁场保持稳定的强度和悬浮力，使车体与导轨之间保持大约10 mm的间隙。

通常采用测量间隙用的气隙传感器来进行系统的反馈控制。

这种悬浮方式不需要设置专用的着地支撑装置和辅助的着地车轮，对控制系统的要求也可以稍低一些。

超导磁斥式(EDS) 此种形式在车辆底部安装超导磁体（放在液态氦储存槽内），在轨道两侧铺设一系列铝环线圈。

列车运行时，给车上线圈(超导磁体)通电
流，产生强磁场，地上线圈(铝环)与之相切与车辆上超导磁体的磁场方向相反，两个磁场产生排斥力。

当排斥力大于车辆重量时，车辆就浮起来。

因此，超导磁斥式就是利用置于车辆上的超导磁体与铺设在轨道上的无源线圈之间的相对运动，来产生悬浮力将车体抬起来的。

如图3所示。

由于超导磁体的电阻为零，在运行中几乎不消耗能量，而且磁场强度很大。

在超导体和导轨之间产生的强大排斥力，可使车辆浮起。

当车辆向下位移时，超导磁体与悬浮线圈的间距减小电流增大，使悬浮力增加，又使车辆自动恢复到原来的悬浮位置。

这个间隙与速度的大小有关，一般到100km/h时车体才能悬浮。

因此，必须在车辆上装设机械辅助支承装置，如辅助支持轮及相应的弹簧支承，以保证列车安全可靠地着地。

控制系统应能实现起动和停车的精确控制。