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实验22 电磁感应和交变电流
目 录
01 新高考命题热点
02 核心考点综述
1）电磁感应现象与规律
①感应电流产生条件
②楞次定律的深化应用
③法拉第电磁感应定律
2）交变电流的产生与特性
①正弦式交变电流的产生
②有效值与峰值的关系
③变压器原理
3）实验方法与误差分析
①电磁感应实验关键
②误差来源与控制
03 典型真题精练
04 创新实验新考法
1）探究感应电流的方向
2）研究电磁感应现象
3）研究感应电动势与磁通量变化快慢的关系
4）研究变压器原副线圈电压与匝数的关系
5）探究正弦交变电流电压的有效值与最大值之间的关系
1
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05 分层强化训练
2
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1.数字化实验与图像分析
结合电流传感器、电压传感器实时采集数据，通过计算机生成I-t、U-t 曲线，考查学生对电磁感应过
程中动态变化的理解。
要求根据图像斜率、面积提取关键信息，如感应电动势的大小、电荷量的计算。
2.跨学科情境与创新应用
结合新能源技术（如风力发电、电磁储能），分析电磁感应在实际场景中的能量转化。
考查交变电流在电力传输、电子技术中的应用，如变压器原理、有效值的实际意义。
3.批判性思维与实验设计
设计实验验证楞次定律的不同表述形式（如 “增反减同”“来拒去留”），分析实验误差来源。
探究电磁感应中能量守恒的表现形式，如安培力做功与电能转化的关系。
一、电磁感应现象与规律
1.感应电流产生条件
闭合回路的磁通量发生变化，包括：
（1）磁场强度变化（如条形磁铁插入线圈）。
（2）回路面积变化（如导体棒切割磁感线）。
（3）磁场与回路相对位置变化。
2.楞次定律的深化应用
（1）“增反减同”：感应电流的磁场阻碍原磁通量的变化。
（2）“来拒去留”：导体与磁场相对运动时，安培力阻碍相对运动。
（3）面积趋势：磁通量增大时，线圈面积有收缩趋势；磁通量减小时，面积有扩张趋势。
3.法拉第电磁感应定律
（1）感应电动势大小：
（适用于磁通量变化的所有情况）。
3
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（2）导体切割磁感线：E = BLv(B、L、v)两两垂直），若导体棒绕一端旋转切割，电动势为
。
二、交变电流的产生与特性
1.正弦式交变电流的产生
线圈在匀强磁场中匀速转动，感应电动势瞬时值表达式：
（Em＝NBSω）
2.有效值与峰值的关系
（1）正弦交流电有效值：
，用于计算电功、电功率及保险丝熔断电流。
（2）非正弦交流电有效值需通过焦耳定律计算：I2RT＝一个周期内总热量。
3.变压器原理
（1）电压关系：
。
（2）功率关系：P1＝ P2，电流关系：
。
三、实验方法与误差分析
1.电磁感应实验关键
（1）楞次定律验证：通过观察电流计指针偏转方向，分析感应电流与磁通量变化的关系。
（2）法拉第电磁感应定律实验：控制变量法研究E 与△Φ/△t、匝数n 的关系。
2.误差来源与控制
（1）系统误差：线圈电阻、电流表内阻对测量的影响，可通过补偿电路修正。
（2）偶然误差：磁通量变化不稳定，需多次测量取平均值，或使用传感器提高数据精度。
【例1】（2023·重庆·高考真题）一兴趣小组拟研究某变压器的输入和输出电压之比，以及交流电频率对输
出电压的影响。题图1 为实验电路图，其中L1和L2为变压器的原、副线圈，S1和S2为开关，P 为滑动变阻
4
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器Rp的滑片，R 为电阻箱，E 为正弦式交流电源（能输出电压峰值不变、频率可调的交流电）。
（1）闭合S1，用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压。滑片P 向右滑动后，与滑动前相比，电表
的示数 （选填 “变大”“不变”“ 变小”）。
（2）保持S2断开状态，调整E 输出的交流电频率为50 Hz，滑动滑片P，用多用电表交流电压挡测得线圈
L1两端的电压为2500 mV 时，用示波器测得线圈L2两端电压u 随时间t 的变化曲线如图所示，则线圈L1两
端与L2两端的电压比值为 （保留3 位有效数字）。
（3）闭合S2，滑动P 到某一位置并保持不变。分别在E 输出的交流电频率为50 Hz、1000 Hz 的条件下，
改变R 的阻值，用多用电表交流电压挡测量线圈L2两端的电压U，得到U-R 关系曲线如图3 所示。用一个
阻值恒为20 Ω 的负载R0替换电阻箱R，由图可知，当频率为1000 Hz 时，R0两端的电压为 mV；当
频率为50 Hz 时，为保持R0两端的电压不变，需要将R0与一个阻值为 Ω 的电阻串联。（均保留3
位有效数字）
【例2】（2009·海南·高考真题）钳型电流表的工作原理如图所示。当通有交流电的导线从环形铁芯的中间
穿过时，与绕在铁芯上的线圈相连的电表指针会发生偏转，由于通过环形铁芯的磁通量与导线中的电流成
正比，所以通过偏转角度的大小可以测量导线中的电流，日常所用交流电的频率在中国和英国分别为50
Hz 和60 Hz，现用一钳型电流表在中国测量某一电流，电表读数为10 A；若用同一电表在英国测量同样大
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小的电流，则读数将是 A；若此表在中国的测量值是准确的，且量程为30 A；为使其在英国的测量
值变为准确，应重新将其量程标定为 A。
【例3】（2012·上海·高考真题）为判断线圈绕向，可将灵敏电流计G 与线圈L 连接，如图所示．已知线
圈由a 端开始绕至b 端：当电流从电流计G 左端流入时，指针向左偏转．
（1）将磁铁N 极向下从线圈上方竖直插入L 时，发现指针向左偏转．俯视线圈，其绕向为
（填：“顺时针”或“逆时针”）．
（2）当条形磁铁从图中的虚线位置向右远离L 时，指针向右偏转．俯视线圈，其绕向为
（填：“顺时针”或“逆时针”）．
【变式1】探究感应电流的方向
1．（2024·山西太原·三模）某物理小组利用下图器材探究影响感应电流方向的因素，根据实验现象，分别
记录不同情况下磁体的N 极、S 极的运动方向以及感应电流的方向。
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(1)实验现象表明：穿过线圈的磁通量都在增大时，如果磁场的方向不同（甲、乙），感应电流的方向
（选填“相同”或“不同”）；穿过线圈的磁通量都在减小时，如果磁场的方向不同（丙、丁），感应电
流的方向 （选填“相同”或“不同”）。看来实验并不能直接显示出感应电流的方向与磁通量变化
的关系。
(2)选择磁体的磁场和感应电流的磁场进行分析，分别研究穿过线圈的磁通量增大和减小的情况，请根据甲
示例完成乙、丙、丁填空。
表1 磁通量增大时的情况
图号
磁体磁场的方向
感应电流的方向（俯视）
感应电流的磁场方向
甲
向下
逆时针
向上
乙
比较表1 中的数据，可以发现：当穿过线圈的磁通量增大时，感应电流的磁场与磁体的磁场方向相反，阻
碍磁通量的增加。
表2 磁通量减小时的情况
图号
磁体磁场的方向
感应电流的方向（俯
视）
感应电流的磁场方向
丙
丁
根据表1、2 中的数据能得出结论：感应电流具有这样的方向，即 。
【变式2】 研究电磁感应现象
2．（2024·辽宁大连·模拟预测）如图所示是“研究电磁感应现象”的实验装置。
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(1)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后，将A 线圈迅速插入B 线圈中，
电流计指针将 偏转；（填“向左”“向右”或“不”）
(2)连好电路后，并将A 线圈插入B 线圈中后，若要使灵敏电流计的指针向左偏转，可采取的操作是
________；
A．插入铁芯
B．拔出
线圈
C．变阻器的滑片向左滑动
(3)G 为指针零刻度在中央的灵敏电流表，连接在直流电路中时的偏转情况如图1 中所示，即电流从电流表
G 的左接线柱进时，指针也从中央向左偏。今把它与一线圈串联进行电磁感应实验，则图2 中的条形磁铁
的运动方向是向 （填“上”、“下”），图3 中的条形磁铁下端为 极（填
“N”、“S”）。
【变式3】研究感应电动势与磁通量变化快慢的关系
3．（2024·福建福州·三模）某学习小组在“研究回路中感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系”实验中
采用了如图甲所示的实验装置。
(1)实验需用螺旋测微器测量挡光片的宽度d，如图乙所示，d= mm。
(2)在实验中，让小车以不同速度靠近螺线管，记录下光电门挡光时间Δt 内感应电动势的平均值E，改变速
度多次实验，得到多组数据。这样的实验设计满足了物理实验中常用的“控制变量法”，你认为小车以不
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同速度靠近螺线管过程中不变的量是（ ）
A．磁通量的变化量
B．磁通量的变化率
C．磁通量
(3)得到多组△t 与E 的数据之后，若以E 为纵坐标、
为横坐标作出
图像，发现在误差范围内是
过原点的倾斜直线，则得出的结论是：在误差允许的范围内 。
(4)其他条件都不变，若换用匝数更多的线圈做实验，根据实验数据作出
图像，其斜率 （选填
“增大” “不变”或“减小”）。
【变式4】研究变压器原副线圈电压与匝数的关系
4．（2024·河南安阳·一模）某实验小组研究可拆式变压器原副线圈电压与匝数间的关系时发现标签脱落，
变压器简图如图所示，为了查清原副线圈匝数，进行了如下操作：
(1)原线圈接电压为
的交流电源，原线圈匝数为
，当副线圈匝数分别为
、
时，用交流电压表测得
副线圈两端电压分别为
、
，若变压器为理想变压器，则原副线圈匝数
（用
、
、
表示），
（用
、
、
表示）。
(2)实验小组又找到一标签齐全的变压器，更换变压器后选择原副线圈匝数分别为
、
的绕组，然后原线
圈接电压为
的交流电源，用交流电压表测得副线圈
两端电压为
，改变输入电压
的大小，获得多
组数据后绘制
图线发现是一条直线，斜率为k，由于铁芯存在漏磁，比较k 与
的值可以得到该变
压器原副线圈电压之比 （选填“大于”“等于”或“小于”）原副线圈匝数之比。
【变式5】探究正弦交变电流电压的有效值与最大值之间的关系
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5．（2024·宁夏·模拟预测）某实验小组利用下列实验器材如图，探究正弦交变电流电压的有效值与最大值
之间的关系。实验中主要步骤如下：
A．连接电路，将小灯泡和太阳能发电板固定在暗箱里；
B．将学生电源交流接线柱连入电路，选择适当电压，打开开关；
C．调节滑动变阻器，记录电压传感器1 测得交流电压的最大值Um和电压传感器2 测得的电压值U0；
D．断开开关，将学生电源直流接线柱连入电路，再次接通开关；
E．调节滑动变阻器，使____________________________________；
F．记录此时电压传感器1 测得直流电压的值U，即直流电压U 是最大值为Um交流电压的有效值；
G．重复上述步骤，记录多组Um及对应的U。
(1)请将实验步骤中“ ”部分补充完整；
(2)某次将学生电源直流接线柱连入电路，且接通开关时小灯泡两端的电压最小，请用笔画线替代导线在图
上连接实物图 ；
(3)实验中测得的数据如下表格所示，请在图坐标纸上描点作图 ，并根据图像计算得出U=
Um；
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实验次数
测量值
1
2
3
4
5
6
传感器2
传感器2 测得电压U0/V
1.08
1.55
2.42
3.46
4.51
5.60
传感器1
交流电压最大值Um/V
1.14
1.24
1.49
1.62
1.80
2.10
直流电压U/V
0.81
0.88
1.06
1.15
1.28
1.48
(4)实验中发现，虽然电路连接完全正确，但当小灯泡两端所加的电压较小时，传感器2 测得的电压几乎为
0，请你写出一个可能的原因 。
1．（2024·浙江嘉兴·一模）在“探究影响感应电流方向的因素”实验中。在图1 所示位置由静止释放一根
条形磁铁，灵敏电流计指针的偏转方向和最大偏转角度如图3 所示。在图2 中，再把两根完全相同的条形
磁铁同名磁极并排捆绑后在原位置由静止释放，则灵敏电流计指针的偏转情况可能是图4 中的 。
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2．（2024·湖南郴州·模拟预测）如图所示是探究电磁感应现象的实验装置。用绝缘线将导体AB 悬挂在蹄
形磁铁的磁场中，闭合开关后，磁体不动，使导体AB 左右大幅度摆动，电流表的指针 （选填“偏
转”或“不偏转”）；导体AB 不动，使磁体平行于导体AB 上下平移，电流表的指针 （选填“偏
转”或“不偏转”）。
3．某同学用如下实验探究感应电流的产生条件和影响感应电流方向的因素：
(1)如图甲所示，已知电流从电流计的正接线柱流入时，指针向右偏转。则当图中磁体快速向下运动时，可
观察到电流计指针 （选填“不”、“向左”或“向右”）偏转。
(2)用如图乙所示的实物电路探究影响感应电流方向的因素，请先将图乙的实物连线补充完整 。在闭
合开关前，滑动变阻器滑片应移至最 （选填“左”或“右”）端。
(3)若图乙实物电路连接正确，开关闭合瞬间，电流计的指针向左偏转，则将铁芯从线圈P 中快速抽出时，
可观察到电流计指针 （选填“不”、“向左”或“向右”）偏转。
4．（2024·广东汕头·二模）同学们在学习了感应电流产生的条件后，想通过实验探究影响感应电流方向的
因素，实验过程如下：
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（1）按照图1 所示电路连接器材，闭合电键，电流表指针向右偏转，对调电源正负极，重复以上操作。该
步骤目的是获得电流表指针偏转方向与 方向的对应关系；
（2）按照图2 所示电路连接器材，查明线圈中导线的绕向，以确定感应电流产生的磁场方向；
（3）分别改变磁体磁场的方向和磁体运动方向，观察指针偏转方向，使用表格中记录数据；根据第1 步探
究的对应关系，表中实验4 中标有“▲”空格应填 （选填“向上”、“向下”、“向左”或
“向右”）：
实验序号
磁体磁场的方向
（正视）
磁体运动情况
指针偏转情况
感应电流的磁场
方向（正视）
1
向下
插入线圈
向左
向上
2
向下
拔出线圈
向右
向下
3
向上
插入线圈
向右
向下
4
向上
拔出线圈
向左
▲
（4）根据表中所记录数据，进行如下分析：
①由实验1 和 （填实验序号）可得出结论：感应电流方向与磁体运动情况有关。
②由实验2、4 得出的结论：穿过闭合回路的磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场方向 （选
填“相同”、“相反”或“无关”）。
（5）经过进一步讨论和学习，同学们掌握了影响感应电流方向的因素及其结论，为电磁感应定律的学习
打下了基础。
5．（2025·浙江·二模） (1)以下实验采用的研究方法是控制变量法的有（ ）
A．探究小车速度随时间变化的规律
B．探究弹簧弹力与形变量的关系
C．探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系
D．用双缝干涉测量光的波长
(2)小陈同学在做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验时，测得的实验数据如表所示；请根据
实验数据判断，该次实验时原线圈的匝数比副线圈的匝数 （填“多，少，相等或无法判断”）。
次数
1
2
3
4
4.9
6.00
7.50
10.06
2.40
2.92
3.70
4.97
6．（2025·广东佛山·二模）下列是《普通高中物理课程标准》中列出的三个必做实验，请按要求完成相关
内容。
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(1)用螺旋测微器测定金属丝直径时的示数如图（甲）所示，其读数为 mm。
(2)“探究变压器原、副线圈电压和匝数的关系”实验：
①在图中所给的器材中，本实验需要用到的是 （填代号）。
②用图中所示的可拆变压器进行实际实验时，将电源接在原线圈的“0”和“800”两个接线柱上，用电表测
得副线圈“0”和“400”两个接线柱间的电压为3.0V，由于不是理想变压器，可能存在磁漏，则原线圈的输
入电压可能 6V（选填“>”或“<”）。
(3)用如图甲所示的电路探测热敏电阻的特性，R1为滑动变阻器，R2为电阻箱，RT为热敏电阻，热敏电阻处
在虚线所示的温控室中。
①实验时，记录温控室的温度t0，将S2合向1，闭合电键S1前，将滑动变阻器R1的滑片移到
（填“a”或“b”）端，调节滑动变阻器的滑片，使电流表有恰当的示数I0；将S2合向2，调节电阻箱，使
电流表的示数仍为I0，记录此时电阻箱接入电路的示数为如图丙，则温度为t0时，热敏电阻的阻值为
Ω。
②该热敏电阻在不同温度t 下对应的电阻值R 如图乙所示，由图可知，该热敏电阻的阻值随温度升高而
（填“增大”或“减小”）。
7．（2024·福建厦门·三模）小强同学在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中使用的可拆式
变压器如图甲所示，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×100”的匝数。
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(1)除图甲中的器材外，下列器材中还需要的是 （填仪器前的字母）；
A．
干电池
B．
磁铁
C．
低压交流电源
D．
多用电表
E.
直流电压表
F.
直流电流表
(2)变压器铁芯的结构和材料是 ；
A．整块不锈钢铁芯
B．整块硅钢铁芯
C．绝缘的硅钢片叠成
(3)如图乙所示，操作过程中横铁芯没有与竖直铁芯对齐，原线圈输入电压为U1=4V，匝数为n1=200 匝，改
变副线圈匝数n2，测量副线圈两端的电压U2，得到U2-n2图像如图丙所示，则可能正确的是图线
（选填“a”“b”或“c”）。
8．（2024·上海奉贤·二模）锂电池具有能量密度高、充电速度快等优势，已被广泛地用于智能手机、智能
机器人、电动自行车、电动汽车等领域。
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（1）如图甲，在电动汽车的充电桩中，变压器的原、副线圈匝数之比n1：n2=1：2，当原线圈接上图乙中
的正弦交流电后，副线圈中的电流为100A，忽略原、副线圈和输电线的能量损耗，下列说法正确的是（
）
A．该充电桩的输出电压为380V
B．该充电桩工作时原线圈可以通入直流电
C．副线圈的瞬时电压峰值为380
V
D．原线圈的输入功率为76kW
（2）电动汽车使用的电源一般由许多小型锂电池串并联组成，有小组设计实验测定某一节锂电池的电动
势和内阻，如图甲所示，其中单位角度对应电阻丝的阻值为r0，主要实验步骤如下：
①将器材如图甲所示连接。开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的 （选择：“A”或“B”）端；
②改变金属夹的位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角θ 和电流表示数I，得到多组
数据，并作出图像如图乙所示。其中图线斜率为k，与纵轴截距为b，则该节锂电池的电动势和内阻可表示
为E= ，r= 。（用R0、k、b、r0表示）
（3）（简答）现在正大力发展800V 乃至更高电压的电动车充电技术，其充电功率可高达350kW，是普通
家用充电功率的几十倍，请你描述高压充电的优势？（至少说出两点）
9．如图所示是“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置。
(1)判断感应电流的方向时 （选填“需要”或“不需要）确定线圈的绕法，为了弄清楚灵敏电流计
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指针偏转方向与电流流向的关系，可以用多用电表的 （选填“电压挡”、“电流挡”或“欧姆
挡”）进行检测。
(2)强磁铁快速插入线圈后保持静止，此过程中灵敏电流计指针的偏转情况可能是________
A．一直在“0”刻度位置
B．从“0”刻度开始向右偏转到最大并维持此角度不变
C．从“0”刻度开始向右偏转再向左偏转并越过“0”最后右偏回到“0”位置
10．（2024·山东济宁·二模）为探究影响感应电流方向的因素，同学们做了如下实验。
(1)小明同学用如图甲所示的实验装置探究影响感应电流方向的因素。
①部分实验记录如下：
i.实验得出所用电流表指针偏转方向与电流方向间的关系为：当电流从“＋”接线柱流入电流表时，指针
向右偏转。
ii.将条形磁铁按如图甲方式N 极向下插入螺线管时，发现电流表的指针向右偏转。判断出螺线管中电流的
方向，再判断出螺线管中的感应电流磁场的方向。
iii.经分析可得出结论：当穿过螺线管的磁通量增加时，感应电流产生的磁场与条形磁铁的磁场方向
（填“相同”或“相反”）。
②关于该实验，下列说法正确的是 。
A．只有磁铁N 极向下插入螺线管，灵敏电流计指针才会向右偏转
B．将磁铁的S 极向下插入螺线管时，灵敏电流计指针向右偏转
C．将磁铁的S 极向下插入螺线管时，灵敏电流计指针向左偏转
D．将磁铁向下插入或向上抽出的速度越大，灵敏电流计指针偏转幅度越大
(2)小宁同学用如图乙所示的电路研究感应电流的方向。
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①将线圈A 插入线圈B 中，闭合开关S 瞬间，发现电流计指针向左偏转，则保持开关闭合，将滑动变阻器
的滑片向左匀速移动，则电流计指针 （填“向左”、“向右”或“不”）偏转。
②实验结束后，某同学在开关还没断开，A、B 两螺线管和铁芯也没分开放置的情况下，直接用手去拆除
某螺线管处的导线，突然被电击了一下，则该同学被电击是在拆除 （选填“A”或“B”）螺线
管所在电路时发生的。
11．（2024·新疆·二模）在“探究影响感应电流方向的因素”实验中：
(1)如图1 用试触法查明检流计指针偏转方向与 方向的对应关系。观察线圈中导线的绕向如图2，
结合指针的偏转方向确定感应电流的方向。
(2)如图3 进行实验操作，下表为某同学记录的实验现象
序号
1
2
3
4
磁铁的磁场方向
向下
向下
向上
向上
磁铁的磁通量的变化
增大
减小
增大
减小
感应电流的磁场方向
向上
向下
向下
向上
①实验1、3 得出的结论：穿过闭合回路的磁通量 时，感应电流的磁场方向与磁铁的磁场方向
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；
②由实验得出的结论是：感应电流的磁场方向总要阻碍 。
(3)如图4，若磁铁从Ⅰ位置移到Ⅱ位置过程，检流计指针向左偏转，那么磁铁从Ⅱ位置移到Ⅲ位置过程检
流计指针 （选填“向右”“向左”或“不”）偏转，磁铁从Ⅲ位置移到Ⅳ位置过程检流计指
针向 （选填“向右”“向左”或“不”）偏转。
12．（2025·北京西城·模拟预测）请根据下列实验的实验原理或实验方法回答问题。
(1)“测金属丝的电阻率”实验中，某同学用螺旋测微器测某金属丝的直径如图所示，则该直径的测量值为
mm。
(2)“验证力的平行四边形定则”的实验如图所示，同学们在操作过程中有如下议论，其中对减少实验误差
有益的说法是________。
A．两根细绳必须等长
B．橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上
C．在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行
D．拉橡皮筋的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些
(3)为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，必须要选用的是 。
A．有闭合铁芯的原副线圈
B．无铁芯的原副线圈
C．交流电源
D．直流电源
E．多用电表（交流电压挡）
F．多用电表（交流电流挡）
用匝数
匝和
匝的变压器，实验测量数据如下表，根据测量数据可判断连接电源的线圈是
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（填
或
）
Ua/V
1.80
2.80
3.80
4.90
Ub/V
4.00
6.01
8.02
9.98
(4)“探究影响感应电流方向的因素”的实验示意图如图所示：灵敏电流计和线圈组成闭合回路，通过“插
入”、“拔出”条形磁铁，使线圈中产生感应电流。记录实验过程中的相关信息，分析得出楞次定律。下
列说法正确的是__________。
A．实验时必须使磁铁加速“插入”或“拔出”
B．该实验必须记录磁铁的磁极方向
C．该实验不需要知道线圈的绕向
D．该实验需要判断电流计指针偏转方向与通入电流方向的关系
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