第十六章 电磁转换
时间:45分钟 满分:100分
一、选择题(每小题4分,共32分,每小题只有一个选项符合题意)
1.下图中两磁极间磁感线的画法正确的是 ( )
A B C D
2.下列说法正确的是 ( )
A.电磁铁磁性的强弱只与电流大小有关
B.我们日常生活中使用的交变电流每分钟完成50个周期性变化
C.导体在磁场中做切割磁感线运动时,一定会产生感应电流
D.在磁场中可自由转动的小磁针静止时,北极所指的方向与该点磁场方向相同
3.(2022·河南南阳期末)巴克球是一种磁力超强的小球,很多个小球可任意变换组合形状,有极高的创造性,是许多人喜爱的玩具.如图所示的几个巴克球随意组合,下列有关巴克球的说法正确的是 ( )
A.巴克球周围存在磁场,不存在磁感线
B.巴克球对周围所有的金属都有力的作用
C.巴克球周围各点的磁场方向都是竖直向下的
D.巴克球周围的磁场分布是均匀的
4.如图所示,在水平放置的条形磁体上方,有挂在弹簧测力计上的小磁体(下端为N极).小辉提着弹簧测力计向右缓慢移动,小磁体下端沿图示水平路线从A缓慢移动到B.则下列能反映弹簧测力计示数F随位置变化的图像是( )
A B C D
许多超市出口处装有如图所示的报警器,它由防盗天线、检测门、检测器构成.结账时贴在商品上的磁性标签会被消磁,若磁性标签未消磁,通过检测门时,检测器就会检测到标签上的磁性而触发电路报警.下列选项中与报警器工作原理相同的是 ( )
A.电风扇 B.手摇发电机 C.电热水壶 D.司南
6.小金同学看到了一个悬浮地球仪摆件(如图甲),于是利用手头材料制作了一个仿制品(如图乙),并成功地将他的地球仪稳定地“悬浮”起来.下列说法正确的是 ( )
A.实现“悬浮”的磁铁A端是S极
B.若要增加地球仪“悬浮”的高度,可将滑片P向上移动加以调节
C.增加地球仪“悬浮”的高度后,电磁铁对地球仪的斥力变大
D.增加地球仪“悬浮”的高度后,电磁铁对地球仪的斥力变小
7.牛顿小组的同学将两台相同的手摇发电机A、B用导线连接起来,如图所示,当用力摇动手摇发电机A的手柄时,发现B的手柄也随之转动了起来.下列说法正确的是 ( )
A.手摇发电机A的主要构成是电源和线圈
B.手揺发电机A发电的原理是电流的磁效应
C.手揺发电机A将电能转化为机械能
D.手揺发电机B的手柄随之转动时,其原理与电动机的工作原理相同
8.如图甲所示,一个不能打开的盒子外面露出一段细长的导线,在不损坏导线的情况下,用如图乙中(a)(b)两个实验所对应的结论来判断导线中是否有电流.下列说法中正确的是 ( )
A.(a)(b)都能 B.(a)(b)都不能 C.只有(a)能 D.只有(b)能
二、填空题(每空2分,共26分)
9.如图所示,蹄形磁体周围没有铁屑处 (选填“有”或“没有”)磁场;人们为了形象直观地描述磁场而引入了 .
10.2021年3月份的“碳达峰、碳中和”议题引发热议,我国要在2060年前实现“碳中和”离不开大力开发新能源.无论是风力发电还是水力发电,其发电机在工作时都是将 能转化为电能,发电机的工作原理是物理学家法拉第于1831年发现的 现象.
11.如图是一款能发电的魔方充电器. 转动魔方时,魔方就能发电,其原理是 (选填“电磁感应”或“通电导体在磁场中受力作用”).魔方还能通过USB端口给移动设备充电,给移动设备充电时,魔方相当于电路中的 (选填“电源”或“用电器”).
12.小科在宁波科学探索中心参观时,体验了名为“铁钉桥”的游戏项目.利用左右两块电磁铁将数枚原本没有磁性的细铁钉磁化后使它们相互吸引从而搭成“铁钉桥”,如图所示.小科推测:两块电磁铁相互靠近的两端,a端和b端为 (选填“同名磁极”或“异名磁极”).可以通过增加电磁铁中 的方法增强其磁性,从而搭建起由等量的粗铁钉(长度、密度等与细铁钉一致)组成的“铁钉桥”.
第12题图 第13题图
13.将两块磁铁分别吸在干电池的正负极上,使两块磁铁的N极都朝外,构成一个可以在平面上滚动的滚轮.如图所示,将锡箔纸平铺在水平桌面上,再将滚轮轻轻放在锡箔纸上,由于锡箔纸具有导电性,滚轮立刻开始向前滚动.滚轮能够滚动的原理是 .若让滚轮向相反的方向滚动,可行的操作是 .(写出一条即可)
14.人工心脏泵可短时间代替心脏工作,如图是该装置的示意图.磁体固定在左侧,线圈AB固定在用软铁制成的活塞柄上(相当于一个电磁铁),活塞筒通过阀门与血管相通.阀门S1只能向外开启,S2只能向内开启.线圈中的电流从A流向B时,电磁铁左端是 极,血液会 (选填“流入”或“流出”)活塞筒.该装置工作时,线圈AB中的电流方向 (选填“需要”或“不需要”)改变.
三、作图题(共7分)
15.(3分)如图所示,请标出通电螺线管的N、S极并用箭头画出图中磁感线的方向.
16.(4分)两通电螺线管之间的小磁针静止时如图所示,请完成螺线管B的绕线,并标出电源的正负极.
四、实验探究题(共29分)
17.(10分)发电机是如何发电的呢 同学们用如图所示的装置进行探究.
(1)将导体ab静止悬挂起来后,闭合开关,灵敏电流计G的指针不偏转,说明电路中 (选填“有”或“无”)电流产生.
(2)小芳无意间碰到导体ab,导体ab晃动起来,小明发现灵敏电流计G的指针发生了偏转,就说:“让导体在磁场中运动就可产生电流”.但小芳说:“不一定,还要看导体怎样运动.”为判断谁的说法正确,他们继续探究,并把观察到的现象记录在下表中.
序号 磁体摆放方向 ab运动方向 电流计指针 偏转情况
1 N极在上 竖直上下运动 不偏转
2 水平向左运动 向右偏转
3 水平向右运动 向左偏转
4 N极在下 竖直上下运动 不偏转
5 水平向左运动 向左偏转
6 水平向右运动 向右偏转
分析实验现象后,同学们一致认为小芳的观点是 (选填“正确”或“错误”)的.比较第2、3次实验的现象发现,产生的电流的方向跟 有关;比较第3、6次实验的现象发现,产生的电流的方向还跟 有关.
(3)在整理器材时,小明未断开开关,先撤去蹄形磁体,有同学发现电流计的指针又偏转了!他们再重复刚才的操作,发现电流计的指针仍偏转,请教老师后得知,不论是导体运动还是磁体运动,只要闭合电路的一部分导体在 中做 运动,电路中就会产生感应电流,这就是发电机发电的原理.
18.(7分)小梦想探究通电螺线管外部磁场的情况,于是她利用通电螺线管、小磁针、干电池等器材进行实验.
(1)小梦在探究通电螺线管外部的磁场是怎样分布时,将两个小磁针分别放在螺线管两端,闭合开关后,在通电螺线管周围均匀地撒一些碎铁屑,观察小磁针指向和碎铁屑的排列情况,如图甲所示.分析可知,通电螺线管外部磁场与 的磁场相似.
(2)小梦在探究通电螺线管外部磁场方向与哪些因素有关时,采用了如图乙所示的实验装置.实验中,她选用小磁针的目的是 .在实验中,小梦只将电池正、负极的位置对调后闭合开关,观察小磁针指向,这是为了探究 是否是通电螺线管外部磁场方向的影响因素.
(3)小梦猜想通电螺线管磁场的强弱可能与线圈匝数和电流大小都有关.为了探究该猜想,她设计了如图丙所示的电路进行实验,通过通电螺线管吸引回形针的数量(未画出)比较通电螺线管磁性的强弱.她将开关S从1换到2上时,调节滑动变阻器的滑片P,并观察电流表示数及通电螺线管吸引的回形针数量,此时调节滑动变阻器是为了 .
19.(12分)某物理兴趣小组的同学开展了“探究通电导体在磁场中所受力的大小与导体在磁场中长度的关系”实验.
【提出问题】通电导体在磁场中所受力的大小与导体在磁场中的长度有什么关系呢
【实验器材】矩形线圈、足够宽的U形磁铁、弹簧测力计、电源、开关各一个,足够的导线.
【设计与进行实验】
(1)如图所示,用弹簧测力计先测量出矩形线圈的重力,再用测力计吊着线圈将线圈放入磁场中,将线圈通电后读出稳定时弹簧测力计的示数(线圈受到的拉力大小),比较线圈所受拉力与其重力的大小,发现拉力大于重力,说明通电线圈受到的磁场力的方向是 (选填“向上”或“向下”)的.
(2)改变矩形线圈AB边的长,重复上述步骤进行实验,每次实验时,控制线圈AB边在磁场中的位置相同,且保持磁场和 的方向不变,比较线圈所受拉力与其重力的大小.
(3)将三次实验相关数据比较后的结果填入下列表格.
线圈AB边的长L/cm 最短 较长 最长
拉力与重力的差值ΔF/N 最小 较大 最大
【分析与论证】根据实验数据可知,通电导体在磁场中所受力的大小与导体在磁场中的长度有关,长度越长,导体所受的力越 .
【提出新问题】为什么上述实验中总是拉力大于重力呢
【再次设计与进行实验】
甲同学:用同一个线圈,控制其他因素和条件不变,只将 位置互换,实验结果显示拉力小于重力.
乙同学:用同一个线圈,控制其他因素和条件不变,只将 改变,实验结果也显示拉力小于重力.
【结论】根据以上实验,该物理兴趣小组的同学初步得出结论:通电导体在磁场中所受力的方向与 和 有关.
五、综合应用题(共6分)
20.某同学利用热敏电阻为家中的灯暖型“浴霸”(用电灯取暖的用电器)设计了一个自动控温装置,如图甲所示.“控制电路”中的热敏电阻R1的阻值随温度变化的曲线如图乙所示.电磁铁线圈可看成阻值为20 Ω的纯电阻R0,“浴霸”共安装有2盏标有“220 V 440 W”的灯泡,当电磁铁线圈中的电流大于或等于50 mA时,继电器的衔铁被吸合,使工作电路断开;当线圈中的电流小于或等于40 mA时,继电器的衔铁被释放,使工作电路闭合.
(1)工作电路正常工作时,每盏灯泡在1 min内产生的热量是多少
(2)若浴室中的温度不得超过40 ℃,则控制电路的电源电压的最小值是多少
(3)若电源U1的电压恒为12 V,则将此装置放在浴室内,浴室内温度可控制在哪个范围内
第十六章 电磁转换
1.A 2.D 3.A 4.C 5.B 6.B 7.D 8.A
9.有 磁感线
10.机械 电磁感应
11.电磁感应 电源
12.异名磁极 电流
13.通电导体在磁场中受力的作用 将电池的正负极对调(或将滚轮左右换个方向,合理即可)
14.S 流入 需要
15.如图所示.
16.如图所示.
17.(除标注外,每空2分)(1)无(1分) (2)正确
导体切割磁感线运动的方向 磁场方向 (3)磁场(1分) 切割磁感线
18.(除标注外,每空2分)(1)条形磁体(1分) (2)显示磁场方向 电流方向 (3)控制电流的大小不变
19.(除标注外,每空2分)【设计与进行实验】(1)向下 (2)电流 【分析与论证】大 【再次设计与进行实验】磁极 电流方向 【结论】磁场方向(1分) 电流方向(1分)
20.(1)每盏灯泡产生的热量Q=W=Pt=440 W×60 s=2.64×104 J (1分)
(2)若温度达到40 ℃时,控制电路中的电流恰好达到50 mA,工作电路断开,此时控制电路的电源电压最小
由图乙可知,当温度为40 ℃时,热敏电阻R1的阻值为180 Ω
则U1 min=I(R0+R1)=0.05 A×(20 Ω+180 Ω)=10 V (2分)
(3)工作电路断开时,热敏电阻的阻值R1 min=-R0=-20 Ω=220 Ω
根据图乙可知,浴室的最高温度tmax=30 ℃
工作电路闭合时,热敏电阻的阻值R1max=-R0=-20 Ω=280 Ω
根据图乙可知,浴室的最低温度tmin=22 ℃
即浴室内温度可控制在22~30 ℃ (3分)
