第二十章 电与磁
(时间:85分钟 满分:80分)
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题号 一 二 三 四 总分
得分
一、填空题(共16 分,每空1分)
1.法拉第发现了 现象,根据此现象制成了发电机;我国宋代学者 比西方早四百多年发现磁偏角。
2.指南针是中国古代四大发明之一。用指南针来确定方向,静止时小磁针的S极大约会指向地理的 极。如图所示的磁悬浮地球仪应用了 (选填“同”或“异”)名磁极相互排斥的规律。
3.如图所示,这是一款能发电的魔方充电器,转动魔方即可发电,这个过程中 能转化为 能。
4.小亮利用课余时间制作了一个玩偶(如图):将一个磁铁玩具稳定地“漂浮”起来,实现“漂浮”电路中的a点必须连接电源的 极;若要增加玩偶“漂浮”的高度,可将滑片P向 (选填“上”或“下”)移动加以调节。
5.如图所示的是一款“运动手环”,其内部有一段内置一小块磁铁的密闭空心塑料管,管外缠绕着线圈。戴着这种手环走路时,塑料管跟着手一起运动,磁铁则在管内反复运动,线圈中便会产生电流,液晶屏上就会显示出运动的步数。此过程利用了 的原理,利用这个原理可以发明 (选填“发电”或“电动”)机。
6.如图所示,这是一种安全门锁的工作原理示意图,保安室里的工作人员闭合开关时,电磁铁产生 ,吸引铁质插销,同时弹簧被拉长,门锁打开。断开开关,电磁铁电路切断,插销在
的作用下插入插槽,门锁关闭。
7.如图所示的电路,开关S接到a后,小磁针静止时,左端是 极;将开关S由a拨到b,调节滑动变阻器,使电流表示数不变,则电磁铁的磁性 (选填“增强”、“不变”或“减弱”)。
8.如图甲所示,当闭合开关后,部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,电流表指针会发生偏转;如图乙所示,当闭合开关后,通电导体棒在磁场中受力向左运动。其中电动机的工作原理与图 相同;发电机的工作原理与图 相同。(两空均选填“甲”或“乙”)
二、选择题(共14 分,把你认为正确选项的代号写在答题卡的相应位置上。第9~12 小题,每小题只有一个正确选项,每小题2 分;第13、14 小题为多项选择,每小题有两个或两个以上正确选项,每小题3分,全部选择正确得3分,选择正确但不全得1分,不选、多选或错选得0分)
9.利用磁场对通电导体产生力的作用来制造的电器是 ( )
A.电风扇 B.发电机 C.电铃 D.电话
10.关于磁体、磁场和磁感线,以下说法正确的是 ( )
A.铜、铁和铝都能够被磁体吸引
B.磁感线是磁场中真实存在的曲线
C.磁体间的相互作用都是通过磁场发生的
D.物理学中,把小磁针静止时S极所指的方向规定为该点磁场的方向
11.如图所示的是磁现象的四幅示意图,其中关于小磁针指向或磁感线方向错误的是 ( )
12.如图所示,小明用漆包线绕成线圈ABCD,将线圈一端的漆全部刮去,另一端刮去一半后放入磁场,做成电动机模型。线圈连接干电池后 ( )
A.线圈持续来回摆动
B.线圈沿固定方向持续转动
C.AB边中电流方向交替变化
D.CD边始终受到磁场力作用
13.小明利用水银能导电的特性制作了一个温度自动控制报警器,工作原理图如图所示,关于它的说法不正确的是 ( )
A.当温度低于90 ℃时,灯亮铃不响
B.当温度低于90 ℃时,铃响灯不亮
C.当温度达到90 ℃时,灯亮铃不响
D.当温度达到90 ℃时,铃响灯也亮
14.如图所示,在蹄形磁体的磁场中放置一根导体棒,再用两根绝缘细线将导体棒悬挂起来,使导体棒保持水平状态且可以在磁场中自由运动,导体棒的两端跟灵敏电流计连接。仅利用此装置就可以完成的实验是 ( )
A.探究感应电流的方向跟导体棒的运动方向是否有关
B.探究感应电流的大小跟导体棒的速度大小是否有关
C.探究电流产生的磁场方向跟电流方向是否有关
D.探究感应电流的方向跟磁场的方向是否有关
三、计算题(共22 分,第15、16 小题各7 分,第17 小题8 分)
15.小明查阅资料,了解到出于安全考虑,电梯都设置了超载自动报警系统,工作原理如图甲所示,电路由工作电路和控制电路组成:在工作电路中,当电梯没有超载时,触点K与触点A接触,闭合开关S,电动机正常工作;当电梯超载时,触点K与触点B接触,电铃发出报警铃声,闭合开关S,电动机不工作。在控制电路中,已知电源电压U=6 V,保护电阻R1=100 Ω,电阻式压力传感器(压敏电阻) R2的阻值随压力F大小变化如图乙所示,电梯底架自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计。
(1)在控制电路中,当压敏电阻R2受到的压力F增大时,其阻值减小,从而使电磁铁的磁性 (选填“增强”、“减弱”或“不变”)。
(2)若电磁铁线圈电流达到20 mA时,衔铁刚好被吸住,电铃发出警报声。当该电梯厢内站立总质量为1000 kg的乘客时,试通过计算说明电梯是否超载 (g取10 N/kg)
16.如图所示的是某兴趣小组为学校办公楼空调设计的自动控制装置,R是热敏电阻,其阻值随温度变化关系如表所示。已知继电器的线圈电阻R0=10 Ω,左边电源电压为6 V恒定不变。当继电器线圈中的电流大于或等于15 mA时,继电器的衔铁被吸合,右边的空调电路正常工作。
温度/℃ 0 5 10 15 20 25 30 35 40
电阻R/Ω 600 550 500 450 420 390 360 330 300
(1)计算说明该空调的启动温度是多少
(2)为了节省电能,将空调启动温度设定为30 ℃,控制电路中需要再串联多大的电阻
(3)改变控制电路的电阻可以给空调设定不同的启动温度,除此之外,请你再提出一种方便可行的调节方案。
小明根据所学的电学知识, 想设计一个汽车超载自动报警电路。他查阅了相关资料了解到压敏电阻是阻值随压力变化而变化的元件,并了解到压敏电阻在生活中的一种应用——压力传感器。压力传感器受到的压力越大,输出的电压就越大
,用它可以称量汽车的重。某压力传感器输出电压与压力的关系如下表:
压力/×105 N 0 1.2 2.4 3.6 4.8 6.0
输出电压/V 0 1 2 3 4 5
小明利用该压力传感器和电阻箱R' (最大电阻999.9 Ω )及部分其他器材设计了如图所示的电路。闭合开关S,当线圈中电流大于或等于20 mA时,电磁继电器的衔铁被吸合。已知继电器线圈的电阻为25 Ω,继电器电路的电源电压由传感器的输出电压U提供。(假设U不受继电器电路影响)
(1)当压力增加到一定程度时,电铃报警,说明汽车超载,则图中的电铃应接在 (选填“A、B”或“C、D”)两端。
(2)小明希望压力大于或等于2.4×105 N时,启动报警系统,则电阻箱R的电阻应调节到多大
(3)要使该装置报警,汽车的最小重力为多少
四、实验与探究题(共28分,每小题7分)
18.亲爱的同学,请你应用所学的物理知识解答下列问题。
(1)在研究电磁铁的实验中,小丽设计了如图甲所示的电路图。连接电路时,开关应处于 状态,在探究电磁铁磁性强弱时滑动变阻器的作用是 。
(2)当S断开时,发现弹簧K及下面的钩码G静止不动;当S闭合时,发现弹簧K被拉长,钩码G下降。这表明,当电磁铁中有电流时,电磁铁 磁性;当电磁铁中没有电流时,电磁铁 磁性。(均选填 “有”或“无”)
(3)S闭合后,将滑片P向右边移动,发现钩码G的位置 (选填“上升”、“下降”或“不变”)。这表明电磁铁的磁性 (选填“增强”、“减弱”或“不变”)。
(4)把甲图中的电磁铁A换成乙图中匝数较多的电磁铁B,闭合S,移动滑片P使电流表的示数与刚才一样大,会发现弹簧K被拉得更长,钩码G下降得更低。这表明电磁铁的磁性与螺线管的匝数 (选填“有关”或“无关”)。
19.利用如图所示的实验装置探究“导体在磁场中运动时产生感应电流的条件”。
(1)磁铁不动,闭合开关,导体棒沿 (选填“上下”或“左右”)方向运动时,灵敏电流计指针会发生偏转。
(2)导体棒不动,闭合开关,磁铁上下运动,灵敏电流计指针 (选填“会”或“不会”)发生偏转。
(3)断开开关,无论磁铁如何放置、导体棒怎样运动,灵敏电流计指针都不发生偏转。由此得出结论:闭合电路的一部分导体在磁场中做 运动时,电路中就产生感应电流。
(4)该实验在探究过程中,是将 能转化成 能。
(5)进一步猜想“感应电流的大小可能与导体运动速度有关”。保持磁场方向和导体运动方向一定,让导体以 速度进行多次实验,实验测得的数据如表所示,分析数据可得出结论: 。
实验次数 1 2 3 4 5 6
速度(cm/s) 1 2 3 4 5 6
电流(mA) 2.0 4.0 5.5 8.3 9.2 12.8
20.如图所示,为探究电磁铁的磁性跟哪些因素有关,小丽同学作出以下猜想:
猜想A:电磁铁通电时有磁性,断电时没有磁性
猜想B:通过电磁铁的电流越大,它的磁性越强
猜想C:外形相同的螺线管,线圈的匝数越多,它的磁性越强
(1)为了检验上述猜想是否正确,小丽所在实验小组通过交流与合作设计了以下实验方案:用漆包线(表面涂有绝缘漆的导线)在大铁钉上绕制若干圈,制成简单的电磁铁。如图所示的a、b、c、d为实验中观察到的四种情况。根据小丽的猜想和实验,完成下面填空:
①通过观察 来判断电磁铁磁性的强弱。
②通过比较 两种情况,可以验证猜想A是正确的。
③通过比较 两种情况,可以验证猜想B是正确的。
④通过比较d中甲、乙两电磁铁,发现猜想C不全面,应补充 。
(2)本实验中用到了多种研究方法。
①如研究电磁铁的磁性强弱和线圈匝数有关时,就应控制电流相等,下列实验的研究方法和这种方法不同的是 。
A.研究电流大小和电压、电阻的关系
B.研究影响电阻大小的因素
C.用电流表测量串联电路中的电流
②本实验中还用到了其他研究方法,如电磁铁的磁性强弱用什么来显示,下列实验的研究方法和这种方法不同的是 。
A.在测量小灯泡的功率时,用电压和电流之积来表示电功率
B.研究电热和哪些因素有关的实验中, 用液柱的高度差来表示电热多少
C.研究动能大小和哪些因素有关的实验中,用小木块被推开的远近来表示动能的大小
(3)本实验进行了多次实验,多次实验的目的和下列实验多次实验的目的相同的是 。
A.伏安法测量定值电阻的阻值
B.探究并联电路电流规律
C.测量小石块的密度
21.用一个铁钉、一节电池、一根电线和一个纽扣强磁铁,可组装成一个演示用的简易电动机,组装过程如图甲、乙、丙所示。
(1)乙图中,把铁钉和磁铁连起来后就能竖直地吸在电池的正极上,若磁铁的N极朝上,S极朝下,则磁化后的铁钉的尖端为 (选填“N”或“S”)极,电池与铁钉间的吸引力 (选填“大于”或“小于”)磁铁的重力。
(2)丙图中,用电线把电池的负极和磁铁连接起来,就有电流通过磁铁和铁钉,通过铁钉的电流方向是 (选填“向上”或“向下”),通电的电线由于受到 的作用而带动铁钉开始旋转。
(3)若它的输入功率为2.0 W,效率为60%,则输出功率为 W。
(4)演示时,若要改变铁钉的转动方向,可以改变 方向。电动机转动起来后,电线下端应间歇性地接触磁铁,这样做的好处是(写出一条即可) 。(提示:干电池通过的电流不允许长时间超过0.6 A;磁铁磁性随温度升高而减弱。)
第二十章 电与磁
参考答案
1.电磁感应 沈括
2.南 同
3.机械 电
4.正 上
5.电磁感应 发电
6.磁性 弹簧拉力
7.N 减弱
8.乙 甲
9.A 10.C 11.A 12.B 13.BCD 14.ABD
15.解:(1)增强 (2分)
(2)电梯厢内站立总质量为1000 kg的乘客时,电梯受到的压力等于乘客的重力,即:
F=G=mg=1000 kg×10 N/kg=10000 N (2分)
因为串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以控制电路中的电流:
I===0.03 A=30 mA (2分)
因为30 mA>20 mA,所以此时电梯超载。 (1分)
16.解:(1)随室内温度的升高,热敏电阻的阻值减小,控制电路中电流增大,当电流达到15 mA时,衔铁被吸合,右侧空调电路电阻增大,电流减小,空调开始工作。当温度下降时,控制电路电阻增大,电流减小,减小到一定值,使空调电路断开,这样就实现了自动控制。
电路启动时的总电阻:R总===400 Ω
此时热敏电阻的阻值:R热=R总-R0=400 Ω-10 Ω=390 Ω
对照表格数据可知,此时的启动温度是25 ℃。 (3分)
(2)因为电路启动时的总电阻为400 Ω,由表中数据可知,空调启动温度设定为30 ℃时,热敏电阻的阻值为360 Ω,则电路中还应串联的电阻:R'=R总-R热'-R0=400 Ω-360 Ω-10 Ω=30 Ω (2分)
(3)因为本装置启动的电流是一定的,因此,既可通过改变电阻来改变电流,可以通过将左边电源改为可调压电源来实现对其控制。 (2分)
17.解:(1)当压力增大到一定程度时,压力传感器输出电压达到一定数值,线圈中电流大于或等于20 mA时,电磁继电器的衔接被吸合,C、D间的电路就会被接通,因此电铃应接在C、D之间。 (2分)
(2)由表可知,当压力为2.4×105 N时,输出电压U=2 V,使电磁继电器衔铁闭合的最小电流I=20 mA=0.02 A,此时电路的总电阻:R总===100 Ω
由继电器线圈的电阻R线=25 Ω,且串联电路的总电阻等于各电阻之和可知中,电阻箱接入电路的阻值:R=R总-R线=100 Ω-25 Ω=75 Ω (3分)
(3)使电磁继电器衔铁闭合的最小电流I=20 mA=0.02 A,继电器线圈的R线=25 Ω,要使该装置报警,压力传感器输出的电压最小值为:U最小=IR线=0.02 A×25 Ω=0.5 V
由表可知,输出电压为0.5 V时,对应的压力为6×104 N。 (3分)
18.(1)断开 改变电路中电流的大小
(2)有 无
(3)下降 增强
(4)有关
评分标准:每空1分,共7分;有其他合理答案均参照给分
19.(1)左右
(2)不会
(3)切割磁感线
(4)机械 电
(5)不同 在磁场强度相同时,导体切割磁感线的速度越大,电流越大
评分标准:每空1分,共7分;有其他合理答案均参照给分
20.(1)①吸引铁的数目 ②a、b ③b、c ④电流一定时
(2)C A
(3)B
评分标准:每空1分,共7分;有其他合理答案均参照给分
21.(1)N 大于
(2)向下 磁场力
(3)1.2
(4)电流 保护电源
评分标准:每空1分,共7分;有其他合理答案均参照给分
