第十七章 从指南针到磁浮列车 单元测试
一、单选题
1．小明对所学物理量或物理名词进行了如下归纳，（1）、（2）处的内容依次可能是（ ）
A．密度、电子 B．热值、质子 C．动能、中子 D．重力、分子
2．转动指南针的罗盘时，罗盘内的小磁针将（ ）
A．随罗盘一起转动 B．几乎在原位置不动
C．转动得比罗盘快一些 D．转动得比罗盘慢一些
3．人类社会科技的进步离不开科学家的不断探索，以下物理科学家与其研究贡献不相符的是（ ）
A．法拉第——电流的磁效应 B．牛顿——光的色散
C．托里拆利——大气压的值 D．阿基米德——杠杆原理
4．关于磁感线，下列说法正确的是（ ）
A．磁感线上任何一点的切线方向，就是该点的磁场方向 B．磁场中的磁感线是真实存在的
C．磁体外部的磁感线都是从磁体的S极出来，回到N极 D．磁感线是由铁屑构成的
5．物理学家的贡献加快了社会的进步，下列物理学家和主要贡献相对应的是（）
A．帕斯卡﹣﹣最早测出了大气压值
B．牛顿﹣﹣浮力原理
C．阿基米德﹣﹣惯性定律
D．奥斯特﹣﹣电流的磁效应
6．如图所示对磁场的描述不正确的是
A． B．
C． D．
7．如图所示，闭合开关，滑片P向右移动，则螺线管（ ）
A．左端为N级，磁性增强 B．左端为N级，磁性减弱
C．左端为S级，磁性减弱 D．左端为S级，磁性增强
8．如图是一种温度自动报警器的原理图．制作水银温度计时在玻璃管中封入一段金属丝，控制电源的两极分别与水银和金属丝相连．下列说法不合理的是
A．当温度达到金属丝下端所指的温度时，电铃就响起来
B．如果控制电源的左端是正极，那么螺线管右端就是N极
C．增加控制电源的电压，电铃的响度越大
D．电铃内部有电磁铁，利用到了电流的磁效应
二、多选题
9．如图所示是智能扶手电梯工作原理图，其中R是压敏电阻，当有人乘梯时，压敏电阻的阻值会随压力变化而变化，从而改变线圈中电流的大小，引起电磁铁磁性强弱变化，使得电磁继电器动触点的位置变动，电动机转速加快；当没有人乘梯时，电动机转速减慢，减少耗电。下列选项正确的是
A．电磁铁下端是N极 B．有人乘梯时，衔铁与触点1接通
C．电压表和电流表的比值随压力的增大而减小 D．电动机的工作原理是电磁感应
10．关于磁现象，下列说法中正确的是（ ）
A．指南针指南北，是因为受到地磁场的作用
B．磁感线是磁体周围空间实际存在的曲线
C．能自由转动的小磁针静止时N极指向是该点磁场方向
D．磁带是利用磁性材料记录信息的
三、填空题
11．如图实验装置中，要改变通电导线在磁场中的受力方向，可以通过改变磁场方向或改变 方向来实现．
12．指南针是我国的 之一，在北宋学者 的《梦溪笔谈》中，记载了磁针所指方向 这一事实，故他是世界上最早发现这一事实的人．
13．如图所示，螺线管的上方放置一个小磁针，螺线管左方的水平地面上放置一个铁块。闭合开关S后，铁块静止不动，小磁针在磁场的作用下会发生转动，小磁针静止时左端为 （选填“S”或“N”）极。当滑片P向左滑动时，铁块受到的摩擦力的大小将 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。
14．如图所示，电源电压不变，在电磁铁正上方用弹簧挂着一条形磁铁，当开关S闭合后，在滑片P从b端向a端滑动过程中，会出现的现象是小灯泡亮度 （选填“增强”或“减弱”），弹簧长度 （选填“变长”或“缩短”）。
15．在“探究通电螺线管外部磁场的方向”的实验中，如图所示，闭合开关，通电螺线管的左端为 极，电源左端为 极，将连接电源正、负极的导线对调，小磁针的指向改变，说明通电螺线管的磁场方向与 方向有关。
四、实验题
16．如图所示，探究通电螺线管外部磁场的方向。
（1）玻璃板上均匀撒上铁屑，放上小磁针。闭合开关后， 玻璃板，铁屑分布情况表明，螺线管的外部磁场与 磁体周围的磁场相似；
（2）接通电路，小磁针静止时 极的指向是该点的磁场方向，磁场的特征用 描述；
（3）调换电源的正负极，闭合开关，小磁针偏转方向 ，说明通电螺线管外部的磁场方向与 有关。
17．小波小组在探究“通电螺线管的外部磁场”实验中，设计了如图所示电路，实验时，
（1）可通过观察 判断通电螺线管的磁极；
（2）如图所示是通电螺线管周网的有机玻璃板上的小磁针分布状态，观察可知通电螺线管的外部磁场与 的磁场相似；
（3）小波猜想通电螺线管磁场强弱可能与线圈匝数和电流大小都有关。实验中，他将开关S从l换到2上时，调节变阻器的滑片P，再次观察电流表示数及吸引的回形针数目，此时调节滑动变阻器是为了 ，来研究 的关系。
五、综合题
18．小云利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，绿灯亮，警铃不响；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，红灯亮，同时警铃响。图甲中继电器的供电电压U1为3V，工作电路供电电压U2为220V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30Ω。当线圈中的电流大于或等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图象。
（1）电磁继电器利用了电流的 效应；由图乙可知，当环境温度为20℃时，热敏电阻的阻值为 Ω。当环境温度升高时，热敏电阻的阻值将 ，继电器的磁性将 （均选填“增大”“减小”或“不变”）；
（2）请计算说明环境温度在什么范围内时警铃报警。( )
19．在纪念世界电信和信息社会日暨河南省5G+示范工程启动仪式现场，全球首条在开放道路上试运行的5G无人驾驶公交车正式启动。小明在龙子湖智慧岛见到了外形萌萌哒的无人驾驶电动公交车“小宇”。假设“小宇”的部分参数如表一所示，回答下列问题：（g取10N/kg）
空车质量 3000kg 最大行驶速度 60km/h
满载量 8人 电动机最大输出功率 20kW
蓄电池 36V，55Ah 轮胎与地面接触总面积 0.08m2
（1）电动机的工作原理是 ；
（2）“小宇”在最大输出功率下，以40km/h的速度匀速行驶200km，此过程中电动机对它做了多少功 ？
（3）若这些能量全部由效率为40%的四冲程汽油机提供，则需要消耗汽油的质量是多少 ？（，汽油完全燃烧）
六、计算题
20．某电热水器有高温挡和低温挡。科学兴趣小组同学为模拟该热水器的工作原理，设计了如图甲所示电路。工作电路中有两根规格均为“220V 1100W”电热丝R1和R2，电源电压U2为220V。温控电路中电源电压U1恒为12V，定值电阻R0阻值为60Ω，放置于水箱中的热敏电阻Rt的阻值随温度变化的关系如图乙所示，闭合开关S，当通过电磁继电器线圈中的电流大于或等于50mA时，衔铁会被吸下，工作电路断开。电磁铁、线圈等电阻忽略不计。
（1）当工作电路的旋钮开关处于“bc”位置时，电路中的电流为多少？
（2）某次工作过程中，工作电路处于高温挡工作30分钟后，衔铁被吸下。该过程中，工作电路共消耗电能多少焦？
（3）为了使温控电路控制的最高水温可以在60~84℃范围内调节，需对温控电路进行改进。科学兴趣小组用滑动变阻器和热敏电阻Rt来实现，请在图丙所示虚框内完善改进后的温控电路，并标明滑动变阻器的调节范围。
21．如图所示，这是物理兴趣小组设计的汽车转向指示灯电路模型，指示灯的规格均为“6V0.5A”，R0为6Ω的定值电阻，电磁铁线圈及衔铁的阻值忽略不计，电源电压为6V；根据要求回答下列问题：
（1）当汽车正常直行时，转向开关应处于什么位置；
（2）请你解释一下当汽车左转弯时，左转指示灯会较暗、较亮交替闪烁的工作原理；
（3）当左转弯时，指示灯发光较暗时它两端的电压为多少。
参考答案：
1．D
【详解】A．密度是物质的一种特性，与质量无关，电子带负电，同种电荷相互排斥，故A不符合题意；
B．热值是物质的一种特性，与质量无关，质子带正电，同种电荷相互排斥，故B不符合题意；
C．动能与物体的质量和速度有关，中子不带电，它们之间没有作用力，故C不符合题意；
D．重力势能与物体的质量和高度有关，重力与物体的质量有关；分子间存在相互作用的斥力，故D符合题意。
故选D。
2．B
【详解】指南针原理是罗盘内的小磁针在地球的地磁场的作用下，小磁针的南极指向地理的南极；
所以转动指南针的罗盘时小磁针仍在地磁场的作用下指向地理的南极，即在地磁场的作用下几乎在原位置不动．
故B正确，选B．
点睛：理解指南针的原理，因为小磁针受到地磁场的作用，所以能够指南北，所以在转动罗盘时，磁针地磁场的作用下是几乎不动的．
3．A
【详解】A．电流的磁效应是由丹麦物理学家奥斯特最先发现，法拉第发现的是电磁感应，故A错误，A符合题意；
B．光的色散是牛顿在1666年最先利用三棱镜观察到的，故B正确，B不符合题意；
C．大气压的值最早是由意大利科学家托里拆利测量出，故C正确，C不符合题意；
D．杠杆原理早最由古希腊哲学家、数学家、物理学家阿基米德提出，故D正确，D不符合题意。
故选A。
4．A
【详解】A．磁感线上的任何一点的切线方向与该点的磁场方向一致，故A正确；
BD．磁感线是为了形象的描述磁场的分布情况而引入的一种理想模型，它不是客观存在的，不是由铁屑构成的，故BD错误；
C．在磁体的外部，磁感线从磁体的N极出发回到S极，故C错误。
故选A。
5．D
【详解】（1）托里拆利而不是帕斯卡第一次测出了大气压值，故A错误，（2）牛顿发现了万有引力定律，总结出了牛顿三定律，惯性定律是牛顿总结出的，阿基米德得出了阿基米德原理，可以用来求浮力，B、C选项弄反了，故BC错误；（3）奥斯特发现了电流的磁效应，故D正确．
故选D．
6．C
【分析】（1）在磁体的外部，磁感线从N极出发，回到S极；
（2）据安培定则的内容分析出N、S极，而后得出结论．
【详解】A、在磁体的外部，磁感线从N极出发，回到S极，该图正确，故A正确；
B、在磁体的外部，磁感线从N极出发，回到S极，该图正确，故B正确；
C、据安培定则可知，该通过螺线管的左端是N极，右端是S极，在磁体外部，磁感线的方向从N极指向S极，故磁感线应该从左端指向右端，故C错误；
D、在磁体的外部，磁感线从N极出发，回到S极，由于图中都是S极，所以磁感线都是进入两极的，故D正确；
故选C．
7．D
【分析】根据安培定则判断螺线管的N、S极；通电螺线管磁性的强弱与电流的大小有关，电流越大，磁性越强。
【详解】由右手定则可知左端为S极，右端为N极，通电螺线管的磁场强弱与线圈匝数和电流强弱有关，当滑片P向右移动，滑动变阻器接入电路的阻值变小，线圈中电流变大，所以螺线管的磁场会增强。
故选D。
8．C
【详解】A．分析图中电路，当温度达到金属丝下端所指的温度时，电磁铁具有磁性，吸引右边的衔铁，引起电铃通电，故电铃就响起来；
B．根据右手螺旋定则，控制电源的左端是正极，电磁铁中电流由左端流入，从右端流出，螺线管的右端就是N极；
C．增加控制电源的电压，电磁铁的磁性增强，此处电磁铁的作用只是吸引衔铁，引起工作电路工作，并不能使工作电路的电流增大，所以电铃的响度不变；
D．电铃内部有电磁铁，利用电磁铁通电时有磁性，断电时无磁性而间歇工作的，利用了电流的磁效应．
9．AC
【详解】A．如图，当闭合开关时，电流从电磁铁的上端进入，根据安培定则可以判断电磁铁的下端是N极，上端是S极，故A正确；
B．当有人乘坐电梯时，电动机转速较快，电动机两端的电压较大，只有电动机接入电路，衔铁被电磁铁吸引，与下面的触点2接通，故B项错误；
C．当没有人乘梯时，电动机转速减慢减少耗电，说明电动机两端的电压减小，电动机和定值电阻R1串联在电路中，说明衔铁被弹簧拉起，衔铁与上面的触点1接通，此时控制电路中的磁性较弱，电路中电阻较大，所以压敏电阻的阻值较大，当有人乘坐电梯时，电动机转速较快，电动机两端的电压较大，只有电动机接入电路，衔铁被电磁铁吸引，与下面触点2接通，说明电磁铁的磁性较大，控制电路的电流较大，压敏电阻的阻值较小，可以判断压敏电阻的阻值R随着压力的增大而减小，故C项正确；
D．电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力而运动，故D项错误。
10．ACD
【详解】A．在地磁场的作用下，指南针指南北，故A正确；
B．磁感线是不存在的，是人为规定的，故B错误；
C．由实验发现，能自由转动的小磁针静止时N极指向是该点磁场方向，故C正确；
D．磁带利用将磁带上的磁性材料磁化来记录信息，故D正确。
故选ACD。
11．电流
【详解】通电导线在磁场中受力的作用，其所受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关，只要改变其中一个方向，导线所受力的方向就会改变．
12． 四大发明 沈括 不完全指南北
【详解】指南针是我国的四大发明之一，在北宋学者沈括的《梦溪笔谈》中，记载了磁针所指方向不完全指南北这一事实，故他是世界上最早发现这一事实的人．
13． S 变小
【详解】[1]电流从螺线管的左侧流入，右侧流出，根据安培定则可知，螺线管的左端为N极，右端为S极，当小磁针静止时，根据磁极间的作用规律可知，相互靠近的一定是异名磁极，因此可以确定小磁针的左端为S极，右端为N极。
[2]当滑片P向左滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值变大，电路中的电流变小，通电螺线管的磁性变弱，对铁块的吸引力变小，故铁块受到的摩擦力将变小。
14． 减弱 变长
【详解】[1]由图知，滑片从b向a移动的过程中，滑动变阻器的电阻变大，则电路中的电流变小，那么小灯泡的亮度减弱。
[2] 结合图及安培定则知，电磁铁的上端为N极，据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引知，弹簧上的条形磁铁被电磁铁排斥，而电路的电流变小时，电磁铁的磁性减弱，则弹簧的长度比之前的长度变长了。
15． N 负 电流
【详解】[1][2]最左侧小磁针的左端为N极，右端为 S极，根据异名磁极相互吸引可知，螺线管的左端为N极，右端为S极，根据安培定则可知，电流从螺线管的右端流入，所以电源的左端为负极，右端为正极。
[3]将连接电源正、负极的导线对调，螺线管中电流的方向发生了变化，小磁针的指向也改变了，这说明磁场的方向发生了变化，所以通电螺线管的磁场方向与电流方向有关。
16． 轻敲 条形 N 磁感线 相反 电流方向
【详解】（1）[1][2]闭合开关，轻敲玻璃板，铁屑的分布情况表明，通电螺线管周围的磁场与条形磁体的磁场相似，都有两个磁极。
（2）[3][4]因为小磁针放入磁场，小磁针静止时N极指向和该点磁场方向相同，所以实验中使用小磁针是为了指示磁场方向，从而判断该点的磁场方向，磁场的特征用磁感线描述。
（3）[5][6]调换电源正负极，即改变螺线管中的电流方向，发现小磁针偏转方向改变，说明磁场方向与电流方向有关。
17． 小磁针静止时，N极（或S极）的指向 条形磁体 控制两次实验的电流大小不变 通电螺线管磁场强弱与线圈匝数
【详解】（1）[1]小磁针静止时，N极所指的方向就是该处的磁场方向，再根据磁场方向判断通电螺线管的磁极。
（2）[2]由图示可知，通电螺线管的外部磁场与条形磁体的磁场相似。
（3）[3][4]探究通电螺线管磁场强弱与线圈匝数和电流大小的关系时，要用控制变量法，研究通电螺线管磁场强弱与哪个因素有关，就要改变这个因素而且同时控制另一个因素不。S从l换到2上时，线圈的匝数发生了改变，此时应通过调节变阻器的滑片P，使电路中的电流保持不变，从而探究通电螺线管磁场强弱与线圈匝数的关系。
18． 磁 120 减小 增大 温度大于等于80℃
【详解】(1)[1]电磁继电器是电生磁，利用了电流的磁效应。
[2]观察乙图可知，当温度为20℃时，热敏电阻的阻值为120Ω。
[3][4]由乙图图像可知，随温度升高，热敏电阻阻值将降低，则电路电流将增大，从而继电器的磁性将增大。
(2)[5]当电流为0.05A时，电磁继电器的衔铁刚好被吸合，警铃报警，此时控制电路总电阻
电路为串联，则热敏电阻
R=R总-R0=60Ω-30Ω=30Ω
由图乙可知，此时温度为80℃，所以，当环境温度大于等于80℃时警铃报警。
19． 通电线圈在磁场中受力转动 22.5kg
【详解】（1）[1]通电导线在磁场中会受到力的作用，电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动。
（2）[2]“小宇”在最大输出功率下，运行的时间为
此过程中电动机对它做的功为
（3）[3]汽油完全燃烧释放的热量为
消耗的汽油的质量为
20．（1）5A；（2）3.96×106J；（3）见解析
【详解】解：（1）由图可知，当工作电路的旋钮开关处于“bc”位置时，电路为R1的简单电路，已知R1的功率
P1=P1额=1100W
由P=UI公式可得，电路中的电流
（2）由图可知，工作电路处于高温挡时，R1、R2并联，则总功率
P=P1额+P2额=1100W+1100W=2200W
工作电路处于高温挡工作时间
t=30min=1800s
所以，工作电路处于高温挡工作30分钟消耗的电能
W=Pt=2200W×1800s=3.96×106J
（3）当通过电磁继电器线圈中的电流大于或等于50mA时，衔铁会被吸下，工作电路断开，根据可知，此时控制电路中的总电阻
由图像可知，水温为60℃时，热敏电阻Rt的阻值为Rt1=220Ω，水温为84℃热敏电阻Rt的阻值Rt2=160Ω，则R总>Rt1>Rt2，所以为了使温控电路控制的最高水温可以在60~84℃范围内调节，利用滑动变阻器和热敏电阻Rt应串联连接，根据串联电路的总电阻等于各分电阻之和可知，当水温为60℃时滑动变阻器连入电路的阻值
R滑1=R总-Rt1=240Ω-220Ω=20Ω
当水温为84℃时滑动变阻器连入电路的阻值
R滑2=R总-Rt2=240Ω-160Ω=80Ω
所以滑动变阻器的调节范围为20~80Ω。如图：
答：（1）当工作电路的旋钮开关处于“bc”位置时，电路中的电流为5A；
（2）工作电路共消耗电能为3.96×106J；
（3）见解析。
21．（1）1和2；（2）当转向开关与触点4和5刚接通时，电磁铁中有电流通过，左转指示灯发光较暗，接着衔铁被吸下，触点A与B接通，电磁铁和电阻R0被短路，左转指示灯发光较亮，此时由于电磁铁中没有电流通过，衔铁被弹簧拉上去，触点A与B分离，电磁铁中又有电流通过，随后电磁铁又将衔铁吸下，如此循环，左转指示灯会较暗、较亮交替闪烁；（3）4V
【详解】解：（1）汽车正常直行时，左转指示灯和右转指示灯均不亮，电路处于断开状态，所以转向开关应处于1和2的位置。
（2）当转向开关与触点4和5刚接通时，电磁铁中有电流通过，左转指示灯发光较暗，接着衔铁被吸下，触点A与B接通，电磁铁和电阻R0被短路，左转指示灯发光较亮，此时由于电磁铁中没有电流通过，衔铁被弹簧拉上去，触点A与B分离，电磁铁中又有电流通过，随后电磁铁又将衔铁吸下，如此循环，左转指示灯会较暗、较亮交替闪烁。
（3）指示灯的规格均为“6V0.5A”，由可得，指示灯的电阻为
当左转弯时，指示灯发光较暗时，左转指示灯和R0串联，电路中的总电阻为
因为电磁铁线圈阻值不计，电路中电流为
指示灯发光较暗时它两端的电压为
答：（1）开关应处于1和2的位置；
（2）当转向开关与触点4和5刚接通时，电磁铁中有电流通过，左转指示灯发光较暗，接着衔铁被吸下，触点A与B接通，电磁铁和电阻R0被短路，左转指示灯发光较亮，此时由于电磁铁中没有电流通过，衔铁被弹簧拉上去，触点A与B分离，电磁铁中又有电流通过，随后电磁铁又将衔铁吸下，如此循环，左转指示灯会较暗、较亮交替闪烁；
（3）当左转弯时，指示灯发光较暗时它两端的电压为4V。
