第十六章 《电磁铁与自动控制》单元检测解析版

第十六章《电磁铁与自动控制》单元测试试卷满分：100分时间：90分钟题型选择题填空题实验题计算题题号1-78-1415-1718-20分值21303217一、单选题（每小题3分，共21分）1．人类最早的磁化技术出现在我国宋代。据《武经总要》记载，如图所示，古人先将鱼形铁烧红，令铁鱼头尾指向南北，然后将其放入水中冷却，依靠地磁场获得磁性，再将其放入水中漂浮，制成指南鱼，图中是它静止时的指向。下列判断正确的是（）A．鱼形铁不能被磁体吸引 B．指南鱼周围存在磁感线C．指南鱼鱼头应标注“N” D．指南鱼的腹部磁性最强【答案】C【解析】A．铁片烧红后，达到特定温度，蘸水淬火后，在地磁场作用下，内部的分子排列有方向性，获得磁性，即磁化，鱼形铁被磁化后能被磁体吸引，故A错误；B．磁体周围存在磁场，故指南鱼被磁化后周围存在磁场；磁感线是为了形象描述磁场而画的一些线，磁感线实际并不存在，故B错误；C．将做好的指南鱼放入水盆中，根据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，指南鱼的N极指向地磁场的南极，即地理的北极，即指南鱼鱼头应标注“N”，故C正确；D．磁体的磁极磁性最强，指南鱼的鱼头与鱼尾磁性最强，故D错误。故选C。2．物理学是美的，许多物理现象都具有对称美、平衡美和曲线美。下列优美的曲线中，用磁感线描述磁体外部磁场正确的是（）A． B．C． D．【答案】A【解析】A．磁感线是为了描述空间磁场假想的一些闭合曲线，在磁体的外部磁感线是从磁体的N极出来回到S极的，故A正确；B．U形磁体周围磁感线一样是从N极出来回到S极，图中磁感线方向画反了，故B错误；CD．对于相互靠近的两个磁极，如果是异名磁极，磁感线是从N极出来进入S极的，箭头指向S极，故CD错误。故选A。3．如图所示，在电磁铁的正上方用弹簧挂着一根条形磁铁，闭合开关S，待条形磁铁静止后，再将滑片P从端向端移动的过程中，会出现的现象是（

）A．电流表示数变大，灯L变亮，弹簧的长度变长B．电流表示数变大，灯L变亮，弹簧的长度变短C．电流表示数变小，灯L变暗，弹簧的长度变长D．电流表示数变小，灯L变暗，弹簧的长度变短【答案】B【解析】CD．将滑片P从端向端移动的过程中，滑动变阻器的阻值变小，总电阻变小，电路中的电流变大，灯L变亮，故CD错误；AB．将滑片P从端向端移动的过程中，电流变大，灯泡变亮，电磁铁的磁性变强，根据安培定则，四指的方向为电流的方向，大拇指的方向为N极，故下端为N极，上端为S极，根据同名磁极相互排斥，由于斥力增强，则弹簧变短，故A错误，B正确。故选B。4．如图所示，闭合电磁铁开关S，条形磁铁静止在水平桌面上。下列判断正确的是（）A．条形磁铁受到电磁铁对其向左的作用力B．条形磁铁受到桌面对其向左的摩擦力C．将滑动变阻器的滑片向右移动，条形磁铁受到的摩擦力不变D．若只改变电源的正负极，条形磁铁受到的摩擦力变大【答案】A【解析】A．由安培定则得，右手握住螺线管，四指指向电流的方向，大拇指指向电磁铁右端为N极，左侧为S极，同名磁极相互排斥，所以条形磁铁受到电磁铁对其向左的作用力，故A正确；B．条形磁铁处于静止状态，水平方向上受到平衡力的作用，水平向左的排斥力和桌面对条形磁铁的水平向右的摩擦力为一对平衡力，故B错误；C．将滑动变阻器的滑片向右移动，滑动变阻器接入电路的电阻变大，根据欧姆定律可知，电路中的电流变小，电磁铁的磁性变弱，排斥力变小，摩擦力和排斥力是一对平衡力，大小相等，所以摩擦力变小，故C错误；D．若只改变电源的正负极，电流的方向改变，大小不变，则电磁铁的磁性不变，条形磁体受到电磁铁的吸引力大小等于原来的排斥力大小，此时吸引力与摩擦力是一对平衡力，大小相等，则摩擦力不变，故D错误。故选A。5．如图所示，是某同学自制的简易电磁锁原理图。闭合开关S，滑片P向左移动，使静止在水平桌面的条形磁体滑动，打开门锁。下列说法正确的是（）A．通电后电磁铁a端为S极B．滑片向左移动的过程中电磁铁的磁性增强C．条形磁体在滑动过程中受到向左的摩擦力D．条形磁体在滑动过程中受到的摩擦力变小【答案】B【解析】A．由图中可知，通电后电流从电磁铁的b端流入，由安培定则可知，电磁铁的a端为N极，故A错误；B．滑片向左移动的过程中，滑动变阻器接入电路中的阻值变小，故电路中电流变大，则电磁铁的磁性增强，故B正确；C．因条形磁铁的b端为S极，故由异名磁极相互吸引可知，条形磁体会受到向左的磁力作用而向左滑动，故条形在滑动过程中受到桌面向右的摩擦力，故C错误；D．条形磁体在滑动过程中，在竖直方向上处于受力平衡状态，条形磁铁与桌面之间的压力和粗糙程度不变，故条形磁体在滑动过程中受到的摩擦力不变，故D错误。故选B。6．如图所示，是巨磁电阻特性原理的示意图，其中GMR是一个巨磁电阻，其阻值随磁场的增强而急剧减小。闭合开关S1、S2，下列说法正确的是（）A．电磁铁的右端为N极B．当滑片P向右滑动时，电磁铁磁性增强C．当滑片P向左滑动时，巨磁电阻的阻值增大D．当滑片P向左滑动时，指示灯变亮【答案】D【解析】A．闭合开关S1，电流从电磁铁的右端流入，左端流出，根据安培定则可知电磁铁左端为N极，右端为S极，故A错误；BCD．闭合开关S1、S2，滑片P向右滑动时，滑动变阻器连入电路中的电阻变大，电压一定，由可知，电流变小，电磁铁磁性减弱；滑片P向左滑动时，电磁铁磁性增强，由题可知，巨磁电阻的阻值减小，电压一定，由可知，电流变大，由P=UI可知，指示灯的实际功率变大，所以指示灯变亮，故BC错误，D正确。故选D。7．创新小组的同学们为学校食堂设计了一个可自动注水的储水池。如图是它的简化装置图，电源电压一定。控制电路中，RN为压敏电阻，其阻值随压力的变化而变化，R0为定值电阻。闭合开关S1、S2，当池中水位上升到一定高度时，触点分离，工作电路断开，注水装置自动停止注水，当池中水位下降到一定位置时，触点连接，工作电路接通，注水装置自动开始注水。下列分析正确的是（）A．水位上升时，电磁铁磁性变弱 B．水位上升时，通过R0电流变小C．水位下降时，R0的电功率变大 D．水位下降时，RN的阻值会变大【答案】D【解析】AB．水位上升时，向池中注水，触点接触，当注满水时，触点分离，说明RN电阻逐渐减小，电流变大，磁性变强，将衔铁吸引到下面，故AB错误；CD．水位下降时，需要注水，触点接触，电磁铁磁性减弱，故RN的阻值会变大，电流变小，根据P=I2R可知，R0的电功率变小，故C错误，D正确。故选D。二、填空题（每空2分，共30分）8．小磁针静止时N极会自动转向地球的（选填“北”或“南”）方，因为地球本身就相当于一个巨大的磁体，它的形状跟的磁场相似，如图所示，是描绘某一磁体周围磁场的部分磁感线，若在b点放置一个可自由转动的小磁针，则小磁针静止时，其N极指向（选填“P”或“Q”）｡【答案】北条形磁体Q【解析】[1][2]地球相当于一个巨大的条形磁体，其N极在地理的南极附近，S极在地理的北极附近。据：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，可知，小磁针的N极在静止时指向地球的北方。[3]物理学中规定，磁场中自由小磁针静止时N极所指方向为磁场方向，而磁感线的方向表示磁场方向；由图示知，磁体周围的磁场方向在b点指向Q，所以小磁针的N极指向Q。9．如图所示，a、b分别为两个条形磁体的某一端磁极，根据图中磁感线的分布，可以判断a、b为（“同名”或“异名”）磁极，其中a为极（填写字母）。【答案】异名N【解析】[1]同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，磁感应线由a指向b，相互吸引，因此是异名磁极。[2]磁感线总是从磁体的N极发出，最后到S极，因此a是N极。10．如图是研究巨磁电阻（GMR电阻在磁场中急剧减小）特性的原理示意图，闭合开关S1、S2后，电磁铁右端为极，滑片P向左滑动过程中，指示灯明显变（选填“亮”或“暗”）。【答案】S亮【解析】[1]根据右手螺旋定则，四指的方向为电流的方向，大拇指为N极，故电磁铁的右端为S极。[2]滑片P向左滑动过程中，电阻变小，电流变大，磁性变强，GMR电阻变小，总电阻变小，电流变大，故灯泡变亮。11．如图所示，开关S闭合，根据通电螺线管周围的磁感线分布判断直流电源的左端为（选填“正极”或“负极”），弹簧测力计吊着铜块在通电螺线管的上方从右端水平匀速运动到左端的过程中，弹簧测力计示数（选填“先变小后变大”“一直不变”或“先变大后变小”）。【答案】负极一直不变【解析】[1]由图中可知，磁感线从通电螺线管的左端出发，回到右端，故可知通电螺线管的左端为N极，故由安培定则可知，电流从通电螺线管的右端流入，则直流电源的左端为负极。[2]因电磁铁对铜块没有磁力的作用，故弹簧测力计吊着铜块在通电螺线管的上方从右端水平匀速运动到左端的过程中，由二力平衡可得，弹簧测力计对铜块的拉力始终等于铜块的重力不变，故弹簧测力计的示数一直不变。12．如图是小军设计的短跑比赛“抢跑判断器”。运动员蹲在起跑器上后，工作人员闭合开关S1，S2，发令指示灯亮，运动员抢跑后，R0所受压力变小，电阻变小，电磁铁的磁性（填“增强”或“减弱”），将吸下，抢跑指示灯（填“L1”或“L2”）亮，判定运动员抢跑。【答案】增强衔铁L2【解析】[1][2][3]由图知，工作人员闭合开关S1，S2，左侧电路接通，但压敏电阻阻值较大，根据欧姆定律可知电路中电流很小，通过电磁铁的磁性很弱，不会将衔铁吸下来，右侧电路发令指示灯L1接通，运动员抢跑后，R0所受压力变小，阻值变小，电路中的电流变大，则通过电磁铁的电流变大，电磁铁磁性增强，将上方的衔铁吸下，此时，发令指示灯L1熄灭，抢跑指示灯L2接通，故L2亮，可判定运动员抢跑。13．小英看到某小区车库积水造成大量财产损失的新闻后，设计了如图所示的车库积水自动报警器，图中A、B位置可以安装电铃或LED灯，车库没有积水时，LED灯亮；车库有积水时，左侧控制电路接通，电磁铁通电，具有性，把衔铁吸下，电铃发出声音。电铃应该安装在图中的位置。【答案】磁B【解析】[1][2]车库没有积水时，电磁铁不具有磁性，不会吸引衔铁，LED灯亮，说明A为LED灯；车库有积水时，左侧控制电路接通，电磁铁通电，电磁铁会具有磁性，能吸引衔铁，使得B的电路接通，电铃发出声音，所以电铃应安装在图中的B位置。14．将小磁针放置在通电螺线管右侧，小磁针静止时，其极的指向如图所示。由此可知电流是从（选填“A”或“B”）端流入螺线管的。【答案】B【解析】小磁针左端为N极，根据磁极间的相互作用可知，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，故该螺线管右端为S极，螺线管的左端为N极，根据安培定则，右手大拇指的方向为N极的指向，四指的方向即为电流的方向，故电流从B端流入。三、实验题（每空2分，共32分）15．探究磁体与通电螺线管周围的磁场：(1)小明用小磁针探究磁体周围磁场如图1所示，实验时将小磁针先后放在条形磁体周围不同位置处，记录小磁针在各处静止时N极的指向。通过实验可知，磁场具有方向，磁场中各点的磁场方向一般（选填“相同”或“不同”）；(2)小红用铁屑探究磁体周围的磁场如图2所示①将玻璃板平放在磁体上，并在玻璃板上均匀撒上一层铁屑，轻轻敲击玻璃板，观察铁屑的分布情况。轻敲玻璃板的目的是，铁屑在磁场中被成一个个小磁针，从而在磁场中有序地排列起来；②再在玻璃板上放一些小磁针，记录这些小磁针静止时N极的指向；③人们仿照铁屑在磁场中排列的情况和小磁针N极的指向画出一些带箭头的曲线来形象地描述磁场，物理学中把这样的曲线叫作；④实验中小磁针的作用是。【答案】不同减小摩擦力的影响磁化磁感线显示磁场的方向【解析】(1)[1]磁场中各点自由小磁针的N极指向一般不同，表明磁场中各点的磁场方向一般不同。(2)①[2]轻敲玻璃板的目的是减小摩擦力的影响，使铁屑可以自由移动。[3]铁屑是磁性材料，在磁场中被磁化，具有磁性。③[4]物理学中，用来描述磁场强弱和方向的带箭头的曲线叫做磁感线。④[5]实验中小磁针的作用是通过它在磁场中受力转动到不同位置来显示磁场的方向。16．电与磁之间存在着相互联系，彰显物理现象的对称、统一之美。（1）如图1所示，小雨利用干电池、导线和小磁针进行实验；①通电后小磁针发生偏转，断电后小磁针复位。实验表明；②若把图甲中的小磁针换成直导线并通电。推测：两条通电导线之间（填“有”或“没有”）相互作用力，依据是（填字母）；A．电磁感应现象

B．磁场对电流的作用（2）小雨又将直导线绕成螺线管形状，在螺线管的两端各放一个小磁针，并在硬纸板上均匀地撒满铁屑。通电后观察小磁针的指向及铁屑的排列情况，如图2所示。实验结果表明：通电螺线管外部的磁场与的磁场一样；（3）在螺线管中插入软铁棒，制成电磁铁。下列设备中没有用到电磁铁的是（填字母）。A．大型发电机

B．电磁起重机

C．电炉【答案】通电导线周围存在磁场有B条形磁体C【解析】（1）①[1]通电后小磁针发生偏转，断电后小磁针复位。实验表明表明通电导线周围存在磁场。②[2][3]由于通电导线周围有磁场，磁场对电流有力的作用，故若把图甲中的小磁针换成直导线并通电，两条通电导线之间有相互作用力。故选B。（2）[4]通电后观察小磁针的指向及铁屑的排列情况，画出通电螺线管的磁感线，根据通电螺线管的磁感线分布形状可知，通电螺线管外部的磁场和条形磁体外部的磁场一样，通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个极。（3）[5]电炉是完全的发热装置，而发电机和电磁起重机均需要电磁铁产生磁性进行工作。故选C。17．小聪利用光敏电阻为社区设计了一种自动草坪灯，其工作原理如图所示。工作电路中有两盏规格均为“220V

44W”的灯泡L，天暗时灯自动发光，天亮时灯自动熄灭。控制电路中电源电压U恒为6V，定值电阻R为200Ω。在一定范围内，光敏电阻R的阻值与光照强度E（光照强度E的单位为lx，光越强光照强度越大）之间存在一定关系，部分数据如下表所示。电磁铁的线圈电阻忽略不计，当天色渐暗，通过线圈的电流为0.02A时，恰好启动工作电路的照明系统。试问：光照强度E/lx1.02.03.04.05.0光敏电阻R/Ω12060403024（1）随着光照强度减小，光敏电阻R的阻值（选填“增大”或“减小”），电磁铁的磁性（选填“增强”或“减弱”），当光照强度减小到一定值时，衔铁会被（选填“吸下”或“释放”），照明系统启动。（2）两盏灯均正常发光时，工作电路中的总电流是多少？()（3）照明系统恰好启动时，光敏电阻R的阻值为多少？()此时光照强度为多少？()【答案】增大减弱释放0.4A100Ω1.2lx【解析】（1）[1]由表格信息可知，关照强度由5.0lx减小到1.0lx时，光敏电阻的阻值从24Ω增大到120Ω，说明随着光照强度的减小，光敏电阻的阻值增大。[2][3]影响电磁铁磁性的因素有：电流大小和线圈匝数。由题意可知，光敏电阻阻值变大时，电路中的电流变小，在线圈匝数不变时，磁性减弱。当光照强度减小到一定值时，衔铁会被释放，此时工作电路接通，照明系统启动。（2）[4]由工作电路电路图可知，俩个同规格的灯泡并联在220V电压上，则电路中的总电流为（3）[5][6]照明系统恰好启动时，通过线圈的电流为0.02A，则此时控制电路的总电阻为则由表格信息可知，光敏电阻的阻值和光照强度的乘积是一个定值，即120Ω•lx。所以光敏电阻的阻值和光照强度成反比，则当光敏电阻阻值为100Ω时，光照强度为四、计算题（18题5分，19题6分，20题6分，共17分）18．如图甲所示，是一种电加热恒温箱的简化工作原理电路图。工作电路由电压U0=220V的电源和阻值为R0=88Ω的电热丝组成。控制电路是由电压U1=7.5V的电源、开关、电磁继电器（线圈电阻不计）、电阻箱R1（可取值范围为0～120Ω）和热敏电阻Rt组成的，热敏电阻Rt的阻值随温度变化的关系如图乙所示。当控制电路的电流达到50mA时，衔铁才吸合，从而切断右边工作电路，停止加热。求：(1)工作电路中电热丝R0工作时的电流；(2)电热丝R0工作5min产生的热量；(3)如果恒温箱的温度设定为60°C，则电阻箱R1应取多大阻值；(4)该恒温箱可设定的最高温度是多少°C。【答案】(1)2.5A；(2)；(3)70Ω；(4)150°C【解析】(1)根据计算工作电路中电热丝R0工作时的电流为(2)工作电路工作5min产生的热量为(3)如果恒温箱的温度设定为60°C，由图乙知，此时热敏电阻的阻值为80Ω，则由可得控制电路的总电阻为则电阻箱R1的阻值为(4)因为电磁继电器的吸合电流一定，吸合时总电阻一定，所以当电阻箱的电阻最大时，热敏电阻的阻值最小，此时设定温度最高,可得热敏电阻最小为由图乙得，热敏电阻为30Ω时，设定最高温度为150°C。答：(1)工作电路中电热丝R0工作时的电流是2.5A；(2)电热丝R0工作5min产生的热量是；(3)如果恒温箱的温度设定为60°C，则电阻箱R1应取阻值70Ω；(4)该恒温箱可设定的最高温度是150°C。19．如图是一款利用电磁继电器设定不同出水温度的电热饮水机原理示意图。工作电路中，电源电压恒为220V，R是加热电阻丝，阻值为48.4Ω。控制电路中，电源电压恒为3V，电磁铁线圈电阻R线为5Ω，Rt是热敏电阻，其阻值与温度的关系式为Rt=5+0.5t（其中Rt单位是Ω，t的单位是℃），R0是用来设定不同出水温度的滑动变阻器。当电磁铁线圈中的电流小于或等于10mA时，衔铁片会弹起，触点分离，饮水器停止加热。[ρ水=1.0×103kg/m3，c水=4.2×103J/(kg⋅℃)】（1）若将滑动变阻器R0的阻值调为250Ω时，饮水机能将水加热到的最高温度是多少？（2）饮水机内装有1000mL，初温为20℃的水，将其加热到100℃，用时7min，则水吸收的热量是多少？（3）上述加热过程中，该饮水机工作电路的加热效率是多少？【答案】（1）90℃；（2）3.36×105J；（3）80%【解析】解：（1）饮水机将水加热到最高温度时，衔铁会弹起，触点分离，此时控制电路的电流为I=10mA=0.01A此时滑动变阻器R0两端的电压U0=IR0=0.01A×250Ω=2.5V热敏电阻Rt两端的电压Ut=U-U0=3V-2.5V=0.5V热敏电阻的阻值据Rt=5+0.5t知，水能加热到的最高温度（2）饮水机中水的质量m=ρ水V=1.0×103kg/m3×1000×10-6m3=1kg水吸收的热量Q吸=c水m(t1-t0)=4.2×103J/(kg⋅℃)×1kg×(100-20)℃=3.36×105J（3）上述加热过程中，饮水机消耗的电能饮水机工作电路的加热效率答：（1）若将滑动变阻器R0的阻值设为250Ω，饮水机能将水加热到的最高温度是90℃；（2）水吸收的热量是3.36