精练18电磁相关问题(原卷版+解析)

精练18电磁相关问题一．选择题（共3小题）1．有两根外形完全相同的钢棒a和b；按图甲放置，手拿住a时，b不会掉下来；按图乙放置，手拿住b时，a会掉下来。这说明（）A．钢棒a具有磁性 B．钢棒b具有磁性 C．钢棒a和b都具有磁性 D．钢棒a和b都不具有磁性2．在如图所示的电路中，有四个电磁继电器，相关参数标注在图上，其中电源电压1.5V且和一个1Ω的电阻串在一起（图中把它们画在一起），灯泡电阻8Ω，刚闭合开关后，下列说法错误的是（）A．若滑片位于最左边，三个灯泡从左往右依次点亮 B．若滑片位于最左边，当最后一个继电器闭合后，三个灯泡从左往右依次熄灭 C．若滑片位于最右边，三个灯泡从左往右依次点亮 D．若滑片位于最右边，当最后一个继电器闭合后，三个灯泡从左往右依次熄灭3．如图是简易“电动火车”的示意图，把一个干电池两端吸有短小圆柱形强磁铁的“结合体”，放入很长的固定在水平桌面的螺旋线圈内，干电池和强磁铁的“结合体”就会在螺旋线圈内运动。关于简易“电动火车”的说法有：①线圈可以用漆包线绕成，确保各处绝缘；②强磁铁与线圈在任何位置都应保持良好接触；③“结合体”受到磁场力的作用；④“结合体”受到电源产生的电力。其中正确的是（）A．①② B．②③ C．①③ D．①④二．填空题（共1小题）4．回顾与电和磁完成下列有关问题。（1）由（图1）的实验可知：有磁场；此磁场的方向跟有关。这种现象叫电流的效应，电磁铁就是利用这种效应制成的。（2）小红利用电磁铁设计了一种微机室防盗报警器（如图2）．在微机室房门处安装开关S，电铃安在传达室。当房门被推开时，开关S闭合，电流通过电磁铁，电磁铁（填“有”或“无”）磁性，跟金属弹性片上的磁铁相互，电铃电路接通电铃报警。三．实验探究题（共5小题）5．小明设计了一种“自动限重器”，如图甲所示。该装置由控制电路和工作电路组成，其主要元件有电磁继电器、货物装载机（实质是电动机）、压敏电阻R1和滑动变阻器R2等。压敏电阻R1的阻值随压力F变化的关系如图（乙）所示。当货架承受的压力达到限定值，电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品。已知控制电路的电源电压U＝6V，电磁继电器线圈的阻值忽略不计。请你解答下列问题：（1）用笔画线代替导线将图（甲）的电路连接完整。（2）随着控制电路电流的增大，电磁铁的磁性将，当电磁继电器线圈中的电流大小为30mA时，衔铁被吸下。若货架能承受的最大压力为800N，则所选滑动变阻器R2的最大阻值至少为Ω。（3）若将滑动变阻器R2的阻值调小，则货架能承受的最大压力将（选填“增大”，“减小”或“不变”）。6．小明在探究“怎样产生感应电流”的实验中，用导线将金属棒、开关、灵敏电流计连接成如图所示的电路。请你参与探究并回答下列问题；（1）悬挂金属棒静置于∪形磁铁的磁场中，此时两极正对区域磁感线的箭头方向是竖直向（选填：“上”或“下“）。（2）灵敏电流计的作用是用来检测的。若闭合开关后并未发现电流计指针偏转，经检查器材均完好，各器材间连接无误，那么接下来你认为最应该关注的器材是。（3）小明认为是原来磁铁的磁性太弱所致，他提出更换磁性更强的磁铁，就在他移动原磁铁时，你发现电流计的指针出现了晃动，你认为接下来最应该做什么来找到让电流计指针偏转的原因。（仅写出最应该进行的一步操作）（4）就根据上述探究过程，小明就说：“我们找到产生感应电流的秘密了!”此时你对小明的“成果发布”作何评价？。7．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。资料一：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。并查到某压力传感器输出电压与压力的关系如下表：压力/×105N01.22.43.64.86.0输出电压/V012345资料二：电磁继电器是利用电磁铁控制工作电路通断的开关。电磁继电器的主要部件是电磁铁、衔铁、弹簧和动触点、静触点（如图1所示）。继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。继电器的触点有三种基本形式：1．动合型（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表示。2．动断型（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。3．转换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字头“z”表示。电磁继电器主要技术参数：电磁继电器吸合电流是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所通过的工作电流，一般不要超过吸合电流的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。电磁继电器释放电流是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。小明利用该压力传感器、电磁继电器和电阻箱R'（最大电阻200Ω）及部分其它器材设计了图2甲所示的超载报警电路，闭合开关S，当线圈中电流大于或等于20mA时，电磁继电器的衔铁被吸合。已知继电器线圈的电阻为25Ω，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）根据表格中数据，请在图2乙给定的坐标系中描绘出压力传感器的输出电压随压力变化的图像；（2）小明所用电磁继电器的触点形式是型（选填“H”、“D”、“Z”），常开触点是（选填“a”、“b”、“c”）。（3）当压力增加到一定程度时，电铃报警，说明汽车超载，则图甲中电铃应接在（选填“A、B”或“C、D”）两端；（4）小明希望压力大于或等于3.0×105N时，启动报警系统，则电阻箱R'的电阻应调节到Ω。（5）若要使该报警装置不被烧坏，汽车的最大质量不能超过吨（g取10N/kg）。8．如图为一仿制的发电机，装有手摇柄（未画出）的转轴垂直穿过圆盘中心，金属圆盘放在蹄形磁铁之间，圆盘的轴心和能在圆盘的边缘滑动接触的滑片通过金属导线与电流表相连。金属圆盘可以看成是由无数根长度等于圆盘半径的导线组成的，圆盘在磁极间不断转动，每根导线都在做切割磁力线的运动，从而产生持续电流。当以某一转速匀速转动金属圆盘时，电流表有一定的示数。根据上述材料，请回答下列问题：（1）换用的磁铁，其它条件不变，发现电流表读数增大，说明电流大小跟有关；（2）换用一个半径大一些的金属圆盘，其它条件不变，发现电流表读数增大，说明感应电流大小也跟有关；（3）当圆盘转速增大，其它条件不变时，发现电流表读数也增大，说明感应电流大小还跟有关。9．小红在学习了磁场对通电导体有力的作用后，进一步查阅资料，了解到当电流与磁场垂直时，磁场对通电导体的作用力大小与磁场强弱、导体在磁场中的长度以及导体中的电流大小有关。她设计了如图所示的装置，验证磁场对通电导体的作用力大小跟电流大小有关。实验步骤如下：①将一根导体棒用两根细线悬挂在铁架台上，将一蹄形磁铁竖直固定在铁架台上，并让导体棒与蹄形磁铁磁极间的磁感线方向垂直。②给导体两端加电压U1，闭合电路，观察悬线偏转的角度α1。③给导体两端加电压U2，U2＞U1，闭合电路，观察悬线偏转的角度α2。根据以上信息，回答下列问题：（1）如果α1α2（选填“等于”或“不等于”），即可验证磁场对通电导体的作用力大小与电流大小有关。（2）小红想进一步探究磁场对通电导体的作用力大小与导体在磁场中的长度是否有关，于是她更换了另一根较长的导体棒，并更换了一个较大的蹄形磁铁，她这样做存在的问题是。四．计算题（共2小题）10．小张同学利用如图所示的器材，为三防指挥部设计了一个水位自动报警器：当水位尚未达到金属块A所在的高度时，工作电路中绿灯L1亮，表示水位正常；当水位达到A高度时（河水含有杂质，属于导体），红灯L2亮（发出报警信号）。（1）请按照上述要求将图中的电路连接完整；（2）若绿灯L1内的灯丝断了，装置其它元件正常，当水位达到A高度时，红灯L2能不能亮？（3）若两灯的功率相同，都为2W，则这个报警器正常工作2h，绿灯L1和红灯L2总共消耗的电能是多少千瓦时？11．如图甲为小园同学设计的水箱水量预警装置电路设计图圆柱体水箱底面积S＝0.45米2，高H＝10米，浮球质量为3千克，永久磁铁质量为2千克。干簧管是一种磁敏开关，其工作原理如图乙，当永久磁铁靠近干簧管时，簧片的触点部位会被磁力吸引而吸合；当永久磁铁远离干簧管，磁场减弱后，簧片由于本身的弹性而释放断开。当水箱水面高度高于8米或低于2米时，相应的干簧管簧片触点会一直吸合，电路中对应的预警灯亮，发出预警。已知电源电压U＝6伏，红灯规格为“6伏1.2瓦”，绿灯规格为“6伏0.6瓦”。（1）图中滑轮的作用是。（2）求完成该实验浮球的最小体积。（g取10N/kg）（3）图丙表示水箱内每秒放水的体积（秒流量）与水位高h的关系。当水箱装满水后，闭合开关的同时从出水口开始放水，到恰好放水完毕，断开开关，整个过程电路消耗的电能。（干簧管电阻忽略不计）五．综合能力题（共2小题）12．电动汽车是未来汽车的一种发展方向，由于受电池技术的限制，混合动力汽车是一种较好的过渡产品。某油电混合动力汽车相关信息如甲图，工作原理如图乙所示，当需要高速行驶或蓄电池电能过低时，内燃机就会启动，既可以向车轮输送能量，又可以给蓄电池充电，电动汽车所受阻力与车速的关系如图丙所示，在某次测试中，测试前蓄电池已储存的电能为1×108J，测试中全部由内燃机提供能量，汽车以50km/h的速度水平匀速行驶了1h，同时蓄电池的电能增加了25%，求：（1）当该汽车制动刹车时，驱动电机会反转变为发电机给蓄电池充电，发电机的原理是，产生的电能是由汽车的能转化而来的。（2）在该次测试中，所用燃料的热值为4.5×107J/kg，测试过程中消耗10kg燃料，燃料完全燃烧释放的热量是多少J？（3）在该次测试中，汽车牵引力做的功是多少J？（4）在该次测试中，内燃机的效率是多少？（忽略蓄电池和驱动电机的热损失）13．小明乘电梯时，发现电梯超载会自动报警。于是喜好钻研的他对电梯的电路图进行了研究，并设计了以下探究实验，如图甲所示。电源电压恒定不变，R0为定值电阻。用杯中水量调节压敏电阻受到压力的大小，压敏电阻Rx的电流与受到压力大小的关系如图乙所示：（1）分析图乙I﹣F图象可知：压敏电阻Rx受到的压力增大时，通过它的电流，Rx的阻值（选填“变大”“变小”或“不变”）；当压力增大到一定程度时，触点K与接触，电铃响，实现自动报警，图片中Ro的作用是。（2）某电梯超载报警的Rx﹣F图象如图丙所示，空载时电梯厢对Rx的压力F1等于电梯厢的重力，当压力F2＝1×104N时，电梯报警，则此电梯限载人。（设每人质量约为55kg）六．解答题（共4小题）14．阅读短文，回答问题：巨磁电阻效应1988年阿尔贝•费尔和彼得•格林贝格尔发现，在铁、铬相间的三层复合膜电阻中，微弱的磁场可以导致电阻大小的急剧变化，这种现象被命名为“巨磁电阻效应”。更多的实验发现，并非任意两种不同种金属相间的膜都具有“巨磁电阻效应”。组成三层膜的两种金属中，有一种是铁、钴、镍这三种容易被磁化的金属中的一种，另一种是不易被磁化的其他金属，才可能产生“巨磁电阻效应”。进一步研究表明，“巨磁电阻效应”只发生在膜层的厚度为特定值时。用R0表示未加磁场时的电阻，R表示加入磁场后的电阻，科学家测得铁、铬组成的复含膜R与R0之比与膜睽厚度d（三层膜厚度均相同）的关系如图所示。1994年IBM公司根据“巨磁电阻效应”原理，研制出“新型读出磁头”，将磁场对复合膜阻值的影响转换成电流的变化来读取信息。（1）以下两种金属组成的三层复合膜可能发生“巨磁电阻效应”的是。A．铜、银B．铁、铜C．铜、铝D．铁、镍（2）对铁、铬组成的复合膜，当膜层厚度是1.7nm时，这种复合膜电阻。（选填“具有”或“不具有”）“巨磁电阻效应”。（3）“新型读出磁头”可将微弱的信息转化为电信息。“新型读出磁头”的工作原理是。（4）铁、铬组成的复合膜，发生“巨磁电阻效应”时，其电阻R比未加磁场时的电阻R0。（选填“大”或“小”）得多。（5）如图是硬盘某区域磁记录的分布情况，其中1表示有磁区域，0表示无磁区域。将“新型读出磁头”组成如图所示电路，当磁头从左向右匀速经过该区域过程中，电流表读数变化情况应是图中的。15．网络上有一个国外“牛人”制作的“电池磁力小火车”的视频。视频中，“牛人”把由铁铷合金制作的超强磁铁分别吸附在电池的正负极两端制成“小火车”，并将其整个放入自制的铜质螺线管中，发现电池与磁铁竟然沿着螺线管向右运动起来，直到从螺线管的另一端穿出（如图1）。小明对“小火车”为什么会运动非常感兴趣，便动手进行了实验。（1）图1中，两侧磁铁之间的线圈中会有电流通过，他由此推测：只有当线圈中有电流通过时，火车才会受力运动。为验证这一假设，他需要进一步的操作是；（2）预测图2中的小火车将向运动（选填“左”或“右”）；（3）要让小火车快地过螺线管，可以采取的措施是（写出一种方法）；（4）欲使小火车由静止开始顺利通过螺线管，下列摆放方式可行的是。16．阅读短文，回答问题：电饭锅中的磁钢限温器电饭锅是生活中常见的用电器，它是利用感温磁钢（软磁体）的磁性随温度的变化而变化的特性来设计的，这样可以限制煮饭过程中的最高温度。感温磁钢的磁性随着本身温度作非线性变化，其特性曲线如图甲所示。磁钢限温器结构如图乙所示，它主要由感温磁钢、永磁体和弹簧构成。感温磁钢及其外套、内锅由弹簧支撑。感温磁钢与受热面固定在一起，受热面直接把热量传递给锅底。煮饭时用手按下按钮开关，通过杠杆AOC使永磁体和感温磁钢吸合，在吸力作用下永磁体不会落下，金属触点闭合，电路接通，加热元件开始发热。当饭煮熟后，温度继续上升，当升高到某一温度时，永磁体落下，通过杠杆CBO使触点分开，加热元件停止发热，同时按钮开关跳起。（1）与铜导线相比，制作电饭锅加热元件的材料应具备的特性是；A．电阻较大，熔点较低B．电阻较大，熔点较高C．电阻较小，熔点较低D．电阻较小，熔点较高（2）在磁钢限温器工作过程中，感温磁钢的磁性急剧减弱是在；A．按下按钮开关时B．加热升温过程中C．按钮开关跳起时D．降温过程中（3）煮饭时用手按按钮开关，杠杆AOC属于杠杆；饭煮熟后，永磁体落下，通过杠杆CBO使触点分开，杠杆CBO属于杠杆；（4）永磁体落下时，感温磁钢的温度为℃；永磁体下落过程中，感温磁钢对永磁体（选填“有”或“没有”）磁力的作用。（5）未按下按钮开关时，弹簧（选填“有”或“没有”）弹性势能，弹簧片（选填“有”或“没有”）弹性势能。17．阅读下面的短文，回答问题双触点干簧管双触点干簧管是一种磁控开关，结构如图①所示，其外壳是一只密封的玻璃管，管内充有某种惰性气体，并装有A、B和C三块簧片，其中B和C是用铁或镍等材料制成，A是用铜或铝等非磁性材料制成，A的端点与C的端点是固定端点，B的端点是自由端点，正常时B的端点在自身弹力作用下与A的端点接触，当绕在干簧管上的线圈通电时，如图②所示，B的端点与C的端点分别被磁化而相互吸引，当吸引力大于B的弹力时，B与A的端点分开，并与C的端点接触。而当B与C的吸引力减小到一定程度时，B在弹力的作用下与C的端点分开，重新恢复与A的端点接触。请回答下列问题：（1）在图②中，若要使螺线管的左端为N极，则电源左端是极。（2）簧片A、B和C所对应的材料可能是。（填写序号）①铁、铁、铜②铜、铝、铁③铜、铁、铁④镍、铁、铝（3）当B的端点与C的端点接触时，簧片B具有势能。（4）如图③所示，请将电路连接完整，要求闭合开关后，红灯先通电，然后绿灯与红灯能交替通电。精练18电磁相关问题一．选择题（共3小题）1．有两根外形完全相同的钢棒a和b；按图甲放置，手拿住a时，b不会掉下来；按图乙放置，手拿住b时，a会掉下来。这说明（）A．钢棒a具有磁性 B．钢棒b具有磁性 C．钢棒a和b都具有磁性 D．钢棒a和b都不具有磁性【解答】解：磁极的磁性最强，用手拿a时（甲图），b不会掉下来，说明a对b有较大的磁力，则钢棒a具有磁性；因磁体中间部分几乎没有磁性，所以，用手拿b时（乙图），a会掉下来，说明钢棒b没有磁性，钢棒a具有磁性（只是中间部分的磁性很弱）；故选：A。2．在如图所示的电路中，有四个电磁继电器，相关参数标注在图上，其中电源电压1.5V且和一个1Ω的电阻串在一起（图中把它们画在一起），灯泡电阻8Ω，刚闭合开关后，下列说法错误的是（）A．若滑片位于最左边，三个灯泡从左往右依次点亮 B．若滑片位于最左边，当最后一个继电器闭合后，三个灯泡从左往右依次熄灭 C．若滑片位于最右边，三个灯泡从左往右依次点亮 D．若滑片位于最右边，当最后一个继电器闭合后，三个灯泡从左往右依次熄灭【解答】解：如图，当开关K闭合时，甲的控制电路电压是1.5V，电池电阻是1Ω，甲线圈的电阻是1Ω，所以总电阻为R甲＝1Ω+1Ω＝2Ω，所以甲控制电路电流：I甲=U在乙控制电路中，乙控制电路电压是1.5V，电池电阻是1Ω，乙线圈的电阻是1Ω，左端第一个灯的电阻是8Ω，所以总电阻为R乙＝1Ω+1Ω+8Ω＝10Ω，所以乙控制电路电流：I乙=U在丙控制电路中，丙控制电路电压是1.5V，电池电阻是1Ω，丙线圈的电阻是1Ω，中间灯的电阻是8Ω，所以总电阻为R丙＝1Ω+1Ω+8Ω＝10Ω，所以丙控制电路电流：I丙=U在丁控制电路中，丁控制电路电压是1.5V，电池电阻是1Ω，丁线圈的电阻是1Ω，最右面灯的电阻是8Ω，所以总电阻为R丁＝1Ω+1Ω+8Ω＝10Ω，所以丁控制电路电流：I丁=U丁R丁=综合分析后，当滑动变阻器无论滑片在什么位置，灯泡都是从左到右依次点亮的，但是当滑动变阻器在最左端时，当最后一个继电器闭合时，点亮的灯又从左到右依次熄灭，当滑动变阻器在最右端时，当最后一个继电器闭合时，所有的灯依然发光。故选项D是错误的。故选：D。3．如图是简易“电动火车”的示意图，把一个干电池两端吸有短小圆柱形强磁铁的“结合体”，放入很长的固定在水平桌面的螺旋线圈内，干电池和强磁铁的“结合体”就会在螺旋线圈内运动。关于简易“电动火车”的说法有：①线圈可以用漆包线绕成，确保各处绝缘；②强磁铁与线圈在任何位置都应保持良好接触；③“结合体”受到磁场力的作用；④“结合体”受到电源产生的电力。其中正确的是（）A．①② B．②③ C．①③ D．①④【解答】解：由图和题意可知，螺旋线圈和结合体构成一个闭合回路，强磁铁与线圈在任何位置都应保持良好接触；当吸附着磁铁的电池进入线圈后，线圈中有电流通过，通电线圈会产生磁场，“结合体”在线圈所形成的磁场中会受到磁场力的作用，“结合体”与通电线圈之间相吸、相斥，这样“结合体”就会在螺旋线圈内运动，故②③正确。故选：B。二．填空题（共1小题）4．回顾与电和磁完成下列有关问题。（1）由（图1）的实验可知：甲、丙有磁场；此磁场的方向跟电流的方向有关。这种现象叫电流的磁效应，电磁铁就是利用这种效应制成的。（2）小红利用电磁铁设计了一种微机室防盗报警器（如图2）．在微机室房门处安装开关S，电铃安在传达室。当房门被推开时，开关S闭合，电流通过电磁铁，电磁铁有（填“有”或“无”）磁性，跟金属弹性片上的磁铁相互排斥，电铃电路接通电铃报警。【解答】解：（1）由图1甲、丙可知，导线中有电流时，小磁针发生偏转，说明小磁针周围存在磁场；图乙导线中没有电流，小磁针不偏转，说明小磁针周围不存在磁场；图1的甲与丙还能看出，导线电流方向不同，小磁针偏转方向不同，这说明电流方向不同，磁场方向不同，磁场方向与电流方向有关；该现象就是电流的磁效应；（2）图2左侧为控制电路，当开关闭合时，电磁铁获得磁性，要使得弹性片上的开关闭合，即必须让金属弹性片上的磁铁向右运动，即相互排斥，使右侧工作电路开始工作，电铃报警。故答案为：（1）甲、丙；电流的方向；磁；（2）有；排斥；三．实验探究题（共5小题）5．小明设计了一种“自动限重器”，如图甲所示。该装置由控制电路和工作电路组成，其主要元件有电磁继电器、货物装载机（实质是电动机）、压敏电阻R1和滑动变阻器R2等。压敏电阻R1的阻值随压力F变化的关系如图（乙）所示。当货架承受的压力达到限定值，电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品。已知控制电路的电源电压U＝6V，电磁继电器线圈的阻值忽略不计。请你解答下列问题：（1）用笔画线代替导线将图（甲）的电路连接完整。（2）随着控制电路电流的增大，电磁铁的磁性将增强，当电磁继电器线圈中的电流大小为30mA时，衔铁被吸下。若货架能承受的最大压力为800N，则所选滑动变阻器R2的最大阻值至少为120Ω。（3）若将滑动变阻器R2的阻值调小，则货架能承受的最大压力将减小（选填“增大”，“减小”或“不变”）。【解答】解：（1）将货物装载机和上触点串联组成工作电路，将R1、滑动变阻器R2、电磁铁串联接入控制电路；补充电路如图所示：；（2）∵R1和线圈电阻及变阻器R2串联，∴I1＝I2＝Imax＝30mA＝0.03A，由图乙可知：F＝800N时，R1＝80Ω，由I=UU1＝I1R1＝0.03A×80Ω＝2.4V，U′＝U﹣U1＝6V﹣2.4V＝3.6V，R′=U'I2即：滑动变阻器R2的最大阻值至少为120Ω。（3）由图乙中的图像可知，压敏电阻R1的阻值随压力的增大而减小，电流则随之增大，若将滑动变阻器R2的阻值调小，根据欧姆定律可知电路中的电流将变大，则相当于增大了压力，所以货架能承受的最大压力将减小。6．小明在探究“怎样产生感应电流”的实验中，用导线将金属棒、开关、灵敏电流计连接成如图所示的电路。请你参与探究并回答下列问题；（1）悬挂金属棒静置于∪形磁铁的磁场中，此时两极正对区域磁感线的箭头方向是竖直向下（选填：“上”或“下“）。（2）灵敏电流计的作用是用来检测感应电流的。若闭合开关后并未发现电流计指针偏转，经检查器材均完好，各器材间连接无误，那么接下来你认为最应该关注的器材是金属棒。（3）小明认为是原来磁铁的磁性太弱所致，他提出更换磁性更强的磁铁，就在他移动原磁铁时，你发现电流计的指针出现了晃动，你认为接下来最应该做什么来找到让电流计指针偏转的原因让金属棒在水平方向运动。（仅写出最应该进行的一步操作）（4）就根据上述探究过程，小明就说：“我们找到产生感应电流的秘密了!”此时你对小明的“成果发布”作何评价？不合理的，因为只做了一次实验，得出的结论具有偶然性，不具有普遍性，应该用不同种类的金属棒，还要使金属棒朝各个方向运动。【解答】解：（1）在磁体外部磁场方向总是从N极出发指向S极，如图所示此时两极正对区域磁感线的箭头方向是竖直向下；（2）灵敏电流计是测量电流的仪表，所以在此实验中是用来检测感应电流的；闭合开关，电流表指针未偏转，说明没有感应电流产生。此时金属棒是静止的，所以接下来最应该关注的是金属棒，观察金属棒运动后会不会有电流的产生；（3）闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时会产生感应电流，移动原磁铁时，发现电流计的指针出现了晃动，产生了感应电流，所以下一步我们应使让金属棒在水平方向运动，观察电流表指针的偏转情况；（4）在整个的实验中，只进行了一次实验就得出结论是不合理的，因为只做了一次实验，得出的结论具有偶然性，不具有普遍性，应该用不同种类的金属棒，还要使金属棒朝各个方向运动；故答案为：（1）下；（2）感应电流；金属棒；（3）让金属棒在水平方向运动；（4）不合理的，因为只做了一次实验，得出的结论具有偶然性，不具有普遍性，应该用不同种类的金属棒，还要使金属棒朝各个方向运动。7．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。资料一：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。并查到某压力传感器输出电压与压力的关系如下表：压力/×105N01.22.43.64.86.0输出电压/V012345资料二：电磁继电器是利用电磁铁控制工作电路通断的开关。电磁继电器的主要部件是电磁铁、衔铁、弹簧和动触点、静触点（如图1所示）。继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。继电器的触点有三种基本形式：1．动合型（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表示。2．动断型（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。3．转换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字头“z”表示。电磁继电器主要技术参数：电磁继电器吸合电流是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所通过的工作电流，一般不要超过吸合电流的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。电磁继电器释放电流是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。小明利用该压力传感器、电磁继电器和电阻箱R'（最大电阻200Ω）及部分其它器材设计了图2甲所示的超载报警电路，闭合开关S，当线圈中电流大于或等于20mA时，电磁继电器的衔铁被吸合。已知继电器线圈的电阻为25Ω，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）根据表格中数据，请在图2乙给定的坐标系中描绘出压力传感器的输出电压随压力变化的图像；（2）小明所用电磁继电器的触点形式是Z型（选填“H”、“D”、“Z”），常开触点是b（选填“a”、“b”、“c”）。（3）当压力增加到一定程度时，电铃报警，说明汽车超载，则图甲中电铃应接在C、D（选填“A、B”或“C、D”）两端；（4）小明希望压力大于或等于3.0×105N时，启动报警系统，则电阻箱R'的电阻应调节到100Ω。（5）若要使该报警装置不被烧坏，汽车的最大质量不能超过45吨（g取10N/kg）。【解答】解：（1）横坐标表示压力，纵坐标表示输出电压，对应表中数据，绘制图像如下：（2）由图知：电磁继电器有三个触点，中间是动触点，上下各一个静触点，符合转换型（Z型）；图中继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点是b触点，为常开触点；（3）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20mA时，电磁继电器的衔铁被吸合，C、D间的电路就会被接通，因此电铃应接在C、D之间；（4）由图像可知，当压力为3×105N时，输出电压U＝2.5V，使电磁继电器衔铁闭合的最小电流I＝20mA＝0.02A，此时电路的总电阻R总=2.5V0.02A由于继电器线圈的电阻R线＝25Ω，根据串联电路的总电阻等于各电阻之和可知：电阻箱接入电路的阻值R′＝R总﹣R线＝125Ω﹣25Ω＝100Ω（5）对于线圈所通过的工作电流，一般不要超过吸合电流的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。使电磁继电器衔铁闭合的最小电流I＝20mA＝0.02A，则最大电流为：I最大＝0.02A×1.5＝0.03A，总电阻R总＝125Ω，要使该装置不被烧坏，压力传感器输出的电压最大值为：U最大＝I最大R总＝0.03A×125Ω＝3.75V；由图像可知，输出电压与压力之比为：UF故输出电压为3.75V时，即3.75VF=5汽车的最大质量：m=Gg=答：（1）如上图；（2）Z；b；（3）C、D；（4）100；（5）45。8．如图为一仿制的发电机，装有手摇柄（未画出）的转轴垂直穿过圆盘中心，金属圆盘放在蹄形磁铁之间，圆盘的轴心和能在圆盘的边缘滑动接触的滑片通过金属导线与电流表相连。金属圆盘可以看成是由无数根长度等于圆盘半径的导线组成的，圆盘在磁极间不断转动，每根导线都在做切割磁力线的运动，从而产生持续电流。当以某一转速匀速转动金属圆盘时，电流表有一定的示数。根据上述材料，请回答下列问题：（1）换用磁性更强的磁铁，其它条件不变，发现电流表读数增大，说明电流大小跟磁场强弱有关；（2）换用一个半径大一些的金属圆盘，其它条件不变，发现电流表读数增大，说明感应电流大小也跟切割磁感线的导体长度有关；（3）当圆盘转速增大，其它条件不变时，发现电流表读数也增大，说明感应电流大小还跟导线切割磁感线的运动速度有关。【解答】解：由题可知，圆盘在磁场中做切割磁感线运动，电路中就产生感应电流；电流表的示数大小反映了感应电流的大小。（1）换用磁性更强的磁铁，其它条件不变，发现电流表读数增大，产生的感应电流增大，说明电流大小与磁场强弱有关。（2）圆盘在这里相当于一个做切割磁感线运动的导线，圆盘变大，说明导线变长，其它条件不变，发现电流表读数增大，产生的感应电流增大，所以可得出结论：感应电流的大小跟导线的长度有关，且在其他因素相同的情况下，导线越长，感应电流越大。（3）由题可知，电流表的示数变大是由于圆盘的转动速度增大造成的，所以可得结论：感应电流的大小跟导线切割磁感线的运动速度有关，且在其他因素相同的情况下，导线的运动速度越大，感应电流越大。故答案为：（1）磁性更强；磁场强弱；（2）切割磁感线的导体长度；（3）导线切割磁感线的运动速度。9．小红在学习了磁场对通电导体有力的作用后，进一步查阅资料，了解到当电流与磁场垂直时，磁场对通电导体的作用力大小与磁场强弱、导体在磁场中的长度以及导体中的电流大小有关。她设计了如图所示的装置，验证磁场对通电导体的作用力大小跟电流大小有关。实验步骤如下：①将一根导体棒用两根细线悬挂在铁架台上，将一蹄形磁铁竖直固定在铁架台上，并让导体棒与蹄形磁铁磁极间的磁感线方向垂直。②给导体两端加电压U1，闭合电路，观察悬线偏转的角度α1。③给导体两端加电压U2，U2＞U1，闭合电路，观察悬线偏转的角度α2。根据以上信息，回答下列问题：（1）如果α1不等于α2（选填“等于”或“不等于”），即可验证磁场对通电导体的作用力大小与电流大小有关。（2）小红想进一步探究磁场对通电导体的作用力大小与导体在磁场中的长度是否有关，于是她更换了另一根较长的导体棒，并更换了一个较大的蹄形磁铁，她这样做存在的问题是没有控制磁场强弱和电流大小。【解答】解：（1）由题意可知，当电路中电压越大时，导体中电流越大，通过比较悬线偏转的角度大小可以知道磁场给通电导体的作用力与电流是否有关；（2）在实验中，如果导体棒的长度改变了，则其电阻会随之改变，导体棒中的电流也会随之改变；并更换了一个较大的蹄形磁铁，则改变了磁场强度；这样不符合控制变量法的要求，因此，她这样做存在的问题是没有控制磁场强度和电流大小。故答案为：（1）不等于；（2）没有控制磁场强弱和电流大小。四．计算题（共2小题）10．小张同学利用如图所示的器材，为三防指挥部设计了一个水位自动报警器：当水位尚未达到金属块A所在的高度时，工作电路中绿灯L1亮，表示水位正常；当水位达到A高度时（河水含有杂质，属于导体），红灯L2亮（发出报警信号）。（1）请按照上述要求将图中的电路连接完整；（2）若绿灯L1内的灯丝断了，装置其它元件正常，当水位达到A高度时，红灯L2能不能亮？（3）若两灯的功率相同，都为2W，则这个报警器正常工作2h，绿灯L1和红灯L2总共消耗的电能是多少千瓦时？【解答】解：（1）根据题意，当水位未到达A时，此时电磁铁无磁性，应该上方的绿灯接通；当水位到达A时，控制电路接通，电磁铁有磁性，衔铁被吸下来，应该是红灯所在的电路接通，如图所示：（2）若绿灯L1内的灯丝断了，装置其它元件正常，当水位达到A高度时，控制电路接通，电磁铁产生磁性，将衔铁吸下来，红灯能亮。（3）红、绿指示灯的功率为2W，即0.002kW，工作2h，耗电0.004kW•h。答：（1）见解析；（2）红灯能亮；（3）0.004kW•h。11．如图甲为小园同学设计的水箱水量预警装置电路设计图圆柱体水箱底面积S＝0.45米2，高H＝10米，浮球质量为3千克，永久磁铁质量为2千克。干簧管是一种磁敏开关，其工作原理如图乙，当永久磁铁靠近干簧管时，簧片的触点部位会被磁力吸引而吸合；当永久磁铁远离干簧管，磁场减弱后，簧片由于本身的弹性而释放断开。当水箱水面高度高于8米或低于2米时，相应的干簧管簧片触点会一直吸合，电路中对应的预警灯亮，发出预警。已知电源电压U＝6伏，红灯规格为“6伏1.2瓦”，绿灯规格为“6伏0.6瓦”。（1）图中滑轮的作用是改变力的方向。（2）求完成该实验浮球的最小体积。（g取10N/kg）（3）图丙表示水箱内每秒放水的体积（秒流量）与水位高h的关系。当水箱装满水后，闭合开关的同时从出水口开始放水，到恰好放水完毕，断开开关，整个过程电路消耗的电能。（干簧管电阻忽略不计）【解答】解：（1）如图是一个定滑轮，定滑轮能改变力的方向，浮体上升是通过永磁体的下降来完成的，所以定滑轮的作用是改变力的方向。（2）定滑轮是一个等臂杠杆，根据杠杆平衡条件得，（m1g﹣F浮）L1＝m2gL2，因为L1＝L2，所以，m1g﹣F浮＝m2g，m1g﹣ρ水gV排＝m2g，m1﹣ρ水V排＝m2，3kg﹣1.0×103kg/m3×V排＝2kg，解得，V排＝10﹣3m3，所以浮球的最小体积是：V＝V排＝10﹣3m3。（3）水箱的容积即水箱装满水时，水的体积：V水＝V容积＝Sh＝0.45m2×10m＝4.5m3，水箱高度10m，水箱内10m﹣8m水的体积和2m﹣0m水的体积是相等的，V'水=15V容积=15×由图象知，水箱内10m﹣8m水流出时平均流量为：V1=0.004m3所以，水箱内10m﹣8m水流出时间：t1=V水箱水位在10m﹣8m红灯报警，电源电压是6V，红灯正常工作，红灯工作200s消耗电能为：W1＝P1t1＝1.2W×200s＝240J水箱内2m﹣0m水流出时平均流量为：V2=0.001m3所以，水箱内2m﹣0m水流出时间：t2=V'水箱水位在2m﹣0m绿灯报警，电源电压是6V，绿灯正常工作，绿灯工作1800s消耗电能为：W2＝P2t2＝0.6W×1800s＝1080J整个过程电路消耗的电能：W＝W1+W2＝240J+1080J＝1320J答：（1）改变力的方向；（2）浮球的最小体积是10﹣3m3；（3）整个过程电路消耗的电能1320J。五．综合能力题（共2小题）12．电动汽车是未来汽车的一种发展方向，由于受电池技术的限制，混合动力汽车是一种较好的过渡产品。某油电混合动力汽车相关信息如甲图，工作原理如图乙所示，当需要高速行驶或蓄电池电能过低时，内燃机就会启动，既可以向车轮输送能量，又可以给蓄电池充电，电动汽车所受阻力与车速的关系如图丙所示，在某次测试中，测试前蓄电池已储存的电能为1×108J，测试中全部由内燃机提供能量，汽车以50km/h的速度水平匀速行驶了1h，同时蓄电池的电能增加了25%，求：（1）当该汽车制动刹车时，驱动电机会反转变为发电机给蓄电池充电，发电机的原理是电磁感应，产生的电能是由汽车的机械能转化而来的。（2）在该次测试中，所用燃料的热值为4.5×107J/kg，测试过程中消耗10kg燃料，燃料完全燃烧释放的热量是多少J？（3）在该次测试中，汽车牵引力做的功是多少J？（4）在该次测试中，内燃机的效率是多少？（忽略蓄电池和驱动电机的热损失）【解答】解：（1）发电机是根据电磁感应原理工作的，产生的电能是汽车的机械能转化为电能。（2）燃料的热值为4.5×107J/kg，测试过程中消耗10kg燃料，燃料完全燃烧释放的热量：Q＝mq＝10kg×4.5×107J/kg＝4.5×108J。（3）由图像知，汽车时速50km/h时，汽车受到的阻力为4000N，汽车进行匀速直线运动，汽车受到的牵引力和阻力是平衡力，两者大小相等，故汽车牵引力是4000N，汽车50km/h行驶是1h，汽车行驶的路程：s＝vt＝50km/h×1h＝50km＝50000m，汽车牵引力做功：W＝Fs＝4000N×50000m＝2×108J。（4）测试前蓄电池已储存的电能为1×108J，蓄电池的电能增加了25%，故蓄电池增加的电能为：W'＝1×108J×25%＝2.5×107J，内燃机做功的有用功为：W有用＝W+W'＝2×108J+2.5×107J＝2.25×108J，燃料完全燃烧释放的热量：Q＝4.5×108J，所以内燃机的效率：η=W故答案为：（1）电磁感应；机械；（2）4.5×108J；（3）2×108J；（4）50%。13．小明乘电梯时，发现电梯超载会自动报警。于是喜好钻研的他对电梯的电路图进行了研究，并设计了以下探究实验，如图甲所示。电源电压恒定不变，R0为定值电阻。用杯中水量调节压敏电阻受到压力的大小，压敏电阻Rx的电流与受到压力大小的关系如图乙所示：（1）分析图乙I﹣F图象可知：压敏电阻Rx受到的压力增大时，通过它的电流变大，Rx的阻值变小（选填“变大”“变小”或“不变”）；当压力增大到一定程度时，触点K与B接触，电铃响，实现自动报警，图片中Ro的作用是保护电路。（2）某电梯超载报警的Rx﹣F图象如图丙所示，空载时电梯厢对Rx的压力F1等于电梯厢的重力，当压力F2＝1×104N时，电梯报警，则此电梯限载10人。（设每人质量约为55kg）【解答】解：（1）在控制电路中，当压敏电阻Rx受到的压力F增大时，其阻值减小，电路中的总电阻减小，根据欧姆定律可知，电路中的电流变大，电流增大时电磁铁的磁性增强；当压力增大到一定程度时，即电梯超载时，压敏电阻Rx受到的压力F增大时，其阻值减小，控制电路中的电流增大，从而使电磁铁的磁性增强，磁性达到一定程度时，衔铁被电磁铁吸住，触点K与触点B接触，电铃报警，电梯不工作；由图乙知压敏电阻的电流随受到压力大小的增大而增大，给电路串联电阻R0起到分压作用，保护电路；（2）由图丙知：空载时电梯厢对Rx的压力F1等于电梯厢的重力，大小为F1＝4×103N时，当压力F2＝1×104N时超载，电梯报警，故电梯中人的重力为：G总＝F2﹣F1＝1×104N﹣4×103N＝6×103N，一个人的重力：G＝mg＝55kg×10N/kg＝550N，电梯限载的人数：n=G故答案为：（1）变大；变小；B；保护电路；（2）10。六．解答题（共4小题）14．阅读短文，回答问题：巨磁电阻效应1988年阿尔贝•费尔和彼得•格林贝格尔发现，在铁、铬相间的三层复合膜电阻中，微弱的磁场可以导致电阻大小的急剧变化，这种现象被命名为“巨磁电阻效应”。更多的实验发现，并非任意两种不同种金属相间的膜都具有“巨磁电阻效应”。组成三层膜的两种金属中，有一种是铁、钴、镍这三种容易被磁化的金属中的一种，另一种是不易被磁化的其他金属，才可能产生“巨磁电阻效应”。进一步研究表明，“巨磁电阻效应”只发生在膜层的厚度为特定值时。用R0表示未加磁场时的电阻，R表示加入磁场后的电阻，科学家测得铁、铬组成的复含膜R与R0之比与膜睽厚度d（三层膜厚度均相同）的关系如图所示。1994年IBM公司根据“巨磁电阻效应”原理，研制出“新型读出磁头”，将磁场对复合膜阻值的影响转换成电流的变化来读取信息。（1）以下两种金属组成的三层复合膜可能发生“巨磁电阻效应”的是B。A．铜、银B．铁、铜C．铜、铝D．铁、镍（2）对铁、铬组成的复合膜，当膜层厚度是1.7nm时，这种复合膜电阻具有。（选填“具有”或“不具有”）“巨磁电阻效应”。（3）“新型读出磁头”可将微弱的磁信息转化为电信息。“新型读出磁头”的工作原理是巨磁电阻效应。（4）铁、铬组成的复合膜，发生“巨磁电阻效应”时，其电阻R比未加磁场时的电阻R0小。（选填“大”或“小”）得多。（5）如图是硬盘某区域磁记录的分布情况，其中1表示有磁区域，0表示无磁区域。将“新型读出磁头”组成如图所示电路，当磁头从左向右匀速经过该区域过程中，电流表读数变化情况应是图中的B。【解答】解：（1）由题意知，组成层膜的两种金属有一种是易磁化的金属铁钴镍中的其中一种，另一种是不易被磁化的，故选B；（2）由图知：当d＝1.7nm时，RR（3）“新型读出磁头”是磁场引起复合膜阻值的变化，从而产生电压的变化，该过程并没有产生感应电流，所以该转化过程利用的是巨磁电阻效应；（4）同（2），由图知：当复合膜发生“巨磁电阻效应”时，RR0＜1，即：R＜R0（5）在“硬盘的磁信息”中，左数第一、四、五格均为有磁区域，由“巨磁电阻效应”知，此时电阻要变小，相应的电流要变大；而左数第二、三格为无磁区域，电阻没有变化，电流较小；根据上面的分析知，只有B图符合上述要求，故选B。故答案为：（1）B；（2）具有；（3）磁；巨磁电阻效应；（4）小；（5）B。15．网络上有一个国外“牛人”制作的“电池磁力小火车”的视频。视频中，“牛人”把由铁铷合金制作的超强磁铁分别吸附在电池的正负极两端制成“小火车”，并将其整个放入自制的铜质螺线管中，发现电池与磁铁竟然沿着螺线管向右运动起来，直到从螺线管的另一端穿出（如图1）。小明对“小火车”为什么会运动非常感兴趣，便动手进行了实验。（1）图1中，两侧磁铁之间的线圈中会有电流通过，他由此推测：只有当线圈中有电流通过时，火车才会受力运动。为验证这一假设，他需要进一步的操作是将电池的一端与磁铁断开；（2）预测图2中的小火车将向左运动（选填“左”或“右”）；（3）要让小火车快地过螺线管，可以采取的措施是增强磁铁的磁性（或者使螺线管的绕线更密集以增加与磁铁接触的那一段螺线管匝数、或增加电池电压以增大螺线管中电流从而增强其磁场）。（写出一种方法）；（4）欲使小火车由静止开始顺利通过螺线管，下列摆放方式可行的是A。【解答】解：（1）两侧磁铁之间的线圈中会有电流通过，他由此推测：只有当线圈中有电流通过时，火车才会受力运动。为验证这一假设，他需要进一步的操作是将电池的一端与磁铁断开；（2）“小车”全部推入螺线管后，与磁铁接触的那一段螺线管通电产生磁场，螺线管内部的磁场向左，与电池负极相吸的磁铁受到向左的力，小车向左运动；（3）磁极间相互作用力越大，小车速度就越大，所以可以增强磁铁的磁性（或者使螺线管的绕线更密集以增加与磁铁接触的那一段螺线管匝数、或增加电池电压以增大螺线管中电流从而增强其磁场）。（4）A、A图中，螺线管内部的磁场向右，与电池负极相吸的磁铁受到向左的力，与电池正极相吸的磁铁受到向左的力，小车向左，故A正确；B、B图中，螺线管内部的磁场向左，与电池负极相吸的磁铁受到向左的力，与电池正极相吸的磁铁受到向右的力，小车不动，故B错误；C、C图中，螺线管内部的磁场向右，与电池负极相吸的磁铁受到向左的力，与电池正极相吸的磁铁受到向右的力，小车不动，故C错误；D、D图中，电池正极一端没有进入磁场，小车不动，故D错