初中物理压轴题专项讲练-电与磁综合（含解析）

电与磁综合讲方法一、电磁铁1.右手螺旋定则用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极，如图2-3-1所示.2.电磁铁磁性强弱的影响因素(1)电流大小;(2)线圈匝数;(3)有无铁芯.二、电磁继电器1.电磁继电器的实质：由电磁铁控制工作电路通断的开关,如图2-3-2所示.2.电磁继电器的磁性有无由通断电来控制，磁极由电流方向来控制，磁性强弱由电流大小、线圈匝数来控制.三、关于电磁继电器的解题思路电磁综合题目中电磁继电器是一个常考的模型，一般采用以下的思路解题：第一步：分析题面，明确控制电路和工作电路；第二步：分析什么条件下控制电路的电磁铁磁性发生变化，吸引衔铁的临界条件是什么；第三步：分析不同的控制电路对应的工作电路状态是什么样的；第四步：根据题目要求写出不同状态下的等式方程，然后求解.学思路铺垫1如图2-3-3所示是拍摄机动车辆闯红灯的工作原理示意图①.光控开关接收到红灯发出的光会自动闭合，压力开关受到机动车的压力会闭合，摄像系统在电路接通时可自动拍摄违章车辆.下列有关说法正确的是()A.机动车只要驶过埋有压力开关的路口，摄像系统就会自动拍摄B.只有光控开关和压力开关都闭合时，摄像系统才会自动拍摄C.只要光控开关接收到红光，摄像系统就会自动拍摄D.若将光控开关和压力开关并联，也能起到相同的作用铺垫2小明查阅资料，了解到出于安全考虑，电梯都设置超载自动报警系统，其工作原理如图2-3-4甲所示①，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⑨，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=6V,保护电阻.R₁=100Ω,，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2-3-4乙所示④，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20mA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1000kg的乘客时,试通过计算说明电梯是否超载?(g取10N/kg)压轴题如图2-3-5甲所示，这是物理兴趣小组设计的汽车转向指示灯电路模型，电路中电源电压恒为6V，指示灯的规格均为“6V3W”，R₀为定值电阻，电磁铁线圈及衔铁的阻值忽略不计，不考虑指示灯电阻随温度的变化，当转向开关与触点“2和3”刚接通时，电磁铁中有电流通过，右转指示灯发光较暗，接着，衔铁被吸下，触点A与B接通，电磁铁和电阻R₀被短路，右转指示灯发光较亮，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，右转指示灯会较暗、较亮交替闪烁，上述过程中，右转指示灯两端实际电压变化规律如图2-3-5乙所示，在转向开关与触点“2和3”接通情况下，求：(1)触点A、B分离时，通过右转指示灯的电流；(2)定值电阻.R₀的阻值；(3)右转指示灯交替工作1min整个电路消耗的电能.提能力1.如图2-3-6所示，GMR是一个巨磁电阻，其特性是电阻在磁场中会急剧减小，且磁场越强电阻越小，闭合开关S₂后，下列四种情况相比较，指示灯最亮的是()A.S₁断开，滑片P在图示位置B.S₁闭合，滑片P在图示位置C.S₁闭合，滑片P在滑动变阻器最右端D.S₁闭合，滑片P在滑动变阻器最左端2.如图2-3-7甲所示是物理兴趣小组同学设计的太阳能路灯.它能实现白天光线强时，太阳能电池板为蓄电池充电，夜晚光线弱时，蓄电池为电灯供电的作用.电路中的R为光敏电阻，其电阻大小与光照强度关系如图22−3−7乙所示.下列说法正确的是()A.白天蓄电池相当于电源B.甲是太阳能电池板，乙是路灯C.电磁铁上端为N极，下端为S极D.光线较强时，电磁铁磁性较大3.科学家的每次重大发现，都有力地推动了人类文明的进程.丹麦物理学家奥斯特首先发现了电流周围存在磁场，第一个揭示了电和磁之间的联系.小郭同学受此启发自制了如图2-3-8所示的简易压力传感器，弹簧甲连接在A、B两绝缘板之间，B板固定，滑动变阻器R的滑片P与A板相连，并可随A板一起运动.弹簧乙下端挂有一永磁体，永磁体正下方有一电磁铁，E为电源，R₀为定值电阻.开关S闭合，电路接通后，电压表示数为U₁,弹簧乙的总长度为l₁;当用力F向下压弹簧甲后，电压表示数为U₂,弹簧乙的总长度为l₂,,则U₁U₂,l₁l₂(以上两空均选填“>”“<”或“=”).4.在“探究影响电磁铁磁性强弱的因素”的实验中，小明制成简易电磁铁A、B，并设计了如图2-3--9甲所示的电路.(1)当滑动变阻器的滑片向左移动时，电磁铁A、B吸引大头针的个数(选填“增加”或“减少”)，说明电流越(选填“大”或“小”)，电磁铁磁性越强.(2)根据图2-3-9的情境可知,(选填“A”或“B”)的磁性强,说明电流一定时,，电磁铁磁性越强.(3)电磁知识在生产与生活实践中被广泛应用，例如在医学中，医生对病人进行脑部手术时，需要用到心肺机，心肺机的功能之一是用“电动泵”替代心脏搏动，推动血液循环.如图2-3--9乙所示，将线圈ab缠绕并固定在活塞一端，利用其与固定磁铁之间的相对运动，带动电动泵中的活塞，使血液定向流动；阀门K₁、K₂都只能单向开启，反向则封闭管路.当线圈中的电流从a流向b时，活塞将向(选填“左”或“右”)运动，“动力泵”处于(选填“抽血”或“送血”)状态.5.科技小组的同学们没计了如图2-3-10甲所示的恒温箱温控电路(用于获得高于室温：控制在一定范围内的“恒温”)，包括工作电路和控制电路两部分.其中，R'为阻值可以调节的可变电阻.R为热敏电阻(置于恒温箱内)，其阻值随温度变化的关系如图2-3-10乙所示，继电器线圈电阻50Ω.(1)如图2-3-10甲所示状态,该恒温箱处于(选填“保温”或“加热”)状态.(2)已知当控制电路的电流达到0.04A时，继电器的衔铁被吸合；当控制电路的电流减小到0.036A时,衔铁会被释放.当调节R'=350Ω时，恒温箱内可获得最高温度为100°C的“恒温”.如果需要将恒温箱内的温度控制在最低温度为(3)使用该恒温箱，获得最低温度为50℃的“恒温”，与获得最高温度为100℃的“恒温”，相比较，关于温度波动范围下列说法正确的是A.50℃的“恒温”温度波动范围大，因为50℃附近热敏电阻的阻值随温度变化大B.100℃的“恒温”温度波动范围大，因为100℃附近热敏电阻的阻值随温度变化大C.50℃的“恒温”温度波动范围小，因为50℃附近热敏电阻的阻值随温度变化大D.100℃的“恒温”温度波动范围小，因为100℃附近热敏电阻的阻值随温度变化大6.某兴趣小组设计了如图2-3-11甲所示的汽车转向指示灯电路模型，接通相应指示灯后，该指示灯会亮、暗(微弱发光)交替闪烁发光，电路中电源电压恒为6V，指示灯规格为“6V3W”，R₀为定值电阻，电磁铁线圈及铁的阻值忽略不计.(1)若让左转、右转指示灯同时工作，转向开关应与触点接通(选填“1和2”“2和3”“3和4”或“4和5”).(2)当转向开关与触点“2和3”接通时，右转指示灯两端实际电压变化规律如图乙所示.已知当右转指示灯微弱发光时，其两端实际电压为U，消耗的实际功率为额定功率的125①右转指示灯闪烁交替工作30s消耗的电能；②定值电阻R₀的阻值(指示灯的电阻不变).7.如图2-3-12甲，是小敏设计的一个红、绿两灯能交替发光的未完成电路，电源的电压是可以变化的，两灯规格相同，额定电压是2.5V，灯的电阻R₁和保护电阻.R₂的电流和两端电压的关系如图2-3-12乙所示.电路连接完成后，两灯交替工作时的任一电路如图2-3-12丙所示.电磁铁电阻不计.为方便计算，不计衔铁在触点间来回时间.求：(1)灯在额定电压时的电阻值；(2)灯的额定功率；(3)请完成电路的连接；(4)闭合开关S，灯正常工作5分钟，电路消耗的总电能.8.小星同学为自家的洗浴电热水器设计了一个自动控制装置，如图2﹣3﹣13所示.R₁是一个热敏电阻(置于热水器水中)，其阻值随温度的变化关系如表I.表Ⅱ是这个电热水器的铭牌.已知继电器线圈电阻R₂为10Ω，左边电源的电压U₀为6V不变.当继电器线圈R₂中的电流增大到某一数值时，继电器的衔铁被吸下，电热水器电路断开；当继电器线圈中的电流减小到某一数值时，继电器的衔铁被释放，电热水器电路闭合，开始工作.请解答：(1)正常工作时，电热水器的电阻是多少?(2)分析表I，热敏电阻的阻值随温度如何变化?(3)若电热水器内的水温控制在30℃~60℃之间，求衔铁被吸下、电热水器电路被断开时，继电器线圈中的电流变化范围是多少?表Ⅰ:温度t/℃102030405060708090电阻R/Ω604230201510865表Ⅱ:型号FED-H50额定电压交流220V最大水量50kg频率50Hz额定内压0.75MPa额定功率2000W学思路铺垫1答案B解析ABC.由上分析知，因此光控开关和压力开关都闭合时，摄像系统才会自动拍摄，故AC错误,B正确;D.光控开关和压力开关是相互牵制，相互影响，因此这两个开关只能串联，不能并联，故D错误.故选B.铺垫2答案(1)增强；(2)电梯厢内站立总质量为1000kg的乘客时，电梯受到的压力等于乘客的重力,即F=G=mg=1000kg×10N/kg=10000N,由图乙,当压力F=10000N,对应的压敏电阻阻值R₂=100Ω,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=UR因为30mA>20mA,所以此时电梯超载.压轴题答案解:(1)指示灯的规格均为“6V3W”,则指示灯的阻值：R电磁铁线圈及衔铁的阻值忽略不计，由图可知，当A、B分离时，右转指示灯和R₀串联，此时灯泡分得的电压较小，灯泡较暗；根据图象可知，当A、B分离时，指示灯两端电压为1.2V,串联电路电流处处相等，则电路中的电流：I=I₁.=(2)由于右转指示灯和R₀串联，则R₀两端的电压:U根据欧姆定律可得，定值电阻R₀的阻值：R₀=U(3)当触点A与B接通时，电磁铁和电阻R₀被短路，右转指示灯发光较亮，根据图象可知，此时指示灯两端电压为6V，此时电路中的电流：I0~1s内电路消耗的电能：W₁=UIt=6V×0.1A×1s=0.6J;1s~1.5s电路消耗的电能:W₂=U右转指示灯交替工作1min整个电路消耗的电能：W=W答：(1)触点A、B分离时，通过右转指示灯的电流为0.1A;(2)定值电阻R₀的阻值为48Ω;(3)右转指示灯交替工作1min整个电路消耗的电能为84J.真题演练1.答案D解析A.S₁断开时，电磁铁无磁性，由题意可知GMR的电阻最大，由I=UBCD.闭合S₁时,GMR所处的位置由无磁场变为有磁场，GMR的阻值减小；当滑片P在滑动变阻器最左端时，左侧电路的电阻最小，由I=U2.答案D解析电路中的R为光敏电阻，其电阻大小与光照强度的关系为光照越强，电阻越小，电流大，磁性强，衔铁在下部；晚上电阻大，磁性弱，衔铁在上部；白天光线强时，太阳能电池板为蓄电池充电，蓄电池相当于用电器，故A错误；B.白天是路灯不工作，所以通过路灯无电流，故乙是太阳能电池板，甲是路灯，故B错误；C.由安培定则可知，电磁铁上端为S极，下端为N极,故C错误;D.光照越强，电阻越小，电流大，磁性强，故D正确.3.答案<;<解析开关S闭合，定值电阻与滑动变阻器串联，电压表测量滑动变阻器两端电压，此时滑动变阻器接入电路的阻值最小，因此电路中电流最大，电压表示数最小；根据右手螺旋定则可知，螺线管的下方为N极，上方为S极；当用力F向下压弹簧甲后，滑动变阻器接入电路的电阻变大，因此电压表示数变大，故U₁<U₂,电路中电流变小，因此螺线管的磁性减弱，永磁体S极与螺线管的S极相互排斥的力减小，弹簧乙伸长的长度变长，即l₁<l₂.4.答案(1)增加;大;(2)B;线圈匝数越多;(3)右;送血解析(1)当滑动变阻器滑片向左移动时，滑动变阻器的阻值减小，电路中的电流变大，电磁铁的磁性增强，吸引大头针的个数增加；(2)由图知，B吸引大头针的个数较多，说明B的磁性较强，AB串联，电流相等，B的线圈匝数大于A的线圈匝数，说明电流一定时，线圈匝数越多，电磁铁磁性越强；(3)由安培定则可知，螺线管左端为N极，此时同名磁极相对，故活塞右移，K₂关闭，K₁打开，故处于送血状态.5.(答案(1)加热;(2)应将R'的限值调为50Ω;(3)C解析(1)由图甲所示电路可知，工作电路是通路，加热器处于加热状态；(2)由图乙所示图象可知，最高温度为100℃时，热敏电阻阻值为500Ω，且热敏电阻、R'和继电器线圈电阻串联，此时控制电路的电流为0.04A,由欧姆定律可得电源电压：U=I₁(R线圈+R+R')=0.04A×(50Ω+500Ω+350Ω)=36V,由图乙所示图象可知，当最低温度为50℃时，热敏电阻阻值为900Ω，此时控制电路的电流为0.036A,由串联电路的电阻特点可得，此时变阻器的阻值:R'(3)由图乙所示图象可知，在50℃附近，热敏电阻的阻值随温度变化其变化量较大，热敏电阻阻值变化显著，更容易控制加热器的通断，因此获得最低温度为50℃的“恒温”，其温度波动范围更小.故选C.6.答案(1)3和4;(2)当转向开关与触点“2和3”接通时，①右转指示灯闪烁交替工作30s消耗的电能32.4J;②定值电阻R₀的阻值48Ω.解析(1)据图可知，若想使得两个指示灯都工作，所以应该让两个指示灯同时接入电路，故应将开关与触点3和4接通；(2)①此时灯泡发出微弱的光时的功率是：P故据图乙可知，每1.5s的时间，指示灯3W工作时间是0.5s,0.12W工作时间还是1s,故指示灯工作30s，以3W功率工作的时间是t₁=30s×0.5s1.5s=10s,故以3W功率消耗的电能是W₁=Pt₁=3W×10s=30J;故以0.1