第二十章 电与磁
满分:100分,限时:45分钟
一、选择题(每小题4分,共40分)
1.(2017黑龙江大庆中考)下列四种磁体中产生的磁场,其磁场分布与其他三种磁体的磁场分布不同的是( )
A.条形磁铁 B.地磁场
C.通电直导线 D.通电螺线管
1.答案 C 条形磁铁的中间没有磁性,但在两端磁性最强;地磁场和通电螺线管的磁场特点与条形磁铁的磁场相似;通电直导线周围的磁感线的分布就是以通电直导线为圆心的一个个同心圆,越靠近通电直导线,磁性越强,磁感线分布就越密。所以通电直导线的磁场分布与其他三种磁体的磁场分布不同。选C。
2.(2017江苏泰州中考)无线充电技术应用了特斯拉线圈,如图20-6-1,用一不通电的LED灯靠近正在通电的特斯拉线圈时,LED灯发光了,灯被点亮的现象可以用我们学过的哪一知识来解释( )
图20-6-1
A.电流的磁效应 B.磁场对电流的作用
C.安培定则 D.电磁感应
2.答案 D 用一不通电的LED灯靠近正在通电的特斯拉线圈时,LED灯发光了,这说明灯中产生了电流,故该现象为电磁感应现象。选D。
3.(2017湖南郴州中考)关于电与磁,下列说法正确的是( )
A.同名磁极相互吸引,异名磁极相互排斥
B.电动机工作时,是将机械能转化为电能
C.利用电磁感应现象制成发电机
D.地磁场的北极就在地理北极附近
3.答案 C 同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,故A错误;电动机工作时将电能转化成机械能,故B错误;发电机是利用电磁感应的原理制成的,故C正确;地磁场的北极在地理南极附近,故D错误。
4.(2019山东济宁微山清华实验学校月考)如图20-6-2,可以说明巨磁电阻的特性,电源电压均恒定,闭合开关S1、S2并使滑片P向左移动,观察到指示灯变亮(灯丝电阻不变),那么( )
图20-6-2
A.电磁铁左端为S极
B.巨磁电阻两端的电压变大
C.巨磁电阻随磁场增强而变大
D.随滑片P向左移动,两电路中的总功率均变大
4.答案 D 利用安培定则判断电磁铁的左端为N极、右端为S极,故A错误;由于指示灯变亮,则说明指示灯所在电路电流变大,由U=IR可知灯泡两端电压变大,所以巨磁电阻两端的电压变小,故B错误;向左移动滑片P,电磁铁的磁性增强,左边电路电流变大,巨磁电阻的阻值变小,所以巨磁电阻随磁场的增强而变小,故C错误;滑片P向左滑动时,巨磁电阻的电阻变小,指示灯电路中的电流变大,由P=UI可知,指示灯电路的总功率变大,右边电路中的电阻变小,由P=
可知,电路的总功率变大,故D正确。故选D。
5.(2018浙江宁波中考)我国未来的航母将采用自行研制的电磁弹射器。电磁弹射器的弹射车与飞机前轮连接,并处于强磁场中,当弹射车内的导体通以强电流时,舰载机受到强大的推力而快速起飞。电磁弹射器工作原理与下列设备或用电器工作原理一致的是( )
图20-6-3
5.答案 C 由题意可知,电磁弹射器的弹射车与飞机前轮连接,并处于强磁场中,当弹射车内的导体通以强电流时,即可受到强大的推力,由此可知其原理是通电导体在磁场中受力而运动。电铃是利用电磁继电器来工作的,故A不符合题意;发电机的工作原理是电磁感应,故B不符合题意;电风扇的主要部件是电动机,是利用通电导体在磁场中受力而运动的原理工作的,故C符合题意;电磁起重机是利用电磁铁工作的,故D不符合题意。故选C。
6.(2018陕西中考)如图20-6-4是一模拟风力发电的模型。电动机通电时,风扇a高速转动产生风力模拟自然风,风扇b在风力作用下带动发电机发电,同时与发电机相连的小灯泡发光。下列说法正确的是( )
图20-6-4
A.电动机转动时把机械能转化为电能
B.发电机是利用电磁感应现象工作的
C.电池电压降低时,风扇a的转速不会改变
D.风力大小不会影响小灯泡发光亮度
6.答案 B 电动机转动时把电能转化为机械能,故A错误;人类利用电磁感应现象制成了发电机,故B正确;电池电压降低时,电路中的电流会减小,则风扇a的转速减小,故C错误;风力大小发生变化时,电路中的电流会发生改变,则小灯泡的亮度也会改变,故D错误。故选B。
7.(2017贵州黔东南中考)如图20-6-5所示的四个装置分别演示一物理现象,则下列表述正确的是( )
图20-6-5
A.图甲可用来演示电磁感应现象
B.图乙可用来演示电流的磁效应
C.图丙可用来演示磁场对通电导体的作用
D.图丁可用来演示电磁铁的磁性强弱与电流大小的关系
7.答案 B 甲图是电动机原理示意图,它可用来演示通电导线在磁场中受力运动,故A错误;乙图是奥斯特实验装置,演示了电生磁现象,它说明了通电导体周围存在磁场,故B正确;丙图中没有电源,是发电机原理示意图,可用来演示电磁感应现象,故C错误;丁图是演示电磁铁中线圈匝数的多少与磁性强弱的关系的实验装置,故D错误。
8.(2017湖北鄂州中考)如图20-6-6是一种磁悬浮地球仪的示意图,底座里面有一个电磁铁,可使内部有磁体的地球仪悬浮在空中。下列有关地球仪说法正确的是( )
图20-6-6
A.如果想取下地球仪,应先切断电源
B.这种装置是根据同名磁极相互排斥的原理来工作的
C.换用一个质量较大的地球仪仍然要悬浮在空中,地球仪受到的磁力大小不变
D.换用一个质量较大的地球仪仍然要悬浮在空中,且距离不变,改变电磁铁线圈中的电流方向就可以了
8.答案 B 应先取下地球仪再切断电源,防止地球仪在重力作用下落下来而摔坏,故A错误;因为地球仪与底座是相互分离的,所以地球仪与底座之间是相互排斥的,即该悬浮地球仪是利用同名磁极相互排斥的原理制成的,故B正确;因为地球仪在空中静止,处于平衡状态,所以受力平衡,即重力和磁力大小相等,故换用一个质量较大的地球仪时,重力增大,磁力也增大,故C错误;磁悬浮地球仪中的电磁铁是利用电流的磁效应工作的,改变电磁铁线圈中的电流方向,磁力方向改变,变为相互吸引,无论地球仪的质量怎么变化,地球仪均不能悬浮,故D错误。
9.(2018广东深圳模拟)如图20-6-7所示,是某保密室的防盗报警电路,当有人闯入保密室时会使开关S闭合。下列说法正确的是( )
图20-6-7
A.电磁继电器与发电机工作原理相同
B.电磁铁的磁性强弱只与电流大小有关
C.电磁铁工作时,上端为S极
D.当有人闯入保密室时,b灯亮
9.答案 D 电磁继电器是利用电流的磁效应工作的,发电机是利用电磁感应原理制成的,故A错误;电磁铁的磁性强弱和电流大小、线圈的匝数多少有关,故B错误;根据安培定则可知,电磁铁工作时,上端为N极,故C错误;当有人闯入保密室时会使开关S闭合,电磁铁有磁性,吸引衔铁,电灯b所在电路接通,b灯亮,故D正确。故选D。
10.(2018山东临沂中考)如图所示中是探究发电机原理的是( )
10.答案 A 发电机的工作原理是电磁感应现象。A图中没有电源,探究的是电磁感应现象,故A正确;B图是奥斯特实验,探究的是电流的磁效应,故B错误;C图中有电源,探究的是通电导线在磁场中受力而运动,故C错误;D图是探究电磁铁磁性强弱的实验,利用了电流的磁效应,故D错误。故选A。
二、填空题(每空2分,共18分)
11.(2018湖北黄石中考)条形磁铁放置于水平桌面上,如图20-6-8所示,已知在下列变化过程中条形磁铁始终不动。闭合开关,电磁铁的右端是 极(选填“N”或“S”),此时条形磁铁受到桌面对它的摩擦力向 (选填“左”或“右”)。若将滑动变阻器滑片P向下移动,条形磁铁受到的摩擦力将会 (选填“变大”或“变小”)。
图20-6-8
11.答案 S 右 变大
解析 由安培定则得,电磁铁右端为S极,与条形磁铁的异名磁极相对,相互吸引,则条形磁铁受到电磁铁向左的吸引力,因条形磁铁始终保持静止,所以它受到的吸引力和桌面给它的摩擦力是一对平衡力,大小相等,方向相反,所以条形磁铁受到的摩擦力的方向是向右的;当滑片逐渐向下移动时,变阻器连入电路的电阻逐渐减小,由欧姆定律可得线圈中电流逐渐变大,则电磁铁产生的磁场逐渐变强,条形磁铁受到电磁铁的吸引力逐渐变大,因条形磁铁受的是平衡力,故摩擦力的大小也会逐渐变大。
12.(2017江苏淮安中考)1820年4月的一天,奥斯特讲课时突发奇想,在沿 方向的导线下方放置一枚小磁针,保证导线和小磁针能 放置进行实验,接通电源后发现小磁针明显偏转。随后奥斯特花了三个月时间,做了60多个实验证明电流的确能使磁针偏转,这种现象称为 。奥斯特的发现,拉开了研究电磁间本质联系的序幕。
12.答案 南北 平行 电流的磁效应
解析 在奥斯特实验中,为消除地磁场的影响,小磁针应南北放置进行实验;接通电源后发现小磁针明显偏转,电流的确能使磁针偏转,这种现象称为电流的磁效应。
13.(2017湖北黄冈中考)如图20-6-9是一款能发电的魔方充电器,转动魔方时,它根据 (选填“电流的磁效应”、“电磁感应”或“通电导体在磁场中受力”)的原理发电,这个过程将 能转化为电能,产生的电能储存于魔方内。魔方还能通过USB端口给移动设备充电,给移动设备充电时魔方相当于电路中的 (选填“电源”或“用电器”)。
图20-6-9
13.答案 电磁感应 机械(动) 电源
解析 电磁感应现象中把机械能转化为电能,转动这种魔方能发电说明它是利用电磁感应原理工作的。电源的作用是提供电能,用电器的工作过程消耗电能,魔方在给其他设备充电过程中提供了电能,所以它相当于电源。
三、作图题(每小题4分,共8分)
14.(2018江苏宿迁沭阳潼阳中学月考)磁体旁小磁针静止时所指的方向如图20-6-10所示,标出磁体的N、S极(小磁针黑端为N极)并画出磁体周围的磁感线。
图20-6-10
14.答案 如图所示
解析 小磁针黑端为N极,据图可知,小磁针的下面是N极、上面是S极;由异名磁极相互吸引可知,与小磁针S极靠近的一端为N极,即两个相对的磁体的磁极都是N极;在磁体外部磁感线是从N极出发回到S极的,据此画出磁体周围的磁感线。
15.(2017广西贵港中考)如图20-6-11所示,给电磁铁M通电,发现弹簧开始被压缩,过一会儿,条形磁铁和弹簧重新处于静止,此时把滑动变阻器的滑片P向B端滑动,弹簧的长度逐渐变短。请用笔画线代替导线,把电路连接完整(导线不能交叉,弹簧在其弹性范围内)。
图20-6-11
15.答案 如图所示
解析 首先根据通电时弹簧被压缩可以判断出电磁铁上端为S极,然后根据安培定则判断电流方向。滑片向B移动时弹簧变短,说明电流变大,所以应当连接B接线柱。
四、实验探究题(第16题12分,第17题14分,共26分)
16.(2018河北秦皇岛海港期末)如图20-6-12是某学习小组同学设计的探究“电磁铁磁性强弱”的实验电路图。
(1)实验中,移动变阻器的滑片,改变通过电磁铁线圈中的 大小;根据电磁铁吸引大头钉的多少判断电磁铁的 。
(2)表是该组同学所做实验的记录:
|
电磁铁线圈 |
50匝 |
100匝 |
||||
|
实验次数 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
电流/A |
0.8 |
1.2 |
1.5 |
0.8 |
1.2 |
1.5 |
|
吸引大头钉的 最多数目/枚 |
5 |
8 |
10 |
7 |
11 |
14 |
①比较实验中的1、2、3(或4、5、6)组数据,得出的结论是:电磁铁线圈的匝数一定时,通过线圈中的电流越大,电磁铁的磁性越 ;
②比较实验中的1和4(或2和5,或3和6)组数据,可得出的结论是: ;
(3)实验后,同学们想继续探究“电磁铁的磁性强弱与线圈内的铁芯大小是否有关?”他们利用上述电路和两根大小不同的铁芯,设计实验:实验时应该保持 不变,换用不同铁芯,观察电磁铁吸引大头钉数。若两次实验吸引大头钉数量明显不同,说明 。
图20-6-12
16.答案 (1)电流 磁性强弱 (2)①强 ②在电流相同时,线圈匝数越多,电磁铁磁性越强 (3)电磁铁线圈的匝数和通过的电流 电磁铁的磁性强弱与线圈内的铁芯大小有关
解析 (1)实验时,移动滑动变阻器的滑片,可以改变变阻器连入电路中的电阻大小,从而改变电路中的电流大小;根据转换法,由电磁铁吸引大头钉的多少判断电磁铁的磁性强弱。(2)①比较实验中的1、2、3(或4、5、6)组数据可以看出,在线圈的匝数相同时,电流从0.8 A增加到1.5 A时,吸引大头钉的最多数目由5枚增加到10枚(由7枚增加到14枚),说明在线圈的匝数一定时,通过电磁铁的电流越大,电磁铁的磁性越强;②比较实验中的1和4(或2和5,或3和6)组数据可以得出通过电磁铁的电流都为0.8 A(或1.2 A,或1.5 A)时,线圈匝数为50的最多吸引5枚(或8枚,或10枚)大头钉,线圈匝数为100的最多吸引7枚(或11枚,或14枚)大头钉,说明在通过电磁铁的电流相同时,线圈的匝数越多,电磁铁的磁性越强。(3)电磁铁的磁性强弱可能跟铁芯大小有关。根据控制变量法,探究电磁铁磁性强弱跟铁芯大小关系时,控制线圈的匝数和通过的电流不变,只改变铁芯大小;换用不同铁芯,观察电磁铁吸引大头钉数。若两次实验吸引大头钉数量明显不同,说明电磁铁的磁性强弱与线圈内的铁芯大小有关。
17.(2017云南中考)发电机是如何发电的呢?同学们用如图20-6-13所示的装置进行探究。
图20-6-13
(1)当导体ab静止悬挂起来后,闭合开关,灵敏电流计G指针不偏转,说明电路中 (选填“有”或“无”)电流产生。
(2)小芳无意间碰到导体ab,导体ab晃动起来,小明发现电流表指针发生了偏转,就说:“让导体在磁场中运动就可产生电流”。但小芳说:“不一定,还要看导体怎样运动”。为验证猜想,他们继续探究,并把观察到的现象记录如下:
|
序号 |
磁体摆放方向 |
ab运动方向 |
电流计指针偏转情况 |
|
1 |
N极在上 |
竖直上下运动 |
不偏转 |
|
2 |
水平向左运动 |
向右偏转 |
|
|
3 |
水平向右运动 |
向左偏转 |
|
|
4 |
N极在下 |
竖直上下运动 |
不偏转 |
|
5 |
水平向左运动 |
向左偏转 |
|
|
6 |
水平向右运动 |
向右偏转 |
分析实验现象后,同学们一致认为小芳的观点是 (选填“正确”或“错误”)的。比较第2、3次实验现象发现,产生的电流的方向跟 有关;比较第3、6次实验现象发现,产生的电流的方向还跟 有关。
(3)在整理器材时,小明未断开开关,先撤去蹄形磁铁,有同学发现指针又偏转了!他们再重复刚才的操作,发现电流计的指针都偏转。请教老师后得知,不论是导体运动还是磁体运动,只要闭合电路的一部分导体在 中做 运动,电路中就会产生感应电流,这就是发电机发电的原理。此原理最早由英国物理学家 发现。
17.答案 (1)无 (2)正确 导体运动方向 磁场方向
(3)磁场 切割磁感线 法拉第
解析 (1)当导体ab静止悬挂起来后,闭合开关,灵敏电流计G指针不偏转,说明电路中无电流产生。(2)根据表格中的信息可知,当导体在磁场中运动时,电流计指针不一定偏转,说明不一定产生电流,故小芳的观点是正确的;比较第2、3次实验现象发现,磁场方向相同,导体运动的方向不同,产生电流的方向不同,即产生的电流的方向跟导体运动方向有关;比较第3、6次实验现象发现,导体运动的方向相同,磁场方向不同,产生电流的方向不同,即产生的电流的方向还跟磁场方向有关。(3)电路闭合时,不论是导体运动还是磁体运动,只要导体在磁场中做切割磁感线运动,电路中就会有感应电流产生,这种现象是电磁感应,此原理最早由英国物理学家法拉第发现。
五、综合题(共8分)
18.(2018浙江温州绣山中学二模)电梯为居民出入带来很大的便利,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20-6-14甲所示。已知控制电路的电源电压U=6伏,当电磁铁线圈电流达到20毫安时,衔铁刚好被吸住,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)图甲中电磁铁上端磁极是 极。
(2)现控制该电梯限载量为9 000牛,计算此时滑动变阻器R1的电功率大小。
(3)若将滑片略向右移动,试分析该电梯限载量如何变化并说明理由。
甲
乙
图20-6-14
18.答案 (1)S (2)0.04 W (3)见解析
解析 (1)右手握住电磁铁,四指指向电流的方向,大拇指指向电磁铁的下端即N极,则电磁铁上端的磁极是S极;
(2)电梯受到的压力等于电梯所载物体的重力,即:F=G=9 000 N,由图乙,当压力F=9 000 N时,对应的压敏电阻阻值R2=200 Ω,此时电磁铁线圈电流达到20 mA,由欧姆定律得电路的总电阻:R=
=
=300 Ω,因为串联电路的总电阻等于串联的各部分电阻之和,所以变阻器R1接入电路的阻值:R1=R-R2=300 Ω-200 Ω=100 Ω;则R1的电功率:P1=I2R1=(0.02 A)2×100 Ω=0.04 W;
(3)由图甲可知,滑片略向右移动后,变阻器接入电路的阻值增大;因电源电压和报警时的电流不变,则控制电路的总电阻是一定的,变阻器接入电路的阻值增大,则压敏电阻R2的阻值应减小,由图乙可知,压敏电阻R2的阻值减小时,其受到的压力增大,所以电梯底架受到的压力增大,即电梯限载量变大。
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