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第31讲电和磁
一、选择题：本大题共15小题，共60分。
1.电动汽车刹车时，汽车动能回收系统能启动，电动机“变身”为发电机，将汽车动能转化为电能。下列实验中与动能回收系统原理相同的是（）
A. B.
C. D.
2.下列四个图中，磁感线方向标注错误的是（）
A. B.
C. D.
3.小明在科学拓展课上制作了一个简易喇叭（原理如图）。接通信号源后，电流的方向不断改变，导致线圈的磁极不断变化，通过吸引或排斥磁铁，带动纸盆振动。为改变纸盆振动幅度以调节喇叭响度，下列方法不可行的是（）
A. 改变磁铁的磁极 B. 改变电流的大小 C. 改变磁铁磁性强弱 D. 改变线圈的匝数
4.如图所示为课本中的一个实验：“把一段通电导线弯成圆环，形成环形电流，让圆环导线穿过一块与圆环平面垂直的平板。利用铁粉观察它周围的磁场分布。”如果导线内电流方向如箭头所示，当置于平板上A点的磁针（黑色端为N极）静止时，下列图中磁针指向正确的是 （ ）
A. B. C. D.
5.如图，小敏用条形磁铁使铁钉竖直静止在空中，细线紧绷且质量不计。下列说法正确的是（）
A. 铁钉上端被磁化成N极
B. 铁钉受到的磁力与自身重力大小相等
C. 桌面对石头的支持力和石头的重力是一对平衡力
D. 细线对石头的拉力和石头对细线的拉力是一对相互作用力
6.如图所示，闭合开关，下列判断正确的是（）
A. 小磁针偏转，说明通电导体周围存在磁场
B. 只对调电源正负极，小磁针偏转方向不变
C. 通电螺线管的右端为N极
D. 在螺线管内插入铁芯，螺线管的磁性强弱不变
7.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
8.图中a表示垂直于纸面的一根导线，它是闭合电路的一部分，当它在磁场中按箭头方向运动时，不能产生感应电流的情况是 （ ）
A. B. C. D.
9.下图是某同学发明的“铁皮自动分开装置”。将强磁铁靠近一叠铁皮，被磁化后的铁皮会自动分开。铁皮分开的原因是( )
A. 同名磁极相互吸引 B. 异名磁极相互吸引 C. 同名磁极相互排斥 D. 异名磁极相互排斥
10.如图是动圈式话筒的部分结构。声波使振膜左右振动，连接在振膜上的线圈也随之一起振动切割永磁体的磁感线产生电流，此过程中（）
A. 利用了电磁感应原理 B. 利用了通电导体在磁场中受力的原理
C. 利用了电流的磁效应 D. 产生了直流电
11.如图是一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计中封入一段金属丝，金属丝下端所指示的温度为90℃。下列说法错误的是（）
A. 报警器利用了水银导电和热胀冷缩的性质
B. 报警器利用了电磁铁通电时有磁性、断电时磁性消失的特点
C. 报警器中水银温度计和电磁铁串联在电路中
D. 温度达到90℃时，报警器中的灯亮同时铃响
12.在螺线管附近放一小磁针，静止时小磁针位置如图所示。闭合开关S时，小磁针发生旋转，关于通电螺线管的N极及小磁针旋转方向描述正确的是（）
A. 通电螺线管的左侧是N极，小磁针顺时针旋转
B. 通电螺线管的左侧是N极，小磁针逆时针旋转
C. 通电螺线管的右侧是N极，小磁针顺时针旋转
D. 通电螺线管的右侧是N极，小磁针逆时针旋转
13.直流电动机的工作原理如图所示，以下相关的分析中正确的是( )
A. 电动机工作过程中，消耗的电能全部转化为机械能
B. 电动机中的线圈转动是利用了惯性，所以线圈质量越大越好
C. 电动机的线圈转动一周的过程中电流方向改变两次
D. 电动机工作时，线圈内产生的是直流电，供给外部电路的也是直流电
14.直流发电机的工作原理图如图所示，关于直流发电机，下列说法中正确的是( )
A. 图中的E、F称为换向器，它的作用是改变线圈中的电流方向
B. 直流发电机线圈内产生的是直流电，供给外部电路的也是直流电
C. 它是利用通电线圈在磁场中受到力的作用而转动的原理工作的
D. 直流发电机线圈内产生的是交流电，供给外部电路的是直流电
15.如图所示是某同学自制的玩具电动机，一块钕铁椭圆形磁铁吸在干电池底部，将一段裸露的铜线折成矩形线框，上边与电池正极接触，下边搭接在磁铁上，观察到线框顺时针转动，则（）
A. 该过程中机械能转化为电能 B. 线框左右两边所受磁场力方向相同
C. 若仅调换电池两极，线框将逆时针转动 D. 若仅调换磁铁两极，线框仍顺时针转动
二、填空题：本大题共6小题，共36分。
16.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_________（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____________（填“先变小后变大”“一直不变”或“先变大后变小”）。
17.在研究地磁场方向时，如图所示，发现司南的长柄静止时总是指向南方，则长柄相当于指南针的 极。我国宋代学者沈括最早记述了地理的两极和地磁场的两极 （选填“重合”或“不重合”）的现象。
18.电动机在现代生产、生活中有广泛的应用。
(1)电动机原理图如图所示，将通电线圈 abcd置于磁场中，线圈的ab、cd边受到 ，使线圈转动起来。
(2)某电动车是利用电动机来驱动车轮转动的，遇到障碍时，只要按下倒车开关就能改变线圈中 来实现倒车。
19.如图是手机无线充电的原理简化图。当充电器线圈接通电源之后，该线圈就会产生一个磁场，当手机放在充电器上的时候，手机中的线圈就会产生感应电流，实现无线充电。
（1）手机线圈中产生电流是利用________现象。
（2）当充电器线圈中某一时刻的电流方向如图所示，则图中B点的磁场方向是________（填“向上”或“向下”）。
（3）与传统方式相比，请你对这种充电方式进行评价：________________________________。
20.临时停车开启闪烁灯更加安全，小明设计的模拟车灯闪烁的电路图如图所示。已知电源电压为3 V，两个小灯泡均标有“3 V 0.2 A”字样，不考虑小灯泡电阻变化，忽略线圈电阻。
(1)闭合开关后，能实现发光、熄灭交替的灯泡是 。
(2)衔铁被吸住时，灯泡L1的电功率为 W。
(3)小明在使用过程中，发现L2灯突然不亮，衔铁被吸引后不能弹回去，则电路的故障可能是 。
21.如图是某兴趣小组制作的“电子秤”的结构简图，其中的电磁铁和永磁体之间相互排斥，对秤盘产生向上的力。当秤盘上放置质量不同的物体时，可通过调节滑动变阻器改变电流大小，从而改变斥力大小，使指针始终指在“a”位置。此时，该电子秤所称量物体质量m跟电路中电流I的关系可视为：m＝kI（k为500克/安）。据此原理，可将电流表改装成“质量显示仪”达到称量质量的目的。
（1）图中电磁铁和永磁体之间要产生斥力，则永磁体下端应为____________极。
（2）当放上物体后，为了使指针仍处在“a”位置，必须将滑动变阻器滑片向____________（选填“A”或“B”）端移动。
（3）图中电源电压为9伏，线圈电阻为10欧，线圈允许通过的最大电流为0.8安，滑动变阻器规格为“50欧 2安”，电流表量程为0～0.6安。
①计算该电子秤所能称量物体质量的范围__________________________________________。
②要增大该电子秤的称量范围，以下方法可行的是____________。（假设弹簧等元件均能正常工作）
A．增大电源电压
B．换用“100欧 1安”的滑动变阻器
C．电流表的量程换用0～3安
三、实验探究题：本大题共3小题，共24分。
22.在“探究通电螺线管外部的磁场分布”的实验中：
（1）如图所示，闭合开关，通电螺线管的右端为 极，小磁针的左端为 极。
（2）对调电源的正负极，小磁针N极指向与（1）小题中相反，这表明，通电螺线管外部的磁场方向与 的方向有关。
（3）在螺线管中插入一根铁棒，可使通电螺线管的磁性 。
23.在项目化学习中，小科用条形磁体、大号缝衣针、硬卡纸、橡皮、大头针制作简易指南针，指南针制作过程如下。
步骤Ⅰ：取2枚大号钢质缝衣针，分别将条形磁体沿同一方向摩擦缝衣针十余次，如图甲所示，使缝衣针磁化。
步骤Ⅱ：将1张硬壳卡纸折成直角，将2枚被磁化的缝衣针对称地穿在卡纸两侧，如图乙所示，用1块橡皮和1枚大头针做成支座，将插有缝衣针的卡纸水平支起。
步骤Ⅲ：用当地的地图确定简易指南针所指的方向。
步骤Ⅳ：在老师的指导下，针对自制指南针的科学性设计了评价表。
“自制指南针”评价量表（节选）
评价指标 优秀 合格 待改进
指标一 指针磁性强，且能自由转动 指针磁性强，不能自由转动 指针磁性弱，不能自由转动
指标二 能准确指示南北方向，能保持平衡 能指示南北方向，不能保持平衡 不能指示南北方向，不能保持平衡
（1）将条形磁体的S极靠近图乙中缝衣针的针尖，缝衣针被排斥，则缝衣针针尖位置应标为 极。
（2）在不添加器材的情况下，若要确定简易指南针是否能够指示南北，应如何操作： 。
（3）根据评价量表进行测试评价，小科制作的指南针“指标一”被评为“优秀”，“指标二”被评为“合格”。为使该指南针的“指标二”达到优秀水平，请你对该指南针提出合理的改进建议：
。
24.科学兴趣小组探究“通电螺线管外部的磁场分布”的过程如下。
【实验器材】通电螺线管磁场演示器、菱形小磁针若干、铁屑、干电池、开关、导线。
【设计与实验】
（1）利用铁屑探究通电螺线管外部磁场的分布情况。按照图甲连接好电路，将铁屑均匀地撒满磁场演示器的玻璃板，闭合开关后，轻轻敲击玻璃板面，观察到铁屑的排列情况如图乙所示。
（2）利用小磁针确定通电螺线管外部磁场的方向。将小磁针放在螺线管周围，闭合开关后，观察到小磁针的指向，请将A点小磁针的N极一端涂黑。
（3）实验中，通过观察小磁针的指向来判断通电螺线管的极性，运用了 法，实验中轻敲玻璃板的目的是 。
四、分析计算题：本大题共2小题，共16分。
25.某展览厅如图甲所示，为保护展品设置了调光天窗，当外界光照较强时，能启动电动卷帘适时调整进光量；当外界光照较弱时，能自动启动节能灯给予补光。调光天窗的电路原理如图乙所示，R0为定值电阻，R为光敏电阻，其中R的电阻值随光照强度的变化如图丙所示，光照强度的国际单位为勒克斯（lx）；P为电磁铁，其线圈电阻忽略不计，当电流达到0.04A时能吸合衔铁B。图乙中的M、N，其中一处是节能灯，另一处是电动卷帘。已知电源电压U1＝12V，U2＝220V，则：
（1）电磁铁P下端为________极（选填“N”或“S”）。
（2）图中的N处用电器应为____________（选填“节能灯”或“电动卷帘”）。
（3）当外界光照强度达到150lx时，电动卷帘便开始工作，求R0的阻值。
（4）当外界光照强度达到400lx时，求光敏电阻R的功率。
26.某兴趣小组设计了一种恒温箱电路，如图甲所示，工作电路电源电压U1＝220 V，R1＝242 Ω。控制电路电源电压U2＝3 V，R2＝300 Ω，热敏电阻R能即时感知恒温箱内温度，其阻值与温度的关系如图乙，不计线圈的电阻。当线圈中的电流大于或等于40 mA时，继电器的衔铁被吸合，动触点A与静触点B接触；当线圈中的电流小于或等于30 mA时衔铁被释放，动触点A与静触点C接触。求：
（1）闭合开关S1和S2，恒温箱开始工作，此时衔铁的动触点A与静触点____________（选填“B”或“C”）相接触。
（2）电热丝R1正常工作5分钟消耗的电能。
（3）分析计算恒温箱正常工作时的温度变化范围。
答案和解析
1.【答案】C
【解析】略
2.【答案】A
【解析】略
3.【答案】A
【解析】略
4.【答案】A
【解析】略
5.【答案】D
【解析】略
6.【答案】A
【解析】略
7.【答案】A
【解析】略
8.【答案】D
【解析】略
9.【答案】C
【解析】略
10.【答案】A
【解析】略
11.【答案】D
【解析】略
12.【答案】D
【解析】略
13.【答案】C
【解析】略
14.【答案】D
【解析】略
15.【答案】C
【解析】略
16.【答案】负极；一直不变
【解析】略
17.【答案】南（或S）
不重合
【解析】略
18.【答案】力的作用；电流的方向
【解析】略
19.【答案】（1）电磁感应 （2）向上 （3）优点：使用方便兼容性强，可以一对多充电，解决了接口不匹配问题等；缺点：充电效率较低，电磁辐射较大，价格高等
【解析】略
20.【答案】（1）L2；
（2）0.6
（3）L2短路
【解析】略
21.【答案】（1）S （2）B （3）①0.075千克～0.3千克 ②BC
【解析】略
22.【答案】N
S
电流
增强
【解析】略
23.【答案】S
可以将自制的指南针放在水平支架上，将静止时针尖指示的方向与利用地图确定的方向进行比较
调整指南针的重心位置
【解析】略
24.【答案】如答图所示。
转换减小铁屑与玻璃板的摩擦，使铁屑受到磁场的作用而有规律地排列
【解析】略
25.【答案】（1）N （2）电动卷帘
（3）当外界光照强度达到150lx时，由图丙可知此时光敏电阻的阻值R＝90Ω，电动卷帘便开始工作，电磁铁能吸合衔铁的电流I＝0.04A，由欧姆定律得，此时控制电路的总电阻，根据串联电路电阻规律可知， R0＝R总-R＝30Ω-90Ω＝210Ω。
（4）当外界光照强度达到400lx时，由图丙可知此时光敏电阻的阻值R ＝30Ω，由欧姆定律得，此时控制电路中的电流，光敏电阻 R的功率P＝I 2R ＝（0.05A）2×30Ω＝0.075W。
【解析】略
26.【答案】（1）C
（2） 。
（ 3）当恒温箱的温度达到最高时，衔铁被吸下，即此时控制电路的电流I＝0.04 A，此时R的阻值为： ，由乙图可知恒温箱内的最高温度为100℃；当电磁铁衔铁被吸合时，R与R2并联。当恒温箱温度最低时，控制电路的电流I′＝0.03 A。 ，IR＝I′-I2＝0.03 A-0.01 A＝0.02 A， ，由乙图可知恒温箱内的最低温度为90℃。故恒温箱内的温度变化范围为90℃～100℃。
【解析】略
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