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第二十章　电与磁
一、填空题
1.条形磁体和通电螺线管之间磁感线的分布，以及小磁针静止时的情况如图所示，由此可以判断小磁针的 a 端为________极，电源的左端为________极。
2.科技小组自制的“树叶水罗盘”如图所示，他们将磁化后的缝衣针放在水中漂浮的一片树叶上，多次将树叶轻轻旋转，待其静止后发现针的尖端总是指向南方。缝衣针尖端是水罗盘的________(选填“S”或“N”)极。
3.将电风扇(内部有磁铁和线圈)、干电池和电流表等按如图所示的电路连接。当 S 断开、S 闭合时，电风扇转动，电风扇转动的原理与________(选填“电动机”或“发电机”)工作的原理相同。当 S 断开、S 闭合时，用手快速拨动电风扇的扇叶使其转起来后，发现电流表指针左右摆动，其原理是________。
4.室内游乐场新增了一台游乐设备，游客通过骑行单车便可点亮各种景观灯装置，它将单车的________能转化为电能。如图所示，它的原理和手摇发电机相同，都利用了________现象。
5.某科学技术馆中介绍潮汐发电的示意图如图所示。浮标带动磁铁随波浪上下起伏，使线圈做________运动，从而使线圈中产生感应电流。
6.通电螺线管内有一个在磁场作用下处于静止状态的小磁针，小磁针指向如图所示，则导线的 a 端接电源的________极；若把通电螺线管用一根细线悬挂起来，则螺线管静止时 Q 端指向地理________(选填“南”或“北”)极附近。
7.小明一家开电动汽车自驾去山顶旅行，在下山时，他们发现续航里程反而越来越多，这是因为该车装有能量回收系统，下山时能自发电，该过程利用了________现象。小明还了解到一个奇怪的现象：新能源电动矿车“空车上山采矿、满载矿石下山”比“空车上山、空车下山”更节省电能，这是因为在满载矿石下山时，车辆更多地利用了________的机械能。
8.核磁共振仪工作时，需要注入液氮以降低内部超导线圈的温度，减小超导线圈的________，从而增大________，进而________(选填“增大”或“减小”)磁场。
二、选择题
9.螺线管中通有电流时，螺线管周围将产生磁场。下列图中小磁针的指向正确的是(　　)
10.关于磁体、磁场和磁感线，下列说法正确的是(　　)
A. 看不见的磁场是真实存在的
B. 磁感线是由磁场中的铁屑被磁化后形成的
C. 磁体周围的磁感线，都是从磁体的 S 极出来，回到 N 极
D. 磁体周围存在着大量的磁感线，没有磁感线的地方不存在磁场
11.无链条电动自行车是在普通自行车的基础上，安装电机、控制器、蓄电池、转把和显示系统的机电一体化交通工具，如图所示。此车既可以通过电源直接给锂电池充电，也可以通过骑行者踩脚踏板将电能存储在锂电池内。有关无链条电动自行车，下列说法不正确的是(　　)
A. 骑行者踩脚踏板发电的原理是电磁感应
B. 通过电源直接给锂电池充电的过程中，化学能转化为电能
C. 在外界因素相同的情况下，骑行者踩脚踏板，行驶里程会更大
D. 骑行者不踩脚踏板，电动机驱动自行车前行时电能转化为机械能
12.某科技小组设计的一种温度自动控制报警装置的电路如图所示，下列关于它的说法正确的是(　　)
A. 当温度低于 90 ℃时，报警装置不会响铃，只有绿灯亮
B. 当温度低于 90 ℃时，报警装置就会响铃，同时红灯亮
C. 当温度达到 90 ℃时，报警装置不会响铃，只有绿灯亮
D. 当温度达到 90 ℃时，报警装置就会响铃，同时绿灯亮
13.探究电磁铁磁性强弱与哪些因素有关的实验装置如图所示，闭合开关后，下列说法正确的是(　　)
A. 电磁铁 A 的上端为 N 极，电磁铁 B 的上端为 S 极
B. 向右移动滑片 P 时，A 吸引大头针的数量会增加
C. 该实验装置可以用来探究电流方向与电磁铁磁性强弱的关系
D. 该实验装置可以用来探究电磁铁磁性强弱与绕线匝数的关系
三、实验题
14.为了探究磁场，小红做了如下实验。
(1) 探究条形磁体周围的磁场。①在玻璃板上均匀撒一层铁屑，再将玻璃板放在条形磁体上方，然后________玻璃板，观察铁屑的分布情况。铁屑在磁场中被________成一枚枚“小磁针”，从而在磁场中有序地排列起来，如图甲所示。
②再在玻璃板上放一些小磁针，小磁针静止时的情况如图乙所示，黑色一端表示小磁针的 N 极，某点小磁针________极所指的方向就是该点的磁场方向。
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、直观地描述磁场，物理学中把这样的曲线叫作________。
(2) 探究通电螺线管周围的磁场。①把小磁针放在螺线管四周不同的位置上，通电后发现小磁针的指向如图丙所示，说明通电螺线管周围的磁场跟________磁体的磁场相似，图中________端是螺线管的 N 极。
②对调电源的正、负极重复上述实验，小磁针的指向与之前相反，说明____________________________；断开开关后，小磁针静止时________极指向地理南极附近。
15.探究通电导体棒在磁场中的运动的实验装置如图所示。
(1) 导体棒 AB 不能选用________(选填“铜”“铁”或“铝”)质材料。
(2) 把导体棒 AB 放在磁场里，闭合开关，会发现导体棒 AB 向左运动，这说明磁场对通电导体有________的作用。
(3) 请你说出一种让导体棒 AB 向右运动的方法：____________________。
(4) 若将图中的________换成灵敏电流计，就能探究感应电流产生的条件。
四、计算题
16.美好生活从早餐开始。某款 400 W 的单仓面包机的工作原理如图所示，将面包片放入面包机的加热仓后，设定时间(定时开关闭合)，按下 B 处按键，触点 1 与 C 处接触，面包机开始工作；到了设定时间，定时开关自动断开，控制电路断路，电磁铁失去磁性，杠杆 AOB 在衔铁的重力和弹簧向上的弹力的共同作用下，断开加热电路并弹出面包片。
(1) 求加热电阻的电阻 R 。
(2) 求定时工作 1 min 面包内能的增加量(不计热量损失)。
17.某科技小组设计了一个检测水库水位的模拟报警装置，其模拟电路如图甲所示。在水库底部竖直放置(未与水库底部密封)质量为 50 kg、底面积为 0.025 m 的圆柱形浮块(足够高)，上端通过轻杆与力敏电阻接触，其电阻与压力的关系如图乙所示，水库中无水时，力敏电阻不受力。控制电路的电源电压为 24 V，定值电阻的电阻为 R ，当控制电路中的电流 I≥50 mA 时，衔铁被吸下，报警红灯亮起。g 取 10 N/kg，不计轻杆质量、线圈电阻及其能量损耗。
(1) 报警红灯恰好亮起时，控制电路的电功率为多大？
(2) 当水位达到 10 m 时，力敏电阻受到的压力为多大？
(3) 若设置水位为 10 m 时，报警红灯恰好亮起，则定值电阻的电阻为多大？
参考答案与解析
1. 南；负　解析:由磁感线分布可知小磁针 a 端为 S 极(指南)；由安培定则判断螺线管极性，进而得出电源左端为负极。
2. S　解析:针的尖端总是指向南方，而指南针的 S 极指向地磁的 N 极(地理南极附近)，故尖端是 S 极。
3. 电动机；电磁感应　解析:电风扇(电动机)通电转动的原理与电动机相同；用手拨动扇叶转动，电流表指针左右摆动，说明产生了感应电流，其原理是电磁感应。
4. 机械；电磁感应　解析:骑行单车点亮景观灯，将单车的机械能转化为电能；手摇发电机的原理是电磁感应。
5. 切割磁感线　解析:浮标带动磁铁随波浪上下起伏，使线圈做切割磁感线运动，从而在线圈中产生感应电流。
6. 负；南　解析:由小磁针静止时 N 极指向和安培定则判断，导线 a 端接电源负极；螺线管相当于条形磁体，静止时 N 极指北、S 端(Q 端)指向地理南极附近。
7. 电磁感应；矿石　解析:下山时能量回收系统发电，利用了电磁感应现象；满载矿石下山时，车辆更多地利用了矿石的重力势能(机械能)转化为电能。
8. 电阻；电流；增大　解析:注入液氮降低温度，超导线圈电阻减小为零、可增大电流，从而增大磁场。
9. D　解析:由安培定则判断螺线管极性，小磁针 N 极指向与该点磁场方向一致，只有 D 图小磁针指向正确。
10. A　解析:磁场是真实存在的，A 正确；磁感线是人为引入的假想曲线，不是铁屑形成的，B 错误；磁体外部的磁感线从 N 极出发回到 S 极，C 错误；没有画磁感线的地方也存在磁场，D 错误。
11. B　解析:给锂电池充电时是电能转化为化学能，B 错误；踩脚踏板发电是电磁感应(A 正确)；踩脚踏板可提供额外电能，行驶里程更大(C 正确)；电动机驱动时电能转化为机械能(D 正确)。
12. A　解析:温度低于 90 ℃时，电磁继电器控制电路断开，红灯不亮、绿灯亮，报警装置不响铃，A 正确。
13. D　解析:该装置中两电磁铁串联、电流相同，匝数不同，可探究电磁铁磁性强弱与绕线匝数的关系，D 正确；向右移动滑片 P，电路电流变小，A 吸引大头针数量减少，B 错误；不能改变电流方向，C 错误。
14. (1)① 轻敲；磁化　② N　③ 磁感线　(2)① 条形；右　② 通电螺线管的极性跟电流方向有关；S
解析:轻敲玻璃板减小摩擦对铁屑的影响；铁屑被磁化；小磁针 N 极所指方向为该点磁场方向；带箭头的曲线叫磁感线。通电螺线管外部磁场与条形磁体相似，由安培定则知右端为 N 极；对调电源正负极后电流方向改变、磁极改变，说明通电螺线管的极性跟电流方向有关；断开开关后在地磁场作用下小磁针 S 极指向地理南极附近。
15. (1) 铁　(2) 力　(3) 对调磁体两极(或改变导体棒 AB 中的电流方向)　(4) 电源
解析:(1)防止导体棒被蹄形磁体吸引，AB 不能选用铁质材料。(4)探究感应电流产生条件不需要电源，将蓄电池换成灵敏电流计即可。
16. 解:
(1)由电路图及额定参数，加热电阻 R 的阻值 R ===121 Ω。
(2)因为不计热量损失，定时工作 1 min 面包内能的增加量等于消耗的电能，即 ΔE=W=Pt=400 W×1×60 s=2.4×10 J。
17. 解:
(1)报警红灯恰好亮起时，电流为 50 mA，控制电路的电功率 P=UI=24 V×0.05 A=1.2 W。
(2)当水位达到 10 m 时，圆柱形浮块受到的浮力 F浮=ρ水gV排=1.0×10 kg/m ×10 N/kg×0.025 m ×10 m=2 500 N，圆柱形浮块受到的重力 G=mg=50 kg×10 N/kg=500 N，则圆柱形浮块受到的压力 FN=F浮-G=2 500 N-500 N=2 000 N；因为力的作用是相互的，所以力敏电阻受到的压力也为 2 000 N。
(3)由图乙读出压力为 2 000 N 时力敏电阻的阻值 R，由控制电路 R总===480 Ω，定值电阻的电阻 R =R总-R=480 Ω-R，代入力敏电阻对应阻值即得 R 。

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