专题20 电与磁-初中应用物理知识竞赛专题讲义

初中应用物理知识竞赛专题讲座20

专题二十   电与磁

【知识要点解读】

1．电流的磁效应。奥斯特发现了电流的磁效应。直线电流、通电螺线管产生的磁场的磁感线方向分别用对应的安培定则去判断。

2．电磁继电器

电磁继电器实质上是利用电磁铁控制的开关。利用电磁继电器可以实现利用低电压、弱电流控制高电压、强电流的电路，可以实现远距离操纵和自动控制。

3．电流在磁场中要受到磁场力（安培力）的作用，作用力的方向用左手定则判断。

4．电磁感应

法拉第发现了电磁感应现象。闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中就产生感应电流，发电机就是根据电磁感应原理制成的。发电机把机械能转化为电能。

【竞赛知识拓展】

初中应用物理知识竞赛关于电与磁拓展的知识点主要有：

1．     两根平行直导线，通有同向电流时互相吸引，通有反向电流时互相排斥。

2．     通电导体和通电线圈在磁场中受到安培力作用而发生运动时，电能转化为机械能。电动机就是根据通电线圈在磁场中受到安培力作用而发生转动的原理工作的。

【经典竞赛题分析】

例1．（2016上海物理竞赛）用一个小型电动机提升重物，当给定电压为2V时，电机没有转动，此时通过电机的电流为1A。当电压增加到12V时， 电机开始工作，此时电机能带动16N重的物体以1m/s的速度匀速上升。则下列判断中正确的是

A．电机的工作电流一定为4A

B．电机线圈阻值一定为2Ω

C．电机的损耗功率可能为8W

D．电机的效率可能为50%

【参考答案】BC

例2. （2016上海物理竞赛）通电导线在磁场中受到的安培力的大小与导线中的电流成正比，与导线的长度成正比。在如图所示的电路中，由均匀的电阻丝组成的等边三角形导体框，垂直磁场放置，将AB两点接入电压恒定的电源两端，通电时，线框受到的安培力大小为F。若将AB边移走，其它不变，则余下线框受到的安培力大小为

A．F/4   B．F/3     C．F/2    D．F[来源:学科网ZXXK]

【参考答案】B

例3. （2014上海市初中物理竞赛初赛试题）图6是汽车启动装置电路简图，当钥匙插入钥匙孔并转动时，下列说法中正确的是（   ）[来源:学科网]

A．电磁铁上端为S极，触点B与C断开，汽车启动

B．电磁铁上端为S极，触点B与C接通，汽车启动

   C．电磁铁上端为N极，触点B与C断开，汽车启动

   D．电磁铁上端为N极，触点B与C接通，汽车启动

【参照答案】．D

例4.（2011全国初中应用物理知识竞赛初赛）用传感器进行自动控制时，常常要用到继电器，某光敏电阻的阻值R与光强E的关系如下左图所示。试用笔划代替导线在右下图中设计一个用光电敏电阻来控制路灯的实验电路图，要求：光暗时灯亮，光亮时灯熄，可供选择的仪器如下：光敏电阻、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。

【答案】用光电敏电阻来控制路灯的实验电路图如图2-J所示。

【名师点评】此题以自动控制路灯电路设计切入，考查继电器原理、电路连接、光敏电阻的阻值R与光强E的关系图像的分析、欧姆定律等知识点。学科网

【竞赛实战训练】

一．选择题

1. （2011上海第25界初中物理竞赛）在地球赤道上空某处有一小磁针处于水平静止状态，突然发现该小磁针的N极向东偏转，可能是                                                              

A．小磁针正西方向有一条形磁铁的S极靠近小磁针

B．小磁针正北方向有一条形磁铁的S极靠近小磁针

C．小磁针正上方有电子流自东向西水平通过

D．小磁针正上方有电子流自南向北水平通过

1.【参考答案】D

2.（2006河南初中物理知识竞赛预赛）如下图所示，闭合开关后，四个小磁针指向(黑色为N极)都正确的是 　（　　　　）

[来源:学科网]

【参考答案】D

3.（2008河南初中物理竞赛题）如图所示，ab为可以沿着光滑的金属轨道移动的导体，若使ab向左运动时，小磁针的N极会向左偏转，则下列说法中正确的是(    )

    A．若使ab向左运动时，螺线管的A端为N极

    B．若使ab向右运动时，螺线管的A端为S极

    C．若使ab向右运动时，小磁针的N极会向右偏转

D．若使ab向右运动时，小磁针的N极仍会向左偏转

【参考答案】C

4.（2010全国初中应用物理知识竞赛题）为判断一段导线中是否有直流电流通过，手边若有下列几组器材，其中最为方便可用的是             (   )
 A.小灯泡及导线           B.铁棒及细棉线
 C.带电的小纸球及细棉线   D.被磁化的缝衣针及细棉线

【参考答案】D

【名师解析】

5．（2006重庆初中物理竞赛题）对通电螺旋管的认识，正确的是（  ）

A．它周围的磁场与蹄形磁铁相似     B．它的磁场方向与电流方向无关

C．在它中间加上铁芯，磁场会增强   D．它的磁场强弱与电流大小无关

【参考答案】C

、6．（第三届理想杯初二物理竞赛题）如图所示，L是电磁铁，在乙正上方用弹簧悬挂一条形磁铁，设电源电压不变，闭合电键S待电磁铁稳定后，当滑动变阻器R的滑片p由上向下缓缓地滑动过程中，弹簧的长度将 ( )．[来源:学*科*网]

　　A． 变长 　       　B．变短

　　C．先变长后变短 　　D．先变短后变长

【参考答案】C

二．填空题

1. （中学生数理化解题能力竞赛题）有报道说：台湾某厂商发明了一种“手机自生能”特制电池，它由固定线圈、可自由转动的小磁铁和充电电池组成。.上下左右摇晃手机，小磁铁便在线圈内转动而产生电能，充电电池同时将这些电能贮存起来。每摇晃一分钟这种手机可通话两分钟。这种装置能自生电能依据了        原理.

1.【参考答案】电磁感应    学科网

2．（第12界浙江科学竞赛）在如图所示的实验中，说明电流能够产生磁场的实验是      。

2．【参考答案】乙 丁

3.（2009全国初中应用物理知识竞赛河南预赛试题）如图所示，AB和CD是两根固定且平行是水平金属导轨，符号×表示垂直于纸面向里的磁场的磁感线。现将铜棒EF和GH垂直放在滑轨上，当拉动GH使其向左移动时，发现EF也向左移动，请你说明此过程中所包含的一条物理知识：                。若拉动EF使其向右移动时，GH应向        （选填“左”或“右”）移动。

3.【参考答案】铜棒GH切割磁感线产生感应电流（或铜棒EF受到磁场力的作用）   右

4．（2008上海初中物理竞赛复赛题）将一个电磁铁和白炽灯并联后接入电路，如图（a）所示。当闭合电键时，灯L1即刻点亮，随后熄灭；当断开电键时，灯闪亮后熄灭。

（1）此现象说明当闭合电键时，流过电磁铁的电流变化是           ；当断开电键时，流过电磁铁的电流变化是         。

（2）在图（b）中，当电磁铁中无电流时，铁质弹簧片的可动端与右侧接线柱接通；当电磁铁中有电流时，在电磁铁的吸引下，铁质弹簧片的可动端与左侧接线柱接通。试用笔线代替导线，完成电路连线，使电路中的电键闭合后，灯L1、L2会交替发光。

4.【参考答案】：（1）逐渐增大   逐渐减小 （2）如图所示。

三．简答题

1．（2006全国初中应用物理知识竞赛河南预赛）小明对“电磁铁”提出了以下两个问题，请你回答：

    （1）怎样使电磁铁的磁性变强？请找出两种解决办法。

    （2）要使电磁铁的南北极相互颠倒，可采用什么办法？

1.【参考答案】（1）增加电流大小和增加线圈的匝数、

（2〕改变电流方向或线圈绕向

2．（2010全国初中应用物理知识竞赛复赛）干簧管（也叫干簧继电器）比一般机械开关结构简单、体积小、速度高、工作寿命长；而与电子开关相比，它又有抗负载冲击能力强的特点，工作可靠性很高。如图甲所示为干簧管的结构简图，其中磁簧片是一种有弹性的薄铁片，被固定于玻璃管上。当将一个条形磁铁与干簧管平行放置时，如图乙，干簧管的磁簧片触点就会闭合，将电路接通；当条形磁铁远离干簧管时，触点就会断开。请简述其原理。

3.（第12界全国初中应用物理知识竞赛复赛）有一支缝衣用的钢针与磁铁接触后磁化，试说出三种简单实用的方法，判断它的南北极。

四．综合运用题

1．（浙江第12界科学竞赛题）某同学利用热敏电阻为家中的灯暖型浴霸(一种取暖用的电器)设计了一个温度可自动控制的装置，如图甲所示。“控制电路”中热敏电阻R1的阻值随温度变化的曲线如图乙所示，电磁铁线圈可看作阻值为30Ω的纯电阻R0，电源U1电压恒定，浴霸共安装有2只标有“220V、550W”的灯泡，当电磁铁线圈中的电流大于或等于50mA时，继电器的衔铁被吸合，浴霸电路断开；当线圈中的电流小于或等于40mA时，继电器的衔铁被释放，浴霸电路闭合。求：

  (1)工作电路闭合时，通过电路的总电流。

  (2)若浴室内的温度最高不得超过40℃，则控制电路的电源电压U1最小值为多大?

  (3)若电源U1电压恒定为12V，则将此装置安放在浴室内，浴室内温度可控制在什么范围?

[来源:Z§xx§k.Com]

2.（2008全国初中应用物理知识竞赛复赛）小明利用实验室的电磁继电器、热敏电阻R1、可变电阻器R2等器件设计了一个恒温箱控制电路，如图1所示。其中“交流电源”是恒温箱加热器的电源（加热器在恒温箱内，图中未画出）；R1处于恒温箱内，图2是小明通过实验测得的R1的阻值随温度变化的关系曲线；电磁继电器的电源两端电压U = 6 V，电磁继电器线圈的电阻可不计，通过实验测得当电流为30mA时，电磁继电器的衔铁被吸合。

 (1)．请简述此恒温箱的工作过程。

(2)．为什么恒温箱的加热器应该接在A、B端，而不能接在C、D端？

(3)．如果要使恒温箱内预设的温度可调节范围是90℃~150℃，可供选择的可变电阻器R2的电阻值有如下的几种：

A．0~100Ω      B．0~200Ω     C．0~1000Ω       D．0~1500Ω

请问应选择哪一个可变电阻器？为什么？

(4)．小明设计的这个控制电路，使用起来有何不足之处？请你提出一种解决的方案。