初中應(yīng)用物理知識競賽輔導(dǎo)講座二十

1、初中應(yīng)用物理知識競賽輔導(dǎo)講座二十電與磁【知識要點(diǎn)解讀】1電流的磁效應(yīng)。奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)。直線電流、通電螺線管產(chǎn)生的磁場的磁感線方向分別用對應(yīng)的安培定則去判斷。2電磁繼電器電磁繼電器實(shí)質(zhì)上是利用電磁鐵控制的開關(guān)。利用電磁繼電器可以實(shí)現(xiàn)利用低電壓、弱電流控制高電壓、強(qiáng)電流的電路，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱和自動(dòng)控制。3電流在磁場中要受到磁場力（安培力）的作用，作用力的方向用左手定則判斷。4電磁感應(yīng)法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。閉合電路中的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，發(fā)電機(jī)就是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的。發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能?！靖傎愔R拓展】初中應(yīng)用物理知識競賽關(guān)于電與磁拓

2、展的知識點(diǎn)主要有：1 兩根平行直導(dǎo)線，通有同向電流時(shí)互相吸引，通有反向電流時(shí)互相排斥。2 通電導(dǎo)體和通電線圈在磁場中受到安培力作用而發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。電動(dòng)機(jī)就是根據(jù)通電線圈在磁場中受到安培力作用而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的原理工作的。【經(jīng)典競賽題分析】例1（2011全國初中應(yīng)用物理知識競賽河南預(yù)賽）如圖1所示，將一對磁性材料制成的彈性舌簧密封于玻璃管中，舌簧端面互疊，但留有空隙，就制成了一種磁控元件干簧管，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。干簧管置于下列哪種通電導(dǎo)線的磁場中時(shí)，可以使舌簧端面吸合圖1【解析】：根據(jù)電流產(chǎn)生磁場，用安培定則可判斷直線電流在周圍所產(chǎn)生磁場的方向。磁性材料制成的彈性舌簧在磁場中磁化產(chǎn)生磁性

3、吸合使電流導(dǎo)通，選項(xiàng)B正確?！敬鸢浮緽【名師點(diǎn)評】干簧管是一種把磁信號轉(zhuǎn)化為電信號的傳感器，要使磁性材料制成的彈性舌簧端面吸合，必須把干簧管的舌簧所在的直線與磁場的磁感線方向在一直線上。圖2例2.（2011全國初中應(yīng)用物理知識競賽初賽）用傳感器進(jìn)行自動(dòng)控制時(shí)，常常要用到繼電器，某光敏電阻的阻值R與光強(qiáng)E的關(guān)系如下左圖所示。試用筆劃代替導(dǎo)線在右下圖中設(shè)計(jì)一個(gè)用光電敏電阻來控制路燈的實(shí)驗(yàn)電路圖，要求：光暗時(shí)燈亮，光亮?xí)r燈熄，可供選擇的儀器如下：光敏電阻、小燈泡、學(xué)生電源、繼電器、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線等。圖2-J【解析】由題目給出的光敏電阻的阻值R與光強(qiáng)E的關(guān)系圖像可知，光暗時(shí)電阻大，光亮?xí)r電阻小

4、?？蓪⒐饷綦娮?、保護(hù)電阻、電源及開關(guān)串聯(lián)后與繼電器中的電磁鐵線圈a、b連接，構(gòu)成閉合電路。由于光暗時(shí)電阻大，可將路燈電路的c段與繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)連接，d端與繼電器的上面靜觸點(diǎn)連接，這時(shí)路燈亮。光亮?xí)r，光敏電阻阻值小，電磁鐵中電流大，磁性強(qiáng)，吸引動(dòng)觸點(diǎn)向下，路燈電路斷開。【答案】用光電敏電阻來控制路燈的實(shí)驗(yàn)電路圖如圖2-J所示?！久麕燑c(diǎn)評】此題以自動(dòng)控制路燈電路設(shè)計(jì)切入，考查繼電器原理、電路連接、光敏電阻的阻值R與光強(qiáng)E的關(guān)系圖像的分析、歐姆定律等知識點(diǎn)。例3（2011上海初中物理知識競賽復(fù)賽題）如圖3所示，將一柔軟的導(dǎo)線彎成星形，并將其置于光滑水平桌面上，然后將電鍵S閉合，則該星形回路將 圖3A

5、不會變形B會變形，所圍面積增大 C會變形，所圍面積減小D會變形，所圍總面積不變 【解析】：根據(jù)兩根平行直導(dǎo)線，通有同向電流時(shí)互相吸引，通有反向電流時(shí)互相排斥，將電鍵S閉合，則該星形回路會變形，所圍面積增大，選項(xiàng)B正確?！敬鸢浮緽【名師點(diǎn)評】可把星形回路分割成無數(shù)段，相對的兩段可看作通有反向電流的平行直導(dǎo)線，它們互相排斥，使其所圍面積達(dá)到最大，最后為一圓。圖4例4.（2008全國初中應(yīng)用物理知識競賽題）圖6所示為種環(huán)保型手電筒，筒內(nèi)沒有電池。使用時(shí)，只要來回?fù)u晃手電筒，使永磁體在手電筒中的兩個(gè)橡膠墊之間來回運(yùn)動(dòng)，燈泡就能發(fā)光。而且來回?fù)u晃的越快，燈泡越亮。這種手電筒能發(fā)電的依據(jù)是_原理，這個(gè)原理

6、是英國科學(xué)家_發(fā)現(xiàn)的。【解析】：永磁體在手電筒中的兩個(gè)橡膠墊之間來回運(yùn)動(dòng)，線圈切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，燈泡就能發(fā)光，原理是電磁感應(yīng)，是法拉第發(fā)現(xiàn)的?！敬鸢浮浚弘姶鸥袘?yīng) 法拉第【名師點(diǎn)評】環(huán)保型手電筒可減少廢電池造成的環(huán)境污染，符合可持續(xù)發(fā)展?！靖傎悓?shí)戰(zhàn)訓(xùn)練】一選擇題1. （2011上海第25界初中物理競賽）在地球赤道上空某處有一小磁針處于水平靜止?fàn)顟B(tài)，突然發(fā)現(xiàn)該小磁針的N極向東偏轉(zhuǎn)，可能是 A小磁針正西方向有一條形磁鐵的S極靠近小磁針B小磁針正北方向有一條形磁鐵的S極靠近小磁針C小磁針正上方有電子流自東向西水平通過D小磁針正上方有電子流自南向北水平通過1.【答案】D【解析】：在地磁場的作用下，

7、在地球赤道上空某處處于水平的小磁針，靜止時(shí)N極指向北，若突然發(fā)現(xiàn)該小磁針的N極向東偏轉(zhuǎn)，說明一定有磁感線指向東的外磁場?？赡苁切〈裴樥戏接须娮恿髯阅舷虮彼酵ㄟ^，選項(xiàng)D正確。2.（2006河南初中物理知識競賽預(yù)賽）如下圖所示，閉合開關(guān)后，四個(gè)小磁針指向(黑色為N極)都正確的是 （） A B C D2.【答案】D【解析】根據(jù)通電螺線管產(chǎn)生磁場的安培定則可判斷出四個(gè)小磁針指向都正確的是D。3.（2008河南初中物理競賽題）如圖所示，ab為可以沿著光滑的金屬軌道移動(dòng)的導(dǎo)體，若使ab向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，小磁針的N極會向左偏轉(zhuǎn)，則下列說法中正確的是( ) A若使ab向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，螺線管的A端為N極 B若使ab向

8、右運(yùn)動(dòng)時(shí)，螺線管的A端為S極 C若使ab向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，小磁針的N極會向右偏轉(zhuǎn)D若使ab向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，小磁針的N極仍會向左偏轉(zhuǎn)3.【答案】：C【解析】：若使ab向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，小磁針的N極會向左偏轉(zhuǎn)，說明螺線管的B端為N極，A端為S極，選項(xiàng)A錯(cuò)誤。若使ab向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，螺線管的A端為N極，小磁針的N極會向右偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)BD錯(cuò)誤C正確。 4.（2010全國初中應(yīng)用物理知識競賽題）為判斷一段導(dǎo)線中是否有直流電流通過，手邊若有下列幾組器材，其中最為方便可用的是 ( )A.小燈泡及導(dǎo)線 B.鐵棒及細(xì)棉線 C.帶電的小紙球及細(xì)棉線 D.被磁化的縫衣針及細(xì)棉線 4.【答案】.D【解析】根據(jù)電流的磁效應(yīng)，可用細(xì)棉線吊起被

9、磁化的縫衣針，放在導(dǎo)線的下方，若導(dǎo)線中是有直流電流通過，則由于通電導(dǎo)線磁場的作用，被磁化的縫衣針將轉(zhuǎn)到與導(dǎo)線垂直的位置。否則，導(dǎo)線中是無直流電流通過。5（2006重慶初中物理競賽題）對通電螺旋管的認(rèn)識，正確的是（ ）A它周圍的磁場與蹄形磁鐵相似 B它的磁場方向與電流方向無關(guān)C在它中間加上鐵芯，磁場會增強(qiáng) D它的磁場強(qiáng)弱與電流大小無關(guān)5【答案】：C【解析】：它周圍的磁場與條形磁鐵相似，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；它的磁場方向與電流方向有關(guān)，它的磁場強(qiáng)弱與電流大小有關(guān)，電流越大，磁場越強(qiáng)，選項(xiàng)BD錯(cuò)誤。6（第三屆理想杯初二物理競賽題）如圖所示，L是電磁鐵，在乙正上方用彈簧懸掛一條形磁鐵，設(shè)電源電壓不變，閉合電鍵S

10、待電磁鐵穩(wěn)定后，當(dāng)滑動(dòng)變阻器R的滑片p由上向下緩緩地滑動(dòng)過程中，彈簧的長度將 ( )A 變長 B變短C先變長后變短 D先變短后變長6.答案：C解析：當(dāng)滑動(dòng)變阻器R的滑片p由上向下緩緩地滑動(dòng)過程中，電磁鐵L中電流先減小后增大，電磁鐵磁性先減小后增大。由安培定則可判斷出電磁鐵L上端為N極，所以彈簧的長度將先變長后變短，選項(xiàng)C正確。二填空題1. （中學(xué)生數(shù)理化解題能力競賽題）有報(bào)道說：臺灣某廠商發(fā)明了一種“手機(jī)自生能”特制電池，它由固定線圈、可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁鐵和充電電池組成。.上下左右搖晃手機(jī)，小磁鐵便在線圈內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生電能，充電電池同時(shí)將這些電能貯存起來。每搖晃一分鐘這種手機(jī)可通話兩分鐘。這種裝置

11、能自生電能依據(jù)了 原理.1.【答案】電磁感應(yīng)2（第12界浙江科學(xué)競賽）在如圖所示的實(shí)驗(yàn)中，說明電流能夠產(chǎn)生磁場的實(shí)驗(yàn)是 。2【答案】乙 丁【解析】圖甲是通電導(dǎo)體在磁場中受力實(shí)驗(yàn)，圖丙是閉合回路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流實(shí)驗(yàn)。3.（2009全國初中應(yīng)用物理知識競賽河南預(yù)賽試題）如圖所示，AB和CD是兩根固定且平行是水平金屬導(dǎo)軌，符號表示垂直于紙面向里的磁場的磁感線?，F(xiàn)將銅棒EF和GH垂直放在滑軌上，當(dāng)拉動(dòng)GH使其向左移動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)EF也向左移動(dòng)，請你說明此過程中所包含的一條物理知識： 。若拉動(dòng)EF使其向右移動(dòng)時(shí)，GH應(yīng)向 （選填“左”或“右”）移動(dòng)。3.【答案】銅棒GH切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)

12、電流（或銅棒EF受到磁場力的作用） 右4（2008上海初中物理競賽復(fù)賽題）將一個(gè)電磁鐵和白熾燈并聯(lián)后接入電路，如圖（a）所示。當(dāng)閉合電鍵時(shí)，燈L1即刻點(diǎn)亮，隨后熄滅；當(dāng)斷開電鍵時(shí)，燈閃亮后熄滅。（1）此現(xiàn)象說明當(dāng)閉合電鍵時(shí)，流過電磁鐵的電流變化是 ；當(dāng)斷開電鍵時(shí)，流過電磁鐵的電流變化是 。（2）在圖（b）中，當(dāng)電磁鐵中無電流時(shí)，鐵質(zhì)彈簧片的可動(dòng)端與右側(cè)接線柱接通；當(dāng)電磁鐵中有電流時(shí)，在電磁鐵的吸引下，鐵質(zhì)彈簧片的可動(dòng)端與左側(cè)接線柱接通。試用筆線代替導(dǎo)線，完成電路連線，使電路中的電鍵閉合后，燈L1、L2會交替發(fā)光。4.【答案】：（1）逐漸增大 逐漸減小 （2）如圖所示?！窘馕觥浚寒?dāng)閉合電鍵時(shí)，由

13、于電磁鐵線圈的自感作用，流過電磁鐵的電流變化是逐漸增大；當(dāng)斷開電鍵時(shí)，由于電磁鐵線圈的自感作用，流過電磁鐵的電流變化是逐漸減小。三簡答題1（2006全國初中應(yīng)用物理知識競賽河南預(yù)賽）小明對“電磁鐵”提出了以下兩個(gè)問題，請你回答： （1）怎樣使電磁鐵的磁性變強(qiáng)？請找出兩種解決辦法。 （2）要使電磁鐵的南北極相互顛倒，可采用什么辦法？1.【答案】（1）增加電流大小和增加線圈的匝數(shù)、（2改變電流方向或線圈繞向2（2010全國初中應(yīng)用物理知識競賽復(fù)賽）干簧管（也叫干簧繼電器）比一般機(jī)械開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、速度高、工作壽命長；而與電子開關(guān)相比，它又有抗負(fù)載沖擊能力強(qiáng)的特點(diǎn)，工作可靠性很高。如圖甲所示為

14、干簧管的結(jié)構(gòu)簡圖，其中磁簧片是一種有彈性的薄鐵片，被固定于玻璃管上。當(dāng)將一個(gè)條形磁鐵與干簧管平行放置時(shí)，如圖乙，干簧管的磁簧片觸點(diǎn)就會閉合，將電路接通；當(dāng)條形磁鐵遠(yuǎn)離干簧管時(shí)，觸點(diǎn)就會斷開。請簡述其原理。2.【答案】：當(dāng)將一個(gè)條形磁鐵與干簧管平行放置時(shí)，干簧管的磁簧片就會被磁化，且靠近的那兩個(gè)端點(diǎn)會被磁化成異名磁極而相互吸引，觸點(diǎn)將會閉合，將電路接通；當(dāng)條形磁鐵遠(yuǎn)離干簧管時(shí)，磁簧片的磁性消失，在彈力的作用下觸點(diǎn)就會斷開。3.（第12界全國初中應(yīng)用物理知識競賽復(fù)賽）有一支縫衣用的鋼針與磁鐵接觸后磁化，試說出三種簡單實(shí)用的方法，判斷它的南北極。3【答案】：可以把鋼針別在一小塊涂油的紙上，使它浮在玻

15、璃杯所盛的水中，指北的就是鋼針的N極，也可以把鋼針懸在細(xì)線上，指北的就是鋼針的N極。還可以把鋼針放在光滑的玻璃板上，用條形磁鐵的N極靠近它，被吸收的就是鋼針的S極。四綜合運(yùn)用題1（浙江第12界科學(xué)競賽題）某同學(xué)利用熱敏電阻為家中的燈暖型浴霸(一種取暖用的電器)設(shè)計(jì)了一個(gè)溫度可自動(dòng)控制的裝置，如圖甲所示。“控制電路”中熱敏電阻R1的阻值隨溫度變化的曲線如圖乙所示，電磁鐵線圈可看作阻值為30的純電阻R0，電源U1電壓恒定，浴霸共安裝有2只標(biāo)有“220V、550W”的燈泡，當(dāng)電磁鐵線圈中的電流大于或等于50mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合，浴霸電路斷開；當(dāng)線圈中的電流小于或等于40mA時(shí)，繼電器的銜鐵被釋

16、放，浴霸電路閉合。求：(1)工作電路閉合時(shí)，通過電路的總電流。(2)若浴室內(nèi)的溫度最高不得超過40，則控制電路的電源電壓U1最小值為多大?(3)若電源U1電壓恒定為12V，則將此裝置安放在浴室內(nèi)，浴室內(nèi)溫度可控制在什么范圍?1解：（1）電路的總電流：I=P/U=1100W/220V=5A。（2） 40時(shí)R1的電阻為170，繼電器電路斷開的電流為I=50mA，控制電路的電源電壓U1最小值為：U1=IR=0.05A200=10V。（3）繼電器電路中的電流小于等于I1=40mA時(shí)，處于加熱狀態(tài)：R=U/I1=300。 此時(shí)R1= R- R0=300-30=270。查圖得：R1的電阻為270時(shí)對應(yīng)的溫

17、度為23。繼電器電路中的電流等于I2=50mA時(shí)，工作電路斷開，溫度最高：R=U/I2=240。此時(shí)R1= R- R0=240-30=210。查圖得：R1的電阻為210時(shí)對應(yīng)的溫度為32。浴室內(nèi)溫度的控制范圍是2332。2.（2008全國初中應(yīng)用物理知識競賽復(fù)賽）小明利用實(shí)驗(yàn)室的電磁繼電器、熱敏電阻R1、可變電阻器R2等器件設(shè)計(jì)了一個(gè)恒溫箱控制電路，如圖1所示。其中“交流電源”是恒溫箱加熱器的電源（加熱器在恒溫箱內(nèi)，圖中未畫出）；R1處于恒溫箱內(nèi)，圖2是小明通過實(shí)驗(yàn)測得的R1的阻值隨溫度變化的關(guān)系曲線；電磁繼電器的電源兩端電壓U = 6 V，電磁繼電器線圈的電阻可不計(jì)，通過實(shí)驗(yàn)測得當(dāng)電流為30

18、mA時(shí)，電磁繼電器的銜鐵被吸合。(1)請簡述此恒溫箱的工作過程。(2)為什么恒溫箱的加熱器應(yīng)該接在A、B端，而不能接在C、D端？(3)如果要使恒溫箱內(nèi)預(yù)設(shè)的溫度可調(diào)節(jié)范圍是90150，可供選擇的可變電阻器R2的電阻值有如下的幾種：A0100 B0200 C01000 D01500請問應(yīng)選擇哪一個(gè)可變電阻器？為什么？(4)小明設(shè)計(jì)的這個(gè)控制電路，使用起來有何不足之處？請你提出一種解決的方案。2解：（1）恒溫箱溫控系統(tǒng)是由交流電加熱電路和直流控制電路組成，適當(dāng)調(diào)節(jié)變阻器R2的阻值，利用熱敏電阻R1的性能和阻值等使該系統(tǒng)能保證恒溫箱的溫度保持在預(yù)設(shè)的溫度范圍內(nèi)。工作過程如下： 當(dāng)恒溫箱內(nèi)的溫度達(dá)到或者超過預(yù)設(shè)之最高溫度時(shí)，熱敏電阻R1的阻值下降，直流控制電路中電流增大，電磁繼電器吸合銜鐵，切斷交流加熱電路，恒溫箱開始降溫。當(dāng)恒溫箱內(nèi)的溫度低于預(yù)設(shè)之最低溫度時(shí)，熱敏電阻R1的阻值增大，直流控制電路中電流減小，電磁繼電器釋放銜鐵，交流加熱電路接通，恒溫箱又開始升溫。如此反復(fù)接通和斷開交流加熱電路，使恒溫箱的溫度保持在預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)。（2）恒溫箱的加熱器應(yīng)接在A、B端。這樣溫