北京课改版九全物理 第12章 4 电磁铁及其应用 能力（含解析）

北京课改版九全物理 第12章 4 电磁铁及其应用 能力
一、单项选择题（共2小题；共8分）
1. 如图是一种水位自动报警器的原理图，当水位到达金属块 时（一般的水能导电），电路中
A. 绿灯亮，红灯不亮 B. 红灯亮，绿灯不亮
C. 红灯和绿灯都亮 D. 红灯和绿灯都不亮
2. 城市下水道井盖丢失导致行人坠入下水道的悲剧时有发生，令人痛心。为此，某同学设计了一种警示电路：在井口安装一环形灯 ，井盖相当于开关 ；正常情况下（ 闭合），灯 不亮；一旦井盖丢失（ 断开），灯 即亮起，以警示行人。下图中电路符合要求的是
A. B.
C. D.
二、双项选择题（共3小题；共12分）
3. 为了探究电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关，如图所示，小敏用大铁钉作铁芯制作电磁铁，还找来一些大头针进行实验，下列说法正确的是
A. 本实验可以通过吸引大头针个数来反映磁性强弱
B. 为了探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系，需将电源正负极对调
C. 为了探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系，需改变滑动变阻器滑片的位置
D. 为了探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系，需改变滑动变阻器滑片的位置
4. 常老师做了这样一个实验：他把一个紧密绕制了很多圈的螺线管接在电压为 伏的电源两端，然后向通电螺线管中插入一根软铁棒，发现通电螺线管可以吸起一个小钢球，如图所示。大兴仿照常老师的做法，把一根表面涂有绝缘漆的导线绕在一根金属棒上，然后把导线的两端刮去绝缘漆后接在一个电源的两端，制成了一个电磁铁，大兴发现自己制作的电磁铁只能吸起很少量的大头针，无法吸起小钢球。分析出现这种情况的原因，以下判断中正确的是
A. 大兴用的金属棒可能是钢棒 B. 大兴用的金属棒可能是铝棒
C. 电源两端的电压可能太大了 D. 导线中的电流可能太小了
5. 在图所示的电路中，磁敏电阻 的阻值随磁场的增强而明显减小，将螺线管一端靠近磁敏电阻 ，闭合开关 、 ，下列说法正确的是
A. 螺线管左端为 极，右端为 极
B. 当 的滑片向左端滑动时，电压表示数减小
C. 当 的滑片向右端滑动时，电流表示数增大
D. 在螺线管中插入铁芯，电压表示数减小
三、填空题（共1小题；共12分）
6. 如图所示是最简单的有线电报装置示意图，它实际上就是一个控制 的电路，按键按下去之后，电路接通，电磁铁线圈中有 通过，产生磁性，吸引衔铁 ，松开按键，断开电路，电磁铁 磁性，衔铁 弹开，衔铁上连接着记录笔，记录笔就在纸带上记录衔铁动作，若导线足够长，按键在一个地方，电磁铁在另外的地方，那么就可以通过观察纸带记录的 来传递信息，这就是有线电报的原理。
四、实验题（共3小题；共24分）
7. 同学们在探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”的实验时，做了如下猜想：
猜想一：电磁铁磁性强弱与电磁铁线圈的匝数多少有关；
猜想二：电磁铁磁性强弱与通过电磁铁的电流大小有关。
为了验证上述猜想是否正确，同学们设计了以下实验方案：用漆包线（表面涂有绝缘漆的导线）在不同的铁钉上绕制若干圈，制成简单的电磁铁；并利用电池组、滑动变阻器、开关、一堆大头针以及长导线为实验器材进行实验。请你回答下列问题：
（1）如图所示，小明同学使用两个相同的大铁钉绕成匝数不同的电磁铁 和 ，由图中的情境可知，电磁铁 （选填“”或“”）的磁性强，并由此得出的实验结论是： ；
（2）为了验证猜想二，实验时应控制电磁铁 相同，改变 。
（3）上面的实验结束后，又有同学提出“电磁铁磁性强弱可能与线圈内的铁芯大小有关”的猜想。请你设计出探究这一猜想的数据记录表格。
8. 现有下列实验器材：电源、开关、导线、电流表、两个线圈匝数不同的电磁铁（含铁芯）、和一小堆大头针。
（1）小明同学想利用以上器材探究“电磁铁磁性强弱是否与电流和线圈匝数有关”，你认为他还应补充的实验器材是： 。
（2）小明为了探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系，他在实验中应注意控制不变的物理量是： 。
（3）在实验过程中，电磁铁的磁性强弱是通过电磁铁 来判断的。
9. 小军在探究影响电磁铁磁性强弱的因素时，将漆包线绕在铁钉上自制了简易电磁铁，连接了如图所示的电路。请按要求完成下列问题：
（1）实验时用简易电磁铁能吸起大头针数量的最大值来反映 ，这种实验方法称为 （选填“转换法”或“控制变量法”）。
（2）当闭合开关后，他发现电流表的指针发生偏转，但电磁铁没有吸起大头针。你认为电磁铁没有吸起大头针的原因是 （写出一条即可），请利用如图所示的器材验证你的判断，具体操作是： 。
五、作图题（共1小题；共13分）
10. 如图所示，连接电路，要求：开关 断开时，电铃不响，电灯亮；开关 闭合时，电铃响，电灯不亮。
六、科普阅读题（共1小题；共4分）
11. 磁悬浮列车
磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力（即磁的吸力和排斥力）来推动的列车，如图所示。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不需接触地面，因此只有空气的阻力。在 形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使电磁铁和导轨间保持 毫米的间隙，并使导轨钢板的排斥力与车辆的重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。
磁悬浮技术的研究源于德国，早在 年德国工程师赫尔曼 肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于 年申请了磁悬浮列车的专利。 年以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。 年 月 日，国内首列具有完全自主知识产权的实用型中低速磁悬浮列车，在中国北车唐山轨道客车有限公司下线后完成列车调试，这标志着我国已经具备中低速磁悬浮列车产业化的制造能力。
磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成。
．悬浮系统的设计，可以分为两个方向，分别是德国所采用的常导型和日本所采用的超导型。从悬浮技术上讲就是电磁悬浮系统 和电力悬浮系统 。
是一种吸力悬浮系统，是结合磁悬浮列车在机车上的电磁铁和导轨上的铁磁轨道相互排斥产生悬浮。常导磁悬浮列车工作时，首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁排斥力，与地面轨道两侧的绕组发生磁铁反作用把列车浮起。在车辆下部的导向电磁铁与轨道磁铁的反作用下，使车轮与轨道保持一定的侧向距离，实现轮轨在水平方向和垂直方向的无接触支撑和无接触导向。车辆与行车轨道之间的悬浮间隙为 毫米，是通过一套高精度电子调整系统得以保证的。此外由于悬浮和导向实际上与列车运行速度无关，所以即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态。
把磁铁使用在运动的机车上以在导轨上产生电流。由于机车和导轨的缝隙减少时电磁斥力会增大，从而产生的电磁斥力提供了稳定的机车的支撑和导向。然而机车必须安装类似车轮一样的装置对机车在“起飞”和“着陆”时进行有效支撑，这是因为 在机车速度低于大约 英里/小时无法保证悬浮。
．推进系统。磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理。车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就像是同步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就像同步直线电动机的长定子绕组。从而在悬浮状态下，列车可以完全实现非接触的牵引和制动。
．导向系统。导向系统是一种测向力来保证悬浮的机车能够沿着导轨的方向运动。必要的推力与悬浮力相类似，也可以分为引力和斥力。在机车底板上的同一块电磁铁可以同时为导向系统和悬浮系统提供动力。
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）磁悬浮列车的优点是 ；
（2）你能否提出磁悬浮列车的不足或缺点有什么吗 请写出你的观点。
答案
第一部分
1. B
【解析】本题考查电磁继电器，难度中等。当水位没有达到 时，电磁铁没有磁性，衔铁与绿灯接通，只有绿灯亮；当水位到达 时电路接通，电磁继电器有磁性，衔铁就会在电磁铁吸引力的作用下与绿灯断开，使红灯接通，红灯亮；绿灯由于与电源断开，所以不亮，选B。
2. B
第二部分
3. A， C
【解析】本实验中通过吸引大头针的个数来反映磁性强弱，吸引的大头针个数越多，磁性越强；这是转换法，故A正确；
为了探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系，要通过移动变阻器的滑片改变电流的大小，对调电源正负极不能改变电流的大小，故B错误、C正确；
为了探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系，要控制电流大小不变，应改变线圈匝数的多少，故D错误。
4. B， D
【解析】大兴制作的电磁铁只吸起少量的大头针，说明电磁铁的磁性弱。若选用的金属棒是钢棒，则会吸引较多的大头针，若选用的金属棒是铝棒，由于铝棒不是磁性材料，不能被磁化，因此会使它吸引大头针的数目很少，故A不正确，B 正确；若电源两端电压很大，则会使电磁铁的磁性很强，吸引大头针的数量不会很少，故C不正确；导线中电流很小，会使电磁铁的磁性太弱，吸引大头针数量少，故D正确。
5. B， D
第三部分
6. 电磁铁；电流；向下；失去；向上；衔铁的动作
【解析】有线电报装置实际上就是一个控制电磁铁的电路，按键按下去之后，电路接通，线圈中有电流通过，电磁铁产生磁性吸引衔铁向下，松开按键，断开电路，电磁铁失去磁性，衔铁向上弹开，若电磁铁在远离按键的地方，就可以通过观察纸带上记录的衔铁动作来进行信息的传递。
第四部分
7. （1） ；在电流相同时，电磁铁的线圈匝数越多，电磁铁磁性越强
【解析】由题图可知，两电磁铁是串联在电路中的，所以流经它们的电流是相同的，同时还可以看到线圈的匝数是不同的，电磁铁 吸引大头针多，故电磁铁 磁性强；本实验研究的是电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系。通过分析现象可得出的结论是：在电流相同时，电磁铁的线圈匝数越多，电磁铁磁性越强。
（2） 线圈的匝数；电流大小
【解析】为了验证猜想二，应改变电流的大小，控制线圈的匝数不变。
（3）
【解析】运用控制变量法探究电磁铁磁性强弱与线圈内的铁芯大小关系时，要控制电流大小不变，电磁铁线圈的匝数不变，让插入的铁芯大小不同，观察吸引大头针的数量多少；设计的数据记录表格如答表所示。
8. （1） 滑动变阻器
（2） 电流大小
（3） 吸引大头针的个数
9. （1） 电磁铁的磁性强弱；转换法
【解析】实验时用电磁铁能吸起大头针的数量来反映电磁铁的磁性强弱，这是转换法的应用；
（2） 通过电磁铁线圈的电流太小；闭合开关后，使滑动变阻器的阻值变小，增大通过电磁铁线圈的电流
【解析】电磁铁磁性强弱与线圈匝数、通过线圈的电流大小和有无铁芯都有关系；发现电流表的指针发生偏转，但电磁铁没有吸起大头针，原因可能是通过电磁铁线圈的电流太小。闭合开关后，使滑动变阻器的阻值变小，增大通过电磁铁线圈的电流，观察电磁铁是否能吸起大头针；若能吸起，说明猜想是正确的，反之则是错误的。
第五部分
10.
第六部分
11. （1） 具有高速、低噪音、环保、经济和舒适等优点
（2） 由于磁悬浮系统是凭借电磁力来进行悬浮，导向和驱动功能的，一旦断电，磁悬浮列车会发生严重的安全事故，因此断电后磁悬浮的安全保障措施仍然没有得到完全解决；强磁场对人的健康，生态环境的平衡与电子产品的运行影响仍需进一步研究。
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