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2022-2023物理新课标九年级全册同步课时减负作业（人教版）
第二十章 电与磁
专题20.3 电磁铁和电磁继电器
一、选择题
1.小明设计了一款“智能照明灯”，其电路的原理图如图所示，光线较暗时灯泡自动发光，光线较亮时灯泡自动熄灭，控制电路中，电源电压恒定，R0为定值电阻，R为光敏电阻，其阻值随光照强度的增大而减小。以下说法正确的是（ ）
A．电磁铁的上端为S极
B．当光照强度增强，控制电路的电流变小
C．当光照强度减弱，电磁铁的磁性增强
D．灯泡应设计在A和B两接线柱之间
【答案】D
【解析】A.由图可知，根据安培定则可知，电磁铁的上端为N极，故A错误；
B.当光照强度增强，光敏电阻的阻值减小，总电阻减小，根据欧姆定律可知，控制电路的电流变大，故B错误；
C.当光照强度减弱时，光敏电阻的阻值变大，总电阻变大，根据欧姆定律可知，控制电路的电流变小，电磁铁磁性大小与电流大小、线圈匝数有关，电流减小，则磁性变弱，故C错误；
D.光线较暗时，光敏电阻的阻值大，则控制电路中的电流小，电磁铁的磁性弱，衔铁在弹簧的作用下被拉起，灯泡自动发光，说明灯泡在A和B两接线柱之间，故D正确。
2．如图所示，GMR是一个巨磁电阻，其特性是电阻在磁场中会急剧减小，且磁场越强电阻越小，闭合开关S2后，下列四种情况相比较，指示灯最亮的是（ ）
A．S1断开，滑片P在图示位置。
B．S1闭合，滑片P在图示位置。
C．S1闭合，滑片P在滑动变阻器最右端。
D．S1闭合，滑片P在滑动变阻器最左端。
【答案】D．
【解析】A．S1断开时，电磁铁无磁性，由题意可知GMR的电阻最大，由I=U/R可知，右侧电路中电流最小，由P=I2R可知，指示灯的实际功率最小，指示灯最暗，故A错误；
B、C、D．闭合S1时，GMR所处的位置由无磁场变为有磁场，GMR的阻值减小；
当滑片P在滑动变阻器最左端时，左侧电路的电阻最小，由I=U/R可知，左侧电路中的电流最大，电磁铁磁性最强，则GMR的电阻最小，右侧电路中电流最大，由P=I2R可知，指示灯的实际功率最大，指示灯最亮，故BC错误，D正确．
二、填空题
1.如图是研究巨磁电阻电阻在磁场中急剧减小特性的原理示意图，闭合开关、后，电磁铁右端为___极，滑片P向左滑动过程中，指示灯明显变___ （选填“亮”或“暗”）。
【答案】S 亮
【解析】利用安培定则可知，电磁铁的左端为N极、右端为S极；
滑片P向左滑动过程中，滑动变阻器连入电路中的电阻变小，则电路中的电流变大，通电螺线管的磁性增强；
由右图可知，巨磁电阻和灯泡串联，
因巨磁电阻在磁场中急剧减小，
所以，此时巨磁电阻的阻值会变小，右侧电路中的总电阻变小，
由I=U/R可知，右侧电路中的电流变大，通过灯泡的电流变大，
因，且灯泡的亮暗取决于实际功率的大小，
所以，灯泡的实际功率变大，灯泡变亮。
2.人工心脏泵可短时间代替心脏工作，如图是该装置的示意图磁体固定在左侧，线圈AB固定在用软铁制成的活塞柄上（相当于一个电磁铁），活塞筒通过阀门与血管相通，阀门S1只能向外开启，S2只能向内开启，线圈中的电流从A流向B时，电磁铁左端是______极，血液会______（选填“流入”或“流出”）活塞筒，该装置工作时，线圈AB中的电流方向______（选填“需要”或“不需要”）改变。
【答案】 ①. S ②. 流入 ③. 需要
【解析】[1]线圈中的电流从A流向B时，根据安培定则，电磁铁右端N极，左端S极。
[2]异名磁极相互吸引，此时活塞左移，筒内压强减小，血液流入筒。
[3]因为工作时活塞要左右移动，电磁铁磁极要改变，所以电流方向需要改变。
3.如图所示是一个水位自动报警器的原理图。水位到达金属块A之后， （选填“红”或“绿”）灯亮；当绿灯亮时电磁铁 （选填“有”或“无”）磁性。
【答案】红；无。
解析：由题意可知，这一水位自动报警器的基本结构是一个电磁继电器，根据电磁继电器的基本工作原理，结合在此处的运用可描述其原理。
图中所示的水位自动报警器工作原理：当水位到达A时，由于一般水具有导电性，那么电磁铁所在电路被接通，电磁铁具有磁性，向下吸引衔铁，从而接通红灯所在电路，此时红灯亮，而绿灯不亮；
当绿灯亮时，衔铁与绿灯的触点接触，说明电磁铁无磁性。
4.如图是研究电磁铁磁性的电路图，则电磁铁的S极为 （选填“A”或“B”）
端。当滑动变阻器的滑片P向右移动时，电磁铁的磁性变 （选填“强”或“弱”）。
【答案】B；弱。
【解析】（1）由图看出，电流从电磁铁下端流入，依据安培定则，四指顺着电流方向，大拇指应向上握住电磁铁，所以上端为N极，B端的磁极为S极。
（2）滑动变阻器滑片P向右移动时，连入电路的电阻变大，电路中的电流变小，电磁铁的磁性减弱。
三、简答与阅读理解题
1. 图是一种温度自动报警器的原理图。制作水银温度计时在玻璃管中封入一段金属丝，电源的两极分别与水银和金属丝相连。当温度达到金属丝下端所指的温度时，电铃就响起来，发出报警信号。说明它的工作原理。
【答案】见解析。
【解析】当温度达到金属丝下端所指的温度时，水银面上升，与金属丝接触，此时左边的控制电路为闭合回路，线圈中有电流通过，电磁铁具有磁性，吸引右边衔铁，使衔铁与其左端的触点接触，这样电铃和电源就构成了闭合回路，电铃就会响起来，发出报警信号。
2．如图所示为一恒温箱温控电路，包括工作电路和控制电路两部分。R为热敏电阻（置于恒温箱内），阻值随温度变化的关系如图所示。恒温箱温控电路工作原理是：加热过程中，恒温箱温度升高到一定值时，控制电路中电流会达到一定值，继电器的衔铁被吸合，工作电路停止加热。
（1）图中所示状态，电路处于加热还是未加热
（2）恒温箱的温度为100℃时，继电器线圈中的电流达到20mA，衔铁被吸合，此时热敏电阻R消耗的功率是多少
（3）电阻R′有什么作用
【答案】（1）加热。（2）热敏电阻R消耗的功率是0.02W。（3）一是保护电路，二是调节温控箱的控制温度。
【解析】(1)图示中的状态，电热丝被接在了220V ( https: / / www. / s wd=220V&tn=SE_PcZhidaonwhc_ngpagmjz&rsv_dl=gh_pc_zhidao" \t "https: / / zhidao. / question / _blank )的电路两端，故电路处于加热状态中；（2）由热敏电阻与温度的关系可得出，温度为100℃时的温度值，再由电流的大小即可计算它消耗的电功率；（3）由于R′是滑动变阻器 ( https: / / www. / s wd=%E6%BB%91%E5%8A%A8%E5%8F%98%E9%98%BB%E5%99%A8&tn=SE_PcZhidaonwhc_ngpagmjz&rsv_dl=gh_pc_zhidao" \t "https: / / zhidao. / question / _blank )，故它在电路中的作用是保护电路 ( https: / / www. / s wd=%E4%BF%9D%E6%8A%A4%E7%94%B5%E8%B7%AF&tn=SE_PcZhidaonwhc_ngpagmjz&rsv_dl=gh_pc_zhidao" \t "https: / / zhidao. / question / _blank )和调节温控箱的控制温度。
四、作图与实验探究题
1．探究电生磁。
①根据图1可知：电流的磁场方向与 方向有关
②据图2可知：通电螺线管外部的磁场与 磁体的磁场相似。
③根据图2中小磁针的指向，标出电源的正、负极
④根据图3可知：电磁铁磁性的强弱跟 有关。
⑤要使图3中乙电磁铁的磁性增强，可以 。
【答案】①电流；②条形；③如图；④线圈匝数；⑤将滑动变阻器的滑片向左移动。
【解析】①根据图1可知：电流方向改变，小磁针偏转方向发生改变，这说明电流的磁场方向与电流方向有关；②据图2可知：通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似的；
③小磁针静止时N极的指向与磁感线的方向是相同的，磁感线是从N极出来，然后回到S极的，故通过螺线管的右端为N极，根据安培定则可知，螺线管中电流方向是向下的，即电源右端为正极；如图：
；
④根据图3可知：在电流相同时，线圈匝数越多的，吸引的大头针个数越多，这说电磁铁磁性的强弱跟线圈匝数有关。
⑤通过增大电流可以增大电磁铁的磁性，故可以将滑动变阻器的滑片向左移动，滑动变阻器接入电路的电阻减小，电路中的电流变大。
2.为探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”，小明用电池（电压一定）、滑动变阻器、数量较多的大头针、铁钉以及较长导线为主要器材，进行如图所示的简易实验．
（1）他将导线绕在铁钉上制成简易电磁铁，并巧妙地通过_______来显示电磁铁磁性的强弱，下面的实验也用这种方法的是_______．
A．认识电压时，我们可以用水压来类比；
B．用光线来描述光通过的路径；
C．把敲响的音叉接触水面，看有没有溅起水花，来判断音叉有没有振动；
D．用斜面小车研究阻力对物体运动的影响．
（2）连接好电路，使变阻器连入电路的阻值较大，闭合开关，观察到图甲所示的情景；接着，移动变阻器滑片，使其连入电路的阻值变小，观察到图乙所示的情景．比较图甲和乙，可知_______图中的电流较小，从而发现，通过电磁铁的电流越______（选填“大”或“小”）磁性越强．
【答案】（1）吸取大头针的多少 C （2）甲 大
【解析】(1)通过吸取大头针的多少来显示电磁铁磁性的强弱，下面的实验也用这种方法的是把敲响的音叉接触水面，看有没有溅起水花，来判断音叉有没有振动．
(2)甲图吸引大头针少，可知甲图中的电流较小，从而发现，通过电磁铁的电流越大磁性越强．
五、计算题
1．某电热水器具有加热和保温功能，其工作原理如图甲所示。其中控制电路中的电磁铁线圈电阻不计，R为热敏电阻，热敏电阻中允许通过的最大电流Ig＝15mA，其阻值R随温度变化的规律图象如图乙所示，电源电压U恒为6V，当电磁铁线圈中的电流I＞8mA时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点a、b接触，加热电路接通：当电磁铁线圈中的电流I≤8mA时，继电器上方触点c接触，保温电路接通，热敏电阻R和工作电路中的三只电阻丝R1、R2、R3，均置于储水箱中，U2＝220V，加热时的功率P加热═2200W，保温时的功率P保温＝110W，加热效率η＝90%，R2＝2R1，水的比热容，c水＝4.2×103J/（kg ℃），水箱内最低温度为0℃。
（1）为使控制电路正常工作，保护电阻R0的阻值至少为多大？若R0为该值，试求热水器刚开始保温时水的温度。
（2）电阻丝R1、R2、R3的阻值分别为多少欧姆？
（3）该热水器在加热状态下，将44kg、20℃的水加热到50℃需要多少时间？
【答案】（1）为使控制电路正常工作，保护电阻R0的阻值至少为450Ω；
若R0为该值，热水器刚开始保温时水的温度为70℃。
（2）电阻丝R1、R2、R3的阻值分别为33Ω、66Ω、374Ω；
（3）该热水器在加热状态下，将44kg、20℃的水加热到50℃需要2800s。
【解析】（1）由题意可知，热敏电阻中允许通过的最大电流I0＝15mA，电源电压U1＝6V，
控制电路中最小值是R总小＝＝＝400Ω，
当水箱内最低温度为0℃时，热敏电阻阻值最小，R最小，R最小＝100Ω。
保护电阻R0的最小值，保护电阻阻值至少为R0＝R总小﹣R最小＝400Ω﹣100Ω＝300Ω，
热水器刚开始保温时，控制电路中的总电阻R总＝＝＝750Ω，
热敏电阻的阻值为：R＝R总﹣R最小＝750Ω﹣300Ω＝450Ω，
由图乙可知，此时水温为70℃；
（2）由题意和电路图知：衔铁被吸下时，R1、R2并联，电热水器处于加热状态，
P加热＝+＝2200W，且R2＝2R1，
所以+＝2200W，
＝2200W，
＝2200W，
解得：R1＝33Ω，R2＝2R1＝2×33Ω＝66Ω；
根据题意可知，电磁继电器上方触点和触点c接通时，电热水器处于保温状态，则由电路图知，此时R2、R3串联，
根据电阻的串联特点和欧姆定律可得保温功率：
P保温＝＝110W，即＝110W，
解得：R3＝374Ω；
（3）水吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg ℃）×44kg×（50℃﹣20℃）＝5.544×106J：
根据热效率公式η＝可得，
加热电路消耗的能量：W＝＝＝6.16×106J，
加热时间：t＝＝＝2800s。
甲
乙
P
S
P
S
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第二十章 电与磁
专题20.3 电磁铁和电磁继电器
一、选择题
1.小明设计了一款“智能照明灯”，其电路的原理图如图所示，光线较暗时灯泡自动发光，光线较亮时灯泡自动熄灭，控制电路中，电源电压恒定，R0为定值电阻，R为光敏电阻，其阻值随光照强度的增大而减小。以下说法正确的是（ ）
A．电磁铁的上端为S极
B．当光照强度增强，控制电路的电流变小
C．当光照强度减弱，电磁铁的磁性增强
D．灯泡应设计在A和B两接线柱之间
2．如图所示，GMR是一个巨磁电阻，其特性是电阻在磁场中会急剧减小，且磁场越强电阻越小，闭合开关S2后，下列四种情况相比较，指示灯最亮的是（ ）
A．S1断开，滑片P在图示位置。
B．S1闭合，滑片P在图示位置。
C．S1闭合，滑片P在滑动变阻器最右端。
D．S1闭合，滑片P在滑动变阻器最左端。
二、填空题
1.如图是研究巨磁电阻电阻在磁场中急剧减小特性的原理示意图，闭合开关、后，电磁铁右端为___极，滑片P向左滑动过程中，指示灯明显变___ （选填“亮”或“暗”）。
2.人工心脏泵可短时间代替心脏工作，如图是该装置的示意图磁体固定在左侧，线圈AB固定在用软铁制成的活塞柄上（相当于一个电磁铁），活塞筒通过阀门与血管相通，阀门S1只能向外开启，S2只能向内开启，线圈中的电流从A流向B时，电磁铁左端是______极，血液会______（选填“流入”或“流出”）活塞筒，该装置工作时，线圈AB中的电流方向______（选填“需要”或“不需要”）改变。
3.如图所示是一个水位自动报警器的原理图。水位到达金属块A之后， （选填“红”或“绿”）灯亮；当绿灯亮时电磁铁 （选填“有”或“无”）磁性。
4.如图是研究电磁铁磁性的电路图，则电磁铁的S极为 （选填“A”或“B”）
端。当滑动变阻器的滑片P向右移动时，电磁铁的磁性变 （选填“强”或“弱”）。
三、简答与阅读理解题
1. 图是一种温度自动报警器的原理图。制作水银温度计时在玻璃管中封入一段金属丝，电源的两极分别与水银和金属丝相连。当温度达到金属丝下端所指的温度时，电铃就响起来，发出报警信号。说明它的工作原理。
2．如图所示为一恒温箱温控电路，包括工作电路和控制电路两部分。R为热敏电阻（置于恒温箱内），阻值随温度变化的关系如图所示。恒温箱温控电路工作原理是：加热过程中，恒温箱温度升高到一定值时，控制电路中电流会达到一定值，继电器的衔铁被吸合，工作电路停止加热。
（1）图中所示状态，电路处于加热还是未加热
（2）恒温箱的温度为100℃时，继电器线圈中的电流达到20mA，衔铁被吸合，此时热敏电阻R消耗的功率是多少
（3）电阻R′有什么作用
四、作图与实验探究题
1．探究电生磁。
①根据图1可知：电流的磁场方向与 方向有关
②据图2可知：通电螺线管外部的磁场与 磁体的磁场相似。
③根据图2中小磁针的指向，标出电源的正、负极
④根据图3可知：电磁铁磁性的强弱跟 有关。
⑤要使图3中乙电磁铁的磁性增强，可以 。
2.为探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”，小明用电池（电压一定）、滑动变阻器、数量较多的大头针、铁钉以及较长导线为主要器材，进行如图所示的简易实验．
（1）他将导线绕在铁钉上制成简易电磁铁，并巧妙地通过_______来显示电磁铁磁性的强弱，下面的实验也用这种方法的是_______．
A．认识电压时，我们可以用水压来类比；
B．用光线来描述光通过的路径；
C．把敲响的音叉接触水面，看有没有溅起水花，来判断音叉有没有振动；
D．用斜面小车研究阻力对物体运动的影响．
（2）连接好电路，使变阻器连入电路的阻值较大，闭合开关，观察到图甲所示的情景；接着，移动变阻器滑片，使其连入电路的阻值变小，观察到图乙所示的情景．比较图甲和乙，可知_______图中的电流较小，从而发现，通过电磁铁的电流越______（选填“大”或“小”）磁性越强．
五、计算题
1．某电热水器具有加热和保温功能，其工作原理如图甲所示。其中控制电路中的电磁铁线圈电阻不计，R为热敏电阻，热敏电阻中允许通过的最大电流Ig＝15mA，其阻值R随温度变化的规律图象如图乙所示，电源电压U恒为6V，当电磁铁线圈中的电流I＞8mA时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点a、b接触，加热电路接通：当电磁铁线圈中的电流I≤8mA时，继电器上方触点c接触，保温电路接通，热敏电阻R和工作电路中的三只电阻丝R1、R2、R3，均置于储水箱中，U2＝220V，加热时的功率P加热═2200W，保温时的功率P保温＝110W，加热效率η＝90%，R2＝2R1，水的比热容，c水＝4.2×103J/（kg ℃），水箱内最低温度为0℃。
（1）为使控制电路正常工作，保护电阻R0的阻值至少为多大？若R0为该值，试求热水器刚开始保温时水的温度。
（2）电阻丝R1、R2、R3的阻值分别为多少欧姆？
（3）该热水器在加热状态下，将44kg、20℃的水加热到50℃需要多少时间？
甲
乙
P
S
P
S
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