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第3节 电磁铁的应用
基础聚焦
1.电磁铁产生的磁场很容易被控制。关于电磁铁，下列说法错误的是（▲）
A.可以用电流的通断控制磁场的有无
B.可以用电流的方向来控制磁体的极性
C.可以用电流的强弱来控制磁体的磁性强弱
D.可以用铜棒插入螺线管中来增强磁性
【答案】D
【解析】因为电磁铁是利用电流的磁效应制成的，所以电磁铁磁性的强弱与电流的大小有关：线圈匝数一定时，电流越小（大），磁性越弱（强）。也就是说，电磁铁磁性的强弱是可以由电流大小来控制的。电磁铁的极性跟线圈中的电流方向有关，所以电磁铁的极性可以由电流的方向来改变。
【分析】【详解】本题我们可以根据电磁铁的特点：电磁铁磁性的有无，可以由通、断电来控制；电磁铁磁性的强弱可以由通过电磁铁的电流大小来控制；它的N、S极可以由电流方向来控制，从而改变磁场方向。从而可以判断A、B、C选项正确。而D选项的铜是不能被磁化的，因此通电螺线管内插入铜棒磁性不变，因此D选项错误，符合题意。故正确答案为：D。
2.电磁铁在生活和生产中应用广泛。下列没有用到电磁铁的设备有（▲）
A.电铃 B.普通电熨斗 C.电磁继电器 D.电磁起重机
【答案】B
【解析】要解答本题需掌握：电磁铁在生活中的应用，以及电能和内能的转化。
【分析】本题主要考查学生对：生活应用电磁铁的例子，从物理走向生活。
【详解】电磁起重机，电磁继电器，电铃都用到了电磁铁。而普通电熨斗是把电能转化为内能，是利用电流的热效应。故选：B。
3.用电磁继电器来操纵高电压电路的开关，其主要作用是（▲）
A.节约用电 B.操作简单 C.保护用电器 D.避免危险
【答案】D
【解析】此题考查的是关于电磁继电器的相关基础知识。根据高电压、强电流的相关基础知识即可得到答案。
【分析】本题考查利用电磁继电器的优点就是能远程去控制高电压、强电流的工作电路，可以避免危险。
【详解】由课本基础知识可知，对于高电压、强电流的带电体是不能靠近的，通过电磁继电器可以达到用低电压、弱电流的控制电路去控制高电压，强电流的工作电路，还可以实现自动控制和远程控制的目的，从而避免人与高压带电体的靠近或接触而产生的危险。故选D。
4.下列功能中，电磁继电器不能完成的是（▲）
A.控制电路中电流的连续变化 B.控制电路中电流的有无
C.利用低电压、弱电流控制高电压、强电流 D.远距离自动控制与操作
【答案】A
【解析】电磁继电器的作用是通过低压电路控制高压电路，无法调节电流的大小。
【分析】本题考点较为全面，需要学生对电磁继电器全部功能都熟练掌握。
【详解】电磁继电器中没有滑动变阻器，所以A错误。电磁继电器中，低压电路中的开关控制可以控制电流的有无，所以B正确。电磁继电器是一种由低压电路控制高压电路的器件，所以C正确。低压电路和高压电路之间的距离可以达到很远，方便保护人身安全，还可以通过一些半导体材料来实现自动化控制，所以D正确。故选A。
5.如图所示是某同学连接的电铃电路，开关闭合后，电路中始终有电流，但电铃只响一声就不再响了，原因是（▲）
A.电磁铁始终没有磁性 B.衔铁一直被电磁铁吸着而不能回弹
C.衔铁没有向下运动 D.电池正、负极接反了
【答案】B
【解析】电铃发出声音是受到钉锤的敲击而产生的。不能连续发声，是钉锤不会连续敲击造成的。从此入手分析即可解决此题。
【分析】电铃是利用电流的磁效应制成的，电磁铁对衔铁的吸引力是钉锤敲击铃碗的动力。
【详解】当开关闭合后，电路中有电流，电磁铁有磁性，吸引衔铁，衔铁被吸下的同时，打击铃碗，发出声音。此时电路始终接通，电磁铁始终吸引衔铁，衔铁不会回弹，所以钉锤不能再重复打击铃碗。故选：B。
6.小张家所在的住宅区每栋单元的楼梯口都安装了防盗门，其门锁原理图如图所示，图中只画出了其中一家住户的控制开关S。该门锁的工作过程：楼上的人闭合控制开关S， 门锁上的电磁铁通电后吸引卡入右侧门扣中的闸铁，门可打开。关于该门锁，下列说法中正确的是（▲）
A.该门锁是利用电生磁的原理来工作的 B.电流周围的磁场是假想的物理模型
C.闭合开关S后，电磁铁的右端为N极 D.该单元的各住户控制门锁的开关是串联的
【答案】A
【解析】【分析】【详解】该门锁利用了电生磁的原理来工作，当电流通过螺线管时，螺线管有磁性，故A正确；电流周围的磁场是实际存在的，故B错误；根据安培定则，闭合开关S后，电磁铁的右端为S极，故C错误；该单元的各住户控制门锁的开关是并联的互不影响，故D错误。
故选：A。
7.生活中不需要用到电磁铁应用原理的物品 ▲ （填字母）。
A.电话机 B.U盘 C.光盘 D.磁悬浮列车 E.硬盘
【答案】BC
【解析】通过各器材或机械的构造、工作原理，来分析是否应用磁性材料。
【分析】本题考查对生活中磁性材料的认识，这要求记住哪些是磁性材料，属简单题目。
【详解】A、电话机的听筒和扬声器是利用电流的磁效应工作的，所以它们构造中有磁体，应用了磁性材料，不符合题意；B、U盘它是一种使用USB接口的无需物理驱动器的微型高容量移动存储产品，通过USB接口与电脑连接，实现即插即用，符合题意；C、光盘是利用了光头读取碟片上刻录的信息信号工作的，符合题意； D、磁悬浮列车是利用磁极间的相互作用的原理工作，所以主要利用了软磁性材料制成。不符合题意；E、硬盘实际上就是一个高密度的磁盘，不符合题意。
故选：BC。
思维拓展
8.如图所示是一种江河水位自动报警的原理图。
（1）当水位低于碳棒A时，工作电路中 ▲ 工作。到达碳棒A时，由于江河水能导电，衔铁被吸下，工作电路中 ▲ 开始工作。
（2）某次水位超过碳棒A时由于电磁铁磁性太弱因而衔铁没有被吸引。下列做法中合理的是 ▲ ＿（填字母）。
A.更换弹性更好的弹簧 B.增加电磁铁线圈的匝数
C.增加工作电路的电源电压 D.增加控制电路的电源电压
【答案】（1）绿灯 红灯和电铃 （2）BD
【解析】【分析】【详解】（1）当水位低于碳棒A时，电磁铁没有磁性，工作电路中绿灯工作；当水位到达碳棒A时电路接通，电磁继电器有磁性，衔铁就会在电磁力吸引的作用下与红灯和电铃接通，工作电路中红灯和电铃开始工作。（2）A.更换弹性更好的弹簧，则需要更大的电磁铁磁性才能吸下衔铁，故A做法不合理；B.增加电磁铁线圈的匝数，做法合理；C.增加工作电路的电源电压不影响控制电路，故C做法不合理；D.增加控制电路的电源电压，能增大通过电磁铁的电流，从而增大电磁铁的磁性，故D做法合理。故选BD。
故答案为：（1）绿灯 红灯和电铃 （2）BD
9.连接图中的电路，使控制电路上开关S断开时甲灯亮，S闭合时乙灯亮。
【答案】如图所示
【解析】电磁继电器中最主要的部分就是电磁铁，可分为控制电路和工作电路两部分，当控制电路接通时，电磁铁有磁性，吸引衔铁；当电磁铁无磁性时，衔铁在弹簧的作用下被拉起，其实质相当于工作电路中的开关。
【分析】此题主要考查了电磁继电器的连接，首先要搞清电磁继电器的构造，及各部分的作用。同时要掌握电磁继电器的工作原理，能够搞清其控制电路和工作电路，根据现象进行连接。
【详解】如图所示，当控制电路上S断开时，电磁铁没有磁性，衔铁被弹簧拉起，此时甲灯亮，乙灯不亮，所以应该使甲灯所在支路接通，乙灯所在电路断开；当S闭合时，电磁铁有磁性，把衔铁吸下，此时乙灯亮，甲灯不亮，所以应该使乙灯所在电路接通，甲灯所在电路断开；故答案为：如图所示：
10.阴雨天，空气潮湿，能见度低，路面湿滑。为保证师生通行安全，小明设计了如图甲所示控制警示灯的模拟电路。
（1）若要在电路中串联一个湿敏电阻，当湿度变大，电流增加到一定程度时警示灯才发光，应选择图乙中的 ▲ （选填“R1”或“R2”）湿敏电阻。
（2）为了提高警示效果，要求警示灯能亮暗闪烁，湿敏电阻应连接在图甲电路中的 ▲ （选填“A”或“B”）位置。
【答案】（1）R2 （2）A
【解析】（1）根据欧姆定律判断出湿敏电阻与湿度的关系，再根据图象判断出R1和R2与湿度的关系，从而得出答案；（2）根据实际需要，当空气潮湿，能见度低时，警示灯变亮，即警示灯随湿度增加而变亮，警示灯变亮时，电路的电流增大，电阻减小，即湿敏电阻随着湿度的增加而减小，根据警示灯不断闪烁确定湿敏电阻的位置。
【分析】本题考查了学生分析图象的能力、电磁继电器的使用、欧姆定律的应用等知识，从题干中获取有用的信息是关键，是一道难题。
【详解】（1）根据题意可知，当湿度变大时，电流越大，由欧姆定律可知，湿敏电阻随湿度的增加而减小，由图甲知：R1的电阻随湿度的增加而增加，R2的电阻随湿度的增加而减小，因此R2为湿敏电阻。（2）由图乙知，当空气潮湿（湿度大），能见度低时，湿敏电阻的阻值变小，根据I=可知，电路的电流增大，电磁铁的磁性变强，将衔铁吸引下来；若湿敏电阻放在A位置时，会被短路，电路的电流突然增大，警示灯一下变得很亮，起到闪烁的作用，而放在B点则不会出现此现象，因此湿敏电阻应连接在图甲的A位置。故答案为：（1）R2 （2）A
11.如图所示是某兴趣小组制作的“电子秤”的结构简图，其中的电磁铁和永磁体之间相互排斥，对秤盘产生向上的力。当秤盘上放置质量不同的物体时，可通过调节滑动变阻器改变电流大小，从而改变斥力大小，使指针始终指在“a”位置。此时，该电子秤所称量物体质量m与电路中电流Ⅰ的关系可视为m=kⅠ（k为500g/A）。据此原理，可将电流表改装成“质量显示仪”达到称量质量的目的。
（1）图中电磁铁和永磁体之间要产生斥力，则永磁体下端应为 ▲ 极。
（2）当放上物体后，为了使指针仍处在“a”位置，必须将滑动变阻器滑片向 ▲ （选填“A”或“B”）端移动。
（3）图中电源电压为9V,线圈电阻为10Ω,线圈允许通过的最大电流为0.8A,滑动变阻器规格为“50Ω 2A”，电流表量程为0∽0.6A（假设弹簧等元件均能正常工作）。
①计算该电子秤所能称量物体质量的范围；
②要增大该电子秤的称量范围，下列方法可行的是 ▲ （填字母）。
A.增大电源电压 B.换用“100Ω 1A”的滑动变阻器 C.电流表的量程换用“0∽3A”
【答案】（1）S （2）B （3）①0.075kg∽0.3kg ②BC
【解析】（1）根据安培定则判断出电磁铁的N、S极，然后根据磁极间的相互作用规律确定永磁体的下端的极性；（2）放上物体后，指针后向B移动，要使指针仍处在“A”位置，则应该增大电磁铁和永磁体之间的排斥力，要增大排斥力就要增大电路中的电流，据此分析滑片移动的方向；（3）①电流表的最大量程为0.6A,利用公式m=kI计算出此时物体质量的最大值，根据欧姆定律计算出此时电路中的总电阻，根据串联电路特点求出滑动变阻器的阻值，据此可知是否符合线圈和滑动变阻器的要求；当滑动变阻器阻值最大时，电路中的电流最小，利用欧姆定律求出此时的最小电流，然后利用m=kI求出此时的质量最小值，据此可知测量范围；②要增大电子秤的测呈范围，根据公式m=kI可知，可以通过增大电路中电流的取值范围来实现，据此分析。
【分析】本题考查安培定则的应用、磁极间的相互作用规律以及欧姆定律的应用，题目有一定的难度。
【详解】（1）由图可知，电流从电磁铁的上端进入，从下端流出，根据安培定则可知，用右手握住螺线管，让四指弯向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的一端即为螺线管的N极，所以电磁铁的下端是N极，上端为S极；电磁铁和永磁体之间要产生斥力，根据磁极间的相互作用规律，永磁体的下端应为S极；（2）放上物体后，指针后向下移动，要使指针仍处在“A”位置，则应该增大电磁铁和永磁体之间的排斥力，要增大排斥力就要增大电路中的电流，根据欧姆定律可知，电源电压不变，则应该减小滑动变阻器的阻值，所以须将滑动变阻器滑片向B移动；（3）①电流表的最大量程为0.6A,则当I大=0.6A时，电子秤所称量物体质量m大=500g/A×0.6A=300g=0.3kg,根据欧姆定律可知，此时电路中的总电阻R总==15Ω，根据串联电路的电阻特点可知，滑动变阻器接入电路的阻值R滑=R总-R线=15Ω-10Ω=5Ω，,电流符合线圈允许通过的电流，滑动变阻器接入电路的阻值也在滑动变阻器的阻值范围之内；当滑动变阻器接入电路的阻值最大时，电路中的电流最小I小==0.15A，此时电子秤所称量物体质量m小=kI小=500g/A×0.15A=750g=0. 075kg；则该电子秤所能称量物体质量的范围为0.075kg∽0.3kg；②要增大电子秤的测量范围，根据公式m=kI可知，可以通过增大电路中电流的取值范围来实现。A、增大电源电压后，为了电流表安全，电路中的最大电流还是0.6A,所以电子秤所称量物体的最大质量不会变，根据欧姆定律计算出的电流最小值比原来更大，减小了该电子秤的称量范围，故A错误；B、换用“100Ω1A”的滑动变阻器后，为了电流表安全，电路中的最大电流还是0.6A，所以电子秤所称量物体的最大质量不会变，由于滑动变阻器的阻值变化范围更大，则根据欧姆定律计算出的电流最小值比原来更小，根据m=kI计算出的物体的最小质量比原来更小，可以增大该电子秤的称量范围，故B正确；C、电流表的量程换用“0∽3安”，可以使电路中的最大电流为0.8A,利用m=kI计算出的物体的最大质量比原来更大，而滑动变阻器的阻值变化范围不变，所以电子秤的能测量最小质量不变，可以增大该电子秤的称量范围，故C正确；故选：BC。
故答案为：（1）S （2）B （3）①0.075kg∽0.3kg ②BC。
创新应用
12.如图所示为某兴趣小组为学校办公楼空调设计的自动控制装置，R是热敏电阻，其阻值随温度变化关系如表所示。已知继电器的线圈电阻R0=10Ω,自动控制电路的电源电压恒定为6V。当继电器线圈中的电流大于或等于15mA时，继电器的衔铁被吸合，办公楼空调电路正常工作。
温度t（℃） 0 5 10 15 20 25 30 35 40
电阻R（Ω） 600 550 500 450 420 390 360 330 300
（1）请说明该自动控制装置的工作原理。
（2）计算说明该空调的启动温度是多少。
【答案】（1）随室内温度的升高，热敏电阻的阻值减小，控制电路中电流增大，当电流达到15mA时，衔铁被吸合，右侧空调电路连通，空调开始工作。当温度下降时，控制电路电阻增大，电流减小，减小到一定值，使空调电路断开，这样就实现了自动控制 （2）25℃
【解析】（1）由题意可知，这一自动控制装置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；（2）根据左边电源电压为6V,继电器线圈中的电流大于或等于15mA时，继电器启动，可计算出此时继电器的总电阻，再减去线圈电阻，可得到热敏电阻的阻值，最后从表中找出对应温度；（3）当温度设定为30℃时，从表中找出对应的电阻值，用同样的方法求出总电阻，减去表中对应的阻值，即可得出应串联的电阻大小。
【分析】本装置的实质是一个电磁继电器，对电磁继电器工作原理的了解是解题的基础。通过这一装置，重点考查了对电路中电流、电阻变化的分析，既要理解装置的工作过程，同时还要会从表格的数据中获取有用的信息，具有一定的综合性，难度较大。
【详解】（1）随室内温度的升高，热敏电阻的阻值减小，控制电路中电流增大，当电流达到15mA时，衔铁被吸合，右侧空调电路连通，空调开始工作。当温度下降时，控制电路电阻增大，电流减小，减小到一定值，使空调电路断开，这样就实现了自动控制。（2）由欧姆定律I=得电路启动时的总电阻：R总==400Ω，此时热敏电阻的阻值：R热=R总－R0=400Ω-10Ω=390Ω，对照表格数据可知，此时的启动温度是25℃。
故答案为：（1）随室内温度的升高，热敏电阻的阻值减小，控制电路中电流增大，当电流达到15mA时，衔铁被吸合，右侧空调电路连通，空调开始工作。当温度下降时，控制电路电阻增大，电流减小，减小到一定值，使空调电路断开，这样就实现了自动控制 （2）25℃。
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第3节 电磁铁的应用
基础聚焦
1.电磁铁产生的磁场很容易被控制。关于电磁铁，下列说法错误的是（ ）
A.可以用电流的通断控制磁场的有无
B.可以用电流的方向来控制磁体的极性
C.可以用电流的强弱来控制磁体的磁性强弱
D.可以用铜棒插入螺线管中来增强磁性
2.电磁铁在生活和生产中应用广泛。下列没有用到电磁铁的设备有（ ）
A.电铃 B.普通电熨斗 C.电磁继电器 D.电磁起重机
3.用电磁继电器来操纵高电压电路的开关，其主要作用是（ ）
A.节约用电 B.操作简单 C.保护用电器 D.避免危险
4.下列功能中，电磁继电器不能完成的是（ ）
A.控制电路中电流的连续变化 B.控制电路中电流的有无
C.利用低电压、弱电流控制高电压、强电流 D.远距离自动控制与操作
5.如图所示是某同学连接的电铃电路，开关闭合后，电路中始终有电流，但电铃只响一声就不再响了，原因是（ ）
A.电磁铁始终没有磁性 B.衔铁一直被电磁铁吸着而不能回弹
C.衔铁没有向下运动 D.电池正、负极接反了
6.小张家所在的住宅区每栋单元的楼梯口都安装了防盗门，其门锁原理图如图所示，图中只画出了其中一家住户的控制开关S。该门锁的工作过程：楼上的人闭合控制开关S， 门锁上的电磁铁通电后吸引卡入右侧门扣中的闸铁，门可打开。关于该门锁，下列说法中正确的是（ ）
A.该门锁是利用电生磁的原理来工作的
B.电流周围的磁场是假想的物理模型
C.闭合开关S后，电磁铁的右端为N极
D.该单元的各住户控制门锁的开关是串联的
7.生活中不需要用到电磁铁应用原理的物品 （填字母）。
A.电话机 B.U盘 C.光盘 D.磁悬浮列车 E.硬盘
思维拓展
8.如图所示是一种江河水位自动报警的原理图。
（1）当水位低于碳棒A时，工作电路中 工作。到达碳棒A时，由于江河水能导电，衔铁被吸下，工作电路中 开始工作。
（2）某次水位超过碳棒A时由于电磁铁磁性太弱因而衔铁没有被吸引。下列做法中合理的是 ____（填字母）。
A.更换弹性更好的弹簧 B.增加电磁铁线圈的匝数
C.增加工作电路的电源电压 D.增加控制电路的电源电压
9.连接图中的电路，使控制电路上开关S断开时甲灯亮，S闭合时乙灯亮。
10.阴雨天，空气潮湿，能见度低，路面湿滑。为保证师生通行安全，小明设计了如图甲所示控制警示灯的模拟电路。
（1）若要在电路中串联一个湿敏电阻，当湿度变大，电流增加到一定程度时警示灯才发光，应选择图乙中的 （选填“R1”或“R2”）湿敏电阻。
（2）为了提高警示效果，要求警示灯能亮暗闪烁，湿敏电阻应连接在图甲电路中的 （选填“A”或“B”）位置。
11.如图所示是某兴趣小组制作的“电子秤”的结构简图，其中的电磁铁和永磁体之间相互排斥，对秤盘产生向上的力。当秤盘上放置质量不同的物体时，可通过调节滑动变阻器改变电流大小，从而改变斥力大小，使指针始终指在“a”位置。此时，该电子秤所称量物体质量m与电路中电流Ⅰ的关系可视为m=kⅠ（k为500g/A）。据此原理，可将电流表改装成“质量显示仪”达到称量质量的目的。
（1）图中电磁铁和永磁体之间要产生斥力，则永磁体下端应为 极。
（2）当放上物体后，为了使指针仍处在“a”位置，必须将滑动变阻器滑片向 （选填“A”或“B”）端移动。
（3）图中电源电压为9V,线圈电阻为10Ω,线圈允许通过的最大电流为0.8A,滑动变阻器规格为“50Ω 2A”，电流表量程为0∽0.6A（假设弹簧等元件均能正常工作）。
①计算该电子秤所能称量物体质量的范围；
②要增大该电子秤的称量范围，下列方法可行的是 （填字母）。
A.增大电源电压 B.换用“100Ω 1A”的滑动变阻器 C.电流表的量程换用“0∽3A”
创新应用
12.如图所示为某兴趣小组为学校办公楼空调设计的自动控制装置，R是热敏电阻，其阻值随温度变化关系如表所示。已知继电器的线圈电阻R0=10Ω,自动控制电路的电源电压恒定为6V。当继电器线圈中的电流大于或等于15mA时，继电器的衔铁被吸合，办公楼空调电路正常工作。
温度t（℃） 0 5 10 15 20 25 30 35 40
电阻R（Ω） 600 550 500 450 420 390 360 330 300
（1）请说明该自动控制装置的工作原理。
（2）计算说明该空调的启动温度是多少。
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