九年级物理第二十章第3节电磁铁 电磁继电器 同步练习（含答案解析）

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九年级物理 第二十章
第3节 电磁铁 电磁继电器 同步练习
一、单选题
1．使用注射器针管能将药液“吸”入注射器筒内，以下“吸”的原理与此相同的是（　　）
A．电磁铁通电后“吸”引铁钉
B．挤净空气的皮碗能“吸”在光滑的墙壁上
C．丝绸摩擦过的玻璃棒能“吸”引纸屑
D．两个表面刮净的铅块紧压后“吸”在一起
2．小明设计了一个电梯自动报警模拟装置，如图-1所示。在控制电路中，电源电压为12V，为滑动变阻器，为压敏电阻，的阻值大小随压力F的变化关系如图-2所示。闭合开关S1和S2，当压敏电阻受到的压力达到4000N时，电磁铁线圈中的电流为0.1A，此时衔铁被吸下，动触点K与触点A断开，同时与触点B接触，电动机停止工作，报警铃声开始响起。电磁铁线圈的电阻忽略不计。下列说法正确的是（　　）

A．S1闭合时，电磁铁的上端为N极
B．压敏电阻受到的压力越大，控制电路中的电流越小
C．当电梯自动报警铃声开始响起时，的功率为0.4W
D．若控制电路电源电压降低，要保证电梯最大载重不变，应将的滑片P向左移
3．如图所示，下列做法中电磁铁不能吸引更多大头针的是（　　）

A．只提高电源电压
B．只将滑片P向左移动
C．只增加螺线管线圈的匝数
D．只将铁芯换成同规格的铜芯
4．商场中的电梯，在没有人时运动较慢，当有人站在电梯上时电梯运动就快了起来。控制电梯运行快慢的电路如图所示，的阻值随压力的变化而变化，当人站在电梯上时，S闭合，通过电磁铁线圈的电流变大，电磁铁的磁性变强，动触点与静触点2连接，电动机的转速变快。以下说法正确的是（　　）

A．的阻值随压力的增大而增大
B．当压力增大时，电压表示数减小
C．当开关S闭合时，电磁铁上端为N极
D．若将换成阻值更小的电阻，没人时电动机转速变得更慢
5．党的二十大报告指出“科技是第一生产力”。某学校为了培养学生的科学素养，组织科技创新大赛，小明在比赛中制作了水位自动报警器，原理图如图所示。当水位达到金属块A时（一般的水都能导电），则（　　）

A．两灯都亮
B．两灯都不亮
C．只有绿灯亮
D．只有红灯亮
6．为了探究电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关，小明同学使用两个相同的大铁钉绕制成电磁铁进行实验，如图所示，下列说法中不正确的是（　　）

A．用电磁铁吸引大头针的数目显示它的磁性强弱
B．要使电磁铁的磁性增强，滑动变阻器的滑片应向左滑动
C．两电磁铁的线圈串联是为了探究磁性强弱与电流的关系
D．B线圈的匝数多，B线圈的磁性比A线圈的磁性强
7．小丽设计了如图所示的“智能照明灯”电路，开关S闭合，当傍晚光照减弱，通过电磁铁的电流减小到一定程度时，衔铁弹起，照明灯L发光；天亮时衔铁被吸下来，灯自动熄灭。下列说法正确的是（　　）

A．导线B端连接家庭电路的火线符合安全用电要求
B．光敏电阻R1的阻值随光照强度的增强而变大
C．当周围环境变暗时，电压表示数变小
D．变阻器滑片P向b端移动可以减少照明时间
8．如图是汽车油箱内监测油量的装置模型，电流表显示油量，电磁继电器控制指示灯、。当油量较低时（　　）

A．电流表示数变小，灯亮 B．电流表示数变小，灯亮
C．电流表示数变大，灯亮 D．电流表示数变大，灯亮
二、填空题
9．在地球上，对列车速度影响较大的因素除了自身的动力外，还有车与轨道间的 力。我国在超高速磁悬浮领域的技术全球领先，磁悬浮列车利用 实现列车与轨道之间的悬浮。杭州距上海约，未来中国超级高铁的速度可达，只需要 即可到达。
10．小明用自制电磁小船放在水中判断方向，如图所示，开关S闭合前，小船船头（右端）指向东边。闭合开关S，电磁小船的船头（右端）为电磁铁的 极（选填“N”或“S”）；船头在地磁场的作用下，将 偏转（选填“顺时针”或“逆时针”）。

11．寒冬，为给小鸡仔提供温暖的环境，小明制作了恒温箱系统，原理如图。控制电路由电磁继电器、滑动变阻器R1、热敏电阻R2（安装在恒温箱内，阻值随温度升高而显著减小）、低压电源等组成。加热电路由电源、电热丝R3和R4等组成。调好R1阻值，闭合开关S1、S2，箱内温度升高到设定值后即在小范围内波动，且降温阶段降温比较平缓。

（1）通电线圈上端是 极，温度升高时，电磁铁磁性 ；
（2）R3阻值 （大于/小于）R4阻值；
（3）将R1的阻值稍微调小一些，恒温箱控制的温度将 。
12．如图是一个磁悬浮地球仪，球体内部有一个永磁体，底座通电时地球仪可以悬浮在上方，此时底座相当于一个 ；如果需要连续调节地球仪的悬浮高度，可以通过在底座电路中接入一个 来实现。

13．“悬浮灯泡”能够悬浮发光，如图甲所示，基座内有一个线圈，和铁芯组成的电磁铁，而灯泡内部有闭合线圈连接的LED灯和磁铁，其内部结构如图乙所示。

（1）当基座内电路接通后，灯泡能克服重力悬浮在空中是因为 ；
（2）乙图中电源左侧为 （选填“正”或“负”）极；
（3）想让灯泡悬浮得更高，应该将滑片P向 （选填“左”或“右”）移动。
三、简答题
14．小明用图示形状的探头“ ”设计了一个利用水流控制电磁铁磁性强弱的装置，要求水流速增大时电磁铁的磁性增强，请你将探头安装在连杆下端并标出通电螺线管下端的极性。

15．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。
四、作图题
16．如图，根据小磁针静止时的N极方向，用箭头在图中A点标出磁感线的方向和导线中B点的电流方向。

17．某温度自动报警器的原理图如图所示。电磁铁上端为N极，在水银温度计中封入一段金属丝，当温度低于设定温度时，安全指示灯常亮；当温度达到设定温度时，安全指示灯熄灭，电铃发出报警信号。请在括号中标出电源的极性（用“+”或“-”表示）， 并在虚线框内填入电铃（）和指示灯的电路元件符号。

五、实验题
18．学习了电磁铁，小明想：“电磁铁两极磁性强弱是否相同呢？”图甲是他探究该猜想的装置图。

（1）通电后，电磁铁A端是 极；
（2）闭合开关后，弹簧测力计的示数太小，要使其示数变大，滑动变阻器滑片P应向 端移动；
（3）将滑动变阻器调节完成后，根据图乙读出弹簧测力计的示数为 N；
（4）在原位置将电磁铁两端对调，使B端向上，保持电流不变，观察到弹簧测力计示数与（3）中相同。初步可得出的结论是：电磁铁两极磁性强弱 。
19．在探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”实验中，小明制成简易电磁铁甲、乙，并设计了如图所示的电路。

（1）电磁铁磁性的强弱是通过观察 来确定的；
（2）当滑动变阻器滑片向左移动时，电磁铁甲、乙吸引大头针的个数增加，说明电流越 ，电磁铁磁性越强；
（3）根据图示的情境可知，说明电流一定时， ，电磁铁磁性越强；
（4）根据安培定则，可判断出乙铁钉的上端是电磁铁的 极；
（5）电磁铁吸引的大头针下端分散的原因是 。
六、计算题
20．2023年3月27日是第28个全国中小学生安全教育日，某校开展了安全创意设计比赛活动，物理兴趣小组利用磁性开关S2设计了烟雾报警与自动喷淋联动模拟系统，当烟雾达到一定浓度时触发自动报警喷淋，防范火灾发生。图甲为该模拟系统示意图，Rc为气敏电阻。控制电路中的电流I控≥0.02A时，磁性开关S2动触片被电磁铁吸引与触点a接触，安全指示灯L熄灭，报警喷淋系统同时工作；控制电路中的电流小于0.02A时，动触片被释放，与触点b接触，安全指示灯亮，报警喷淋系统停止工作。已知控制电路电源电压U控大小可调节，电磁铁线圈电阻不计，气敏电阻Rc的阻值与烟雾浓度C的关系如图乙所示，R0为定值电阻。工作电路电源电压U=36V，报警电铃标有“36V 18W”字样。
（1）安全指示灯L标有“0.9W 10Ω”字样（忽略温度对灯丝电阻的影响），要使灯L正常工作，则保护电阻R′的阻值为多大？
（2）报警电铃响时电流表示数为2.5A，喷淋系统工作20s消耗的电能是多少？
（3）通过调节U控大小，可改变该装置对烟雾探测的灵敏度。调至U控1时，触发报警喷淋的最低烟雾浓度C1=8%，电阻R0的功率为0.012W，控制电路消耗的总功率为P控1；将电压增大调至U控2，触发报警喷淋时的最低烟雾浓度为C2，控制电路消耗的总功率为P控2，P控1∶P控2=25∶31，求U控1、U控2和C2的大小。

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参考答案：
1．B
【详解】使用注射器针管能将药液“吸”入注射器筒内，先把针筒内空气排出，拉动活塞内部压强减小，在外界大气压的作用下，药液被压进针筒里。
A．电磁铁通电后能够“吸”引铁钉，是磁体具有磁性，故A不符合题意；
B．挤净空气的皮碗能“吸”在光滑的墙壁上，在外界大气压的作用下使吸盘被紧紧“压”在墙上，故B符合题意；
C．丝绸摩擦过的玻璃棒带电，容易“吸”纸屑，是因为带电体具有吸引轻小物体的性质，故C不符合题意；
D．两个表面刮净的铅块压紧后能“吸”在一起，是因为分子间有引力的作用，故D不符合题意。
故选B。
2．D
【详解】A．由图1可知，电流从通电螺线管的下端接线柱流入，上端流出，根据右手螺旋定则，可知螺线管的上端为S极，故A错误；
B．由图2可知，压力越大，R2阻值越小，由欧姆定律可知，控制电路中的电流越大，故B错误；
C．由题意知，自动报警铃声开始响起时，控制电路电流为0.1A，此时R2对应阻值为40Ω，由得，R2两端电压为
根据串联电路电压规律可知，R1两端的电压为
由得，此时R1的功率为
故C错误；
D．为了保证电梯最大载重不变，即警报响起电流为0.1A，由可知，当电源电压降低，电阻也应降低，结合题意可知，应将的滑片P向左移动，故D正确。
故选D。
3．D
【详解】A．只提高电源电压，通过电磁铁的电流变大，磁性增强，可以吸引更多的大头针，故A不符合题意；
B．只将滑片P向左移动，滑动变阻器连入电路的电阻变小，通过电磁铁的电流变大，磁性增强，可以吸引更多的大头针，故B不符合题意；
C．只增加螺线管线圈的匝数，在电流一定时，电磁铁磁性增强，可以吸引更多的大头针，故C不符合题意；
D．只将铁芯换成同规格的铜芯，由于铜不能被磁化，电磁铁磁性将减弱，不能吸引更多大头针，故D符合题意。
故选D。
4．B
【详解】A．控制电路中R与R0串联，当人站在电梯上，通过电磁铁线圈的电流变大，根据欧姆定律可知电路的电阻变小，故的阻值是变小的，即的阻值随压力的增大而减小，故A错误；
B．由图可知，电压表测量的是两端的电压，当压力增大时，的阻值变小，根据串联电路的分压规律可知，分担的电压变小，电压表示数变小，故B正确；
C．由安培定则可知，当开关S闭合时，电磁铁下端为N极，故C错误；
D．若将换成阻值小的电阻，电路的总电阻变小，根据欧姆定律可知，电路中的电流变大，电动机接入电路中，转速会变快，故D错误。
故选B。
5．D
【详解】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，电磁铁有磁性，电磁铁向下吸引衔铁，从而接通红灯所在电路，此时红灯亮，而绿灯不亮。
故选D。
6．C
【详解】A．在实验中电磁铁的磁性强弱无法直接看出，通过吸引大头针的多少来进行判断。吸引的大头针越多，说明电磁铁的磁性越强，否则越弱，故A正确，不符合题意。
B．变阻器的滑片向左滑动，变阻器接入电路的电阻变小，电路中的电流变大，所以电磁铁的磁性增强，故B正确，不符合题意。
C．两电磁铁的线圈串联是为了使通过两线圈的电流相等，而两线圈的匝数多少不同，所以是研究电磁铁磁性强弱与线圈匝数之间的关系，故C错误，符合题意。
D．在电流相同时，B线圈的匝数多，吸引的大头针的个数多，则B线圈的磁性比A线圈的磁性强，故D正确，不符合题意。
故选C。
7．D
【详解】A．假设导线B端连接家庭电路的火线，按照家庭电路的接法，火线要求先接开关，后接灯泡，但是从图中可以看到，导线B端先接照明灯L，再接开关，这假设不符合安全用电要求，故A错误；
B．由题意可知，当傍晚光照减弱，通过电磁铁的电流会减小到一定程度，即串联电路的电流减小，电源电压U0的大小不变，则电路的总电阻增大，滑动变阻器的滑片P不动，光敏电阻的阻值增大，可知，光照强度减弱，光敏电阻的阻值增大；天亮时，光照强度增大，衔铁被吸下来，电磁铁的磁性增强，电路的电流增大，电路的总电阻减小，光敏电阻的阻值减小，可知，光照强度增大，光敏电阻的阻值减小，光敏电阻R1的阻值随光照强度的增强而变小，故B错误；
C．由B解析可知，光敏电阻R1的阻值随光照强度的增强而变小，随光照强调的减弱而变大，当周围环境变暗时，光照强调是变弱的，光敏电阻R1的阻值是变大的，滑动变阻器的滑片P不动，根据串联电路的分压特点，可知，光敏电阻R1的电压是增大的，而图中电压表并联在R1的两端，电压表示数是增大的，故C错误；
D．变阻器滑片P向b端移动，变阻器接入电路的阻值减小，电路的总电阻减小，电路的电流是增大的，从白天到夜晚，光敏电阻R1的阻值从小变大，电路的电流从大变小，而由于变阻器滑片P向b端移动，导致电流增大，电流在一天的时间内比原来的都要增大了，衔铁被吸下来的时间更多了，照明灯L不发光的时间也增多了，即可以减少照明时间，故D正确。
故选D。
8．B
【详解】如图所示，当油量较低时浮标向下移动，金属针向上转动，滑动变阻器连入电路的电阻阻值增大，根据欧姆定律可知，电路中电流减小，所以电流表示数变小。当浮标低到一定程度时，金属针右端的金属触头上翘与电磁继电器控制电路上的静触头连接，使控制电路通电，电磁铁通电就有磁性，就能吸引电磁铁上边的衔铁向下运动，使电磁继电器工作电路中的指示灯与电源形成通路，灯亮。故ACD不符合题意，故B符合题意。
故选B。
9． 摩擦 磁极之间的相互作用规律 12
【详解】[1]列车行驶时，车轮和轨道之间存在摩擦力，摩擦力的大小会对列车行驶的速度有较大的影响。
[2]磁悬浮列车利用磁极之间的相互作用规律，即同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引，来实现列车与轨道之间的悬浮，减小摩擦力，提高速度。
[3]根据公式可得，超级高铁列车从杭州到上海的时间为
10． S 顺时针
【详解】[1]由图中可知，闭合开关后，电流从螺线管的右端流入，左端流出，故由安培定则可知，通电螺线管的左端为N极，右端为S极。
[2]由地磁场的特点可知，地磁场的N极在地理南极附近，地磁场的S极在地理北极附近，故由磁极间的相互作用规律可知，船头在地磁场的作用下，将顺时针偏转。
11． N 增强 小于 降低
【详解】（1）[1]根据安培定则，右手握住螺线管，四指指向电流方向，大拇指所指方向为N极，因此通电线圈上端为N极。
[2]因为热敏电阻R2阻值随温度升高而显著减小，所以温度升高时，控制电路总电阻减小，电流增大，电磁铁磁性增强。
（2）[3]由上述可知，当温度升高时，电磁铁磁性会增强，此时衔铁被吸下，电阻R4开始工作，为了保证在恒温箱内温度较为平稳，现在加热功率应较低，根据可知，电压不变，电阻较大，因此R3阻值小于R4阻值。
（3）[4]将R1的阻值稍微调小一些，热敏电阻R2阻值降低较小时即恒温箱温度未达到原来温度，控制电路电流已达到可以使电磁铁磁性强度把衔铁吸引下来，从而进入较小加热功率，因此恒温箱控制的温度将降低。
12． 电磁铁 滑动变阻器/变阻器/电位器
【详解】[1] 球体内部有一个永磁体，底座通电时地球仪可以悬浮在上方，说明底座通电时就有了磁场，球体在磁场力的作用下受到向上的斥力后悬浮在底座上方，所以此时底座相当于一个电磁铁。
[2] 如果需要连续调节地球仪的悬浮高度，需要调节磁场的强弱，电磁铁可以通过控制电流的大小来调节磁场强弱。要调节通过电磁铁的电流大小，只需要在底座电路中接入一个滑动变阻器即可。
13． 同名磁极相互排斥 负 左
【详解】（1）[1]灯泡悬浮停在空中时，受到的重力和磁力是一对平衡力，灯泡能克服重力悬浮在空中是因为同名磁极相互排斥。
（2）[2]乙图中上方螺线管的下端为S极，根据同名磁极相互排斥可知，则下方通电螺线管上端应为S极，下端为N极，由安培定则知道，电源右端为正极，左端为负极。
（3）[3]要使灯泡悬浮的高度增加，就要增大其磁性，则要增大电路中的电流，可以向左调节滑动变阻器的滑片减小电阻来增大电流。
14．
【详解】要使水流速增大时电磁铁的磁性增强，则当水流速增大时，电路中电流要变大，总电阻要减小，即滑片P向上滑动。当探头上方压强小于下方压强时，滑片P会上移，而流体流速大的位置压强小，因此当水流速增大时，需要使探头上方流速大于探头下方压强。因此探头形状如图所示。由图可知，电流从螺线管上端流入，下方流出，由安培定则可知，通电螺线管的下端为N极，如图：

15．见详解
【详解】水银是导体，当温度达到金属丝下端所指的温度时，左边电路接通，此时电磁铁的线圈中有电流通过，电磁铁就会产生磁性，能吸引铁质物体，所以右边的铁质开关被吸引而闭合，右边电路接通，有电流经过电铃，电铃就响起来；它在工作中相当于用电磁继电器控制工作电路中电流的通断。
16．
【详解】根据小磁针静止时N极的方向可知，螺线管的左端为N极，右端为S极，磁感线总是从N极出发回到S极，故A点的磁感线方向向右，由右手螺旋定则可知，螺线管中的电流从右端流入，左端流出，故B点的电流方向向上。如图所示：

17．
【详解】电磁铁上端为N极，由安培定则可知电流从下端流入，电源的右端是负极，左端是正极，当温度低于设定温度时，水银与金属丝断开，电磁铁断电没有磁性，安全指示灯所在电路接通，指示灯亮，上面虚线框是指示灯，当温度达到设定温度时，水银和金属丝连接，电磁铁通电有磁性，把衔铁吸引下来，电铃所在电路接通，电铃发出报警信号，下面虚线框是电铃，如图所示：

18． S 左 2.2 相同
【详解】（1）[1]由甲图可知，电流从上端流入，根据安培定则可知，电磁铁B端是N极，A端是S极。
（2）[2]电磁铁磁性的强弱与电流的大小有关，闭合开关后，弹簧测力计的示数太小，说明电磁铁磁性太小，电流太小，要使其示数变大，需增大电流，故滑动变阻器滑片P应向左端移动。
（3）[3]由乙图可知，测力计的分度值为0.2N，故测力计示数为2.2N。
（4）[4]在原位置将电磁铁两端对调，使B端向上，磁极改变，保持电流不变，观察到弹簧测力计示数与（3）中相同，说明电磁铁两极磁性强弱相同。
19． 吸引大头针的数量 大 线圈匝数越多 S 同名磁极相互排斥
【详解】（1）[1]实验中运用转换法，将电磁铁磁性的强弱转换为吸引大头针的数量，所以可以通过观察吸引大头针的数量来确定电磁铁磁性的强弱。
（2）[2]分析电路图可知，滑动变阻器滑片向左移动时，滑动变阻器的阻值变小，则电路中电流增大，电磁铁甲、乙吸引大头针的个数增加，说明电流越大，电磁铁磁性越强。
（3）[3]观察图片可知，甲、乙串联，由串流电路中电流特点可知，甲、乙的电流相同，甲的线圈匝数较多，甲吸引大头针的数量较多，所以可得电流一定时，线圈匝数越多，电磁铁磁性越强。
（4）[4]观察电路发现，电流从乙铁钉的上端流入，从乙铁钉的下端流出，由安培定则可判断出乙铁钉的上端是电磁铁的S极。
（5）[5]被电磁铁吸引的大头针都具有磁性，由异名磁极相吸引可知，与电磁铁相吸的大头针的上端的磁极相同，则下端的磁极也相同，由同名磁极相排斥可得，大头针下端相互排斥。
20．（1）110Ω；（2）1440J；（3）U控1=5V，U控2=6.2V，C2=2%
【详解】解：（1）由可得，安全指示灯L的额定电压为
由P=UI可得，安全指示灯L的额定电流为
由电路图可知，安全指示灯L与保护电阻R′串联，由串联电路电阻分压规律可知，L正常工作时，保护电阻R′两端电压为
U′=U-UL=36V-3V=33V
由欧姆定律可得，保护电阻R′的阻值为
（2）由电路图可知，报警电铃与喷淋系统并联，电流表测电路中总电流，报警电铃响时电路中的总电流为I总=2.5A，由P=UI可得，流过报警电铃的电流为
故由并联电路的电流规律可知，流过喷淋系统的电流为
I2=I总-I1=2.5A-0.5A=2A
由P=UI可得，喷淋系统的额定功率为
P2=UI2=36V×2A=72W
由W=Pt可得，喷淋系统工作20s消耗的电能为
W=P2t=72W×20s=1440J
（3）由图乙可知，当C=0时，Rc=300Ω，当C=5%时，Rc=250Ω，故由数学知识可知，Rc与C之间的函数关系式为
Rc=-1000C+300
当C1=8%时，带入可得此时Rc1=220Ω，由题意可知，此时电路中电流为I=0.02A，此时电阻R0的功率为P0=0.012W，故由P=I2R可得，电阻R0的阻值为
由欧姆定律可得，此时电源电压为
U控1=I(R0+Rc1)=0.02A×(30Ω+220Ω)=5V
此时电路消耗的总功率为
P控1=U控1I=5V×0.02A=0.1W
由
P控1∶P控2=25∶31
可得
此时电路中的电流仍为I=0.02A，故由P=UI可得，此时电源电压为
此时电阻R0两端电压为
U0=IR0=0.02A×30Ω=0.6V
由串联电路的电压规律可得，此时气敏电阻两端电压为
Uc2=U控2-U0=6.2V-0.6V=5.6V
则此时气敏电阻的阻值为
带入Rc与C的关系式解得C2=2%。
答：（1）要使灯L正常工作，则保护电阻R′的阻值为110Ω；
（2）报警电铃响时电流表示数为2.5A，喷淋系统工作20s消耗的电能是1440J；
（3）U控1 =5V，U控2 =6.2V，C2=2%。
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