第32讲 电与磁
命题分析
广东省近五年中考物理命题分析
考点 2023 2022 2021 2020 2019
磁现象与磁场 ___ ___ ___ ___ ___
电流的磁效应 省题13 省题15 ___ 省题15 ___
磁场对电流的作用 ___ ___ ___ 省题6 省题11
电磁感应 省题6 省题7 省题16 ___ ___
【课程标准】
2.4.2 通过实验,认识磁场。知道地磁场。
例 查阅资料,了解我国古代指南针的发明对人类社会发展的贡献。
2.4.3 通过实验,了解电流周围存在磁场。探究并了解通电螺线管外部磁场的方向。了解电磁铁在生产生活中的应用。
2.4.4 通过实验,了解通电导线在磁场中会受到力的作用,并知道力的方向与哪些因素有关。
例1 了解动圈式扬声器的结构和原理。
例2 了解直流电动机的工作原理。
2.4.5 探究并了解导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。了解电磁感应在生产生活中的应用。
例 了解发电机的工作原理。
考点一 磁体与磁场
1.磁现象
(1)磁性:物体能够吸引铁、钴、镍等物质的性质。
(2)磁极:磁体吸引能力最强的两个部位叫做磁极。任何磁体都有两个磁极,一个是北极或N极,一个是南极或S极。
(3)磁极间相互作用的规律:同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。
(4)磁化:一些物体在磁体或电流的作用下获得磁性的现象。
2.磁场
(1)定义:磁体周围存在一种看不见、摸不着,能使小磁针偏转的物质,我们把它叫做磁场。
(2)性质:磁场对放入其中的磁体产生力的作用,磁体之间的相互作用是通过磁场来发生的。
(3)方向:小磁针静止时N极所指的方向,就是该点磁场的方向。
3.磁感线
(1)定义:用一些带箭头的曲线可以方便、形象地描述磁场的某些特征和性质,这样的曲线叫做磁感线。
(2)方向:
①在磁体外部,磁感线是从磁体的N极出发,回到S极。
②在磁体内部,磁感线是从磁体的S极出发,回到N极。
③磁感线上任何一点的切线方向,都与该点的磁场方向一致。
(3)特点:
①磁场是真实存在于磁体周围的一种特殊物质,但磁感线却不是真实存在的。
②磁感线分布的疏密反映磁场的强弱,磁感线分布越密的地方,其磁场越强。
③磁体周围的磁感线是立体的封闭曲线,任何两条磁感线都不会相交。
4.地磁场
(1)定义:地球是一个巨大的磁体,地球周围的磁场叫做地磁场。地磁场的形状和条形磁体的磁场相似。
(2)磁极:地磁的南极在地理的北极附近,地磁的北极在地理的南极附近。
(1)磁感线分布越密的地方,磁场越弱。( × )
(2)磁感线是磁场中真实存在的一些曲线,还可以通过实验来模拟。( × )
(3)磁体周围的磁感线从磁体的S极出发,回到磁体的N极,构成闭合曲线。( × )
(4)磁感线上某一点的切线方向与放在该点的小磁针静止时南极所指的方向相反。( √ )
例1 (2022·广州)放在条形磁体周围的小磁针静止时如图所示,三个小磁针的N极和一个小磁针的S极被涂黑,则S极被涂黑的小磁针是( )
A.甲 B.乙
C.丙 D.丁
答案 A
解析 根据磁极间的相互作用确定小磁针的N、S极。由异名磁极相互吸引可知,乙、丙、丁的N极都被条形磁体的左端吸引,这说明条形磁体的左端为S极,右端为N极,甲被条形磁体的右端吸引,这说明甲的左端为S极,故A正确。
例2 (2023·福建)在我国古代的四大发明中,主要应用了磁性材料特性的是( )
A.指南针 B.火药 C.印刷术 D.造纸术
分析 地球的周围存在磁场,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,由于异名磁极相互吸引,故指南针静止时指向南方的是它的S极,指向北方的是它的N极。
答案 A
例3 (2023·扬州)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。
答案 摩擦 磁极间的相互作用规律
解析 在地球上,列车受重力的作用,车与轨道间有摩擦力;磁悬浮列车利用磁极间的相互作用规律实现列车与轨道之间的悬浮。
名师点拨 (1)磁场是一种特殊的物质,它看不见,摸不着,是真实的客观存在。 (2)磁体间的相互作用是通过磁场这种物质来实现的。 (3)磁感线是描述磁场的方法,磁感线能通过实验模拟,但不是真实存在的。 (4)在磁体外部,磁感线从N极出发,回到S极;在磁体内部是从S极到N极。磁感线不会相交。 (5)磁场中能够自由转动的小磁针静止时北极的指向规定为磁场方向,即磁场中某一点的磁场方向与这一点放置的小磁针静止时北极的受力方向相同,与小磁针南极的受力方向相反。
考点二 电流的磁效应
1.电流的磁效应
(1)定义:通电导线周围存在与电流方向有关的磁场,这种现象叫做电流的磁效应。
(2)发现:1820年,丹麦物理学家奥斯特通过实验发现了电流的周围存在磁场,是世界上最早发现电与磁之间联系的科学家。
2.通电螺线管的磁场
(1)特点:通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似,它的两端相当于条形磁体的两个磁极。
(2)影响因素:通电螺线管两端的极性与电流方向有关。
(3)通电螺线管磁极的判断(安培定则,也叫右手螺旋定则):用右手握住螺线管,让四指指向跟螺线管中电流的方向相同,则大拇指所指的那端是通电螺线管的N极。
(4)应用。
①电磁铁。
a.定义:内部插有铁芯的通电螺线管。
b.影响磁性强弱的因素:线圈匝数和电流大小。
ⅰ.线圈匝数:电流一定时,匝数越多,磁性越强。
ⅱ.电流大小:线圈匝数一定时,电流越大,磁性越强。
②电磁继电器。
电磁继电器是利用电磁铁控制电路通断的开关。它的工作原理是通过直接控制低压电路的通断,间接控制高压电路的通断。
(1)通过电流越大的线圈磁性一定越强。( × )
(2)奥斯特首先发现了磁生电。( × )
(3)通过改变电磁铁线圈的匝数,可以改变电磁铁的极性。( × )
(4)改变通过电磁铁的电流方向可以改变电磁铁磁性的强弱。( × )
例4 (2023·广东)如图所示,桌面上有一枚转动灵活的小磁针,静止时,小磁针______极指南。当导线与电池触接时,小磁针发生偏转,说明通电导线周围存在________;断开电路,小磁针________(选填“会”或“不会”)回到原来位置。
答案 S 磁场 会
解析 地理的南极附近是地磁的北极,根据异名磁极相互吸引的规律,静止时,小磁针的S极指南;题图中,当导线与电池触接时,可以看到小磁针发生偏转,即小磁针受到磁场力的作用,说明通电导线周围存在磁场;断开电路,电路中无电流,小磁针在地磁场作用下回到原来的位置,且磁针静止时,其S极将指向地理南极附近。
例5 (2023·惠州惠东县一模)如图所示,闭合开关,通电螺线管右侧的小磁针静止时,小磁针的N极指向左。则通电螺线管的左端是________(选填“N”或“S”)极,电源的右端为________(选填“正”或“负”)极。若使通电螺线管的磁性增强,滑动变阻器的滑片P应向________(选填“左”或“右”)端移动。
分析 由小磁针的指向可判断出电磁铁的极性,根据安培定则判断电源的正负极;由磁性的变化可知电流的变化,从而判断滑片的移动情况。
答案 N 正 右
例6 (教材素材)(2023·广州越秀区模拟)如图所示是巨磁电阻特性原理的示意图,其中GMR是一个巨磁电阻,其阻值随磁场的增强而急剧减小。闭合开关S1、S2,下列说法正确的是( )
A.电磁铁的右端为N极
B.当滑片P向右滑动时,阻值变大,电磁铁磁性增强
C.当滑片P向左滑动时,阻值变小,巨磁电阻的阻值增大
D.当滑片P向左滑动时,阻值变小,指示灯变亮
分析 (1)利用安培定则判断电磁铁的磁极;
(2)由滑动变阻器滑片的移动判定电路中电流的变化情况,通过电路中电流的变化结合电磁铁磁性强弱的决定因素可以判定电磁铁磁性强弱的变化;
(3)当滑片P向左滑动时,根据欧姆定律判定电路中电流的变化和电磁铁磁性强弱的变化,进而判定巨磁电阻的阻值的变化,根据欧姆定律判定通过指示灯电流的变化和指示灯亮度的变化。
答案 D
名师点拨 (1)通电螺线管相当于条形磁体,与条形磁体联系解题。 (2)以通电螺线管正面电流为例,电流向上,N极在左端,电流向下,N极在右端,便于记忆,可简化为“上左,下右”。 (3)通电螺线管外部的磁场方向是从N极到S极,内部的磁场方向是从S极到N极。螺线管附近的小磁针自由静止时N极的指向是磁场的方向,因此放在螺线管内部和外部的小磁针应如图所示。
考点三 磁场对电流的作用
1.磁场对通电导线的作用
磁场对通电导线具有力的作用,其作用方向跟电流的方向、磁场的方向有关。
2.直流电动机
(1)原理:根据通电线圈在磁场中受力运动的原理制成。
(2)能量转化:在工作过程中把电能转化成机械能。
注意:换向器的作用是改变线圈的电流方向,使线圈得以持续转动。
(1)同时改变导线中的电流方向和磁场方向时,线圈受力的方向不变。( √ )
(2)动圈式扬声器和电动机的工作原理相同。( √ )
(3)通电线圈在磁场中受力转动的过程中,机械能转化为电能。( × )
(4)电流表的指针偏转是因为通电导体在磁场中受到力的作用。( √ )
例7 (2023·梅州一模)如图所示,线圈abcd位于磁场中,开关S与触点1接通时,ab段导线受磁场力F的方向向上,以下说法正确的是( )
A.该模型为发电机
B.开关S和触点1接通后,线圈可以一直顺时针转动下去
C.将磁极N、S对调位置后,ab导线受到的磁场力会增大
D.当开关S改为与触点2接通时,ab段导线受磁场力方向向下
分析 (1)电动机模型有电源,发电机模型没有电源;
(2)线圈越过了平衡位置以后,受到的磁场力的方向与运动方向相反;
(3)改变电流的方向或磁场的方向都可以改变线圈的受力方向,从而使其转动方向不同,若电流的方向和磁场的方向都同时改变,不会改变线圈的受力方向。
答案 D
例8 (2023·广州)用电动机竖直提升重物。
(1)图甲中重物上升过程经过M、N、O、P点,其速度在MN段不断增大,在NO段不变,在OP段不断减小,忽略空气阻力,则重物在( )
A.MN段动能不变 B.MN段机械能不变
C.NO段机械能增大 D.OP段重力势能减小
(2)图甲中ab边所受磁场的作用力为F。把电源的正负极对调再接入电路,闭合开关,线圈abcd转至图乙所示位置,则( )
A.图甲中流过ab边的电流方向是从b到a
B.图甲中cd边受到磁场作用力的方向与F的相同
C.图乙中ab边受到磁场作用力的方向与F的相反
D.图乙中cd边受到磁场作用力的方向与F的相反
分析 通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向有关;当只改变其中一个因素时,磁场力的方向发生改变;当两个因素都改变时,磁场力的方向不变。
答案 (1)C (2)D
解析 (1)MN段,重物运动速度变大,质量不变,动能变大,高度变大,重力势能变大,机械能变大,故A、B错误;NO段重物运动速度不变,质量不变,动能不变,高度变大,重力势能变大,机械能增大,故C正确;OP段重物质量不变,高度变大,重力势能变大,故D错误。
(2)电流从电源的正极流出,经过线圈后回到电源的负极,由题图甲可知,流过ab边的电流方向是从a到b,故A错误;题图甲中cd边与ab边所处磁场方向相同,电流方向相反,所以受到磁场作用力的方向与F相反,故B错误;题图乙中ab边与题图甲中ab边所处磁场方向相同,电流方向相同,所以题图乙中ab边受到磁场作用力的方向与F的相同,故C错误;题图乙中cd边与题图甲中ab边所处磁场方向相同,电流方向相反,受到磁场作用力的方向与F的相反,故D正确。
考点四 电磁感应
1.电磁感应
(1)定义:闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生电流的现象叫做电磁感应。
(2)发现:1831年,英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。
(3)影响感应电流方向的因素:磁场的方向和导体运动的方向。
(4)电磁感应现象的应用:动圈式话筒。
2.发电机
(1)原理:电磁感应。
(2)能量转化:将机械能转化成电能。
(1)发电机是根据通电线圈在磁场中受力转动而制成的。( × )
(2)闭合电路的部分导体在磁场中运动时,电路中就会产生感应电流。( × )
(3)动圈式话筒的工作原理是电磁感应现象。( √ )
(4)法拉第发现了电磁感应现象。( √ )
例9 (2022·广东)图中的a表示垂直于纸面的一段导线,它是闭合电路的一部分,当a在下列磁场中沿图中所示方向运动时,不会产生感应电流的是( )
分析 能否产生感应电流,就要看图示的情景能否满足以下三个条件:①闭合电路;②部分导体;③切割磁感线运动。
答案 D
名师点拨 (1)如何理解“切割磁感线运动”。 我们把磁感线理解成从N极出发到S极进入的曲线,如果导体运动方向会穿过曲线,我们就说切割了磁感线。 例如:a是垂直于纸面的通电导线横截面,磁感线从N到S方向分布,甲图运动方向与磁感线方向平行,不切割磁感线;乙图导线垂直于纸面运动也不切割磁感线;丙图运动方向与磁感线垂直,切割磁感线;丁图尽管斜向运动,但运动方向穿过磁感线,切割磁感线。 (2)导线切割磁感线的运动是相对的。 如果导线静止不动,磁感线运动,也可以切割磁感线。 例如:条形磁体在线圈中迅速穿过时,磁体周围的磁感线在运动,也可以认为线圈是在切割磁感线,所以会产生感应电流。
例10 (2023·惠州一模)我国高铁采用了能量回收制动方式:列车到站前停止动力供电,列车靠惯性继续向前运行,内部线圈随车轮转动,切割磁感线产生感应电流,把机械能转化为电能进行回收。以下与其工作原理相同的是( )
分析 闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动,导体中会产生感应电流,这是一种电磁感应现象,分析找出与高铁节能原理相同的选项。
实验装置
工作原理 电流的磁效应 通电导线在磁场中受到力的作用 电磁感应 电流的磁效应
主要应用 电磁继电器、电磁起重机 电动机、扬声器 发电机、动圈式话筒 电磁铁、电磁继电器
答案 C
考点一 磁体与磁场
1.(2023·茂名模拟)如图是计算机模拟出的磁感线立体示意图,下列说法正确的是( )
A.两条磁感线可以相交
B.磁感线和磁场都是真实存在的
C.磁感线不仅可以描述磁场的方向还可以描述磁场的强弱
D.两条磁感线中间没有磁场
答案 C
2.(2023·深圳)下列现象中可以证明地磁场客观存在的是( )
A.如图A两个绑着条形磁体的小车它们相对的两面分别是N极和S极它们相互吸引
B.如图B“司南之杓,投之于地,其柢指南”
C.如图C通电螺线管吸引铁钉
D.如图D小白同学制作的手摇发电机
答案 B
解析 两个绑着条形磁体的小车它们相对的两面分别是N极和S极它们相互吸引,证明异名磁极相互吸引,故A不符合题意;“司南之杓,投之于地,其柢指南”,杓的柄始终指南是受到地磁场的作用,证明地磁场客观存在,故B符合题意;通电螺线管吸引铁钉,证明电流具有磁效应,故C不符合题意;手摇发电机是利用了电磁感应原理,证明导体切割磁感线,能产生感应电流,故D不符合题意。
考点二 电流的磁效应
3.(2023·珠海香洲区一模)如图所示,在电磁铁的正上方用弹簧悬挂一条形磁体,闭合开关后,将滑动变阻器的滑片P从a端移到b端的过程中,下列判断正确的是( )
A.小灯泡变亮,弹簧伸长
B.小灯泡变暗,弹簧伸长
C.电流表示数变大,弹簧收缩
D.电流表示数变小,弹簧收缩
答案 A
4.(2023·清远清城区模拟)如图是小蔡同学设计的短跑比赛“抢跑判断器”。电磁铁是利用电流的________效应工作的,其上端为________(选填“N”或“S”)极。当运动员蹲在起跑器上后,裁判员老师闭合开关S1、S2,发令指示灯亮,运动员抢跑后,R0所受压力变小,电阻变小,电磁铁将衔铁吸下,抢跑指示灯________(选填“L1”或“L2”)亮,则判定该运动员抢跑。
答案 磁 N L2
解析 电磁铁通电时有磁性,断电时无磁性,是利用电流的磁效应工作的;由题图可知,电流从电磁铁的上端流入,下端流出,根据安培定则可知,电磁铁的上端为N极;工作人员闭合开关S1、S2,发令指示灯L1亮,运动员抢跑后,R0所受压力变小,其电阻变小,根据欧姆定律可知控制电路中的电流变大,电磁铁的磁性增强,将衔铁吸下,灯L2所在电路接通,则抢跑指示灯L2亮。
考点三 磁场对电流的作用
5.(2021·广州)如图甲,磁场对导体的力F竖直向上,用Fab、Fcd、Fa′b′、Fc′d′分别表示图乙、丙中闭合开关时磁场对导体ab、cd、a′b′、c′d′的力,则( )
A.Fab竖直向下,Fcd竖直向下 B.Fab竖直向上,Fcd竖直向下
C.Fa′b′竖直向上,Fc′d′竖直向下 D.Fa′b′竖直向下,Fc′d′竖直向上
答案 D
解析 题图甲中,电源左侧为正极、右侧为负极,则导体中的电流方向垂直于纸面向里,磁体间的磁场方向从右向左,导体受到磁场力的方向是竖直向上的;题图乙中,电源正负极与题图甲相反,闭合开关后,ab中的电流方向垂直于纸面向外(即从b到a),磁体间的磁场方向从右向左,与题图甲中的电流方向相反,磁场方向相同,所以ab与题图甲中导体受到磁场力的方向相反,即Fab竖直向下;由于cd中的电流方向与ab中的电流方向相反,磁场方向相同,则cd的受力方向与ab的受力方向相反,即Fcd竖直向上,故A、B错误;题图丙中,电源正负极与题图甲相同,闭合开关后,a′b′中的电流方向垂直于纸面向里(即从a′到b′),而磁体间的磁场方向是从左向右,与题图甲中的电流方向相同,磁场方向相反,所以a′b′与题图甲中导体受到磁场力的方向相反,即Fa′b′竖直向下;由于c′d′中的电流方向与a′b′中的电流方向相反,磁场方向相同,则c′d′的受力方向与a′b′的受力方向相反,即Fc′d′竖直向上,故D正确,C错误。
6.(2019·广东)如图所示,闭合开关,静止的导体棒ab在轨道上向右运动,说明了通电导体在磁场中受到________的作用,若只将电源的正、负极对调,则导体棒ab将向________(选填“左”或“右”)运动;若只将蹄形磁体的N、S极对调,则导体棒ab将向________(选填“左”或“右”)运动。
答案 力 左 左
解析 闭合开关,静止的导体棒ab在轨道上向右运动,说明通电导体在磁场中受到力的作用。若只将电源的正、负极对调,改变了电流方向,则导体棒ab的运动方向改变,所以导体棒ab将向左运动。若只将蹄形磁铁的N、S极对调,改变了磁场方向,则导体棒ab的运动方向改变,所以导体棒ab将向左运动。
考点四 电磁感应
7.(2023·广东)如图所示,小明用线圈、条形磁铁和灵敏电流计来验证电磁感应现象,下列不能使灵敏电流计指针发生偏转的操作是( )
A.线圈不动,磁铁快速向上 B.线圈不动,磁铁快速向下
C.磁铁不动,线圈快速向上 D.线圈和磁铁同时同速向上
答案 D
解析 题图中线圈和电流计组成了闭合电路,线圈不动,磁铁快速向上运动时,线圈切割了磁感线,产生感应电流,故A不符合题意;线圈不动,磁铁快速向下运动时,线圈切割了磁感线,产生感应电流,故B不符合题意;磁铁不动,线圈快速向上运动,线圈同样切割了磁感线,产生感应电流,故C不符合题意;线圈和磁铁同时同速向上运动,由于相对静止,线圈没有切割磁感线,因而不会产生感应电流,故D符合题意。
8.(2023·阳江江城区二模)如图甲所示的门禁系统越来越多地应用在小区的智能化管理中,其原理如图乙所示,闭合开关,下列说法正确的是( )
A.门禁系统的工作原理与电动机原理相同
B.门禁系统工作时是将电能转化为机械能
C.图乙中导体ab上下运动时,灵敏电流计指针偏转
D.图乙中磁体左右运动时,灵敏电流计指针偏转
答案 D
解析 门禁系统的原理是利用了电磁感应;电动机的原理是通电线圈在磁场中受力转动,门禁系统的原理与电动机的原理不同,故A错误;门禁系统工作时,是把机械能转化为电能,故B错误;若题图乙中导体ab上下运动,导体没有在磁场中切割磁感线,灵敏电流计指针不偏转,故C错误;若题图乙中磁体左右运动,由于运动是相对的,导体在磁场中切割磁感线,灵敏电流计指针会偏转,故D正确。
9.(2023·汕头潮南区模拟)广东的春季,天气潮湿,需要除湿,如图甲所示为某实验室的自动除湿器。除湿器内部的电路结构由控制电路和工作电路两部分组成,简化后的电路图如图乙所示。控制电路中的电源电压U1=12 V,调控电阻R0的阻值范围为0~1 000 Ω,R为装在除湿器内的湿敏电阻,其阻值随相对湿度φ(空气中含有水蒸气的百分比,单位为:%RH)变化的图象如图丙所示。L为磁控开关,当湿敏电阻R的阻值发生变化时,控制电路中的电流随之发生变化,当电流大于或等于20 mA时,L的两个由磁性材料制成的弹片具有了磁性并相互吸合,工作电路的压缩机开始带动系统进行除湿。工作电路两端电压U2=220 V,Rg为保护电阻,磁控开关L的导线电阻不计。问:
(1)当S接通时,可判断出图乙中线圈上端P的磁极是________极。
(2)磁性弹片可能是下列哪些材料组成________。
A.钴、锌 B.铁、铝 C.钴、镍 D.铁、钢
(3)开关S闭合后,磁控开关L的两个弹片就具有了磁性,其原理与以下哪个装置相同________(选填字母序号)。
A.电动机 B.电磁铁 C.发电机 D.动圈式话筒
(4)因实验室内有较敏感的器件,要求相对湿度控制在45%RH以内,则R0调控电阻的阻值不能超过________ Ω。
(5)在磁控开关L闭合条件不变的情况下,若要早点开始除湿,则可以________________(请从改变R0或U1角度解答)。
答案 (1)N (2)C (3)B (4)500 (5)减小R0或增大U1
解析 (1)当S接通时,电流从螺线管上端流入,由安培定则可判断出题图乙中线圈的上端P的磁极是N极。
(2)磁性材料是指铁、钴、镍等物质,磁性弹片需要用磁性材料,锌、铝不是磁性材料,钢是磁性材料,但钢是硬磁性材料,通电时有磁性,断电时磁性不会消失,不适合做磁性弹片,故A、B、D不符合题意,C符合题意。
(3)开关S闭合后,磁控开关L的两个弹片在电流的作用下被磁化成异名磁极,异名磁极相互吸引,利用了电流的磁效应。电动机的原理是通电导体在磁场中受到力的作用,故A不符合题意;电磁铁的原理是导体通电产生了磁场,即电生磁,属于电流的磁效应,故B符合题意;发电机和动圈式话筒的原理都是电磁感应,故C、D不符合题意。
(4)由题图丙可知,当相对湿度控制在45%RH时湿敏电阻R的阻值R′=100 Ω,电流为I≥20 mA=0.02 A;此时L的两个磁性弹片相互吸合,工作电路的压缩机开始带动系统进行除湿。根据欧姆定律I=可得,电路中的总电阻R总===600 Ω,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,调控电阻R0的阻值R0=R总-R′=600 Ω-100 Ω=500 Ω。
(5)由题图丙可知湿敏电阻R的阻值随着相对湿度的增加而变小,若要早点开始除湿,即相对湿度更低时即开始,湿敏电阻阻值变大,由于衔铁被吸下的电流不变,根据欧姆定律I=可知,可以增大U1或减小控制电阻R0的阻值。
10.(2023·深圳坪山区模拟)由我国著名科幻作家刘慈欣创作的科幻小说《三体》中描绘过这样一个未来世界,地球拥有“无限能源(电力)”,所有东西都无需考虑充电问题,汽车不用加油也不需插电就可以在天上飞,杯子里的牛奶握在手里即可加热。无线充电仿佛无时无刻覆盖着地球的每一个角落。而这个幻想也正在逐步变为现实。
(1)市场上支持无线充电的智能手机和充电器大部分技术原理是:电流流过送电线圈产生磁场,受电线圈靠近该磁场时就会产生电流,给智能手机充电。下列实验与受电线圈处工作原理相同的是________。
(2)为研究无线传输电能,某科研小组在实验室试制了无线电能传输装置,在短距离内点亮了灯泡,如图甲所示。实验测得,接在b线圈上的用电器获得的电功率为输入a线圈电功率的40%。若把a线圈接入电压为220 V的电源,测得该线圈中的电流为0.2 A。b线圈中只接入一盏灯泡,此时该灯泡恰能正常发光,则该灯泡的功率为________ W。
(3)如图乙所示,有人设想:通过安置在插座上的电流转换器,将电能转换为超声波,电动小车上的接收器收到超声波信号,可将其能量转换为电能为电池充电。
已知:在电流转换器输出功率一定时,接收器接收到的超声波功率P与它和转换器间距离L关系满足公式P=,它将超声波能量转化为电能并储存在电池中的效率为50%;当小车与转换器间距离L0=1 m时,接收器接收到的超声波功率P0=8 W:
①当小车与转换器间距离为1 m时,电池充电1 h所储存的电能为________ J;
②该公式中的k值为________ W·m2;
③若充电时小车与转换器之间距离L=2 m,则超声波能量转化为电能的功率为________ W,若要储存到和①中相同的电能,需等待________ h。
答案 (1)C (2)17.6 (3)①1.44×104 ②8 ③1 4
解析 (1)由题意可知,电流流过送电线圈产生磁场,受电线圈靠近该磁场时就会产生电流,给智能手机充电,则可知受电线圈处的工作原理是电磁感应现象;图A是电磁继电器,主要是利用了电流的磁效应,故A不符合题意;图B中给金属棒通电,金属棒在磁场中会发生运动,说明通电导体受到磁场力的作用,故B不符合题意;图C中闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动能够产生感应电流,是电磁感应现象,故C符合题意;图D是探究电磁铁磁性强弱的影响因素,利用的是电流的磁效应,故D不符合题意;
(2)a线圈的输入功率P总=UI=220 V×0.2 A=44 W,由题意可得,b线圈得到的功率,即灯泡正常发光时的功率为P=ηP总=40%×44 W=17.6 W;
(3)①电池充电1 h后,接收器接收到的超声波能量为E声=W=P0t=8 W×3 600 s=2.88×104 J;
由题意知,电池所储存的电能E电=ηE声=50%×2.88×104 J=1.44×104 J;
②根据题意可知,当小车与转换器间距离L0=1 m时,接收器接收到的超声波功率P0=8 W,
由P=可知,k=P0L02=8 W×(1 m)2=8 W·m2;
③若充电时小车与转换器之间距离L=2 m,接收器接收到的超声波功率P′===2 W,
由于接收器将超声波能量转化为电能并储存在电池中的效率为50%,所以超声波能量转化为电能的功率P″=ηP′=50%×2 W=1 W;
由P=可知,若要储存到和①中相同的电能,需等待的时间t′===1.44×104 s=4 h。