2023-2024学年人教版九年级物理同步训练培优卷：20.3 电磁铁 电磁继电器
一、选择题
1．（2024九年级·惠州模拟）如图是某道路限载报警器的工作原理图，电源电压不变，R1是力敏电阻，其阻值随压力的变化而变化。闭合开关s，当车的质量超过限载质量时，电磁铁吸下衔铁、电铃响。根据不同的路面，可以改变滑动变阻器滑片P的位置，来设定不同的限载质量。下列说法错误的是（ ）
A．电磁铁能吸下衔铁，是由于通电导体在磁场中受力
B．检测时，车的质量越大电磁铁的磁性越强
C．力敏电阻R1的阻值随压力的增大而减小
D．若要提高设定的限载质量，应将滑片P向左移动
2．（2023九上·南海期末）下列说法中，正确的是（ ）
A．如图甲，接通电源后，相同时间内R甲产生的热量比R乙多
B．如图乙，将变阻器滑片P向右移动，电磁铁的磁性增强
C．通电导线周围存在磁场，将小磁针移走，该磁场消失
D．改变电流方向并对调磁体的N、S极，导体AB运动方向不改变
3．（2024九上·龙文期末）如图所示，给电磁铁通电，条形磁铁及弹簧在图中位置静止，当滑动变阻器的滑片向b端滑动时，下列说法正确的是（ ）
A．电流表示数增大，弹簧伸长 B．电流表示数增大，弹簧缩短
C．电流表示数减小，弹簧伸长 D．电流表示数减小，弹簧缩短
4．（2023·渭滨模拟）如图甲是某校初中物理创新小组设计的“闯红灯违规模拟记录器”，当光控开关接收到某种颜色光时，开关自动闭合，且当压敏电阻受到车的压力，它的阻值变化规律如图乙所示，已知控制电路电压为6V，继电器线圈电阻10Ω，当控制电路中电流大于0.06A时，衔铁被吸合。下列说法中不正确的是（ ）
A．要记录违规闯红灯的情景，光控开关应在接收到红光时，自动闭合
B．光控开关接收到绿光时，指示灯亮，电控照相机不工作
C．质量小于400kg的车辆违规时不会被拍照记录
D．要使质量较小的车闯红灯也能被拍下，可以在控制电路中串联一个电阻
5．（2023·邻水模拟）法国科学家阿尔贝 费尔和德国科学家彼得 格林贝格尔由于发现了巨磁电阻（GMR）效应而荣获2007年度诺贝尔物理学奖。图中GMR代表巨磁电阻，在磁场中，其阻值随磁场的逐渐变强而减小。闭合开关S1、S2，下列说法中（ ）
①电磁铁左端为N极
②电磁铁外部的磁感线从右端出发回到左端
③将滑片P向b端滑动，两表示数之比保持不变
④将滑片P向a端滑动，巨磁电阻（GMR）电阻变小
A．只有①③④正确 B．只有①②③正确
C．只有①④正确 D．只有①③正确
6．（粤沪版物理九年级下册第16章第4节电磁继电器与自动控制）小冬利用压力传感器、电磁继电器、光敏电阻等元件，设计了一个机动车超载自动拍照电路．当有车辆通过时光控开关会自动闭合，若车辆超重时，压力开关会闭合，使摄像系统电路接通，可自动拍摄超重车辆号牌．下列有关说法正确的是（ ）
A．机动车驶过埋有压力开关的路口，摄像机就会自动拍摄
B．只要光控开关接收到车辆驶过信息，摄像机就会自动拍摄
C．当光控开关和压力开关都闭合时，摄像机才会自动拍摄
D．若将光控开关和压力开关并联，也能起到相同的作用
7．（粤沪版物理九年级下册第16章第3节探究电磁铁的磁性同步检测）如图所示，闭合开关S后，只进行下列一项操作，一定能使电磁铁磁性增强的是（ ）
A．变阻器的滑片向右移动 B．变阻器的滑片向左移动
C．开关由1拨到2 D．把电源的正负极对调
8．（粤沪版物理九年级下册第16章第3节探究电磁铁的磁性同步检测）如图所示，电磁铁的左下方有一铁块，在弹簧测力计作用下向右作匀速直线运动．当铁块从电磁铁的左下方运动到正下方过程中，同时滑片逐渐向上滑动，下列判断正确的是（ ）
A．维持铁块作匀速直线运动的拉力逐渐减小
B．电磁铁的磁性逐渐减弱
C．铁块对地面的压强先减小后增大
D．铁块所受摩擦力不变
9．（粤沪版物理九年级下册第16章第3节探究电磁铁的磁性同步检测）如图所示，弹簧测力计挂着上端为N极的条形磁铁，磁铁下方有一通电螺线管，闭合开关，将滑动变阻器滑片向左移动，在移动过程中，弹簧测力计示数变化情况是（ ）
A．不变 B．变大 C．变小 D． 无法判断
二、填空题
10．（2024九下·遂宁月考）如图，小聪给同学们表演了一个非常有趣的魔术，将装有水的玻璃杯放在木质暗盒上，杯中放入一空心铁球，如下图甲所示，小聪操作暗盒上的旋钮，就能看到铁球在水中上下运动。同学们很好奇，于是小聪进行了揭秘：玻璃杯和水总重，玻璃杯与暗盒接触面积为，铁球质量，体积，玻璃杯正下方是电磁铁。闭合开关前，铁球漂浮在水面受到的浮力是 N；闭合开关后，电磁铁的上端是 极，调节暗盒上的旋钮，减小变阻器接入阻值，电流增大，电磁铁磁性 （选填“增强”、“减弱”或“不变），小球向下运动。电磁铁中电流I与电磁铁对小球吸引力F的关系如下图乙所示（未考虑小球与电磁铁距离远近对吸引力F的影响），当电流为 A时，小球刚好浸没于水中，此时暗盒受到杯底的压强是 （，不考虑水的阻力）。
甲 乙
11．（2024九上·南海期末）如图所示，闭合开关S，当滑片P向a端移动时，电磁铁的磁性 （选填“增强”或“减弱”），条形磁体对水平地面的压强 （选填“增大”或“减小”）。R0的作用是 。
三、实验探究题
12．（2023·寻乌）电动平衡车，又称体感车，是一种时尚代步工具，它利用车体内部的陀螺仪和加速度传感器，来检测车体姿态的变化，并利用伺服控制系统，精确地驱动左右两个电动机进行相应的调整，以保持系统的平衡。电动平衡车采用站立式驾驶方式，通过身体重心和操控杆来控制车体运行，采用锂电池组作为动力来源驱动左右两个电动机行驶。下表为某品牌电动平衡车的部分技术参数。
锂电池能量密度 0.25kW h/kg 自重 12kg
锂电池的总质量 2kg 最大载重 90kg
每个电动机的最大输出功率 350W 舒适速度 可达18km/h
电动机的能量转化效率 75% 陡坡 15°
如图甲所示，科技兴趣小组为平衡车设计的转向指示灯电路。电路中电源电压恒为6V，指示灯L1、L2的规格均为“6V 6W”，R0为定值电阻，电磁铁线圈及衔铁的阻值忽略不计，不考虑指示灯电阻随温度的变化，当单刀双掷开关S与“1”接通后，左转指示灯L1会亮暗交替闪烁。在上述过程中，左转指示灯L1两端实际电压UL随时间变化规律如图乙所示。
（1）当单刀双掷开关S与“2”接通时，电磁铁中有电流通过，右转指示灯L2发光 （填“较亮”或“较暗”）。接着，衔铁被吸下，触点A与B接通，电磁铁和电阻R0被短路，右转指示灯L2发光 （填“较亮”或“较暗”）。此时，由于电磁铁中没有电流通过，衔铁被弹簧拉上去，触点A与B分离，电磁铁中又有电流通过，随后电磁铁又将衔铁吸下，如此循环，右转指示灯L2会亮暗交替闪烁。
（2）单刀双掷开关S与“1”接通，触点A与B分离时，电磁铁上端是 极。
（3）电动平衡车的锂电池在满电的情况下能储存的电能 。
（4）若小明体重是88kg，当他驾驶电动平衡车时车对地面的压力为 N，他驾驶电动平衡车在水平路面上以18km/h的速度匀速行驶时，受到的阻力是人与车总重的0.1倍，当耗能为锂电池总储存能量的50%时，则每个电动机的平均输出功率为 W，平衡车行驶的路程是 km。（g取10N/kg，锂电池的总储存能量=锂电池的能量密度×锂电池的总质量）
答案解析部分
1．【答案】A
【知识点】电磁铁的其他应用；电磁继电器的组成、原理和特点
【解析】【解答】 A、电磁铁是利用电流的磁效应来工作的，电磁铁通电时周围产生磁场，电磁铁就能吸下衔铁，故A错误；
B、闭合开关S，当车的质量超过限载质量时，车的质量大，车的重力大，对力敏电阻的压力大，电磁铁吸下衔铁，说明电路中的电流增大， 电磁铁的磁性增强 ，故B正确；
C、压力增大，电路中的电流增大，由欧姆定律可知U不变，电路中的总电阻减小，设定限载质量后R2不变，R1和R2串联，力敏电阻R1的阻值减小，所以说明力敏电阻的阻值随压力的增大而减小，故C正确；
D.若要提高设定的限载质量，此时力敏电阻的阻值减小，电磁铁吸下衔铁时的电流不变，根据欧姆定律可知，电路的总电阻不变，所以应该增大滑动变阻器的电阻，应将滑片P向左移动，故D正确。
故选：A。
【分析】 A、电磁铁是利用电流的磁效应来工作的。
B、车的质量越大，对力敏电阻的压力越大，电路中的电流越大，电磁铁的磁性越强。
C、压力增大，电路中的电流增大，由欧姆定律可知U不变，电路中的总电阻减小，力敏电阻R1的阻值减小。
D、提高设定的限载质量，力敏电阻的阻值减小，电磁铁吸下衔铁时的电流不变，根据欧姆定律可知，电路的总电阻不变，确定滑片的移动。
2．【答案】D
【知识点】电功与热量的综合计算；磁场；磁感线及其特点；电磁铁的构造和原理
【解析】【解答】A： R甲与R乙串联，串联电路中电流处处相等，根据Q=I2Rt，则在相同时间内R甲产生的热量比R乙少，故A错；
B：电磁铁的磁性与通过线圈的电流大小成正比。 图乙滑动变阻器与线圈串联， 将变阻器滑片P向右移动 ，滑动变阻器电阻增大，电路中电流减小，则 电磁铁的磁性减弱。故B错；
C：当电流通过导线时，会在周围形成磁场，这个磁场的存在是客观的，不依赖于是否有小磁针来检测它。即使将小磁针移走，磁场仍然存在。 故C错
D： 当改变电流方向时，磁场的方向也会相应改变。然而，如果对调磁体的 N、S 极，磁场的方向也会颠倒。 这种情况下 导体AB运动方向不改变 。故D对。
该题选D
【分析】 因为焦耳定律中，热量与电流的平方成正比，与电阻成正比，与时间成正比。由于电流处处相等，所以电阻越大，产生的热量就越多。电磁铁的磁性与通过线圈的电流大小成正比。增加电流会增强电磁铁的磁性。
3．【答案】B
【知识点】磁现象；磁感线及其特点；安培定则；电磁铁的构造和原理
【解析】【解答】由图可知，滑动变阻器和灯泡串联， 当滑动变阻器的滑片向b端滑动时电阻越来越小，总电阻也越来越小，电路中电流越来越大。图中线圈电流从下端流入，上端流出，根据右手螺旋定则，线圈上端为N极。 条形磁铁下端为N极，根据同名磁极相互排斥，条形磁铁会收到向上的排斥力。电路中电流越来越大，线圈磁性增加，故电流表示数增大，弹簧缩短。则A、C、D错误，B正确。
故该题选B
【分析】右手螺旋定则也叫安培定则，是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向之间关系的定则。具体来说，就是用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中的电流方向，那么大拇指所指的那端就是螺线管的 N 极。
4．【答案】D
【知识点】电磁铁的构造和原理；电磁继电器的组成、原理和特点
【解析】【解答】A：记录违规闯红灯，光控开关在接收到指示灯红光时，自动闭合，电磁继电器通电有磁性，吸引衔铁，电控照相机工作拍照，故A正确，不符合题意；
B：光控开关接收绿光时，控制电路处于和工作电路处于断开状态，电控照相机不工作，故B正确，不符合题意；
C：由乙图可知，当质量是400kg的车辆违规时，串联电路的电流是，
这时控制电路闭合，电控照相机拍照，当质量小于400kg的车辆违规时，电流小于0.06A，控制电路断开，衔铁没有磁性，指示灯亮，电控照相机不会拍照；故C正确；
D：根据乙图可知，车辆质量越小，压敏电阻越大，再串联一个电阻，其总电阻越大，由欧姆定律可知，在电压不变时，电流远小于0.06A，衔铁不会被向下吸引，电控照相机不能工作，故D不正确；
故选答案D。
【分析】（1）根据控制电路中电磁继电器的工作原理分析判断；
（2）根据欧姆定律公式进行分析计算；
（3）根据工作电路的特点进行分析判断。
5．【答案】A
【知识点】电磁铁的其他应用；电磁继电器的组成、原理和特点；通电螺线管的极性和电流方向的判断
【解析】【解答】①②、闭合开关，电流从右端流入电磁铁，根据安培定则可得，电磁铁左端为N极，电磁铁外部的磁感线从左端出发回到右端，故①正确，②错误；
③、电路中电流表与定值电阻串联，电压表与定值电阻并联，两表示数之比为定值电阻的阻值，因此将滑片P向b端滑动，两表示数之比保持不变，故③正确；
④、滑片向a端滑动，电路中电源电压不变，电阳变小，电流变大，电磁铁磁性变强，GMR的阻值变小，故④正确。 故选：A。
【分析】本题考查了电路的动态分析，涉及到电磁铁磁性强弱的影响因素、安培定则、欧姆定律等。(1)(2)闭合开关，电流从右端流入电磁铁，根据安培定则可得电磁铁左端的极性：在磁体外部，磁感线从N极发出，回到S极；
(3)电路中电流表与定值电阻串联，电压表与定值电阻并联，据此分析两表示数之比：
(4)根据欧姆定律和巨磁电阻的阻值与磁场强度的关系判定GMR电阻的变化。
6．【答案】C
【知识点】电磁铁的其他应用
【解析】【解答】由图可知，当摄像系统的电路自动拍摄违章车辆时，工作电路工作，电磁铁有磁性，控制电路工作，光控开关和压力开关同时闭合；由于光控开关和压力开关是并联的，只有红灯亮，或只有车超过停止线，摄像头就拍摄．
所以选C．
【分析】由图可知，光控开关和压力开关串联在电路中，只有当红灯亮，并且车超过停止线时，光控开关和压力开关同时闭合，控制电路接通，电磁铁有磁性吸引衔铁，工作电路接通，摄像头拍摄．
7．【答案】B
【知识点】电磁铁的构造和原理
【解析】【解答】A.滑片P向右移动，连入电路的电阻增大，电流减小．电流减小，电磁铁的磁性减弱．不符合题意．
B滑片P向左移动，连入电路的电阻减小，电流增大．电流增大，电磁铁的磁性增强．符合题意．
C开关由1拨到2，电磁铁接入电路的线圈匝数在减少，所以电磁铁的磁性减弱．不符合题意．
D把电源的正负极对调，将电源的正负极对调，可以改变电磁铁的极性，但不能改变磁性强弱．不符合题意．
所以选B．
【分析】电磁铁磁性强弱的影响因素：电流大小.线圈匝数多少.有无铁芯．电流越大，匝数越多，有铁芯时电磁铁的磁性越强．
8．【答案】A
【知识点】电磁铁的构造和原理
【解析】【解答】从图中可以分析出：当滑动变阻器的滑片向上滑动时，接入电路的阻值会变小，电路中电流变大，电磁铁磁性增强，故选项B是错误的；
电磁铁磁性增强，当铁块运动到其下方时会受到较大的吸引力，使铁块对桌面的压力减小，在接触面积不变的情况下，压强也减小，故选项C也是错误的；
铁块因被电磁铁吸收而压力减小，在接触面粗糙程度不变的情况下，摩擦力也跟着减小，故选项D是错误的；
当铁块做匀速直线运动时，拉力与摩擦力是一对平衡力，摩擦力减小，拉力就是逐渐减小，故选项A是正确的．
所以选A．
【分析】一.滑动变阻器的移动对电路中电流大小的影响，决定了电磁铁磁性的强弱；二.电磁铁对铁块的吸引会改变铁块对桌面的压力，进而改变压强和摩擦力的大小．
9．【答案】B
【知识点】电磁铁的构造和原理
【解析】【解答】由图可知，开关闭合后，滑动变阻器的滑片向左移动时，电阻变大，电流变小，电磁铁的磁性变小，由安培定则可判断出电磁铁上端为S极，与条形磁铁同名磁极相对，相互排斥，所以选B．
【分析】（1）影响电磁铁磁性强弱的因素有：电流的大小.线圈的匝数.有无铁芯．线圈的匝数一定，电流越大磁性越强；（2）磁极间的相互作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引．
10．【答案】0.6；S；增强；0.8；2100
【知识点】压强的大小及其计算；浮力大小的计算；欧姆定律及其应用；安培定则；电磁铁的其他应用
【解析】【解答】闭合开关前，铁球漂浮，受到的浮力等于重力，F浮=G=mg=0.06kg×10N/kg=0.6N；闭合开关后，根据图像，利用安培定则，判断电磁铁的上端是S极；当减小变阻器接入阻值，电流增大，电磁铁磁性增强，小球受到磁铁的吸引力，向下运动；根据铁球的体积，计算完全浸没受到的浮力F浮'=ρ液gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×100×10-6m3=1N，此时受到电磁铁的吸引力为F吸=1N-0.6N=0.4N，根据图乙，电流为0.8A；此时暗盒受到杯底的压强是。
【分析】漂浮的物体受到的浮力等于物体的重力，利用F浮=G=mg计算浮力；根据安培定则，判断电磁铁的磁极位置；电流越大， 电磁铁磁性越强；根据F浮'=ρ液gV排，计算浮力大小；利用，计算压强。
11．【答案】增强；增大；保护电源，防止短路
【知识点】影响电磁铁磁性强弱的因素及其探究
【解析】【解答】 第1空，闭合开关S，当滑片P向a端移动时滑动变阻器的阻值减小，则电路中电流增大，所以电磁铁的磁性 增强，故该空填“增强”；
第2空、根据安培定则，电流从电磁铁上端流入，则电磁铁下端为N极，电磁铁的磁性增强。则对 条形磁体的排斥力增大，条形磁体对水平地面 压力增大，接触面积不变，故 条形磁体对水平地面的压强 增大，该空填“增大”；
第3空、若没有R0当滑动变阻器滑片滑到a端时，电路中没有电阻，会造成短路，损坏电源。故 R0的作用是 “ 保护电源，防止短路 ”。
【分析】先判断电磁铁的极性：根据安培定则，用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中的电流方向，则大拇指所指的那端就是螺线管的北极。再判断电磁铁磁性的强弱变化：电磁铁的磁性强弱与电流大小和线圈匝数有关，电流越大，磁性越强；线圈匝数越多，磁性越强。
然后分析电磁铁对条形磁体的作用力变化：根据磁极间的相互作用规律，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。当电磁铁的磁性增强时，它对条形磁体的排斥力也会增大，从而导致条形磁体对水平地面的压力增大，接触面积不变，所以压强也会增大。
最后考虑电阻 R0 的作用：它可以分担一部分电压，从而保护电源和电磁铁。当滑动变阻器滑片滑到 a 端时，电路中没有电阻，会造成短路，损坏电源。所以 R0 的作用是防止短路，保护电源。
12．【答案】（1）较暗；较亮
（2）N
（3）0.5kW·h
（4）1000N；250W；6.75km
【知识点】电功率与电能、时间的关系；额定功率；电磁铁的构造和原理
【解析】【解答】（1） 第1空、当单刀双掷开关S与“2”接通时，电磁铁中有电流通过，R0、电磁铁与L2串联，电路中电源电压恒为6V ， 右转指示灯L2 未达额定电压，所以发光“较暗”，故该空填“较暗”；
第2空、衔铁被吸下，触点A与B 接通，电磁铁和电阻R0被短路指示灯L2 达额定电压，所以发光“较亮”，故该空填“较亮”；
（2）单刀双掷开关S与“1”接通，触点A与B分离时，图甲中电流从R0朝电磁铁方向流，根据安培定则可知，电磁铁上端是N极，故该空填“N”；
（3）电动平衡车的锂电池在满电的情况下能储存的电能 ，根据 （锂电池的总储存能量=锂电池的能量密度×锂电池的总质量）锂电池能量密度0.25kW·h/kg ， 锂电池的总质量2kg ，二者相乘即可得出电动平衡车的锂电池在满电的情况下能储存的电能为0.5kW·h 。故该空填“ 0.5kW·h ”；
（4）第1空、 若小明体重是88kg，当他驾驶电动平衡车时车对地面的压力 ，根据二力平衡，压力=重力=平衡车重力+小明=1000N，故该空填“1000”；
第2空、 精确地驱动左右两个电动机进行相应的调整，以保持系统的平衡。他驾驶电动平衡车在水平路面上以18km/h的速度匀速行驶时，受到的阻力是人与车总重的0.1倍。阻力=100N，V=18km/h=5m/s，电动机2个，根据P=FV=100N×5m/s=500W，电动机2个，则每个电动机的平均输出功率为 500W/2=250W，故该空填“250”；
第3空、当耗能为锂电池总储存能量的50%时，即耗电0.5kW·h×50%=0.25kW·h ，电动机的能量转化效率75% ，即用来做过的能量W=0.25kW·h×75%=0.1875kW·h=6.75×105J ，F=100N，由W=Fs，得s=6.75km。故该空填“6.75”。
【分析】（1）判断电路连接方式，看指示灯L2 是否达到额定电压；
（2）根据电流方向和安培定则；
（3）新概念，题目有公式提示；
（4）根据二力平衡算出压力，阻力是人车总重的0.1倍算出阻力，根据P=FV即可算出总功率，题目说了两个电机，根据有用功为W=Fs计算路程。
1 / 12023-2024学年人教版九年级物理同步训练培优卷：20.3 电磁铁 电磁继电器
一、选择题
1．（2024九年级·惠州模拟）如图是某道路限载报警器的工作原理图，电源电压不变，R1是力敏电阻，其阻值随压力的变化而变化。闭合开关s，当车的质量超过限载质量时，电磁铁吸下衔铁、电铃响。根据不同的路面，可以改变滑动变阻器滑片P的位置，来设定不同的限载质量。下列说法错误的是（ ）
A．电磁铁能吸下衔铁，是由于通电导体在磁场中受力
B．检测时，车的质量越大电磁铁的磁性越强
C．力敏电阻R1的阻值随压力的增大而减小
D．若要提高设定的限载质量，应将滑片P向左移动
【答案】A
【知识点】电磁铁的其他应用；电磁继电器的组成、原理和特点
【解析】【解答】 A、电磁铁是利用电流的磁效应来工作的，电磁铁通电时周围产生磁场，电磁铁就能吸下衔铁，故A错误；
B、闭合开关S，当车的质量超过限载质量时，车的质量大，车的重力大，对力敏电阻的压力大，电磁铁吸下衔铁，说明电路中的电流增大， 电磁铁的磁性增强 ，故B正确；
C、压力增大，电路中的电流增大，由欧姆定律可知U不变，电路中的总电阻减小，设定限载质量后R2不变，R1和R2串联，力敏电阻R1的阻值减小，所以说明力敏电阻的阻值随压力的增大而减小，故C正确；
D.若要提高设定的限载质量，此时力敏电阻的阻值减小，电磁铁吸下衔铁时的电流不变，根据欧姆定律可知，电路的总电阻不变，所以应该增大滑动变阻器的电阻，应将滑片P向左移动，故D正确。
故选：A。
【分析】 A、电磁铁是利用电流的磁效应来工作的。
B、车的质量越大，对力敏电阻的压力越大，电路中的电流越大，电磁铁的磁性越强。
C、压力增大，电路中的电流增大，由欧姆定律可知U不变，电路中的总电阻减小，力敏电阻R1的阻值减小。
D、提高设定的限载质量，力敏电阻的阻值减小，电磁铁吸下衔铁时的电流不变，根据欧姆定律可知，电路的总电阻不变，确定滑片的移动。
2．（2023九上·南海期末）下列说法中，正确的是（ ）
A．如图甲，接通电源后，相同时间内R甲产生的热量比R乙多
B．如图乙，将变阻器滑片P向右移动，电磁铁的磁性增强
C．通电导线周围存在磁场，将小磁针移走，该磁场消失
D．改变电流方向并对调磁体的N、S极，导体AB运动方向不改变
【答案】D
【知识点】电功与热量的综合计算；磁场；磁感线及其特点；电磁铁的构造和原理
【解析】【解答】A： R甲与R乙串联，串联电路中电流处处相等，根据Q=I2Rt，则在相同时间内R甲产生的热量比R乙少，故A错；
B：电磁铁的磁性与通过线圈的电流大小成正比。 图乙滑动变阻器与线圈串联， 将变阻器滑片P向右移动 ，滑动变阻器电阻增大，电路中电流减小，则 电磁铁的磁性减弱。故B错；
C：当电流通过导线时，会在周围形成磁场，这个磁场的存在是客观的，不依赖于是否有小磁针来检测它。即使将小磁针移走，磁场仍然存在。 故C错
D： 当改变电流方向时，磁场的方向也会相应改变。然而，如果对调磁体的 N、S 极，磁场的方向也会颠倒。 这种情况下 导体AB运动方向不改变 。故D对。
该题选D
【分析】 因为焦耳定律中，热量与电流的平方成正比，与电阻成正比，与时间成正比。由于电流处处相等，所以电阻越大，产生的热量就越多。电磁铁的磁性与通过线圈的电流大小成正比。增加电流会增强电磁铁的磁性。
3．（2024九上·龙文期末）如图所示，给电磁铁通电，条形磁铁及弹簧在图中位置静止，当滑动变阻器的滑片向b端滑动时，下列说法正确的是（ ）
A．电流表示数增大，弹簧伸长 B．电流表示数增大，弹簧缩短
C．电流表示数减小，弹簧伸长 D．电流表示数减小，弹簧缩短
【答案】B
【知识点】磁现象；磁感线及其特点；安培定则；电磁铁的构造和原理
【解析】【解答】由图可知，滑动变阻器和灯泡串联， 当滑动变阻器的滑片向b端滑动时电阻越来越小，总电阻也越来越小，电路中电流越来越大。图中线圈电流从下端流入，上端流出，根据右手螺旋定则，线圈上端为N极。 条形磁铁下端为N极，根据同名磁极相互排斥，条形磁铁会收到向上的排斥力。电路中电流越来越大，线圈磁性增加，故电流表示数增大，弹簧缩短。则A、C、D错误，B正确。
故该题选B
【分析】右手螺旋定则也叫安培定则，是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向之间关系的定则。具体来说，就是用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中的电流方向，那么大拇指所指的那端就是螺线管的 N 极。
4．（2023·渭滨模拟）如图甲是某校初中物理创新小组设计的“闯红灯违规模拟记录器”，当光控开关接收到某种颜色光时，开关自动闭合，且当压敏电阻受到车的压力，它的阻值变化规律如图乙所示，已知控制电路电压为6V，继电器线圈电阻10Ω，当控制电路中电流大于0.06A时，衔铁被吸合。下列说法中不正确的是（ ）
A．要记录违规闯红灯的情景，光控开关应在接收到红光时，自动闭合
B．光控开关接收到绿光时，指示灯亮，电控照相机不工作
C．质量小于400kg的车辆违规时不会被拍照记录
D．要使质量较小的车闯红灯也能被拍下，可以在控制电路中串联一个电阻
【答案】D
【知识点】电磁铁的构造和原理；电磁继电器的组成、原理和特点
【解析】【解答】A：记录违规闯红灯，光控开关在接收到指示灯红光时，自动闭合，电磁继电器通电有磁性，吸引衔铁，电控照相机工作拍照，故A正确，不符合题意；
B：光控开关接收绿光时，控制电路处于和工作电路处于断开状态，电控照相机不工作，故B正确，不符合题意；
C：由乙图可知，当质量是400kg的车辆违规时，串联电路的电流是，
这时控制电路闭合，电控照相机拍照，当质量小于400kg的车辆违规时，电流小于0.06A，控制电路断开，衔铁没有磁性，指示灯亮，电控照相机不会拍照；故C正确；
D：根据乙图可知，车辆质量越小，压敏电阻越大，再串联一个电阻，其总电阻越大，由欧姆定律可知，在电压不变时，电流远小于0.06A，衔铁不会被向下吸引，电控照相机不能工作，故D不正确；
故选答案D。
【分析】（1）根据控制电路中电磁继电器的工作原理分析判断；
（2）根据欧姆定律公式进行分析计算；
（3）根据工作电路的特点进行分析判断。
5．（2023·邻水模拟）法国科学家阿尔贝 费尔和德国科学家彼得 格林贝格尔由于发现了巨磁电阻（GMR）效应而荣获2007年度诺贝尔物理学奖。图中GMR代表巨磁电阻，在磁场中，其阻值随磁场的逐渐变强而减小。闭合开关S1、S2，下列说法中（ ）
①电磁铁左端为N极
②电磁铁外部的磁感线从右端出发回到左端
③将滑片P向b端滑动，两表示数之比保持不变
④将滑片P向a端滑动，巨磁电阻（GMR）电阻变小
A．只有①③④正确 B．只有①②③正确
C．只有①④正确 D．只有①③正确
【答案】A
【知识点】电磁铁的其他应用；电磁继电器的组成、原理和特点；通电螺线管的极性和电流方向的判断
【解析】【解答】①②、闭合开关，电流从右端流入电磁铁，根据安培定则可得，电磁铁左端为N极，电磁铁外部的磁感线从左端出发回到右端，故①正确，②错误；
③、电路中电流表与定值电阻串联，电压表与定值电阻并联，两表示数之比为定值电阻的阻值，因此将滑片P向b端滑动，两表示数之比保持不变，故③正确；
④、滑片向a端滑动，电路中电源电压不变，电阳变小，电流变大，电磁铁磁性变强，GMR的阻值变小，故④正确。 故选：A。
【分析】本题考查了电路的动态分析，涉及到电磁铁磁性强弱的影响因素、安培定则、欧姆定律等。(1)(2)闭合开关，电流从右端流入电磁铁，根据安培定则可得电磁铁左端的极性：在磁体外部，磁感线从N极发出，回到S极；
(3)电路中电流表与定值电阻串联，电压表与定值电阻并联，据此分析两表示数之比：
(4)根据欧姆定律和巨磁电阻的阻值与磁场强度的关系判定GMR电阻的变化。
6．（粤沪版物理九年级下册第16章第4节电磁继电器与自动控制）小冬利用压力传感器、电磁继电器、光敏电阻等元件，设计了一个机动车超载自动拍照电路．当有车辆通过时光控开关会自动闭合，若车辆超重时，压力开关会闭合，使摄像系统电路接通，可自动拍摄超重车辆号牌．下列有关说法正确的是（ ）
A．机动车驶过埋有压力开关的路口，摄像机就会自动拍摄
B．只要光控开关接收到车辆驶过信息，摄像机就会自动拍摄
C．当光控开关和压力开关都闭合时，摄像机才会自动拍摄
D．若将光控开关和压力开关并联，也能起到相同的作用
【答案】C
【知识点】电磁铁的其他应用
【解析】【解答】由图可知，当摄像系统的电路自动拍摄违章车辆时，工作电路工作，电磁铁有磁性，控制电路工作，光控开关和压力开关同时闭合；由于光控开关和压力开关是并联的，只有红灯亮，或只有车超过停止线，摄像头就拍摄．
所以选C．
【分析】由图可知，光控开关和压力开关串联在电路中，只有当红灯亮，并且车超过停止线时，光控开关和压力开关同时闭合，控制电路接通，电磁铁有磁性吸引衔铁，工作电路接通，摄像头拍摄．
7．（粤沪版物理九年级下册第16章第3节探究电磁铁的磁性同步检测）如图所示，闭合开关S后，只进行下列一项操作，一定能使电磁铁磁性增强的是（ ）
A．变阻器的滑片向右移动 B．变阻器的滑片向左移动
C．开关由1拨到2 D．把电源的正负极对调
【答案】B
【知识点】电磁铁的构造和原理
【解析】【解答】A.滑片P向右移动，连入电路的电阻增大，电流减小．电流减小，电磁铁的磁性减弱．不符合题意．
B滑片P向左移动，连入电路的电阻减小，电流增大．电流增大，电磁铁的磁性增强．符合题意．
C开关由1拨到2，电磁铁接入电路的线圈匝数在减少，所以电磁铁的磁性减弱．不符合题意．
D把电源的正负极对调，将电源的正负极对调，可以改变电磁铁的极性，但不能改变磁性强弱．不符合题意．
所以选B．
【分析】电磁铁磁性强弱的影响因素：电流大小.线圈匝数多少.有无铁芯．电流越大，匝数越多，有铁芯时电磁铁的磁性越强．
8．（粤沪版物理九年级下册第16章第3节探究电磁铁的磁性同步检测）如图所示，电磁铁的左下方有一铁块，在弹簧测力计作用下向右作匀速直线运动．当铁块从电磁铁的左下方运动到正下方过程中，同时滑片逐渐向上滑动，下列判断正确的是（ ）
A．维持铁块作匀速直线运动的拉力逐渐减小
B．电磁铁的磁性逐渐减弱
C．铁块对地面的压强先减小后增大
D．铁块所受摩擦力不变
【答案】A
【知识点】电磁铁的构造和原理
【解析】【解答】从图中可以分析出：当滑动变阻器的滑片向上滑动时，接入电路的阻值会变小，电路中电流变大，电磁铁磁性增强，故选项B是错误的；
电磁铁磁性增强，当铁块运动到其下方时会受到较大的吸引力，使铁块对桌面的压力减小，在接触面积不变的情况下，压强也减小，故选项C也是错误的；
铁块因被电磁铁吸收而压力减小，在接触面粗糙程度不变的情况下，摩擦力也跟着减小，故选项D是错误的；
当铁块做匀速直线运动时，拉力与摩擦力是一对平衡力，摩擦力减小，拉力就是逐渐减小，故选项A是正确的．
所以选A．
【分析】一.滑动变阻器的移动对电路中电流大小的影响，决定了电磁铁磁性的强弱；二.电磁铁对铁块的吸引会改变铁块对桌面的压力，进而改变压强和摩擦力的大小．
9．（粤沪版物理九年级下册第16章第3节探究电磁铁的磁性同步检测）如图所示，弹簧测力计挂着上端为N极的条形磁铁，磁铁下方有一通电螺线管，闭合开关，将滑动变阻器滑片向左移动，在移动过程中，弹簧测力计示数变化情况是（ ）
A．不变 B．变大 C．变小 D． 无法判断
【答案】B
【知识点】电磁铁的构造和原理
【解析】【解答】由图可知，开关闭合后，滑动变阻器的滑片向左移动时，电阻变大，电流变小，电磁铁的磁性变小，由安培定则可判断出电磁铁上端为S极，与条形磁铁同名磁极相对，相互排斥，所以选B．
【分析】（1）影响电磁铁磁性强弱的因素有：电流的大小.线圈的匝数.有无铁芯．线圈的匝数一定，电流越大磁性越强；（2）磁极间的相互作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引．
二、填空题
10．（2024九下·遂宁月考）如图，小聪给同学们表演了一个非常有趣的魔术，将装有水的玻璃杯放在木质暗盒上，杯中放入一空心铁球，如下图甲所示，小聪操作暗盒上的旋钮，就能看到铁球在水中上下运动。同学们很好奇，于是小聪进行了揭秘：玻璃杯和水总重，玻璃杯与暗盒接触面积为，铁球质量，体积，玻璃杯正下方是电磁铁。闭合开关前，铁球漂浮在水面受到的浮力是 N；闭合开关后，电磁铁的上端是 极，调节暗盒上的旋钮，减小变阻器接入阻值，电流增大，电磁铁磁性 （选填“增强”、“减弱”或“不变），小球向下运动。电磁铁中电流I与电磁铁对小球吸引力F的关系如下图乙所示（未考虑小球与电磁铁距离远近对吸引力F的影响），当电流为 A时，小球刚好浸没于水中，此时暗盒受到杯底的压强是 （，不考虑水的阻力）。
甲 乙
【答案】0.6；S；增强；0.8；2100
【知识点】压强的大小及其计算；浮力大小的计算；欧姆定律及其应用；安培定则；电磁铁的其他应用
【解析】【解答】闭合开关前，铁球漂浮，受到的浮力等于重力，F浮=G=mg=0.06kg×10N/kg=0.6N；闭合开关后，根据图像，利用安培定则，判断电磁铁的上端是S极；当减小变阻器接入阻值，电流增大，电磁铁磁性增强，小球受到磁铁的吸引力，向下运动；根据铁球的体积，计算完全浸没受到的浮力F浮'=ρ液gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×100×10-6m3=1N，此时受到电磁铁的吸引力为F吸=1N-0.6N=0.4N，根据图乙，电流为0.8A；此时暗盒受到杯底的压强是。
【分析】漂浮的物体受到的浮力等于物体的重力，利用F浮=G=mg计算浮力；根据安培定则，判断电磁铁的磁极位置；电流越大， 电磁铁磁性越强；根据F浮'=ρ液gV排，计算浮力大小；利用，计算压强。
11．（2024九上·南海期末）如图所示，闭合开关S，当滑片P向a端移动时，电磁铁的磁性 （选填“增强”或“减弱”），条形磁体对水平地面的压强 （选填“增大”或“减小”）。R0的作用是 。
【答案】增强；增大；保护电源，防止短路
【知识点】影响电磁铁磁性强弱的因素及其探究
【解析】【解答】 第1空，闭合开关S，当滑片P向a端移动时滑动变阻器的阻值减小，则电路中电流增大，所以电磁铁的磁性 增强，故该空填“增强”；
第2空、根据安培定则，电流从电磁铁上端流入，则电磁铁下端为N极，电磁铁的磁性增强。则对 条形磁体的排斥力增大，条形磁体对水平地面 压力增大，接触面积不变，故 条形磁体对水平地面的压强 增大，该空填“增大”；
第3空、若没有R0当滑动变阻器滑片滑到a端时，电路中没有电阻，会造成短路，损坏电源。故 R0的作用是 “ 保护电源，防止短路 ”。
【分析】先判断电磁铁的极性：根据安培定则，用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中的电流方向，则大拇指所指的那端就是螺线管的北极。再判断电磁铁磁性的强弱变化：电磁铁的磁性强弱与电流大小和线圈匝数有关，电流越大，磁性越强；线圈匝数越多，磁性越强。
然后分析电磁铁对条形磁体的作用力变化：根据磁极间的相互作用规律，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。当电磁铁的磁性增强时，它对条形磁体的排斥力也会增大，从而导致条形磁体对水平地面的压力增大，接触面积不变，所以压强也会增大。
最后考虑电阻 R0 的作用：它可以分担一部分电压，从而保护电源和电磁铁。当滑动变阻器滑片滑到 a 端时，电路中没有电阻，会造成短路，损坏电源。所以 R0 的作用是防止短路，保护电源。
三、实验探究题
12．（2023·寻乌）电动平衡车，又称体感车，是一种时尚代步工具，它利用车体内部的陀螺仪和加速度传感器，来检测车体姿态的变化，并利用伺服控制系统，精确地驱动左右两个电动机进行相应的调整，以保持系统的平衡。电动平衡车采用站立式驾驶方式，通过身体重心和操控杆来控制车体运行，采用锂电池组作为动力来源驱动左右两个电动机行驶。下表为某品牌电动平衡车的部分技术参数。
锂电池能量密度 0.25kW h/kg 自重 12kg
锂电池的总质量 2kg 最大载重 90kg
每个电动机的最大输出功率 350W 舒适速度 可达18km/h
电动机的能量转化效率 75% 陡坡 15°
如图甲所示，科技兴趣小组为平衡车设计的转向指示灯电路。电路中电源电压恒为6V，指示灯L1、L2的规格均为“6V 6W”，R0为定值电阻，电磁铁线圈及衔铁的阻值忽略不计，不考虑指示灯电阻随温度的变化，当单刀双掷开关S与“1”接通后，左转指示灯L1会亮暗交替闪烁。在上述过程中，左转指示灯L1两端实际电压UL随时间变化规律如图乙所示。
（1）当单刀双掷开关S与“2”接通时，电磁铁中有电流通过，右转指示灯L2发光 （填“较亮”或“较暗”）。接着，衔铁被吸下，触点A与B接通，电磁铁和电阻R0被短路，右转指示灯L2发光 （填“较亮”或“较暗”）。此时，由于电磁铁中没有电流通过，衔铁被弹簧拉上去，触点A与B分离，电磁铁中又有电流通过，随后电磁铁又将衔铁吸下，如此循环，右转指示灯L2会亮暗交替闪烁。
（2）单刀双掷开关S与“1”接通，触点A与B分离时，电磁铁上端是 极。
（3）电动平衡车的锂电池在满电的情况下能储存的电能 。
（4）若小明体重是88kg，当他驾驶电动平衡车时车对地面的压力为 N，他驾驶电动平衡车在水平路面上以18km/h的速度匀速行驶时，受到的阻力是人与车总重的0.1倍，当耗能为锂电池总储存能量的50%时，则每个电动机的平均输出功率为 W，平衡车行驶的路程是 km。（g取10N/kg，锂电池的总储存能量=锂电池的能量密度×锂电池的总质量）
【答案】（1）较暗；较亮
（2）N
（3）0.5kW·h
（4）1000N；250W；6.75km
【知识点】电功率与电能、时间的关系；额定功率；电磁铁的构造和原理
【解析】【解答】（1） 第1空、当单刀双掷开关S与“2”接通时，电磁铁中有电流通过，R0、电磁铁与L2串联，电路中电源电压恒为6V ， 右转指示灯L2 未达额定电压，所以发光“较暗”，故该空填“较暗”；
第2空、衔铁被吸下，触点A与B 接通，电磁铁和电阻R0被短路指示灯L2 达额定电压，所以发光“较亮”，故该空填“较亮”；
（2）单刀双掷开关S与“1”接通，触点A与B分离时，图甲中电流从R0朝电磁铁方向流，根据安培定则可知，电磁铁上端是N极，故该空填“N”；
（3）电动平衡车的锂电池在满电的情况下能储存的电能 ，根据 （锂电池的总储存能量=锂电池的能量密度×锂电池的总质量）锂电池能量密度0.25kW·h/kg ， 锂电池的总质量2kg ，二者相乘即可得出电动平衡车的锂电池在满电的情况下能储存的电能为0.5kW·h 。故该空填“ 0.5kW·h ”；
（4）第1空、 若小明体重是88kg，当他驾驶电动平衡车时车对地面的压力 ，根据二力平衡，压力=重力=平衡车重力+小明=1000N，故该空填“1000”；
第2空、 精确地驱动左右两个电动机进行相应的调整，以保持系统的平衡。他驾驶电动平衡车在水平路面上以18km/h的速度匀速行驶时，受到的阻力是人与车总重的0.1倍。阻力=100N，V=18km/h=5m/s，电动机2个，根据P=FV=100N×5m/s=500W，电动机2个，则每个电动机的平均输出功率为 500W/2=250W，故该空填“250”；
第3空、当耗能为锂电池总储存能量的50%时，即耗电0.5kW·h×50%=0.25kW·h ，电动机的能量转化效率75% ，即用来做过的能量W=0.25kW·h×75%=0.1875kW·h=6.75×105J ，F=100N，由W=Fs，得s=6.75km。故该空填“6.75”。
【分析】（1）判断电路连接方式，看指示灯L2 是否达到额定电压；
（2）根据电流方向和安培定则；
（3）新概念，题目有公式提示；
（4）根据二力平衡算出压力，阻力是人车总重的0.1倍算出阻力，根据P=FV即可算出总功率，题目说了两个电机，根据有用功为W=Fs计算路程。
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