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专训：电磁计算
第十六章 电磁铁与自动控制
电磁继电器类计算题是中考的热门题型，利用公
式法解答电磁继电器类计算题常用的公式有：欧姆定
律I＝U/R、电功率P＝UI(或P＝W/t)、电热Q＝I2Rt；
计算时必须考虑保护电阻的阻值。
试题常常利用图表提供热敏电阻、压敏电阻、光
敏电阻的信息，解题时应注意根据题中提示，恰当利
用图表中的数据。
1
训练角度
温度自动控制
【中考·北海】如图甲是电加热恒温箱的原理图，由控制电路和加热电路组成(部分电路尚未连接完整)。其中控制电路由U1＝6 V的电源、电磁继电器(线圈电阻忽略不计)、热敏电阻R1和滑动变阻器R2串联而成。加热电路由U2＝220 V的电源和R0＝48.4 Ω的电热丝组成。R1和R0置于恒温箱内。图乙是热敏电阻R1的阻值随温度变化的关系图。当控制电路的电流达到0.05 A时，衔铁被吸下来，触点处断开，加热电路停止工作；当控制电路中的电流小于0.05 A时，衔铁弹回，触点处接通，加热电路正常工作，从而使恒温箱内的温度达到理想的恒温效果。根据上述信息回答下列问题：
例1
(1)请在电路图中画线将加热电路与电磁继电器正确地连接好；当热敏电阻的温度升高时，电磁铁的磁性________(填“增强”“减弱”或“不变”)。
(2)电热丝正常工作100 s产生的热量是多少？
(3)若设定恒温箱的恒温温度为60 ℃，则滑动变阻器接入的电阻为多少？若滑动变阻器的最大阻值为80 Ω，求恒温箱可设定的最高恒温温度。
增强
点拨：(2)电热丝正常工作100 s产生的热量
Q＝U22t/R0＝(220 V)2×100 s/(48.4 Ω)＝1×105 J。
(3)由图乙可知，当温度为60 ℃时，R1＝70 Ω，控制电路的总电阻R总＝U1/I＝6 V/(0.05 A)＝120 Ω，R2＝R总－R1＝120 Ω－70 Ω＝50 Ω；
设滑动变阻器接入电路的电阻为80 Ω时热敏电阻的阻值为R1′，R1′＝R总－R2′＝120 Ω－80 Ω＝40 Ω，由图乙可知，当R1′＝40 Ω时，温度为90 ℃，则恒温箱可设定的最高恒温温度为90 ℃。
2
训练角度
压力自动控制
【中考·宜昌】随着城市建筑越来越高，楼内都安装了电梯，方便居民出入。某楼的电梯的相关参数如下表，为了安全，电梯都设置了超载自动报警系统，其工作原理如图所示：
例2
功率 25 kW
最大载客量 10人
(1)由图可知，当电梯所载人数增多时，压敏电阻R2所受的压力增大，阻值减小，则控制电路的电流增大，从而使电磁铁的磁性________(填“增强”或“减弱”)，当电梯超载时，触点K与触点________(填“A”或“B”)接触，电铃发出报警铃声。
(2)电梯在使用过程中，若控制电路中的R1被短路，则该超载自动报警系统会出现什么异常？
答：_______________________________________。
增强
B
没有达到最大载客量就会报警
(3)某开发商称：此电梯是快速电梯，它能在10 s内将10个成年人从1层匀速升高到14层，若每个人的体重约为600 N，每层楼高3 m，电梯上升时需要克服摩擦及系统自重共计2 000 N，请你通过计算说明开发商的话是否可信？
解：解法一：实际需克服摩擦及系统自重和人重所做的功W＝Gh＝(2 000 N＋600 N×10)×3 m×(14－1)＝3.12×105 J，
电梯实际所需功率P＝ ＝31.2 kW
＞25 kW，故开发商的话不可信。
解法二：实际需克服摩擦及系统自重和人重所做的功W＝Gh＝(2 000 N＋600 N×10)×3 m×(14－1)＝3.12×105 J，
实际需要运行时间t＝ ≈12.5 s＞10 s，
故开发商的话不可信。
解法三：实际需克服摩擦及系统自重和人重所做的功W＝Gh＝(2 000 N＋600 N×10)×3 m×(14－1)＝3.12×105 J，
电梯能做的功W梯＝Pt＝25 kW×10 s＝2.5×105 J＜3.12×105 J，故开发商的话不可信。
【中考·永州】为了比赛的公平公正，小芸为学校短跑比赛设计了一款防抢跑装置，该装置安装在起跑线前，如图甲所示。丙图是其工作原理图：起跑发令枪发令前，开关S1、S2、S3都闭合，K与A端相连，绿灯亮；发令枪扳机和开关S2相连动，扣动扳机，枪响同时开关S2断开；当电流表示数小于或等于30 mA时，在弹簧弹力作用下，K与A端相连，绿灯亮，无人抢跑；当电流表示数大于30 mA时，衔铁被吸下，K与B端相连，红灯亮同时铃声响，有人抢跑。已知两电路电源电压均为6 V，保持不变，
1.
【同类变式】
压力传感器R的阻值随所受压力变化的图象如图乙所示，压板重力不计，电磁铁线圈电阻不计。则：
(1)起跑发令枪发令前，开关S1、S2、S3都闭合，压力传感器R压板上无人(压力F＝0 N)时，左端电路消耗的电功率为多少？
(2)比赛时，起跑发令枪发令前，抢跑同学踩在压板上的压力F为900 N时，左端电路电流表读数为多少？
(3)比赛时，枪声响起后，若某同学踩在压板上的力为1 500 N时，要使得红灯不亮，电阻R0至少为多大？
解：(1)当开关S1、S2都闭合，压力传感器R压板上无人时，由图象知，压力传感器的电阻R＝300 Ω，左端电路消耗的电功率
(2)当有人抢跑时，对传感器的压力为900 N，由图象知，此时压力传感器的电阻R′＝100 Ω，左端电路电流表读数
(3)由题意知，红灯不亮时的电路最大电流I最大＝30 mA＝0.03 A，
此时电路最小电阻R总＝ ＝200 Ω，
此图象知，当传感器受到的压力是1 500 N时，此时的电阻R″＝50 Ω，
保护电阻的最小阻值R0＝R总－R″＝200 Ω－50 Ω＝150 Ω。
3
训练角度
磁自动控制
【中考·汕尾】物理学中常用磁感线来形象地描述磁场，用磁感应强度(用字母B表示)来描述磁场的强弱，它的国际单位是特斯拉(符号是T)，磁感应强度B越大表明磁场越强；B＝0表明没有磁场。有一种电阻，它的大小随磁场强弱的变化而变化，这种电阻叫做磁敏电阻。如图所示是某磁敏电阻R的阻值随磁感应强度B变化的图像。为了研究某磁敏电阻R的性质，设计了如图所示的电路进行实验，请解答下列问题：
例3
训练角度
(1)当S1断开、S2闭合时，电压表的示数为3 V，则此时电流表的示数为________A；
(2)只闭合S1，通电螺线管的左端为________极；闭合S1和S2，移动两个滑动变阻器的滑片，当电流表示数为0.04 A时，电压表的示数为6 V，由图像可得，此时该磁敏电阻所在位置的磁感应强度为______T；
0.03
S
0.3
训练角度
(3)实验中将图甲中电路电源的正、负极对调，发现图乙电路中电压表和电流表的示数均不变，这表明：该磁敏电阻的阻值与磁场的________无关；
(4)实验中通过改变滑动变阻器连入电路的阻值来改变磁敏电阻所在位置的磁感应强度，从而改变电流表的示数。若让滑动变阻器R1的滑片P向右移动，此时电流表的示数将________(填“变大”“变小”或“不变”)。请你再提供一种改变磁感应强度的方法：_______________________________________。
改变通电螺线管上线圈的匝数
方向
变大
点拨： (1)当S1断开时，甲图中磁感应强度为零，由图像知乙图中磁敏电阻阻值R＝100 Ω，此时电路中电流I＝U/R＝3 V/(100 Ω)＝0.03 A；
(2)只闭合S1，由右手螺旋定则可知，通电螺线管左端为S极；闭合S1和S2，当电流表示数为0.04 A，电压表的示数为6 V时，磁敏电阻的阻值R′＝U′/I′＝6 V
/(0.04 A)＝150 Ω，由图像知150 Ω阻值对应的磁感应强度为0.3 T；
(3)将图甲中电源的正、负极对调，磁场方向就会对调，但图乙电路中电压表和电流表示数均不变，这表明该磁敏电阻的阻值与磁场的方向无关；
(4)滑动变阻器的滑片向右移动时，接入电路的电阻变大，磁感应强度就会变小，由图像知磁敏电阻阻值变小，则电流表的示数将变大；通过改变通电螺线管上线圈的匝数或改变甲图电源电压都可以改变磁感应强度。
(共15张PPT)
专训1：电磁作图
第十六章 电磁铁与自动控制
电磁作图常考知识有：利用磁极间的相互作用规律判
断磁体的磁极，根据磁感线的分布规律判断磁体的磁
极或根据磁体的磁极标磁感线方向，利用安培定则判
断通电螺线管的磁极或电流方向或电源正、负极，连
接电磁继电器电路。
电磁作图时的“四向同一”：磁场中某点的磁场方向、
磁感线方向、小磁针N极指向、小磁针N极受力方向
是同一个方向。
1
训练角度
磁体、磁场
【中考·淮安】小磁针静止在磁体旁，如图所示，标出小磁针的N极。
例1
解：如图所示。
【中考·扬州】如图所示，标出磁感线方向和条形磁体的N极。
1.
【同类变式】
解：如图所示。
【中考·广安】请在图上标出磁感线的方向和小磁针的N、S极。
2.
解：如图所示。
【中考·南京】在图中标出磁感线的方向和小磁针的N极。
3.
解：如图所示。
2
训练角度
电流的磁场
【中考·福州】请根据图中电流方向，标出通电螺线管的N、S极。
例2
解：如图所示。
【中考·青海】根据图中小磁针的指向，标出通电螺线管的N极和电源的正极。
1.
【同类变式】
解：如图所示。
【中考·南京】如图所示，闭合开关，小磁针静止在通电螺线管正下方，在图中实线上用箭头标出磁感线方向并标出电源的正极。
2.
解：如图所示。
【中考·咸宁】根据图中通电螺线管所标注的S极，请标出图中给定磁感线的方向和小磁针的N极，并在括号内标出电源的正、负极。
3.
解：如图所示。
【中考·凉山】如图所示，根据图中信息，标出通电螺线管的N极和电源的正极。
4.
解：如图所示。
【中考·乐山】小明自制了一个带有电磁铁的木船模型，将它放入水中漂浮，闭合开关后，船头会指向北方偏转。请在图上标出螺线管的南北极和电源的正、负极。
5.
解：如图所示。
【中考·广安】请画出图中螺线管的绕法。
6.
解：如图所示。
【中考·广州】如图甲，通电线圈的B端与磁铁N极相吸，则A端是________(填“N”或“S”)极。请在图乙中以线代替导线，连接线圈与电池，让线圈的B端与磁铁N极相斥。
7.
N
解：如图所示。
(共19张PPT)
专训2：电磁探究
第十六章 电磁铁与自动控制
探究磁场的变化规律、电磁铁磁性强弱的影响因
素的实验中，都用到了控制变量法和转换法。实验过
程中，根据小磁针的指向来判断磁场分布规律、根据
被吸引大头针的数目来判断磁场的强弱是转换法的运
用，每次实验只改变一个变量是控制变量法的要求。
1
训练角度
磁场强弱的影响因素
【中考·江西】 【探究名称】探究水对磁的影响：
【提出问题】声波可以穿过空气，也可以穿过水，并且声波在水中要比在空气中传播得快。那么磁呢？水对磁有影响吗？
【进行猜想】宪宪认为水对磁没
有影响。
【设计并进行实验】宪宪设计了
如图所示的实验：
例1
(1)在烧杯底放一枚小铁钉，放松绳子把绑着的磁铁缓慢下放，让磁铁逐渐靠近小铁钉，在小铁钉刚能被吸起的瞬间停止下放，且在绳子末端所对应的支架处用小胶带做好标记(图中A点)。
(2)拉动绳子提起磁铁，把小铁钉从磁铁上取下，准确地放回杯底原位置。
(3)往杯内倒入适量水后，缓慢下放磁铁浸入水中，当__________________时停止下放。
小铁钉刚能被吸起
(4)如果这两次绳子末端所到达的位置不变，则说明
________________________。
【交流与评估】本次探究活动中应用了控制变量法，其中控制不变的因素主要有：
①______________________________；
②______________________________；
③______________________________。
水对磁没有影响
小铁钉的位置
同一磁铁
同一小铁钉
2
训练角度
奥斯特实验
【中考·衢州】“大胆猜想与小心求证”是科学研究的基本要求。如图是课堂上老师的演示实验。在静止指向南北方向的小磁针上方平行地放一根直导线。闭合开关，原来静止的小磁针转动了。某同学看了实验后想到：小磁针转动肯定是因为受到力的作用。这个力是谁施加的呢？他认为有这几种可能：可能是风吹；可能是小磁针旁磁铁的吸引；可能是铁质物体接近小磁针；还可能是直导线中有电流通过时产生了磁场。
例2
(1)该同学得出“小磁针转动肯定是
因为受到力的作用”的结论，其
依据是____________________________。
(2)铁质物体接近小磁针，小磁针会转动，这是因为________________________。
(3)为了验证是“直导线中通过的电流产生的磁场使小磁针转动”这一事实，最简单的实验操作是____________________________________________。
(4)老师在其他实验条件不变的情况下，把小磁针从直导线下方移到了直导线上方，闭合开关后，小磁针将________________。
力是改变物体运动状态的原因
物体间力的作用是相互的
给直导线断电，看小磁针是否会回到原来的指向
反向偏转
【点拨】
(1)力是改变物体运动状态的原因，原来静止的小磁针在导
线中通电后发生转动，表明小磁针受到力的作用。
(2)磁体能吸引铁质物体，当铁质物体靠近小磁针时，小磁
针能吸引该物体，由于物体间力的作用是相互的，铁质
物体对小磁针也有吸引力。因此，小磁针会转动。
(3)验证“直导线中通过的电流产生的磁场使小磁针转动”
这一事实的最简单的操作是对通电直导线断电，通过观
察小磁针是否会回到原来的指向来进行验证。
(4)通电直导线上方磁场的方向与下方磁场的方向相反，在
其他实验条件不变的情况下，将小磁针移至导线的上方，
小磁针的转动方向将发生改变。
【同类变式】
【中考·浙江】在学习了电和磁的知识后，小杰在家里饶有兴趣地做起了小实验。他找了一枚缝衣针。在“吸铁石”上擦了几下，然后用一根细软的棉线将缝衣针悬挂起来并保持水平，结果发现静止后针尖总是指向南方，这说明缝衣针已经被磁化成了一枚小磁针。
为验证奥斯特实验，小杰把通电的台灯(60 W)导线移到缝衣针的下方，并靠近缝衣针平行放置。结果发现缝衣针并未发生偏转。带着疑问，小杰在科学课堂上与大家展开讨论。结果出现了两种不同观点。这时，老师让小杰用两节干电池(3 V)和一段电阻丝(15 Ω)重新做这个实验。结果缝衣针发生了偏转。
1.
(1)磁化后，这枚缝衣针的针尖是________(填“S”或“N”)极。
(2)在课堂实验中，电阻丝中通过的电流大小为_____A。
(3)下面是同学们在课堂讨论中形成的两种观点，通过小杰的课堂实验可以否定的是( )
A．台灯线内有两根导线，且电流方向相反，产生的磁性相互抵消
B．台灯线内电流太小，产生的磁场太弱，不足以让小磁针偏转
S
0.2
B
训练角度
电流的磁场
【中考·扬州】通电螺线管外部的磁场与条形磁体周围磁场相似，其磁极可以用安培定则判定。
(1)图甲中螺线管的A端是_____极。
例3
3
甲 乙 丙
N
(2)螺线管实际上就是由多个单匝圆形线圈组成，通电螺线管的磁场也可以看成由每一个单匝圆形通电线圈的磁场组合而成，因此应用安培定则也可以判断单匝圆形通电线圈的磁极。现一单匝圆形通电线圈中的电流方向如图乙所示，则其B端是_____极。
(3)地球周围存在磁场，有学者认为，地磁场是由于地球带电自转形成圆形电流引起的。如图丙所示，地球自转的方向自西向东，则形成圆形电流的方向与地球自转的方向________(填“相同”或“相反”)，物理学规定正电荷定向移动的方向为电流方向，那么地球带________(填“正”或“负”)电。
N
相反
负
【点拨】
(1)根据安培定则，用右手握住螺线管，四指弯向电流
的方向，拇指指向螺线管的A端，所以A端为N极；
(2)根据安培定则，用右手握住单匝线圈，四指弯向电
流的方向，拇指指向单匝线圈的B端，所以B端为N极；
(3)由于地磁北极在地理南极附近，根据安培定则，拇指
指向N极，四指的方向为电流的方向，所以电流自东
向西，与地球自转的方向相反；物理学规定正电荷定
向移动的方向为电流方向，所以地球带负电。
【同类变式】
【中考·济南】学习了奥斯特实验后，小军和小民认为：通电的螺线管周围也存在磁场。可是，通电螺线管周围的磁场是什么样的呢？为此，他们找来器材并连成了如图甲所示的
实验电路，运用研究磁场
的方法来探究通电螺线管
外部的磁场。
1.
(1)小军使用小磁针来进行探究。他先在木板上螺线管一端标有黑点的九个位置(图甲)各放置了一个小磁针。通电后发现这九个小磁针的指向如图乙所示，改变电流的方向后，重新实验发现这九个小磁针的指向如图丙所示。
根据小军的实验，可以得出的结论是：
A．通电螺线管外部，中心轴线上各点的磁场方向是相同的；除中心轴线外，通电螺线管外部其他各点的磁场方向是________的；
B．通电螺线管外部各点的磁场方向还与________方向有关。
不同
电流
(2)小民的实验方法是：先在一张白纸中间按照螺线管的大小挖一个孔，然后把孔对准螺线管，将白纸铺在木板上，再把细铁屑均匀地撒在白纸上。通电后轻轻敲击木板，发现细铁屑的排列情况如图丁所示；改变电流的方向后，重新实验发现细铁屑的排列情况基本没有变化。根据小民的实验现象，可以得出结论：
通电螺线管外部的磁场与我们学过的________磁体外部的磁场相似。
条形
【中考·嘉兴】如图所示，是某学习小组同学设计的研究“影响通电螺线管磁性强弱的因素”的实验电路图。
(1)增大通电螺线管中的电流，滑动变阻器的滑片应向________(填“左”或“右”)移动。
2.
左
(2)下表是该组同学所做实验的记录：
同学们发现无铁芯组实验中没有吸引起大头针，那么通电螺线管到底有没有磁性呢？他们通过其他方法验证了这几次都是有磁性的。他们采用的方法可能是______________________。(写出一种即可)
将大头针换成细铁屑
通电螺线管中有无铁芯 无铁芯 有铁芯
线圈匝数 50匝 50匝
实验次数 1 2 3 4 5 6
电流/A 0.8 1.2 1.5 0.8 1.2 1.5
吸引大头针的
最多数目/枚 0 0 0 3 5 8
(3)在与同学们交流讨论时，另一组的同学提出一个新问题：“当线圈中的电流和匝数一定时，通电螺线管的磁性强弱是否还与线圈内的铁芯大小(粗细)有关？”现有大小不同的两根铁芯，请根据你的猜想并利用本题电路，写出你验证猜想的简要操作方案：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
按题中电路图接好电路，调节滑动变阻器的滑片于一定的位置，首先放入大的铁芯，观察吸引大头针的数目，记录数据；再换成小的铁芯，观察吸引大头针的数目，记录数据，两者进行比较
