1.3 电磁铁的应用 知识点与考点题目分析

浙教版八下1.3节电磁铁的应用知识点与考点题目分析
知识梳理
电磁铁的应用：电铃、电磁选矿机、电磁起重机、电磁继电器、磁悬浮列车、电话、磁卡等。
电磁继电器是由
电磁铁
控制的自动开关。使用它的最大优点是可以用
低
电压来控制
高
电压，
弱
电流来控制
强
电流。电磁继电器主要由
电磁铁
、
衔铁
、
弹簧
、
触电
组成
磁悬浮列车是通过
同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引
的原理制造的。
磁记录
是信息记录的重要方式之一。硬盘主要是由
磁记录盘片
、
读写磁头
等组成，读写磁头实际上就是一块
电磁铁
，在硬盘上存入数据时，首先将需要记录的信息转变为
电信号
，电流通过读写磁头转变为
记录磁场
，然后用这个磁场使盘片上磁性颗粒按照它的方向排列，信息就记录在盘片中了。
5、电话装置的工作原理是话筒利用电阻的变化引起电流的变化，听筒是利用电流的变化引起磁场的变化。即话筒把声音信号转换为电流信号，听筒（由电磁铁和薄金属片等组成）再把电流信号转化成声音信号。
考点分类
考点一、电磁继电器的应用
1．[2018·潍坊改编]如图是某同学设计的汽车启动电路。旋转钥匙接通a、b间电路，电动机M启动。下列说法正确的是(　C　)
A．F端为螺线管的N极
B．R的滑片左移时螺线管磁性减弱
C．电动机启动说明螺线管产生磁性
D．螺线管两端电压大于电动机两端电压
【解析】根据安培定则可知，F端为螺线管的S极；R的滑片左移时，接入电路的电阻减小，电流变大，螺线管磁性增强；衔铁向下移动，使电动机启动，说明螺线管产生了磁性；螺线管的电路中电源只有一节干电池，电动机的电源是两节干电池，故螺线管两端电压小于电动机两端电压。
2．(2019·绍兴)如图是小敏设计的汽车尾气中CO排放量的检测电路。当CO浓度高于某一设定值时，电铃发声报警。图中气敏电阻R1阻值随CO浓度的增大而减小。下列说法正确的是(　C　)
A．电铃应接在A和C之间
B．当CO浓度升高，电磁铁磁性减弱
C．用久后，电源电压U1会减小，报警时CO最小浓度比设定值高
D．为使该检测电路在CO浓度更低时报警，可将R2控制电路的滑片向下移
3．[2018·杭州江干区三模]有一种电加热恒温箱，工作原理如图甲所示，控制电路由电压U1＝9V的电源、电磁继电器(线圈电阻不计)、滑动变阻器R2和热敏电阻R1组成，图乙是热敏电阻R1阻值随温度变化的图像；工作电路由电压U2＝220V的电源和电阻R0＝44Ω的电热丝组成。通过实验测得当电磁继电器线圈的电流达到60mA时，电磁继电器的衔铁被吸下来停止加热，实现温控。求：
(1)请用笔画线代替导线，按照题意将图中的工作电路连接完整。
(2)当滑动变阻器R2接入电路中的电阻为50Ω时，可使恒温箱的温度保持为多少摄氏度？
【答案】(1)如答图所示。
(2)当电磁继电器线圈的电流达到60mA时，设此时热敏电阻的阻值为Rx，则：Rx＝－R2＝－50Ω＝100Ω，由图乙可知，热敏电阻为100Ω时对应的温度为50℃，即恒温箱的温度将稳定在50℃。
4．(2018·绍兴、义乌)人们对自我保健越来越关注。图甲为某品牌足浴盆及相关参数。其内部电路可分为工作电路和控制电路两部分(如图乙所示)。闭合总开关S，当足浴盆有水注入到一定量时压控开关S1、S2就会自动闭合，此时R1、R2会同时工作，加热至40℃时，控制电路中的电磁铁会将衔块吸合，自动进入保温模式。
(1)图乙的工作电路中，处于保温状态时，工作的电阻是________，压控开关S1的作用是防止___________，达到保护电路的目的。
(2)控制电路中电磁铁线圈的电阻为100欧，为电磁铁供电的电池电压为6伏，Rx为热敏电阻，阻值随温度变化关系可由图丙中的某条曲线表示。当线圈中的电流大于或等于20毫安时，控制电路中继电器的衔铁被吸合，则Rx阻值随温度变化的曲线为图丙中的________。
(3)求R2的阻值。
(4)在一次使用过程中，加热时间为5分钟，保温时间为20分钟，则整个过程中消耗了多少电能？
【答案】(1)R1　足浴盆中没水时电路处于工作状态
(2)D
(3)P2＝P加热－P保温＝2100W－100W＝2000W　R2＝＝＝24.2Ω
(4)W加热＝P加热×t加热＝2100W×5×60s＝6.3×105J　W保温＝P保温×t保温＝100W×20×60s＝1.2×105J
W总＝W加热＋W保温＝6.3×105J＋1.2×105J＝7.5×105J
[2018·宁波]为响应宁波市政府提出的“创建海绵型城市”的号召，小科设计了如图所示的市政自动排水装置模型，控制电路由电压为12V、最大容量为100Ah的蓄电池供电，蓄电池用“发电玻璃”制成的太阳能电板充电。R0为定值电阻，R为压敏电阻，压敏电阻通过杠杆ABO与圆柱形浮体相连，AB∶BO＝4∶1，压敏电阻的阻值随压力变化的关系如下表。(压板、杠杆和硬质连杆的质量及电磁铁线圈电阻忽略不计，所用绿灯、红灯及排水泵的额定电压均为220V)
(1)当水位在安全位置以下时绿灯亮，排水泵不工作；当水位达到安全位置上限时红灯亮，同时排水泵正常工作。请按要求完成图中工作电路的连接。
(2)“发电玻璃”光电转化率接近18%。要求在5h内对控制电路的蓄电池充满电，则选用的“发电玻璃”面积至少为__1.3____m2。(太阳能辐射到每平方米地面上的平均功率按1000W计算，计算结果精确到0.1m2)
(3)按照设计要求，当水位上升到浮体刚好全部浸入水中时，压敏电阻受到的压力为360N，通过电磁铁线圈的电流为100mA，排水泵启动；当水位回落到浮体只有体积浸入水中时，杠杆ABO仍处于水平位置，线圈中电流为30mA，排水泵停止工作，则小科应选择重力为多大的浮体？
【答案】(1)如答图所示。
(3)当浮体刚好全部浸入水中时，压敏电阻受到的压力FB为360N，查表可知R＝80Ω，
R总＝＝＝120Ω，R0＝R总－R＝120Ω－80Ω＝40Ω，
根据杠杆平衡条件有：FALOA＝FBLOB，FA＝＝360N×＝72N，
F浮
＝G＋FA′，即F浮＝G＋72N…①；
当浮体只有体积浸入水中时，F浮′＝F浮，R总′＝＝＝400Ω，
R′＝
R总′－R0＝400Ω－40Ω＝360Ω，查表可知，FB′＝120N，
根据杠杆平衡条件有：FA′LOA
＝FB′LOB，FA′＝＝120N×＝24N，
F浮′＝G＋FA′′，即F浮＝G＋24N…②，由①、②得出：F浮
＝80N，G＝8N。所以小科应选择的浮体重力为8N。
【解析】(1)当水位在安全位置以下时，浮体受到的浮力较小，作用在硬质连杆向上的力较小，杠杆上A点受到向上的力较小，则B点受到压板向下的力较小，根据相互作用力的特点，压敏电阻受到的压力较小，由表格可知控制电路电阻较大，电流较小，电磁继电器不能将衔铁吸下，此时绿灯亮。由于红灯和排水泵的额定电压均为220V，因此两者并联，当衔铁被吸下时，两者同时工作。(2)1000W×S×18%×5h＝12V×100Ah，解得S≈1.3m2。
考点二、探究电磁铁磁场强弱的影响因素实验
1．进一步探究：科学家安培发现，两根平行导线通电后有如图中甲所示的现象(图中实线、虚线分别表示通电前、后的情况)。
(1)可见，平行通电导线之间有力的作用。而且，当通入的电流方向相同时，导线相互
吸引
。
(2)平行通电导线之间相互作用力的大小可以用安培定律F＝来描述。其中，I1、I2分别为两根导线中通入的电流，l为导线的长度，r为导线之间的距离，k为比例系数。某次实验数据如下：
请将表格填写完整。比例系数k＝
2×10－7
N/A2。对于位置固定、长度一定的两根平行导线，如果保持F大小不变，两根导线中的电流大小关系可以用如图乙所示的图像中的图线
b
来表示。
2．为验证奥斯特实验，小明从实验室借了一枚小磁针。
(1)回家后，他把小磁针放在桌上，发现小磁针静止时总是指向南北方向，这是因为
小磁针受到地磁场的作用
，小磁针指南的一端是
S极
(选填“S”或“N”)。
(2)接着他把通电的台灯(220
V　60
W)上的导线移到小磁针的正上方，沿南北方向靠近小磁针放置(如图甲所示)，结果发现小磁针并未发生偏转。
带着疑问，小明与同学讨论小磁针不偏转的原因，共有两种猜想。
猜想一：可能是台灯有两根导线，其中的电流方向相反，产生的磁场相互抵消。
猜想二：可能是台灯导线中的电流小，产生的磁场太弱，不足以使小磁针偏转。
接着，它们又设计了如下实验进行探究，如图乙所示，用两节干电池(3
V)和一段电阻丝(12
Ω)串联，闭合开关后发现小磁针发生了偏转。
①电阻丝中的电流
小于
(选填“大于”“等于”或“小于”)台灯中的电流，据此可以断定猜想
二
是错误的。
②该实验中用小磁针的偏转来说明通电导线周围存在磁场，这是采用了哪种物理思想方法？
转换法。
③为了能够做出与①中同样的判断，除了用图乙的探究方法外，我们还可以采用怎样的实验方法？请简述你的做法。
把台灯换成电功率大的电炉进行实验，观察小磁针是否发生偏转。
3．电磁感应现象是指：“闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生感应电流。”小明和芳芳根据课本中的描述做了进一步的探究。请回答：
(1)小明同学提出了“感应电流的大小可能与导体做切割磁感线运动的速度有关”的猜想。实验的主要步骤(已作简化)如下：
连接电路，使导体慢速和快速做切割磁感线运动，观察电流大小。
实验结果：快速切割时电流表读数大，慢速切割时电流表读数小。
实验结论：
感应电流的大小与导体做切割磁感线运动的速度有关
。
(2)芳芳同学思考：线圈的一边在磁场中做切割磁感线运动与单根导线在磁场中做切割磁感线运动，产生的感应电流的大小可能不一样。于是她做了如下实验来验证：
a．先用大约25圈的漆包线圈的一条边框较快地做切割磁感线运动；
b．然后用单根导线以相同的速度做切割磁感线运动。
你认为两次灵敏电流计指针的偏转程度(
A
)
A.
a较大　
B.
b较大
C.
一样大　
D.
无法确定
(3)实验过程中小明与芳芳又用线圈和条形磁铁来做实验(如图所示)，发现灵敏电流针指针发生偏转。你认为在此实验中产生的感应电流的大小跟什么因素有关？请你总结一下：
①
磁性强弱
；
②
线圈匝数
。
(4)请用学过的知识分析：当把条形磁铁往上拔出时，灵敏电流针的指针(
C
)
A.
不会偏转
B.
偏转且方向与插入时相同
C.
偏转且方向与插入时相反
【解析】影响感应电流大小的因素有：①导体切割磁感线的速度；②切割磁感线的线圈匝数；③磁场的强弱；④导体切割磁感线的有效长度。线圈与磁体的运动是相对的，如图所示，线圈不动而磁体运动时，磁感线也被切割从而产生感应电流。磁场方向不变时，感应电流方向随相对运动方向反向而反向。