14.4电磁铁及其应用 ----2024-2025学年北师大版物理九年级上学期

2024—2025学年九年级物理北师大版14.4电磁铁及其应用 一、单选题 1．如图所示是一个水位自动报警器的原理图。水位没有到达金属块A时，绿灯亮；水位到达金属块A时，红灯亮。下列关于它的工作原理的讨论中，正确的是 （　　） A．容器中的水不能导电 B．当水位上升到A时，红灯亮，绿灯不亮 C．红、绿灯是串联的 D．衔铁是永磁体 2．如图显示某汽车起动电动机的电路，当起动器开关闭合时，有细小电流通过器件X，接着有强大电流通过电动机，并将电动机启动．请你根据所学知识想一想，X可能是哪一种器件？（  ） A．灵敏电流计 B．电磁继电器 C．电能表 D．发电机 3．如图甲所示是利用磁悬浮原理浮在空中的盆栽，盆栽底部有磁体，底座内装有电磁铁，电磁铁的原理图如图乙所示。给盆栽浇水后与浇水前相比（　　） A．盆栽受到的磁力大小不变 B．盆栽底部磁体的下端一定是S极 C．要使盆栽与底座之间距离不变，可改变电磁铁线圈内的电流方向 D．要使盆栽与底座之间距离不变，可适当增大电磁铁线圈内的电流 4．如图所示，当滑动变阻器的滑片P向右移动时（  ） A．悬挂磁铁的弹簧伸长 B．悬挂磁铁的弹簧缩短 C．悬挂磁铁的弹簧的长度不变 D．悬挂磁铁的弹簧可能伸长，可能缩短 5．秋天，农民为了更好地使自己收获的冬枣保鲜，要将冬枣放在保鲜库中，但保鲜库必须将温度控制在一定的范围内。机灵的明明由此根据自己所学的知识设计了如图所示的温度自动报警器原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是（　　） A．温度升高至－4 ℃时，灯L1亮报警 B．温度升高至－4 ℃时，灯L2亮报警 C．温度升高至8 ℃时，灯L1亮报警 D．温度升高至8 ℃时，灯L2亮报警 6．在一次实验中，小章连接了如图所示的电路，电磁铁的左端有一个小磁针，则关于下列说法中正确的是（   ） A．只闭合开关S1，小磁针N极向左顺时针偏转 B．闭合开关S1，再闭合开关S2，小磁针的N、S极偏转的方向会改变 C．闭合开关S1，再闭合开关S2，电磁铁磁性增强 D．利用这一现象所揭示的原理可制成发电机 7．电梯为居民上、下楼梯带来很大的便利，出于安全考虑，电梯设置了超载自动报警系统，其工作原理如图所示，电梯厢底控制电路中装有压敏电阻R1，保护电阻R2。在工作电路中，K为动触点A、B为静触点，当出现超载情况时，电铃将发出报警声，电梯停止运行。下列说法错误的是（　　） A．电梯工作时电磁铁的上端为N极 B．电磁铁磁性的强弱与线圈中电流的大小有关 C．电梯未超载时动触点K与静触点A接触 D．电梯超载时报警说明压敏电阻的阻值随压力增大而减小 8．如图所示，原来开关断开时，铁块、弹簧在图中位置保持静止状态。当闭合开关，并将滑动变阻器的滑片向右移动，下列说法正确的是（　　） A．电流表示数变大，弹簧长度变短 B．电流表示数变小，小磁针的N极顺时针转动 C．电磁铁磁性增强，弹簧长度变长 D．电磁铁磁性减弱，小磁针的N极逆时针转动 9．小欢设计了一款“光控灯”，电路如下图所示，光线较暗时灯泡自动发光，光线较亮时灯泡自动熄灭，电源电压恒定，为定值电阻，R为光敏电阻（其阻值随光照强度的增大而减小）。下列说法正确的是（　　）    A．光敏电阻所在的电路为工作电路 B．当光照强度增大，电磁铁的磁性减弱 C．当光照强度减小，释放衔铁，灯泡发光 D．灯泡应设计在C和D两接线柱之间 10．小明家有一款磁悬浮音响，如图甲所示，音响底部有一块磁铁，底座内部的电磁铁可将其悬浮在空中，其工作原理如图乙所示。下列判断正确的是（　　） A．电磁铁的上端为N极 B．底座通电后能产生磁场，与电动机的工作原理相同 C．底座与音响之间的相互作用与验电器的工作原理相 D．音响悬浮位置的变化说明通电螺线管周围的磁场强度受电流大小的影响 11．研究发现，磁敏电阻的阻值会随它所在空间磁场的变化而变化。图中“GMR”是一个磁敏电阻，D是电磁铁。当开关S1、S2都闭合，将滑动变阻器的滑片P向左滑动时，灯泡L逐渐变暗。下列判断不正确的是（　　）      A．电磁铁的右端为N极 B．电磁铁的磁性逐渐增强 C．小灯泡的电功率逐渐变小 D．磁敏电阻的电阻值随磁场的增强而明显减小 12．下列描述正确的是（　　） A．如果发现有人触电，应立即断开电源总开关 B．家里长期不使用的电视机，没必要切断电源 C．用磁铁的N极靠近小磁针的S极会相互排斥 D．通电螺线管两端的磁极极性与电流方向无关 13．如图所示的装置中，当开关S闭合后，下列判断正确的是（　　） A．通电螺线管外A点的磁场方向向左 B．通电螺线管的左端为S极 C．向左移动滑片P，通电螺线管的磁性减弱 D．小磁针静止后，其N极的指向沿水平向左 14．图甲是磁悬浮月球台灯，其部分原理图如图乙所示。台灯灯泡的顶部装有磁铁，灯泡正上方的顶盘内装有电磁铁。台灯工作时，下列说法正确的是（　　） A．顶盘周围各点的磁场方向都相同 B．图乙中通过a点的电流方向是由右向左的 C．灯泡“悬浮”利用了异名磁极相互吸引的原理 D．若想增强电磁铁的磁性，可以将滑片向下调节 15．如图是温度自动报警器的原理图，下列说法中不正确的是（　　） A．报警器中的电磁铁运用了电流的热效应 B．电磁继电器是一种电路开关 C．温度计是根据液体热胀冷缩的性质工作的 D．温度计中的水银是导体 二、填空题 16．如图所示虚线框中是电磁继电器的结构示意图，其中衔铁与动触点之间的硬棒应该用 (选填“导体”或“绝缘体”)制成，它与衔铁、动触点一起组成一个杠杆，弹簧始终处于 (选填“拉伸”或“压缩”)状态．它的工作原理为当控制电路开关闭合时，电磁铁有 ，把衔铁吸下来，使动触点与静触点接触，工作电路闭合；当控制电路开关断开时，电磁铁失去 ， 把衔铁拉起来，工作电路 ． 17．小芳用漆包线在笔杆上绕制了一只螺线管，接入如图所示电路中．闭合开关S后，要使螺线管吸引大头针的数量增多，变阻器的滑片P应向 (填“A”或“B”)端滑动，此时灯泡 (填“变亮”“变暗”或“不变”)． 18．如图所示是某同学自制的简易电磁锁原理图。闭合开关S，将滑片P向左移动，通电螺线管的磁性会 ，使静止在水平桌面的条形磁体向左滑动，从而打开门锁。条形磁体左端是 极。    19．如图甲所示，是一种由压敏电阻控制电动机转速的“聪明扶梯”。有人乘坐时电梯运行速度快，无人乘坐时电梯运行速度慢，R是一个压敏电阻，其阻值随压力的增大而减小。当有人走上电梯后 （选填“增强”、“减弱”或“不变”），电动机的转速将 （选填“变快”、“变慢”或“不变”）。 三、计算题 20．某展览厅为保护展品，在屋顶采用光敏材料设计了调光天窗，当外界光照较强时，启动电动卷帘适时调整进光量；当外界光照较弱时，自动启动节能灯泡予以补光。调光天窗的电路原理如图所示，控制电路电源电压U1＝12V，工作电路电源电压U2＝220V，R2为定值电阻，P为电磁铁，其线圈电阻约10Ω，当电流达到60mA时刚好能吸合衔铁，使电动卷帘工作。R1为光敏电阻，其阻值与光照强度之间的关系如表所示。 光照强度E/cd 1.0 1.5 2.5 3.0 3.5 光敏电阻R1/Ω 120 90 58 48 40 （1）工作电路中的L代表安装在展厅内的20盏“220V 10W”的节能灯，这些灯同时正常发光4小时，耗电多少千瓦时 ？（1、2、3小问要有必要的解题过程） （2）当外界光照强度达到1.0cd时，电动卷帘便开始工作，R2的阻值是多少 ？ （3）当电阻R2消耗的电功率为0.7W时，外界光照强度是多少 ？ （4）为了节能，需要在光照强度更弱时才能启动节能灯照明，应 （增大/减小）R2的阻值。 21．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。如图所示，图甲为该模拟系统示意图，为控制电路中的气敏电阻，定值电阻。控制电路中的电流时，磁性开关动触片被电磁铁吸引与触点a接触，安全指示灯L熄灭，报警喷淋系统同时正常工作；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大小可调节，电磁铁线圈电阻不计，气敏电阻的阻值与烟雾浓度C的关系如图乙所示。工作电路电源电压，报警电铃标有“36V 18W”字样。 （1）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？ （2）通过调节大小，可改变该装置对烟雾探测的灵敏度。调节，当触发报警喷淋的最低烟雾浓度时，则控制电路此时消耗的电功率是多少？ 22．汽车启动时，蓄电池向启动电动机M供电，设M两端电压为U，通过M的电流为I，测得U－t和I－t图象如图1。 （1）求0.5s到1s，电动机M所消耗的电能； （2）M仅通过导线a、b接入电路，如图2所示，a的电阻为0.001Ω。若通过M的电流为200A，持续2s，求此过程a产生的热量； （3）一般采用电磁继电器控制M的通断电，利用实验器材模拟汽车启动，简易电路如图3，A与B接触时M通电，请用笔画线完成电路的连接。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B B D A D C A C C D 题号 11 12 13 14 15 答案 D A D C A 1．B 【详解】自然界中的水不是纯净的，容器中的水是导电的；当水位没有达到A时，电磁铁没有磁性，只有绿灯亮；当水位到达A时电路接通，电磁继电器有磁性，且根据右手定则知上端为S极，衔铁就会在电磁力吸引的作用下与红灯接通，红灯亮；该报警器的红、绿灯不会同时亮，两灯一定不是串联。 故选B。 2．B 【详解】解答：电磁继电器的实质是一个电磁铁来控制的开关．利用它可以实现自动控制、远距离控制；还可以利用低电压、弱电流的电路来控制高电压、强电流的电路．这与题目中提到的信息相吻合，由此联想到电路中的元件是电磁继电器．故选B. 3．D 【详解】A．该盆栽悬浮的原理利用了同名磁极相互排斥，当盆栽悬浮在空中静止不动时，受的力是平衡力，即盆栽的总重力和磁力大小相等，当浇水后重力变大，故磁力也变大，故A不符合题意； B．根据安培定则可知，电磁铁的上端为N极，根据同名磁极相互排斥可知，盆栽底部磁体的下端一定是N极，故B不符合题意； C．浇水后，要使盆栽与底座之间距离不变，需增大磁力，而磁力的大小与电流的方向无关，故C不符合题意； D．要使盆栽与底座之间距离不变，需增大磁力，电磁铁磁性强弱与电流的大小有关，其他条件相同，电流越大，磁性越强，故要增大磁力需增大电流，故D符合题意。 故选D。 4．A 【详解】根据安培定则分析螺线管的磁极，再根据磁极间的作用规律判断． 如图，根据安培定则，右手握住螺线管，四指弯曲指向电流的方向，则大母指的指向即为螺线管的磁场方向，即下端为N极，上端为S极； 可见与上面的磁体相邻的为异名磁极，所以是相互吸引的； 当滑动变阻器的滑片P向右移动时，电阻变小，电流变大，螺线管的磁性增强，所以吸引力增大，悬挂磁铁的弹簧伸长． 故A正确，BCD错误． 点睛：右手螺旋定则应用时，要注意四指弯曲指向电流的方向，千万不要理解成线圈的绕向，有同学容易在这点混淆，有个简单的方法，即使用右手螺旋定则前先把电流方向标在线圈上． 5．D 【详解】当温度低于8℃时，线圈中没有电流，此时仅灯L1亮；当温度升高到8℃时，线圈中有电流，磁铁吸引衔铁灯L2被接通，所以灯L2亮报警；温度升高至-4℃时，线圈没有电流，只是灯L1亮不报警。故选D。 6．C 【详解】A．只闭合开关S1，螺线管中电流方向向下，根据安培定则，左端是S极，右端是N极，小磁针N极不是指向左，而是向右逆时针偏转，故A错误； B．闭合开关S1，再闭合开关S2，通过螺线管的电流增大，但小磁针的N、S极偏转的方向不会改变，故B错误； C．闭合开关S1，再闭合开关S2，电流增大，电磁铁磁性增强，故C正确； D．利用这一现象所揭示的原理可制成电磁继电器，故D错误。 故选C。 7．A 【详解】A．工作时，电流从电磁铁的下面导线流入，利用安培定则判断出电磁铁的下端为N极，上端为S极，故A错误，符合题意； B．电磁铁是根据电流的磁效应制成的；电磁铁的磁性强弱和电流大小、线圈匝数多少有关，故B正确，不符合题意； C．正常情况下（未超载时），衔铁被弹簧拉起，K与静触点A接触，故C正确，不符合题意； D．超载时，随着压力的增大，压敏电阻的阻值随着减小，电路中的电流逐渐增大，电磁铁的磁性逐渐增强，动触点K与静触点B接触，电铃报警，故D正确，不符合题意。 故选A。 8．C 【详解】若将变阻器的滑片P向右移动，滑动变阻器接入电路的电阻变小，由欧姆定律可知电路中的电流变大，通电螺线管的磁性增强，故对铁块的吸引力增大，所以弹簧长度应变长；根据右手螺旋定则可知，通电螺线管上端为N极，螺线管外部磁感线从N极出发回到S极，所以小磁针的N极将顺时针转动，故ABD错误，C正确。 故选C。 9．C 【详解】A．由图可知，光敏电阻与电磁铁串联在电路中，故其所在电路为控制电路，故A错误； B．当光照强度增大时，光敏电阻阻值减小，总电阻减小，由欧姆定律可知，电路中电流增大，电磁铁的磁性增强，故B错误； CD．当光照强度减小，光敏电阻阻值增大，总电阻增大，电磁铁磁性减弱，衔铁被释放，灯泡发光，说明灯泡应设计在A和B两接线柱之间，故C正确，D错误。 故选C。 10．D 【详解】AC．音响底部有一块磁铁，底座内部的电磁铁可将其悬浮在空中，可见磁悬浮音箱利用了同名磁极相互排斥的原理，音响下面是磁体的S极，则底座内电磁铁上端也应为S极。验电器的原理是同种电荷相互排斥，与磁悬浮音箱的原理不同。故AC错误； B．底座通电后能产生磁场是因为通电导体周围存在磁场，而电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动，故B错误； D．闭合开关S，若保持其它条件不变，移动滑片，电路中的电流变化，电磁铁的磁性发生变化，所以音箱受到的磁力也会发生变化，音箱在底座上悬浮时的高度会变化，所以音响悬浮位置的变化说明通电螺线管周围的磁场强度受电流大小的影响，故D正确。 故选D。 11．D 【详解】A．当开关闭合后，电磁铁中的电流是从右端流入，左端流出，根据安培定则可知，电磁铁的右端为N极，左端为S极，故A正确，不符合题意； B．若滑片P向左移动，接入电路中的电阻变小，电路中的电流增大，电磁铁的磁性增强，故B正确，不符合题意； C．灯泡L逐渐变暗，说明小灯泡的电功率逐渐变小，故C正确，不符合题意； D．灯泡变暗，说明其所在电路的电流变小，电阻增大，因此，磁敏电阻的电阻变大；而滑片P向左滑动时左边电路中的电阻变小，电流变大，电磁铁磁性增强，因此可知，磁敏电阻的电阻值随磁场的增强而明显增强，故D错误，符合题意。 故选D。 12．A 【详解】A．如果发现有人触电，应立即断开电源总开关然后施救，故A正确； B．为了用电安全和节约用电，家里长期不使用的电视机，要切断电源，故B错误； C．异名磁极相互吸引，用磁铁的N极靠近小磁针的S极会相互吸引，故C错误； D．通电螺线管两端的磁极极性与电流方向有关，故D错误。 故选A。 13．D 【分析】（1）磁场中某点的磁场方向与该点的磁感线方向是一致的；（2）据电流的方向，结合安培定则判断出该通电螺线管的NS极即可；（3）通电螺线管的磁场的强弱与电流的强弱有关； 【详解】AB、由于右端是电源的正极，所以电流从右端流入，故据安培定则可知，该螺线管的左端是N极，右端是S极，所以磁感线的方向应该从左向右，故通电螺线管外A点的磁场方向向右，故AB错误；C. 滑片向左移动，接入电路的电阻变小，故电路的电流变大，磁性变强，故C错误；D. 据上面的分析可知，该螺线管的右端是S极，所以小磁针的左端应该是N极，故N极的指向沿水平向左，故D正确； 14．C 【详解】A．磁场中各点的磁场方向是变化的，故A错误； B．由题可知，电磁铁下端为S极，上端为N极，根据安培定则可知，图乙中通过a点的电流方向是由左向右的，故B错误； C．灯泡自身的重力是竖直向下的，灯泡“悬浮”利用了异名磁极相互吸引的原理，故C正确； D．由图乙知若想增强电磁铁的磁性，应增大电流，所以应将滑片向上调节，减小电阻，增大电流，故D错误。 故选C。 15．A 【详解】A．电磁铁利用的是通电导体周围存在磁场，即电流的磁效应，故A错误，符合题意； BCD．由图可知，这个温度自动报警器的原理是当温度达到一定值时，因为温度计中的水银具有热胀冷缩的性质，所以温度计内的水银会上升，又因为水银是导体，所以控制电路会接通，电磁铁从而产生磁性，将衔铁吸引，然后报警电路会接通，电铃响，起到报警作用，所以电磁继电器的实质就是一个开关，用来控制右侧的报警电路，故BCD正确，不符合题意。 故选A。 16． 绝缘体 拉伸 磁性 磁性 弹簧 断开 【详解】如果衔铁与动触点之间的硬棒用导体，高压电路会影响到低压电路，考虑用电安全，衔铁与动触点之间的硬棒用绝缘体；电磁铁对衔铁的吸引力向下，让杠杆顺时针转动，那么弹簧应该阻碍杠杆顺时针转动，所以弹簧拉力向下，弹簧处于拉伸状态；开关闭合后产生电流，根据电流的磁效应所以电磁铁有磁性，把衔铁吸下来，使动触点与静触点接触，工作电路闭合；当控制电路开关断开时，控制电路中没有电流，电磁铁没有磁性，弹簧通过杠杆把衔铁拉起来，工作电路断开． 17． A 变亮 【详解】要使螺线管吸引大头针的数量增多，即电磁铁的磁性增强，在匝数和铁芯一定时，增大电流可以增强磁性，滑动变阻器的滑片向A滑动时，电路中的电阻变小，电流变大，灯泡变亮． 18． 增强 N（北） 【详解】[1]由图示知，闭合开关S，指示灯与滑动变阻器和螺线管串联在电路中，滑片向左移动，变阻器接入电路的阻值变小，电路的总电阻变小，电源电压不变，据欧姆定律知，电路中的电流变大，通电螺线管的磁性会变强。 [2]由图示知，电流由螺线管的a端流入，b端流出，据安培定则知，螺线管的b端为S极，静止在水平桌面上的条形磁体向左滑动，据异名磁极相互吸引，条形磁体左端为N。 19． 增强 变快 【详解】[1]当有人走上电梯后，阻值随压力的增大而减小，总电阻变小，由欧姆定律可知电路中的电流增大，则衔铁被拉下，图中电磁铁的磁性增强。 [2]电磁铁的磁性增强，将衔铁吸下来，与2接触，电动机中的电流变大，电动机的转速变快。 20． 0.8 70Ω 3.5cd 减小 【详解】解：（1）20盏节能灯的总功率 P＝20P1＝20×10W＝200W＝0.2kW 由 知道，这些节能灯同时正常工作4小时消耗的电能 W＝Pt＝0.2kW×4h＝0.8k kW·h （2）当外界光照强度达到1cd时，由表格数据知道 R1＝120Ω 当电动卷帘开始工作时，电磁铁能吸合衔铁的电流 I＝60mA＝0.06A 由欧姆定律知道，控制电路的总电阻 根据串联电路电阻规律可知，R2的阻值 R2＝R总﹣R1﹣RP＝200Ω﹣120Ω﹣10Ω＝70Ω （3）当电阻R2消耗的电功率为0.7W时，由P＝I2R知道，控制电路中的电流 由欧姆定律可得，此时控制电路的总电阻 根据串联电路电阻规律可知，R1的阻值 R1′＝R总′﹣R2﹣RP＝120Ω﹣70Ω﹣10Ω＝40Ω 由表格数据知道，当R1′＝40Ω时，外界光照强度是3.5cd。 （4）由于需要在光照强度更弱时才能启动节能灯照明，则外界光照较弱时，电磁铁也能吸合衔铁，吸合电流I、电源电压U1不变，由知道，电磁铁吸合衔铁时控制电路的总电阻R总不变，由表格数据可知，光照强度E减小时，R1的阻值变大，因为 R总＝R1+R2+RP 所以若使R总不变，应减小R2的阻值。 答：（1）耗电0.8 kW·h； （2）当外界光照强度达到1.0cd时，电动卷帘便开始工作，R2的阻值是70Ω； （3）当电阻R2消耗的电功率为0.7W时，外界光照强度是3.5cd； （4）为了节能，需要在光照强度更弱时才能启动节能灯照明，应减小R2的阻值。 21．（1）1440J；（2）0.1W 【详解】解：（1）由图可知，当报警电铃响时喷淋系统与电铃并联，此时电铃两端电压等于电源电压36V，电铃正常工作，通过电铃的电流为 电流表测量干路电流为2.5A，通过喷淋系统的电流为 喷淋系统工作20s消耗的电能是 （2）由乙图可知，RC与浓度成一次函数关系，当浓度为0时，RC为300Ω，当浓度为5%时，RC为250Ω，所以当浓度为8%时，RC的电阻为 解得 此时控制电路的电流为0.02A，电功率为 答：（1）喷淋系统工作20s消耗的电能是1440J； （2）控制电路此时消耗的电功率是0.1W。 22．（1）1000J；（2）80J；（3） 【详解】解：（1）由图1可知，0.5s到1s时，电动机两端的电压为10V，通过电动机的电流为200A，电动机M所消耗的电能 W =UIt=10V×200A× (1s-0.5s) = 1000J （2）此过程a产生的热量 Q= I2Rt= (200A)²×0.001Ω×2s=80J (3)由图3可知，当开关闭合，电磁铁有磁性，衔铁被吸下，A与B接触M通电，电路连接如下图所示： 答：（1）电动机M所消耗的电能为1000J； （2）此过程a产生的热量为80J； （3）图见解析。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$