第十六章 电和磁 跨学科实践-【拔尖特训】2025-2026学年九年级下册物理(苏科版·新教材)

跨学科 自基础进阶 1.(2025·杨州广陵二模)兴趣小组为 大棚设计了具有加热和保温功能的 温控器，其内部简化电路如图甲所 示（左侧为控制电路，右侧为工作电路）。R 为热敏电阻，阻值随温度变化关系如图乙所 示。R1、R2均为电热丝，R1=2002,R2= 1002,线圈电阻不计。加热时，工作电路的 总功率是 W;闭合开关S,当大棚内 的气温升高，电磁铁的磁性会 (增 强/不变减弱)。若控制电路电源电压为 6V,经测试，当控制电路中的电流达到 0.15A时，衔铁被吸下；减小到0.1A时，衔 铁弹起。温控器所控制的大棚内气温的变化 范围是 R/2 80 60 电磁铁 0 220Vo S 010203040t/℃ 甲 乙 (第1题)》 2.(2025·清远清新三模)如图所示为蔬菜大棚 湿度自动控制电路，R,为阻值随湿度增大而 增大的湿敏电阻。当棚内湿度低于设定值 时，红灯亮，加湿机启动，喷洒水雾加湿；棚内 湿度高于设定值时，绿灯亮，加湿机停止工 作。请连接好工作电路。 ⑧绿灯 ,衔铁 M 电磁铁 红灯 乙@ 电源。 加湿机 (第2题) 3.乡村振兴计划稳步推进，大棚蔬菜种植给农 民带来了可喜收入。刘大爷家的大棚气温监 第十六章电和磁 实践 ●“答案与解析”见P28 控电路如图所示，棚内气温正常时， “温控开关”处于断开状态，绿灯亮； 棚内气温不正常时，“温控开关”处 于闭合状态，电磁铁通电工作，电铃响红灯 亮。刘大爷使用时发现电铃和红灯只要拆卸 掉任意一个，另一个也会“没有电”。在图中 画几匝电磁铁的绕线并将绿灯、红灯、电铃接 入电路中。 绿灯 ⑧ 电铃 红灯 ⑧ 温控开 第3题) (2025·苏州)某科技小组要设计冬季植物大 棚控温系统。 【任务与要求】当气温t≤20℃，加热设备开 启工作；气温t≥30℃，停止工作，大棚内的 气温维持在一定范围。 【设计与实施】①器材有电压为6V的电源、 定值电阻、可控加热设备、热敏电阻（阻值随 温度变化的关系如图甲)等。②设计的电路 如图乙所示，加热设备是否工作由其两端的 电压UAB来控制，当UAB≥4V时，加热设备 开启工作，当UAB≤U时，加热设备不工作。 (不考虑加热设备对电路的影响) ↑R/Q 600 500日 400 300 加热设备 200 100 1015202530354045t/℃ B R. 甲 乙 (第4题)》 【分析与思考】 (1)电路中的 (R,/R2)是热敏电阻。 (2)定值电阻的阻值为 2。 49 拔尖特训·物理（苏科版）九年级下 (3)U= V。 (4)长时间使用后，电源电压降低，系统控制 的最高气温将 闺素能攀升 5.(2024·南通)阅读短文，回答问题。 综合实践活动一设计蔬菜温室 【任务与要求】为了在冬天能品尝到夏 季的蔬菜，同学们为学校的劳动基地设计一 个蔬菜温室，要求气温控制在20~30℃ 之间。 【设计与实施】 任务一：设计温室结构。温室设计为玻 璃顶的长方体结构，体积为80m3,由立柱和 横梁支撑，墙体四周装有保温层。查阅资料 获知，立柱的承重比Y指立柱能承受的最大 质量与其质量的比值，能反映承重效率，立柱 横截面的形状是影响承重比的重要因素之 一。为研究它们之间的关系，利用塑料立柱 模型进行实验，发现在其他条件均相同时，横 截面为正三角形、正四边形、正五边形、正六边 形模型的承重比关系是Y=<Y四<Y五<Y六。 任务二：设计温控系统。温控系统原理 如图甲所示，控制电路的电源电压为6V,电 阻箱R。的阻值调为902，热敏电阻R,的阻 值随温度的变化图像如图乙所示。当控制电 路中的电流达到30mA时，衔铁被吸下；当 电流降低到25mA时，衔铁被弹回。已知工 作电路中电热丝R的电阻为22Ω，浴霸灯L 标有“220V275W”字样。 A 220 Vo 50 3001/Q 250 200 150 100 50 的t/℃ 0102030405060 乙 (第5题) 【交流与评价】下表是任务二的部分评 价指标，根据评价表对活动进行评价。 等级 优秀 良好 合格 不合格 能自动控制 能自动 不能控 不能控 室温在规定 控制室 制室温 制室温 评价 指标 范围内波 温升降， 升降，降 升降，也 动，且降温 且降温 温较 不能平 较平缓 较平缓 平缓 缓降温 (1)关于设计蔬菜温室的实践活动，下列说 法中不正确的是 (填字母)。 A.屋顶选用绿色玻璃不利于蔬菜生长 B.墙体选用隔热性能好的材料 C图甲中的浴霸灯是为了降温时能平缓些 D.图甲中通电线圈上端是S极 (2)由模型实验可知，搭建温室选用 (三角形/方形/圆形)立柱的承重比大；已知模 型的承重比为Y,质量为m,受力面积为S,则 其上表面所能承受的最大压强p= (g为已知常量)。 (3)电热丝通电5min产生的热量使温室气温 升高5.5℃，则空气吸收的热量为 电热丝对温室的加热效率为 %;电磁 铁线圈的电阻忽略不计，电热丝刚停止工作 时，室温为 ℃。[p空取1.25kg/m3, c室气取1.0×103J/(kg·℃)] (4)根据评价表中的指标对任务二进行评 价，你的评价等级为 ,依据是 ;请进一步给出优 化建议：9kg×[45℃-(-5℃)]=3.6× 22 10J,电热丝R影的电功率P=R (12V)2 =180W,电热丝产生的热量 0.82 完全被玻璃吸收，所以W=Q,加热所 需的时间1-g-号-390 180W 2000s。(2)开关S接“自动”：据题 意，玻璃的温度为45℃时，控制电路 中通过的电流I,=0.02A,消耗的电 功率P1=U1I,=6VX0.02A= 0.12W:因为R1的阻值随温度的降 低而减小，所以据题意，玻璃的温度为 15℃时，控制电路消耗的电功率 P2=P1+△P=0.12W+0.03W= U2 0.15w,总电阻R盘=P (6V)2 0.15w=2400,R,=R#-R。= 2402-1502=902。(3)由P= 可知，P与R成反比：由题图乙 R2 可知，R2由若干条银浆线并联而成， 据影响电阻大小的因素、并联电路电 阻的特点可知，增加银浆线的横截面 积和条数，可减小R2,从而增大P。 6.(1)减小增大(2)502 (3)①77.4②减小水流速度减 小电阻解析：(1)随着储水箱内水 量的减少，RF所受水的压强减小，根 据F=S知，RF所受水的压力减小。 由题可知，压力减小，电流要变小，灯 才能亮，所以R的阻值应随压力的 减小而增大。(2)指示灯L刚亮起时 R的阻值R三气一R=d。 1002=502。(3)①水流经过加热 装置的时间1=L=01m=1s,加 v 0.1m/s 热装置产生的热量Q=w-号二 (220V) 222 -×1s=2200J,水的质量m= 0*V=p*LS=1×103kg/m3×0.1m× 104m=0.01kg,水升高的温度△= Q 2200J cm 4.2×103J/(kg·℃)×0.01kg 52.4℃，末温12=25℃+52.4℃ 77.4℃。②减小水流速度，则加热时 间变长，可以提高经过加热区后热水 的温发减小电阻，根据P只，功率 变大，可以提高经过加热区后热水的 温度。 跨学科实践 1.726增强10~25℃解析：闭 合开关S、S,当衔铁没有被电磁铁吸 引时，电热丝R1、R2并联，此时工作电 U 路的总电阻最小，由PU=尺可知 工作电路的总功率最大，处于加热状 态：加热时，电热丝R1、R2并联，因并 联电路中各支路两端的电压相等，所 U 以工作电路的总功率P细一R U(220V)2,(220V)2 R2=2002 =726W:当 1002 温度升高时，R3阻值减小，电流增大 电磁铁磁性增强：当控制电路中电流I 达到0.15A时衔铁被吸下，此时大棚 内的气温最高，由I= 可得，热敏电 U 6V 阻的阻值R,=7=0.15A=40,由 图乙可知，大棚内的最高气温为25℃： 当控制电路中电流减小到0.1A时衔 铁弹起，此时大棚内的气温最低，此时 热策电阻的凰位R-号品 602,由图乙可知，大棚内的最低气温 为10℃，所以温控器所控制的大棚内 气温的变化范围是10~25℃。 2.如图所示 绿 n衔铁 M 电磁铁 红灯 ① 电源。 加湿机 (第2题) 解析：由题意知，湿敏电阻R,的阻值 随湿度增大而增大：当棚内湿度低于 设定值时，R,阻值较小，根据I=尺 28 知控制电路中电流较大，电磁铁磁性 强，吸引衔铁，使N触点接通，此时红 灯亮，加湿机启动工作；当棚内湿度高 于设定值时，R,阻值较大，根据I= 尺知控制电路中电流较小，电磁铁磁 性弱，衔铁在弹簧作用下弹起，M触 点接通，此时绿灯亮，加湿机停止工 作。要实现上述功能，需将绿灯连接 在M触，点电路，这样湿度高时绿灯能 亮：将红灯和加湿机并联在N触点电 路，保证湿度低时红灯亮且加湿机 工作。 3.如图所示 绿灯 & 电铃 红灯 温控开关 (第3题) 4.(1)R,(2)80(3)3(4)降低 解析：(1)由题图甲知，热敏电阻的阻 值随温度升高而减小，其两端的电压 随阻值的减小而减小，加热设备是否 工作由其两端的电压来控制，且由题 意知，UAB≤U。时，加热设备不工作， 故加热设备应并联在热敏电阻两端 故R1是热敏电阻。(2)加热设备刚 开始工作时，UAB=4V,环境温度为 20℃，由题图甲可知热敏电阻R,= 1602,根据串联电路分压关系可知 是"g即 R R2 解得R,=80。(3)加热设备刚停 止工作时，环境温度为30℃，由题图 甲可知热敏电阻R,'=802,此时 R,'=R2,根据串联电路分压关系可 知U,=U.=U=2×6V=3V. (4)加热设备刚停止工作时系统控制 的气温最高，根据串联电路分压关系 g=UU,解得R, 可知 R。 XR,长时间使用后，电源电 压U减小，U。和R,不变，所以热敏 电阻R,变大，由题图甲知系统控制 的最高气温降低。 5.(1)D(2)圆形 S (3)5.5×10583.320(4)良好 任务二设计的温控系统能自动控制室 温在13一20℃内波动，且降温较平缓 适当降低控制电路的电源电压或增大 电阻箱的阻值解析：(1)屋顶选用 绿色玻璃，绿色玻璃只能透过绿光，不 利于蔬菜进行光合作用，A正确：由题 意可知，墙体四周装有保温层，则墙体 应选用隔热性能好的材料，B正确；由 题图乙可知，温度越高，热敏电阻的阻 值越小，控制电路中的电流越大，当控 制电路中的电流达到30mA时，衔铁 被吸下，电热丝R停止工作，温度下 U 降，浴霸灯开始工作，PR=尺 (220V) 222 =2200W>275W,所以浴 霸灯是为了降温时能平缓些，C正确； 由题图甲可知，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，D错误。 (2)由文中信息可知，横截面为正三 角形、正四边形、正五边形、正六边形 模型的承重比关系是Y三<Y四< Y五<Y六，说明对于正n边形来说，n 越大，承重比越大，圆形是正多边形的 极限形式，所以搭建温室选用圆形立 柱时承重比最大；模型能承受的最大 质量m大=，则其上表面所能承受 F mgYmg 的最大压强p=§一 (3)温室内空气的质量m空气=p空气V= 1.25kg/m3×80m3=100kg,空气吸 收的热量Q级=c空气m空气△/=1X 103J/(kg·℃)×100kg×5.5℃= 5.5×10J:电热丝通电5mim产生的 热量Q-发-20 -×5×60s 6.6×10J,则电热丝对温室的加热效 率7=Q×100%=5.5X105J× Q 6.6×105J 100%≈83.3%；电热丝刚停止工作 时，控制电路中的电流I=30mA= 0.O3A,电磁铁线圈的电阻忽略不计， U控_6V 则R+R,=1=0.083A-2000,则 R,=2002-Ra=2002-902= 1102,由题图乙可知，此时室温是 20℃。(4)当衔铁被弹回，电热丝开 始工作时，控制电路中的电流'= 25mA=0.025A,此时R。+R,'= U I 0.025A=240n,R,'=2400 R=2402-902=1502,由题图乙 可知，此时室温约为13℃，则任务二 设计的温控系统能自动控制室温在 13~20℃范围内波动，且降温较平 缓，而任务要求室温控制在20~30℃ 之间，所以评价等级为良好：可以适当 降低控制电路的电源电压或增大电阻 箱的阻值，使控制的室温更高一点，在 20一30℃之间 第十六章整合拔尖 [高频考点突破] 典例1A解析： 实验操作现象判定结果结 论 将铁棒 一端靠 N极 铁棒 A正确 近小磁 被排斥 有磁性 针的N极 将铁棒 铁棒一端 一端靠 N极 为S极 B错误 近小磁 被吸引 或铁棒 针的N极 无磁性 将铁棒 两端分 N极均 铁棒 别靠近 C错误 被吸引 无磁性 小磁针 的N极 将铁棒 同一端 两极均 铁棒 分别靠 D错误 被吸引 无磁性 近小磁针 的N、S极 29 方法归纳 磁现象中两个物体 相互吸引可能的原因 在利用磁极间的相互作用规 律来确定铁棒是否具有磁性时，要 注意两者相互吸引的情况：异名磁 极相互吸引：磁体也能吸引铁、钻 镍等物质。判断物体是否具有磁 性的方法：把被检物体的两端分别 与已知磁体的N极或S极靠近，如 果一次吸引、一次排斥，则被检物 体有磁性：如果两次都吸引，则被 检物体无磁性。 [跟踪训练]1，C解析：铁棒的A 端靠近磁铁的N极，相互吸引，铁棒 可能有磁性且A端为S极，但条形磁 铁也可吸引没有磁性的铁棒，故铁棒 是否具有磁性不能确定。将铁棒的B 端靠近磁铁的N极，若磁铁远离铁 棒，因同名磁极相互排斥，说明铁棒有 磁性，且B端为N极，A端为S极；相 反，若仍相吸引，则说明铁棒无磁性。 典例2如图所示 电源 (-) (典例2图) 解析：小磁针的左端为N极，右端是S 极，由异名磁极相互吸引可知，螺线管 的左端为N极，右端为S极；在磁体 的周围，磁感线从磁体的N极发出回 到S极，所以磁感线的方向是向右的。 利用螺线管的左端为N极和线圈的 绕向，根据安培定则可以确定电流从 螺线管的右端流入左端流出，从而可 以确定电源的右端为正极，左端为 负极。 [跟踪训练]2.如图所示 <①>S (第2题) 典例3B解析：天亮时S自动闭