全國(guó)競(jìng)賽試題匯編—16電和磁及答案

1、競(jìng)賽試題匯編電和磁一、選擇題（97第七屆）7實(shí)驗(yàn)室有一個(gè)舊的直流電源，其輸出端的符號(hào)模糊不清，無(wú)法分辨正負(fù)極。小明設(shè)計(jì)了下面的判斷電源兩極的方法。在桌面上放一個(gè)小磁針，在磁針東面放一個(gè)螺線管，如圖1所示。閉合開(kāi)關(guān)后，磁針指南的一端向東偏轉(zhuǎn)。下述判斷正確的是： A電源A端是正極，在電源內(nèi)電流由A流向BB電源A端是正極，在電源內(nèi)電流由B流向AC電源B端是正極，在電源內(nèi)電流由A流向BD電源B端是正極，在電源內(nèi)電流由B流向A答案：C（01第十一屆）9小強(qiáng)在北京將一根質(zhì)量分布均勻的條形磁鐵用一條線懸掛起來(lái)，使它平衡并呈水平狀態(tài)，懸線系住磁體的位置應(yīng)在：（）A磁體的重心處 B磁體的某一磁極處 C磁體重心的

2、北側(cè) D磁體重心的南側(cè)答案：C（03第十三屆）51 9 1 1年，荷蘭物理學(xué)家昂尼斯(1853-1926)測(cè)定水銀在低溫下的電阻值時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度降到-269左右時(shí)，水銀的電阻突然消失，也就是電阻變?yōu)榱恪Ｒ院笥职l(fā)現(xiàn)還有一些金屬或合金，當(dāng)溫度降到某一值時(shí)電阻也會(huì)變?yōu)榱?。這種現(xiàn)象叫超導(dǎo)現(xiàn)象，能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物質(zhì)叫超導(dǎo)體。2000年底，我國(guó)宣布已研制成功一輛高溫超導(dǎo)磁懸浮高速列車(chē)的模型車(chē)，該車(chē)的車(chē)速已達(dá)到500kmh，可載5人。如圖2所示是磁懸浮的原理，圖中A是磁性穩(wěn)定的圓柱形磁鐵，B是用高溫超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)圓環(huán)。將超導(dǎo)圓環(huán)B水平放在磁鐵A 的上方，它就能在磁力的作用下懸浮于磁鐵上方的一定高度。那

3、么，下列說(shuō)法正確的是( )A在B放入磁場(chǎng)的過(guò)程中，B中將產(chǎn)生感應(yīng)電流；當(dāng)穩(wěn)定后，感應(yīng)電流仍存在，且電流的大小保持不變 。B在B放入磁場(chǎng)的過(guò)程中，B中將產(chǎn)生感應(yīng)電流；當(dāng)穩(wěn)定后，感應(yīng)電流仍存在，但電流會(huì)漸漸變小C在B放入磁場(chǎng)的過(guò)程中，B中將產(chǎn)生感應(yīng)電流；隨著時(shí)間的推移，B會(huì)漸漸變熱，D在B放入磁場(chǎng)的過(guò)程中，B中將產(chǎn)生感應(yīng)電流；當(dāng)穩(wěn)定后，感應(yīng)電流消失答案：A（06第十六屆）4磁帶錄音機(jī)既可以錄音，也可用以放音，其主要部件為運(yùn)行的磁帶和繞有線圈的磁頭。錄音時(shí)，磁帶上的磁粉被由聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化而來(lái)的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)所磁化，這樣便將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為磁信號(hào)記錄在磁帶上；放音時(shí)，再把磁帶上的磁信號(hào)通過(guò)磁頭轉(zhuǎn)化為電信號(hào)

4、使揚(yáng)聲器發(fā)聲。對(duì)于錄音機(jī)錄音、放音過(guò)程的基本原理，下列各種說(shuō)法中正確的是 A錄音的基本原理是電磁感應(yīng)，放音的基本原理是電流的磁效應(yīng)B錄音的基本原理是電流的磁效應(yīng)，放音的基本原理是電磁感應(yīng)C錄音和放音的基本原理都是電流的磁效應(yīng)D錄音和放音的基本原理都是電磁感應(yīng)答案：B（10第二十屆）8為判斷一段導(dǎo)線中是否有直流電流通過(guò)，手邊若有下列幾組器材，其中最為方便可用的是 （ ）A小燈泡及導(dǎo)線 B鐵棒及細(xì)棉線 C帶電的小紙球及細(xì)棉線 D被磁化的縫衣針及細(xì)棉線答案：D二、填空題（99第九屆復(fù)）5閉合開(kāi)關(guān)后，用手按住玩具電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，不讓它轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)與電動(dòng)機(jī)并聯(lián)的電壓表讀數(shù)為3伏，與電動(dòng)機(jī)串聯(lián)的電流表讀數(shù)為6

5、安松手后，電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)電流表讀數(shù)為1安這臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每秒鐘有 焦的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能答案：25焦（第十八屆）4圖6所示為一種環(huán)保型手電簡(jiǎn)，筒內(nèi)沒(méi)有電池。使用時(shí)，只要來(lái)回?fù)u晃手電筒，使永磁體在手電筒中的兩個(gè)橡膠墊之間來(lái)回運(yùn)動(dòng)，燈泡就能發(fā)光。而且來(lái)回?fù)u晃的越快，燈泡越亮。這種手電筒能發(fā)電的依據(jù)是 原理，這個(gè)原理是英國(guó)科學(xué)家 發(fā)現(xiàn)的。答案：電磁感應(yīng)，法拉第三、作圖題（98第八屆）四、（7分）小華利用自己繞制的電磁鐵設(shè)計(jì)了一個(gè)能使甲、乙兩燈交替發(fā)光的電路，電磁鐵及電路圖如圖3所示。你認(rèn)為在開(kāi)關(guān)閉合后實(shí)際會(huì)看到什么現(xiàn)象？請(qǐng)把更正后的電磁鐵及電路畫(huà)在圖右的空白處。（A、B為帶活動(dòng)觸點(diǎn)的接線柱

6、，BC間為鐵片。）答案：看到的現(xiàn)象：甲燈持續(xù)發(fā)光，乙燈不發(fā)光。以下兩圖均為正確電路。四、實(shí)驗(yàn)題（02第十二屆復(fù)）一、（10分）有支縫衣用的鋼針，與磁鐵接觸后磁化，試說(shuō)出二種簡(jiǎn)單實(shí)用的方法，判斷它的南北極。答案：可以把鋼針別在一小塊涂油的紙上、使它浮在玻璃杯所盛的水中，指北的就是鋼針的N極，把鋼針懸在細(xì)線上，指北的就是鋼針的北極。把鋼針?lè)旁诠饣牟ＡО迳?，用條形磁鐵的N極靠近它，被吸引的一端就是鋼針的北極。五、計(jì)算題（第十三屆）七、(8分)有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，額定電壓是2 2 0V，正常工作電流是2 5 A，內(nèi)部線圈電阻是0.4。求：該電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)線圈的熱功率。1某同學(xué)求解如下：線圈的熱功率為 P

7、=1.21×105 W(1)請(qǐng)指出該同學(xué)的錯(cuò)誤(說(shuō)明理由)(2)請(qǐng)作正確解答：2電動(dòng)機(jī)接通正常工作電源，若其轉(zhuǎn)動(dòng)軸被卡住而不能轉(zhuǎn)動(dòng)，則電動(dòng)機(jī)很容易燒毀。試說(shuō)明理由。答案：1、（1）此題熱功率不應(yīng)當(dāng)用P=U2R計(jì)算。因?yàn)?，電阻兩端電壓并不?20V。而是UR=25 A×0.4=10 V。 (2分) (2)P=I2 R=(2 5 A)2×0.4=250W (4分)， 2、轉(zhuǎn)動(dòng)軸被卡住不轉(zhuǎn)時(shí)，電流做的功全部轉(zhuǎn)化為電熱(其發(fā)熱功率正如題中某同學(xué)錯(cuò)解的那樣)，電熱功率很大，溫度很高，所以容易燒毀。六、綜合題（97第七屆）7一個(gè)實(shí)驗(yàn)用的電動(dòng)機(jī)與電流表串聯(lián)后接在6伏直流穩(wěn)壓電源

8、上。閉合開(kāi)關(guān)后電動(dòng)機(jī)并沒(méi)轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)電流表的讀數(shù)為5安，檢查發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)軸上的齒輪被卡住了。排除故障后，讓電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)輕負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)電流表的讀數(shù)為1安，由此可以算出，此時(shí)電能做機(jī)械功的功率為_(kāi)瓦。答案：4.8（01第十一屆復(fù)）五、(1 6分)如圖(甲)所示為一個(gè)電磁繼電器的示意圖，a、b是它的兩個(gè)端點(diǎn)；B是銜鐵，D是安在一塊金屬板上的觸點(diǎn)，B和D都安在一個(gè)彈性片C上，C的左端固定，c和c、d和d分別是安在絕緣板上的金屬觸點(diǎn)，當(dāng)線圈A不通電時(shí)，D上的觸點(diǎn)與c及c接觸把c和c連接起來(lái)，因此c、c稱為常閉觸點(diǎn)；而d及d此時(shí)是斷開(kāi)的，稱為常開(kāi)觸點(diǎn)當(dāng)線圈A通電時(shí)，銜鐵B被吸下，c和c斷開(kāi)而d和d被連接起來(lái)現(xiàn)

9、在利用這個(gè)電磁繼電器控制帶動(dòng)水泵的電動(dòng)機(jī)工作，使水泵往水箱中抽水在水箱中豎直立一根絕緣棒，在棒上分別安有P、Q、R三個(gè)電極，如圖(乙)所示現(xiàn)在希望控制水箱內(nèi)的水位總在Q、R之間，即水位降到Q處，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，開(kāi)始抽水，水位達(dá)到R處，電動(dòng)機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)，停止抽水(水是導(dǎo)電的)圖(丙)和圖(丁)分別是控制電路和電動(dòng)機(jī)的供電電路，圖中R0是與電磁繼電器線圈并聯(lián)的一個(gè)電阻，它的阻值很小，當(dāng)R0接入電路后，電磁繼電器的線圈相當(dāng)于被短路(丙)、(丁)兩圖中標(biāo)有16的6個(gè)接線柱是與電磁繼電器的線圈或觸點(diǎn)相連的(1)寫(xiě)出這6個(gè)接線柱分別與電磁繼電器的何處連接(2)開(kāi)始水箱內(nèi)沒(méi)有水，試說(shuō)明閉合開(kāi)關(guān)S后，水箱內(nèi)的水位為

10、什么能保持在Q、R之間答案：(1)lc，2c，3a，4b，5d，6d(1與2，3與4，5與6都可以互換)(8分) (2)閉合S后，銜鐵B被吸下，d和d被接通，電動(dòng)機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)，水泵開(kāi)始抽水，水位達(dá)到R處時(shí)，R0支路被接通，電磁繼電器線圈被短路，B被釋放，電動(dòng)機(jī)停止工作，同時(shí)c及c被接通，電磁繼電器的線圈仍處于短路狀態(tài)待水位降至Q以下， Ro支路被切斷，電磁繼電器線圈通電，銜鐵B被吸下，水泵又開(kāi)始抽水，直到水位達(dá)到R處停止(8分)（04第十四屆復(fù)）二、（18分）圖1為一種電磁爐的原理示意圖，它是利用高頻電流在電磁爐內(nèi)部線圈中產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁化鐵磁性材料制成的烹飪鍋，在鍋體形成無(wú)數(shù)小的渦流（感應(yīng)電流）而產(chǎn)生

11、焦?fàn)枱?。同時(shí)，被磁化的鐵磁材料分子因摩擦、碰撞而發(fā)熱。從而使鍋體自身發(fā)熱達(dá)到加熱食物的目的。（1）使用電磁爐加熱食物時(shí)，不產(chǎn)生明火，無(wú)煙塵、無(wú)廢氣、清潔、安全、高效、節(jié)能。請(qǐng)寫(xiě)出電磁爐在使用中可能涉及的物理知識(shí)（只寫(xiě)名稱，不寫(xiě)內(nèi)容，不少于10個(gè)可得滿分）(2)在使用電磁爐時(shí)，鍋和爐之間的熱是由_傳遞給_的，電磁爐加熱食物的過(guò)程中消耗_能轉(zhuǎn)化為_(kāi)能；若用該電磁爐1次蒸熟5個(gè)饅頭需用時(shí)間25min，那么，一次只蒸熟1個(gè)同樣大小的饅頭大約需要_min.（3）某款電磁爐性能參數(shù)如下表所示：型號(hào)額定電壓額定功率功率調(diào)節(jié)范圍溫度調(diào)節(jié)范圍熱效率Sc-16220V 50HZ1600W450W1600W7024

12、0（大于）90%根據(jù)上表數(shù)據(jù)，若電磁爐在功率調(diào)節(jié)和溫度調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)，加熱溫度隨功率調(diào)節(jié)的變化圖像是一直線，電磁爐工作電壓正常，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，燒開(kāi)一鍋質(zhì)量為3kg、溫度為22的水最多需要多少時(shí)間（不計(jì)鍋吸熱及熱散失）答案：(1)該問(wèn)題沒(méi)有惟一的標(biāo)準(zhǔn)答案，屬于開(kāi)放性試題以下內(nèi)容可以作為基本依據(jù)答出其中10個(gè)以上(包括10個(gè))者均可得滿分 涉及的物理知識(shí)：電流的磁效應(yīng)、電流的熱效應(yīng)(焦耳熱)、阻抗(電阻)、磁場(chǎng)，磁化、磁感線、電磁感應(yīng)、能量轉(zhuǎn)化、分子熱運(yùn)動(dòng)、熱傳遞、內(nèi)能、分子電流，感應(yīng)電流、渦流其他答案正確的同樣給分 (2)“鍋”“電磁爐”“電或磁”“內(nèi)”“25”(3)取最低熱效率90%，溫度

13、調(diào)節(jié)最低為100，否則不能將水燒開(kāi)電磁爐在功率調(diào)節(jié)和溫度調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)，加熱溫度隨功率調(diào)節(jié)的變化關(guān)系呈線性，此時(shí)電磁爐消耗的實(shí)際功率P與加熱溫度t溫有下面的關(guān)系式：（t溫70）÷（P450W）=（24070）÷（1600W450W）可得：t溫=（17÷115W）×（P450W）+70 當(dāng)t溫=100時(shí)，P=653W，有：Pt=cm(t溫t)解得：t=1 672s=28min 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)： (1)5分； (2)每空1分(第1、2空填錯(cuò)一個(gè)兩空都不得分，最后1個(gè)空填“略少于25”的給分，填“5”的不給分)； (3)8分（05第十五屆復(fù)）五、（20分）一

14、所農(nóng)村中學(xué)常常因?yàn)椴荒芗皶r(shí)給水塔注水而停水，科技小組的同學(xué)知道后，利用下圖所示的器材設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)注水模擬裝置。A為浮子（浮子及其連桿總重約15N），在浮子連桿的上端有一可移動(dòng)金屬觸頭B（其受重力可忽略不計(jì)），它可以分別將其上、下的兩個(gè)固定觸點(diǎn)連通。C為水塔上的圓桶形蓄水池；M為配有電動(dòng)機(jī)的水泵（電泵）；為彈簧，為銜鐵，為電磁鐵線圈；為最高水位限位開(kāi)關(guān)、為最低水位限位開(kāi)關(guān)均為由電磁鐵銜鐵帶動(dòng)的觸頭開(kāi)關(guān)。電磁鐵通電時(shí)，接通，斷電時(shí)，接通。電磁鐵斷電時(shí)，接通。為開(kāi)關(guān)。1.請(qǐng)你按照下圖所示的器材，連接一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)注水的模擬電路，并說(shuō)明自動(dòng)注水的過(guò)程。K1BCAK5E2D2F2D1F1E1K3K4

15、電源S1S2M2.要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)注水的要求，浮子的最小體積約為多大？（g=10N/kg） 3.若設(shè)計(jì)要求每次自動(dòng)注水需在10min內(nèi)完成，需要知道或測(cè)量哪些物理量才能得到相匹配電泵的最小額定功率？請(qǐng)你用字母表示這些物理量，推導(dǎo)出電泵最小額定功率的表達(dá)式。在你的計(jì)算過(guò)程中，如果運(yùn)用了近似條件，請(qǐng)說(shuō)明。答案：1.（12分）電路如下圖所示。閉合開(kāi)關(guān)（此時(shí)開(kāi)關(guān)處于接通狀態(tài)），電泵運(yùn)轉(zhuǎn)，開(kāi)始注水。隨著蓄水池中水位的逐漸升高，浮子A帶動(dòng)金屬觸頭B上移，當(dāng)升到最高水位時(shí)，閉合，接通電磁鐵線圈，銜鐵被吸下來(lái)，使開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，切斷電泵的電源，停止抽水。與此同時(shí)K4接通，由于K4與K1為并聯(lián)，所以當(dāng)水位下降使斷

16、開(kāi)時(shí)，電磁鐵線圈仍處于接通狀態(tài)，電泵保持停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)水位下降到最低點(diǎn)時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合，接通電磁鐵線圈，銜鐵被吸下來(lái)，使開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，切斷電磁鐵線圈的電源，銜鐵釋放，使開(kāi)關(guān)閉合，接通電泵的電源，再次注水。如此循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)注水。K1BCAK5E2D2F2D1F1E1K3K4電源源源源源S1S2M注：可以采用分步驟累計(jì)分?jǐn)?shù)的方法。能連接電機(jī)的供電電路，并將連入電路。 （2分）能將與電源連通，再將連入， （2分）再將連入，再將與關(guān)聯(lián) （2分）能將與電源連通，再將連入。 （2分）文字?jǐn)⑹鲆蠛?jiǎn)潔，條理清晰 （4分）2.（4分）由圖知，浮子上浮接通電路，必須滿足： 由阿基米德定律可得， （4分） 即要實(shí)現(xiàn)自

17、動(dòng)注水的要求，浮子的最小體積是 （4分）3.（4分）需要知道水的密度，測(cè)出蓄水池的半徑R、蓄水池中最低和最高水位的高度差、蓄水池距井水面的高度，電泵抽水時(shí)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)做功把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 （1分） （2分）計(jì)算過(guò)程中，完全按理想狀態(tài)考慮，忽略能量的損失。（第十八屆復(fù)）一、（共16分）小明利用實(shí)驗(yàn)室的電磁繼電器、熱敏電阻R1、可變電阻器R2等器件設(shè)計(jì)了一個(gè)恒溫箱控制電路，如圖1所示。其中“交流電源”是恒溫箱加熱器的電源（加熱器在恒溫箱內(nèi)，圖中未畫(huà)出）；R1處于恒溫箱內(nèi)，圖2是小明通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的R1的阻值隨溫度變化的關(guān)系曲線；電磁繼電器的電源兩端電壓U = 6 V，電磁繼電器線圈的電阻可不計(jì)，

18、通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得當(dāng)電流為30mA時(shí)，電磁繼電器的銜鐵被吸合。1請(qǐng)簡(jiǎn)述此恒溫箱的工作過(guò)程。2為什么恒溫箱的加熱器應(yīng)該接在A、B端，而不能接在C、D端？3如果要使恒溫箱內(nèi)預(yù)設(shè)的溫度可調(diào)節(jié)范圍是90150，可供選擇的可變電阻器R2的電阻值有如下的幾種：A0100 B0200 C01000 D01500請(qǐng)問(wèn)應(yīng)選擇哪一個(gè)可變電阻器？為什么？4小明設(shè)計(jì)的這個(gè)控制電路，使用起來(lái)有何不足之處？請(qǐng)你提出一種解決的方案。答案：1恒溫箱溫控系統(tǒng)是由交流電加熱電路和直流控制電路組成，適當(dāng)調(diào)節(jié)變阻器R2的阻值，利用熱敏電阻R1的性能和阻值等使該系統(tǒng)能保證恒溫箱的溫度保持在預(yù)設(shè)的溫度范圍內(nèi)。工作過(guò)程如下： 當(dāng)恒溫箱內(nèi)的溫度達(dá)

19、到或者超過(guò)預(yù)設(shè)之最高溫度時(shí)，熱敏電阻R1的阻值下降，直流控制電路中電流增大，電磁繼電器吸合銜鐵，切斷交流加熱電路，恒溫箱開(kāi)始降溫。（1分） 當(dāng)恒溫箱內(nèi)的溫度低于預(yù)設(shè)之最低溫度時(shí)，熱敏電阻R1的阻值增大，直流控制電路中電流減小，電磁繼電器釋放銜鐵，交流加熱電路接通，恒溫箱又開(kāi)始升溫。（1分） 如此反復(fù)接通和斷開(kāi)交流加熱電路，使恒溫箱的溫度保持在預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)。（1分） 2恒溫箱的加熱器應(yīng)接在A、B端。 這樣溫度高于預(yù)設(shè)最高溫度時(shí)，電磁繼電器的銜鐵吸合，停止加熱；而溫度低于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，電磁繼電器的銜鐵斷開(kāi)，進(jìn)行加熱。這樣才能實(shí)現(xiàn)溫度控制。（2分） 如果加熱器在C、D兩端，當(dāng)溫度高于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，R1

20、的阻值減小，電磁繼電器的銜鐵吸合，加熱器繼續(xù)工作，溫度將更高，這樣就無(wú)法實(shí)現(xiàn)恒溫控制。（2分） 3電磁繼電器吸合時(shí)的電流為30mA，則控制電路的總電阻為 R總=R1+R2=200 （1分） 控制90時(shí)，由曲線圖可知，R1=50，可變電阻值應(yīng)為 R2=200-50=150（1分） 控制150時(shí)，由曲線圖可知，R1=30，可變電阻值應(yīng)為 R2=200-30=170（1分） 所以，要選一個(gè)能提供150170阻值的可變電阻器，選擇B即可滿足上述阻值要求，又能便于調(diào)節(jié)，故選用B即可。（1分） 4小明設(shè)計(jì)的這個(gè)電路，從理論上講控制的只是一個(gè)固定的溫度值，這樣使用時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)恒溫箱內(nèi)溫度在某一固定值附近時(shí)，電