歷屆全國初中物理競賽(電與磁)

最近十年初中應(yīng)用物理知識競賽題分類解析專題19--電與磁一．選擇題1．（2012全國初中物理競賽預(yù)賽）為了解釋地球的磁性，19世紀安培假設(shè)，地球的磁場是由繞過地心的軸的環(huán)形電流I引起的。在圖5中的四個圖中，正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是【】解析：由安培定則可知正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是圖B。答案：B2．（2011全國初中應(yīng)用物理知識競賽河南預(yù)賽）如圖1所示，將一對磁性材料制成的彈性舌簧密封于玻璃管中，舌簧端面互疊，但留有空隙，就制成了一種磁控元件——干簧管，以實現(xiàn)自動控制。干簧管置于下列哪種通電導(dǎo)線的磁場中時，可以使舌簧端面吸合圖1圖1【解析】：根據(jù)電流產(chǎn)生磁場，用安培定則可判斷直線電流在周圍所產(chǎn)生磁場的方向。磁性材料制成的彈性舌簧在磁場中磁化產(chǎn)生磁性吸合使電流導(dǎo)通，選項B正確?！敬鸢浮緽【名師點評】干簧管是一種把磁信號轉(zhuǎn)化為電信號的傳感器，要使磁性材料制成的彈性舌簧端面吸合，必須把干簧管的舌簧所在的直線與磁場的磁感線方向在一直線上。圖33．（2011上海初中物理知識競賽復(fù)賽題）如圖3所示，將一柔軟的導(dǎo)線彎成星形，并將其置于光滑水平桌面上，然后將電鍵S閉合，則該星形回路將圖3A．不會變形B．會變形，所圍面積增大C．會變形，所圍面積減小D．會變形，所圍總面積不變【解析】：根據(jù)兩根平行直導(dǎo)線，通有同向電流時互相吸引，通有反向電流時互相排斥，將電鍵S閉合，則該星形回路會變形，所圍面積增大，選項B正確?！敬鸢浮緽【名師點評】可把星形回路分割成無數(shù)段，相對的兩段可看作通有反向電流的平行直導(dǎo)線，它們互相排斥，使其所圍面積達到最大，最后為一圓。4.（2011上海第25界初中物理競賽）在地球赤道上空某處有一小磁針處于水平靜止狀態(tài)，突然發(fā)現(xiàn)該小磁針的N極向東偏轉(zhuǎn)，可能是A．小磁針正西方向有一條形磁鐵的S極靠近小磁針B．小磁針正北方向有一條形磁鐵的S極靠近小磁針C．小磁針正上方有電子流自東向西水平通過D．小磁針正上方有電子流自南向北水平通過.【答案】D【解析】：在地磁場的作用下，在地球赤道上空某處處于水平的小磁針，靜止時N極指向北，若突然發(fā)現(xiàn)該小磁針的N極向東偏轉(zhuǎn)，說明一定有磁感線指向東的外磁場?？赡苁切〈裴樥戏接须娮恿髯阅舷虮彼酵ㄟ^，選項D正確。5．（2006重慶初中物理競賽題）對通電螺旋管的認識，正確的是（）A．它周圍的磁場與蹄形磁鐵相似B．它的磁場方向與電流方向無關(guān)C．在它中間加上鐵芯，磁場會增強D．它的磁場強弱與電流大小無關(guān)5．【答案】：C【解析】：它周圍的磁場與條形磁鐵相似，選項A錯誤；它的磁場方向與電流方向有關(guān)，它的磁場強弱與電流大小有關(guān)，電流越大，磁場越強，選項BD錯誤。6．（第三屆理想杯初二物理競賽題）如圖所示，L是電磁鐵，在乙正上方用彈簧懸掛一條形磁鐵，設(shè)電源電壓不變，閉合電鍵S待電磁鐵穩(wěn)定后，當滑動變阻器R的滑片p由上向下緩緩地滑動過程中，彈簧的長度將()．A．變長B．變短C．先變長后變短D．先變短后變長要來回搖晃手電筒，使永磁體在手電筒中的兩個橡膠墊之間來回運動，燈泡就能發(fā)光。而且來回搖晃的越快，燈泡越亮。這種手電筒能發(fā)電的依據(jù)是__________原理，這個原理是英國科學家_______發(fā)現(xiàn)的?！窘馕觥浚河来朋w在手電筒中的兩個橡膠墊之間來回運動，線圈切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，燈泡就能發(fā)光，原理是電磁感應(yīng)，是法拉第發(fā)現(xiàn)的?！敬鸢浮浚弘姶鸥袘?yīng)法拉第【名師點評】環(huán)保型手電筒可減少廢電池造成的環(huán)境污染，符合可持續(xù)發(fā)展。2.（中學生數(shù)理化解題能力競賽題）有報道說：臺灣某廠商發(fā)明了一種“手機自生能”特制電池，它由固定線圈、可自由轉(zhuǎn)動的小磁鐵和充電電池組成。.上下左右搖晃手機，小磁鐵便在線圈內(nèi)轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生電能，充電電池同時將這些電能貯存起來。每搖晃一分鐘這種手機可通話兩分鐘。這種裝置能自生電能依據(jù)了原理.【答案】電磁感應(yīng)3．（第12界浙江科學競賽）在如圖所示的實驗中，說明電流能夠產(chǎn)生磁場的實驗是。3．【答案】乙丁【解析】圖甲是通電導(dǎo)體在磁場中受力實驗，圖丙是閉合回路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流實驗。4.（2009全國初中應(yīng)用物理知識競賽河南預(yù)賽試題）如圖所示，AB和CD是兩根固定且平行是水平金屬導(dǎo)軌，符號×表示垂直于紙面向里的磁場的磁感線?，F(xiàn)將銅棒EF和GH垂直放在滑軌上，當拉動GH使其向左移動時，發(fā)現(xiàn)EF也向左移動，請你說明此過程中所包含的一條物理知識：。若拉動EF使其向右移動時，GH應(yīng)向（選填“左”或“右”）移動。4.【答案】銅棒GH切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流（或銅棒EF受到磁場力的作用）右5．（2008上海初中物理競賽復(fù)賽題）將一個電磁鐵和白熾燈并聯(lián)后接入電路，如圖（a）所示。當閉合電鍵時，燈L1即刻點亮，隨后熄滅；當斷開電鍵時，燈閃亮后熄滅。（1）此現(xiàn)象說明當閉合電鍵時，流過電磁鐵的電流變化是；當斷開電鍵時，流過電磁鐵的電流變化是。（2）在圖（b）中，當電磁鐵中無電流時，鐵質(zhì)彈簧片的可動端與右側(cè)接線柱接通；當電磁鐵中有電流時，在電磁鐵的吸引下，鐵質(zhì)彈簧片的可動端與左側(cè)接線柱接通。試用筆線代替導(dǎo)線，完成電路連線，使電路中的電鍵閉合后，燈L1、L2會交替發(fā)光。5.【答案】：（1）逐漸增大逐漸減?。?）如圖所示?！窘馕觥浚寒旈]合電鍵時，由于電磁鐵線圈的自感作用，流過電磁鐵的電流變化是逐漸增大；當斷開電鍵時，由于電磁鐵線圈的自感作用，流過電磁鐵的電流變化是逐漸減小。圖26.（2011全國初中應(yīng)用物理知識競賽初賽）用傳感器進行自動控制時，常常要用到繼電器，某光敏電阻的阻值R與光強E的關(guān)系如下左圖所示。試用筆劃代替導(dǎo)線在右下圖中設(shè)計一個用光電敏電阻來控制路燈的實驗電路圖，要求：光暗時燈亮，光亮時燈熄，可供選擇的儀器如下：光敏電阻、小燈泡、學生電源、繼電器、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線等。圖2圖2-J圖2-J【解析】由題目給出的光敏電阻的阻值R與光強E的關(guān)系圖像可知，光暗時電阻大，光亮時電阻小?？蓪⒐饷綦娮?、保護電阻、電源及開關(guān)串聯(lián)后與繼電器中的電磁鐵線圈a、b連接，構(gòu)成閉合電路。由于光暗時電阻大，可將路燈電路的c段與繼電器的動觸點連接，d端與繼電器的上面靜觸點連接，這時路燈亮。光亮時，光敏電阻阻值小，電磁鐵中電流大，磁性強，吸引動觸點向下，路燈電路斷開?！敬鸢浮坑霉怆娒綦娮鑱砜刂坡窡舻膶嶒炿娐穲D如圖2-J所示?！久麕燑c評】此題以自動控制路燈電路設(shè)計切入，考查繼電器原理、電路連接、光敏電阻的阻值R與光強E的關(guān)系圖像的分析、歐姆定律等知識點。三．簡答題1．（2006全國初中應(yīng)用物理知識競賽河南預(yù)賽）小明對“電磁鐵”提出了以下兩個問題，請你回答：（1）怎樣使電磁鐵的磁性變強？請找出兩種解決辦法。（2）要使電磁鐵的南北極相互顛倒，可采用什么辦法？1.【答案】（1）增加電流大小和增加線圈的匝數(shù)、（2〕改變電流方向或線圈繞向2．（2010全國初中應(yīng)用物理知識競賽復(fù)賽）干簧管（也叫干簧繼電器）比一般機械開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、速度高、工作壽命長；而與電子開關(guān)相比，它又有抗負載沖擊能力強的特點，工作可靠性很高。如圖甲所示為干簧管的結(jié)構(gòu)簡圖，其中磁簧片是一種有彈性的薄鐵片，被固定于玻璃管上。當將一個條形磁鐵與干簧管平行放置時，如圖乙，干簧管的磁簧片觸點就會閉合，將電路接通；當條形磁鐵遠離干簧管時，觸點就會斷開。請簡述其原理。2.【答案】：當將一個條形磁鐵與干簧管平行放置時，干簧管的磁簧片就會被磁化，且靠近的那兩個端點會被磁化成異名磁極而相互吸引，觸點將會閉合，將電路接通；當條形磁鐵遠離干簧管時，磁簧片的磁性消失，在彈力的作用下觸點就會斷開。3.（第12界全國初中應(yīng)用物理知識競賽復(fù)賽）有一支縫衣用的鋼針與磁鐵接觸后磁化，試說出三種簡單實用的方法，判斷它的南北極。3．【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，也可以把鋼針懸在細線上，指北的就是鋼針的N極。還可以把鋼針放在光滑的玻璃板上，用條形磁鐵的N極靠近它，被吸收的就是鋼針的S極。四．綜合運用題1．（浙江第12界科學競賽題）某同學利用熱敏電阻為家中的燈暖型浴霸(一種取暖用的電器)設(shè)計了一個溫度可自動控制的裝置，如圖甲所示。“控制電路”中熱敏電阻R1的阻值隨溫度變化的曲線如圖乙所示，電磁鐵線圈可看作阻值為30Ω的純電阻R0，電源U1電壓恒定，浴霸共安裝有2只標有“220V、550W”的燈泡，當電磁鐵線圈中的電流大于或等于50mA時，繼電器的銜鐵被吸合，浴霸電路斷開；當線圈中的電流小于或等于40mA時，繼電器的銜鐵被釋放，浴霸電路閉合。求：

(1)工作電路閉合時，通過電路的總電流。

(2)若浴室內(nèi)的溫度最高不得超過40℃，則控制電路的電源電壓U1

(3)若電源U1電壓恒定為12V，則將此裝置安放在浴室內(nèi)，浴室內(nèi)溫度可控制在什么范圍?1．解：（1）電路的總電流：I=P/U=1100W/220V=5A。40℃時R1的電阻為170Ω，繼電器電路斷開的電流為I=50mA，控制電路的電源電壓U1最小值為：U1=IR=0.05A×200Ω（3）繼電器電路中的電流小于等于I1=40mA時，處于加熱狀態(tài)：R=U/I1==300Ω。此時R1=R-R0=300Ω-30Ω=270Ω。查圖得：R1的電阻為270Ω時對應(yīng)的溫度為23℃繼電器電路中的電流等于I2=50mA時，工作電路斷開，溫度最高：R’=U/I2==240Ω。此時R1=R’-R0=240Ω-30Ω=210Ω。查圖得：R1的電阻為210Ω時對應(yīng)的溫度為32℃浴室內(nèi)溫度的控制范圍是23℃~322.（2008全國初中應(yīng)用物理知識競賽復(fù)賽）小明利用實驗室的電磁繼電器、熱敏電阻R1、可變電阻器R2等器件設(shè)計了一個恒溫箱控制電路，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)，圖中未畫出）；R1處于恒溫箱內(nèi)，圖2是小明通過實驗測得的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=6V，電磁繼電器線圈的電阻可不計，通過實驗測得當電流為30mA時，電磁繼電器的銜鐵被吸合。(1)．請簡述此恒溫箱的工作過程。(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90℃~150℃，可供選擇的可變電阻器RA．0~100ΩB．0~200ΩC．0~1000ΩD．0~1500Ω請問應(yīng)選擇哪一個可變電阻器？為什么？(4)．小明設(shè)計的這個控制電路，使用起來有何不足之處？請你提出一種解決的方案。2．解：（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)。工作過程如下：

當恒溫箱內(nèi)的溫度達到或者超過預(yù)設(shè)之最高溫度時，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，恒溫箱開始降溫。當恒溫箱內(nèi)的溫度低于預(yù)設(shè)之最低溫度時，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，恒溫箱又開始升溫。如此反復(fù)接通和斷開交流加熱電路，使恒溫箱的溫度保持在預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)。

（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，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，電磁繼電器的銜鐵斷開，進行加熱。這樣才能實現(xiàn)溫度控制。如果加熱器在C、D兩端，當溫度高于預(yù)設(shè)溫度時，R1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，這樣就無法實現(xiàn)恒溫控制.。

（3）．電磁繼電器吸合時的電流為30mA，則控制電路的總電阻為R總=R1+R2=200Ω，

控制90℃時，由曲線圖可知，R1=50Ω，可變電阻值應(yīng)為R2=200Ω-50Ω=150Ω。

控制150℃時，由曲線圖可知，R1=30Ω，可變電阻值應(yīng)為R2=200Ω-30Ω=170Ω

所以，要選一個能提供150Ω～170Ω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。

（4）．小明設(shè)計的這個電路，從理論上講控制的只是一個固定的溫度值，這樣使用時，就會出現(xiàn)恒溫箱內(nèi)溫度在某一固定值附近時，電磁繼電器頻繁通斷的現(xiàn)象，這對電磁繼電器和加熱器電路的使用壽命是十分不利的。為了解決這個問題，可以設(shè)想制造一種繼電器，當已經(jīng)達到了預(yù)設(shè)的溫度時，繼電器達到吸合電流值（如此題中的30mA），這種繼電器可以延長一段時間或限時到規(guī)定時間才吸合，從而斷開被控制電路。當?shù)陀陬A(yù)設(shè)的溫度時，通過繼電器的電流小于吸合電流值，這種繼電器同樣可以延長一段時間或限時到規(guī)定時間才釋放銜鐵。從而實現(xiàn)繼電器和加熱電路有一個較長的穩(wěn)定工作狀態(tài)，達到既能實現(xiàn)恒溫控制又能延長使用壽命的目的。3．投入使用才l7年的長沙瀏陽河大橋由于嚴重損壞于今年年初被拆除重建。導(dǎo)致大橋損壞的一個重要原因是過往車輛嚴重超載。新橋建設(shè)現(xiàn)已開始，為了能抓拍超載車輛，小明及其物理興趣小組成員決定為大橋管理者設(shè)計一個“汽車超載記錄器”來進行監(jiān)控管理。如圖甲為該超載記錄器原理圖。Rx為壓敏電阻，當車輛駛?cè)氡槐O(jiān)測路段時，其阻值隨它受到的壓力變化而變化，變化關(guān)系如圖乙所示。當電壓表示數(shù)達到或超過4V時，繼電器的銜鐵被吸下，工作電路中的照相機就開始工作，抓拍超載車輛。已知電源電壓U=10V，電壓表量程為O～5V，線圈電阻R0=5Ω，保護電阻R1=lOΩ，問：(取g=10N／kg)（學科網(wǎng)精校）(1)若某車的質(zhì)量為15t，靜止時輪胎與路面接觸的總面積為0.3m2，則靜止時該(2)第(1)問中該車輛過橋時，電壓表的示數(shù)是多少?(3)該記錄器所能記錄的過橋車輛的最大質(zhì)量是多少?解：(I)靜止時，，F(xiàn)=G=mg=15×103kg×10N/kg=1.5則該車塒地面的壓強：………(2分)(2)因為F=G=1.5×105N，由圖可得：Rx=25Ω……．．(1分)…………．．(1分)串聯(lián)電路中電流處處相等電壓表的示數(shù)：…………．．(1分)(3)當電壓表滿偏時即，此時記錄的車輛質(zhì)量為最大，電路中電流為串聯(lián)電路中電流處處相等此時的總電阻……(1分)壓敏電阻阻值為查圖可得：……………．(1分)因為所以t。故該記錄器能記錄的最大質(zhì)量是55t………(1分)4.（2013全國初中應(yīng)用物理知識競賽預(yù)賽題）如圖21所示為某興趣小組為學校辦公樓空調(diào)設(shè)計的自動控制裝置，R是熱敏電阻，其阻值隨溫度變化關(guān)系如下表所示。已知繼電器的線圈電阻Ro=15Ω，左邊電源電壓為6V恒定不變。當繼電器線圈中的電流大于或等于l5mA時，繼電器的銜鐵被吸合，右邊的空調(diào)電路正常工作。(1)請簡要說明該自動控制裝置的工作原理。(2)計算說明該空調(diào)的啟動溫度是多少?(3)為了節(jié)省電能，將空調(diào)啟動溫度設(shè)定為25℃解：(1)隨著室內(nèi)溫度的升高，熱敏電阻的阻值減小，控制電路中電流增大，電磁鐵的磁性增強，當電流達到15mA時，銜鐵被吸臺，右側(cè)空調(diào)電路接通，空調(diào)開始工作。當溫度下降時，控制電路電阻增大，電流減小，電磁鐵的磁性減弱，減小到一定值，彈簧將銜鐵抬起，使空調(diào)電路斷開，這樣就實現(xiàn)了自動控制。