初中物理电和磁试题

阅读短文，回答问题。

智能洁具

智能洁具（智能马桶、全自动洗碗机、智能浴缸等），具有温水洗净、暖风烘干、杀菌等功能，已进入百姓家庭。

某智能洁具为确保安全，插头带漏电保护装置，工作原理如图甲，连接洁具的火线与零线穿过环形铁芯，正常工作时，两线中的电流相等；若火线与零线中的电流不等，绕在铁芯上的线圈会产生电流，经放大后通过电磁铁吸起铁质开关 $S$切断电源。

这种洁具装有红外线感应装置，当人靠近时，感应装置自动升起洁具盖子；启动洗净功能，加热器将水快速加热至温控装置预设的温度，水泵喷水实施清洗，喷水杆采用纳米银（直径为纳米级的银单质）材料，杀菌效果好；清洗结束，暖风烘干机自动开启烘干功能。表一为该洁具的部分参数，表二为水泵的性能测试参数（表中流量指单位时间内水泵抽送水的体积；扬程指水泵能将水提升的高度）。

表一

额定电压	$220V$	清洗喷水量	$0.8L/\mathit{min}~1.2L/\mathit{min}$
烘干机额定功率	$180W$	加热器额定功率	$2100W$

表二

流量 $Q/(\times {10}^{-4}{m}^3\cdot s^{-1})$	0.5	0.6	0.8	1.0	1.2
扬程 $H/m$	1.25	1.80		5.00	7.20

（1）该智能洁具应选用　　线插头。当图甲电磁铁线圈中电流从 $a$流向 $b$时，电磁铁下端是　　极。

（2）下列说法正确的是　　。

$A$．红外线感应装置利用超声波进行工作

$B$．暖风烘干是靠增大面积来加快水的汽化

$C$．纳米银是银分子，喷水杆材料具有良好的导电性

$D$．漏电保护装置内的火线与零线短路时，开关 $S$不会被吸起

（3）洁具正常工作，按最大喷水量用设定为 ${38}^{°}\text{C}$的温水清洗，加热器的效率为　　 $\%$；清洗结束，暖风烘干机工作 $40s$，消耗的电能会使标有“ $3000\mathit{imp}/(\mathit{kW}\cdot h)$”的电能表指示灯闪烁　　次。 $[$水的比热容 $c=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)$，室温为 ${18}^{°}\text{C}]$

（4）分析表二数据可得，当该水泵的流量为 $0.8\times {10}^{-4}{m}^3/s$时，其扬程为　　 $m$；当水泵的流量为 $1.0\times {10}^{-4}{m}^3/s$时，输出的水达到对应的扬程，此过程中水泵克服水重力做功的功率 $P=$　　 $W$． $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（5）图乙为洁具的温控装置原理图。 $R_1$是滑动变阻器， $R_2$是热敏电阻，其阻值随温度升高而减小。当 $R_1$两端电压 $U_1$增大到一定值时，控制电路将切断加热电路实现对水温的控制。

①适当　　（填“增大”或“减小” $)$电源电压，可使控制水温的预设值升高；

②电源电压设定为 $10V$，当 $R_1$接入电路的阻值为 $6\Omega$时， $R_2$的电功率为 $4W$，此时加热电路恰好被切断。若预设的水温相对较高，则控制电压 $U_1$是　　 $V$。

电梯为居民出入带来很大的便利，小明家住6楼，放学后，乘电梯回家．
（1）若小明的体重为500N，脚与电梯地面的总接触面积为0.05m²，则小明对电梯地面的压强为多少？
（2）若电梯在20s内将小明匀速提升15m，在此过程中，电梯上升的速度是多少？电梯对小明做了多少功？电梯对小明做功的功率为多少？
小明又查阅资料，了解到出于安全考虑，电梯都设置超载自动报警系统，其工作原理如图甲所示，电路由工作电路和控制电路组成，在工作电路中，当电梯没有超载时，触点K与触点A接触，闭合开关S，电动机正常工作；当电梯超载时，触点K与触点B接触，电铃发出报警铃声，闭合开关S，电动机不工作．在控制电路中，已知电源电压U＝6V，保护电阻R₁＝100Ω，电阻式压力传感器（压敏电阻）R₂的阻值随压力F大小的变化情况如图乙所示，电梯底架自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计．
（3）在控制电路中，当压敏电阻R₂受到的压力F增大时，其阻值减小，从而使电磁铁的磁性________（填“增强”“减弱”或“不变”）．
（4）若电磁铁线圈中的电流达到20mA时，衔铁刚好被吸住，电铃发出警报声．当该电梯厢内站立总质量为1000kg的乘客时，试通过计算说明电梯是否超载．（g取10N／kg）

如图甲是电热恒温箱的原理图，由控制电路和加热电路组成（部分电路尚未连接完整），其中控制电路由U₁=6V的电源．电磁继电器（线圈电阻忽略不计）、热敏电阻R₁和滑动变阻器R₂串联而成，加热电路由U₂=220V的电源和R₀=48.4Ω的电热丝组成，R₁和R₀置于恒温箱内，图乙是热敏电阻R₁的阻值随温度变化的关系图，当控制电路的电流达到0.05A时，衔铁被吸下来，触电处断开，加热电路停止工作，当控制电路中的电流小于0.05A时，衔铁被弹回，触电处接通，加热电路正常工作，从而使恒温箱内的温度达到理想的恒温效果，根据上述信息回答下列问题

（1）请你在电路图中画线加热电路与电磁继电器正确地连接好，当热敏电阻的温度升高时，电磁铁的磁性 （选填“增强”、“减弱”或“不变”）
（2）电热丝正常工作100s产生的热量是多少？
（3）若设定恒温箱的恒温温度为60℃，则滑动变阻器接入的电阻为多少？若滑动变阻器的最大阻值为80Ω，求恒温箱可设定的最高恒温温度．

小明利用光敏电阻受到光照时电阻变小的特性，设计了一个如图所示的自动控制电路，要求光暗时灯亮，光亮时灯灭，在实际调试时发现灯始终亮，而光敏电阻和其他元件都正常．下列调节能使控制电路达到要求的是（　　）

A．减少电磁铁线圈的匝数

B．抽出电磁铁的铁芯

C．滑动变阻器的滑片P向左移

D．减小控制电路的电源电压

如图所示为小梅在物理课上曾经使用过的一个实验装置，由铁架台、蹄形磁铁、灵敏电流计、开关、导体棒和几根导线等器材组成。

（1）这一实验装置是用来研究　　现象的。

（2）小梅至今对这个实验的下列过程记忆犹新：

①为使灵敏电流计的指针发生偏转，她首先闭合开关，然后要使导体棒　　（选填“上下”或“左右” $)$运动。

②保持导体棒的运动方向不变，将蹄形磁体 $N$、 $S$极的位置对调，灵敏电流计指针偏转方向也会改变。这说明：感应电流的方向与　　的方向有关。

（3）通过图甲所示的实验，小梅断定：利用图乙所示的实验装置，闭合开关后，拿一根条形磁铁向右插入线圈中时，也会观察到灵敏电流计指针的偏转。

请你简要说明小梅这样想的理由。　　。

小磁针放在两通电螺线管之间，静止时处于如图所示的位置，请完成螺线管B的绕线，并标出电流的方向。

某兴趣小组设计了如图甲所示的汽车转向指示灯电路模型，接通相应指示灯后，该指示灯会亮、暗（微弱发光）交替闪烁发光。电路中电源电压恒为6伏，指示灯的规格为“6V  3W”，R₀为定值电阻，电磁铁线圈及衔铁的阻值忽略不计。

（1）若让左转、右转指示灯同时工作，转向开关应与触点   接通。（选填“1和2”、“2和3”、“3和4”或“4和5”）
（2）当转向开关与触点“2和3”接通时，右转指示灯两端实际电压变化规律如图乙所示。已知当右转指示灯微弱发光时，其两端实际电压为Ux，消耗的实际功率为额定功率的1/25。
求：①右转指示灯闪烁交替工作30秒消耗的电能。
②定值电阻R₀的阻值。（指示灯的电阻不变）

磁铁具有吸引铁、钴、镍等物质的性质，小蕊和小昌同学想探究磁体对回形针的吸引力的大小与放入它们之间物体的哪些因素有关，请你参与探究并解决一些问题。
(1)如图1，保持磁体和纸片间的距离一定，在纸片上放入不同的物体时，通过比较纸片下面能吸附的回形针数量，显示磁体对回形针吸引力的大小。回形针的放置有图2中的甲、乙两种方法，依据________的原理，回形针在磁场中某点受到的吸引力等于它的重力，应选择图2中________的方法。
(2)选择正确的方法后，他们在纸片上分别放入形状、面积和厚度相同，材料不同的铁板、铝板等，观察能吸引的回形针个数，多次实验后将数据记录在下表中。

磁体与纸片之间放入的物体	不放物体	铁板	镍板	铝板	陶瓷板	玻璃板	塑料板
吸引回形针的数量／个	4	1	1	3	3	3	3

①分析数据可以得出：在其他条件相同时，放入铁板或镍板，吸引回形针的数量________，说明铁板和镍板对吸引力的影响________，即对磁性屏蔽效果明显。
②铁、镍、铝都是导体，而铝对磁性屏蔽效果不明显，原因可能是________。
③铝是导体，陶瓷、玻璃和塑料是绝缘体，从表中数据知道，它们对吸引力影响效果相同。据此，你提出一个值得探究的问题：________________________________________。
(3)他们在纸片上分别放入形状和________相同、面积不同的铁板，发现铁板面积越大，吸住的回形针数量越少。
(4)日常生活中，磁卡常受外界磁场影响出现消磁现象，请你根据含有铁、镍的物体对磁性屏蔽效果明显的性质，再写出一种保护磁卡磁性的方法：________________________________________。

问题解决 $--$设计“超重报警器”：

小雨想利用电磁继电器自制一种“超重报警器”。要求：当物重达到 $150N$时，电铃响报警，反之绿灯亮显示正常。他找来以下器材：电磁继电器（部分电路已接好），轻质硬刻度尺、电铃、绿灯、滑轮各一个，线绳和导线若干，一根轻质硬弹簧，一端已经固定，另一端连接触点 $P$，弹簧的最大伸长量与触点 $P$、 $M$之间的距离相等，弹簧能承受的最大拉力为 $50N$。

请利用上述器材帮小雨制作“超重报警器”在虚线框中完成装置设计，并简述工作过程。

如图所示，是某学习小组同学设计的研究“电磁铁磁性强弱”的实验电路图。

（1）要改变电磁铁线圈中的电流大小，可通过                  来实现；要判断电磁铁的磁性强弱，可观察___________________                                   来确定。
（2）下表是该组同学所做实验的记录：

电磁铁(线圈)	50匝	100匝
实验次数	1	2	3	4	5	6
电流 / A	0.8	1.2	1.5	0.8	1.2	1.5
吸引铁钉的最多数目 / （枚）	5	8	10	7	11	14

 
①比较实验中的1、2、3（或4、5、6），可得出的结论是：电磁铁的匝数一定时，通过电磁铁线圈中的                          ；
②比较实验中的1和4（或2和5或3和6），可得出的结论是：电磁铁线圈中的电流一定时，                       ；
（3）在与同学们交流讨论时，另一组的一个同学提出一个问题：“当线圈中的电流和匝数一定时，电磁铁的磁性强弱会不会还与线圈内的铁芯大小有关？”
①你对此猜想是：     ；
②现有大小不同的两根铁芯，利用本题电路说出你验证猜想的方法。

小聪利用光敏电阻为社区设计了一种自动草坪灯，其工作原理如图所示。工作电路中有两盏规格均为"220V 44W"的灯泡L，天暗时灯自动发光，天亮时灯自动熄灭。控制电路中电源电压U恒为6V，定值电阻R ₀为200Ω。在一定范围内，光敏电阻R的阻值与光照强度E（光照强度E的单位为lx，光越强光照强度越大）之间存在一定关系，部分数据如表所示。电磁铁的线圈电阻忽略不计，当天色渐暗，通过线圈的电流为0.02A时，恰好启动工作电路的照明系统。试问：

光照强度E/lx	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0
光敏电阻R/Ω	120	60	40	30	24

（1）随着光照强度减小，光敏电阻R的阻值 　    　（选填"增大"或"减小"），电磁铁的磁性 　    　（选填"增强"或"减弱"），当光照强度减小到一定值时，衔铁会被 　    　（选填"吸下"或"释放"），照明系统启动。

（2）两盏灯均正常发光时，工作电路中的总电流是多少？

（3）照明系统恰好启动时，光敏电阻R的阻值为多少？此时光照强度为多少？

一位设计师设计了一种"重力灯"。无论你在地球哪一个角落，无论当地的天气如何，它都可以实现照明。如图甲是这种"重力灯"的结构简化图，当重物下落时拉动绳子，转轴转动时，小灯泡就可以发光。重复以上操作，可以实现长时间照明。现挂上一个质量为 $25\mathit{kg}$ 的重物，该重物恰好可以缓慢匀速下落。在重物下落高度为 $2.4m$ 的过程中，就可以供一个标有" $3.6V1W$ "字样的 $\mathit{LED}$ 灯持续正常发光 $4\mathit{min}$ 。 $(g$ 取 $10N/\mathit{kg})$

（1）甲图虚线框内一定有 　　，它的工作原理是 　　。

（2）求重物下落时，重力做功的功率。

（3）求重物在一次下落过程中，甲图装置能量转化的效率。

（4）取下灯泡，将甲图装置的两个输出端接入乙图中的 $a$ 、 $b$ 两个接线柱进行实验（设该装置在短时间实验过程中可以稳定输出 $3.6V$ 电压）。 $R_0$ 为标有" $5\Omega 0.3A$ "的定值电阻，滑动变阻器 $R_1$ 标有" $50\Omega 1A$ "，电流表选择量程为 $0~0.6A$ ，电压表选择量程为 $0~3V$ 。为了保证电路安全，求滑动变阻器接入电路的阻值变化范围。

在不用电池的情况下，要使旱冰鞋轮子转动时，轮子里的 $\mathit{LED}$灯发光，请你利用学过的物理知识，设计一个可行性方案，并说明其发光原理。

如图甲为某型号豆浆机示意图，将黄豆和清水放入杯体，经过如图乙“三次加热、二次打浆”的工序，可制作可口的豆浆。

（1）若豆浆机“加热”时功率为1000瓦，“打浆”时功率为200瓦。则按图乙工序完成一次豆浆制作，需消耗多少电能？

（2）为了防止豆浆过少导致“干烧”和豆浆过多导致“溢浆”，小明设计了如图丙所示的电路， $L_a$、 $L_b$是两个完全相同的电磁铁， $R_a$和 $R_b$分别是安装在“防溢浆”水位和“防干烧”水位下方的压敏电阻，其阻值随压力的增大而减小。只有当豆浆液面处在“防干烧”和“防溢浆”水位之间时，电热丝才能工作。（假设电磁铁对衔铁的吸引力不会随距离的改变而改变，不考虑衔铁的弹力和重力）

①当液面高度为 $h_0$时，闭合电路中的开关 $S$，电磁铁 $L_a$吸住衔铁，此时压敏电阻的阻值分别为 $R_a\text{'}$和 $R_b\text{'}$，请比较两者的大小关系：　 $R_a\text{'}<R_b\text{'}$　。

②已知压敏电阻 $R_a$的阻值随液面高度 $h$的变化曲线如图丁所示，请结合 $R_a$的变化曲线画出压敏电阻 $R_b$的阻值随液面高度 $h$变化的大致曲线，并在图中横坐标上标出“防干烧”水位 $h_1$和“防溢浆”水位 $h_2$。

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干簧管
干簧管是一种利用磁场信号来控制的线路开关器件，也叫磁控开关．常用的干簧管有单触点和双触点两种．
如图为单触点干簧管的结构示意图．其外壳是一根密封的玻璃管，管中装有两个磁性材料制成的弹性簧片电板，还灌有一种惰性气体．平时，玻璃管中的两个磁簧片触点部位是分开的（如图甲）．当有磁性物质靠近玻璃管时，在合适的磁场的作用下，管内的两个簧片的触点部位被磁化成为异名磁极就会互相吸引接触，簧片就会吸合在一起，使结点所接的电路连通（如图乙）．外磁力消失后，两个簧片由于本身的弹性而分开，线路就断开．

干簧管中的磁性材料是指铁、钴、镍等能被磁铁吸引的材料，它分为软磁性材料和硬磁性材料两种．软磁性材料是指既容易被磁化而获得磁性又很容易失去磁性的物质．硬磁性材料是指不容易被磁化而获得磁性，但一旦获得磁性又很不容易失去的物质．磁体周围的磁性材料被磁化后的极性与放置在该处的小磁针的极性相似，如我们拿一根铁棒的一端靠近或接触磁铁的N极时，这一端就会被磁化成S极，它的另一端则会被磁化成N极．双触点干簧管类似于单刀双掷开关，它的工作原理是:没有磁场时，簧片1与簧片2接通（如图丙），当有外界磁力时，簧片1与簧片2的连接断开，簧片1与簧片3触点部位接通（如图丁），其中簧片1是公共端，簧片2是常闭接点，簧片3是常开接点。簧片中有一片是用只导电不导磁的材料做成．

干簧管外绕上能产生磁场的线圈就成了干簧继电器，当线圈通电后，管中磁性材料制成的簧片的自由端分别被磁化成N极和S极而相互吸引，因而接通被控电路．线圈断电后，干簧片在本身的弹力作用下分开，将线路切断．
（1）单触点干簧管中的磁簧片是用  （选填“软”或“硬”）磁性材料制成的．
（2）单触点干簧管在   （选填“断开”或“闭合”）时，磁簧片具有弹性势能．
（3）双触点干簧管的1、2、3三个簧片的对应制作材料可能是        
A．铁、铁、铜    B．铁、铜、铁
C．铜、铁、铜    D．铁、钴、铁
（4）当条形磁铁按左图所示的方式从A移动到B，下列能反映电路中的电流随时间变化的图象是   ．

（5）如图为一运用干簧继电器的电路，当开关S闭合后，它的工作特点是   

A．红灯、绿灯交替发光        B．红灯长亮，绿灯亮、灭交替
C．绿灯长亮，红灯亮、灭交替  D．红灯长亮，绿灯不亮