初中物理电和磁解答题

阅读短文，回答问题：

超声测速仪

如图甲所示是公路旁的超声波测速仪，它向行驶的车辆发射频率为 $f_0$（一般为 $30\mathit{kHz}~100\mathit{kHz})$的超声波，当车辆向它靠近时，车辆反射回来的超声波频率 $f$增大；当车辆远离时，反射回来的超声波频率 $f$减小，变化的频率△ $f=|f_0-f|$与车辆速度 $v$关系如图乙所示。

超声波测速仪内部工作原理如图丙所示， $P$、 $Q$是压电超声换能器，在外力作用下发生形变时会产生电压，形变消失后，电压随之消失；反之，当在其上加一定电压就会发生形变，电压消失后，形变随之消失。超声波测速仪内部振荡电路产生高频交流电压加到 $P$上， $P$产生相同频率的超声波；被车辆反射回来的超声波在 $Q$上产生交流电压，其频率与反射波的频率相同，比较电路将振荡电路和放大电路的两种频率的交流电压进行比较，计算出它们的差值△ $f=|f_0-f|$，由△ $f$就能知道车辆的速度。

（1）当车辆靠近超声波测速仪时，反射回来的超声波频率 $f$　　（大于 $/$等于 $/$小于） $f_0$；

（2）超声波测速仪工作时，压电超声换能器　　。

$A$．均将形变转换成电压

$B$． $P$将形变转换成电压， $Q$将电压转换成形变

$C$．均将电压转换成电流

$D$． $P$将电压转换成形变， $Q$将形变转换成电压

（3）为使超声波测速仪正常工作，振荡电路中产生交流电的图象可能是图中的　　。

（4）汽车先后以 $v_1$和 $v_2$的速度远离超声波测速仪时，反射回来超声波的频率分别为 $f_1$和 $f_2$，且 $f_1$大于 $f_2$，则 $v_1$　　（大于 $/$等于 $/$小于） $v_2$。

（5）汽车行驶中，超声波测速仪监测到△ $f$与它们之间的距离 $r$关系如图丁所示，以测速仪为参照物，该汽车的运动情况是　　。

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。

如图为某校物理小组设计的具有加热和保温功能的电热器内部简化电路。为热敏电阻，阻值随温度升高而减小。、、均为电热丝，且．闭合开关、，电热器开始加热。

（1）控制电路中，电磁铁的上端是　　极。

（2）加热时，动触点与上方静触点，接通，工作电路的总功率是多少？

（3）电磁铁对衔铁的吸引力与控制电路中电流的关系如图所示。当电磁铁对衔铁的吸引力为时，动触点与下方静触点接通，进入保温状态，此时热敏电阻的阻值是多少？

（4）保温状态下，的功率为，则工作电路消耗的电能是多少？

某款新型电动汽车的性能参数如表所示，请回答下列问题。

（1）电动机是电动汽车的核心部件，电动机正常工作时，电能转化为　   　能，电动机的工作原理是　　。

（2）电动机正常工作时，通过线圈的电流是多大？

（3）同类型号的燃油汽车在同等条件下百公里消耗汽油为 $10L$，请通过计算比较两种汽车的百公里能耗，并说明能耗不同的主要原因。汽油的密度 $\rho =0.7\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，汽油的热值 $q=4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$。

（4）汽车在某段公路上匀速行驶时，进入某超声测速区域，如图所示。当该车运动到距测速仪 $370m$时，测速仪向该车出一超声波信号， $2s$后收到从车返回的信号，超声波在空气中传播速度为 $340m/s$，求该车的速度。

工作电压	$400V$
电动机功率	$40\mathit{kW}$
百公里耗电量	$15\mathit{kW}·h$

2020年6月23日，北斗导航系统的第55颗卫星发射成功，实现全球组网，卫星利用　　传递信息，能为全球提供导航服务。导航卫星上多处使用电动机，第一台直流电动机的发明者，也是电磁感应现象的发现者，他是英国著名物理学家　　。

某油电混合动力汽车工作原理如图所示，当它以 $90\mathit{km}/h$的速度匀速行驶 $10\mathit{min}$的过程中，发动机和驱动电机共同为汽车提供动力，驱动汽车行驶所需的能量 $E_1=3\times {10}^{7}J$，其中 ${\eta }_1=60\%$来自于汽油燃烧，而汽油燃烧放出热量的 ${\eta }_2=40\%$用于驱动汽车行驶和对蓄电池充电，其中用于充电的能量 $E_2=2\times {10}^{6}J$，设汽油在发动机气缸内完全燃烧，汽油热值取 $q=5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$。

（1）当该汽车制动刹车时，驱动电机会反转为发电机给蓄电池充电，电机发电的原理是　　，产生的电能是从汽车的　　能转化而来的。

（2）求题述过程中汽车受到的阻力；

（3）题述过程中，汽车所消耗汽油的质量用 $m$表示。

①求汽车所消耗汽油的质量 $m$；

②请将下列表达式填写完整： ${\eta }_1{E}_1=$　　（用 $q$、 $m$、 ${\eta }_2$和 $E_2$表示）

小明用如图所示的装置来探究感应电流产生的条件（图中灵敏电流计 $G$的指针偏转方向相反即表示通过的电流方向相反）。

（1）导体 $\mathit{ab}$静止悬挂，闭合开关，灵敏电流计的指针不偏转，说明电路中　　（有 $/$无）电流产生。

（2）继续探究，记录观察到的现象如表：

序号	$\mathit{ab}$运动方向	电流计指针偏转情况
1	沿磁场方向运动 （不切割磁感线）	不偏转
2	水平向左 （切割磁感线）	向右偏转
3	水平向右 （切割磁感线）	向左偏转

①比较1、2（或1、 $3)$实验现象可知，闭合电路的一部分导体在磁场中做　　运动时电路中就会产生感应电流。

②比较2、3实验现象还发现，产生的感应电流的方向跟　　有关。

③若在整理器材时未断开开关，先水平向左撤去蹄形磁铁（导体 $\mathit{ab}$不动），则灵敏电流计的指针　　（会 $/$不会）偏转。

在中国科技馆”探索与发现”展厅里，有一件十分神奇的展品一磁液宝塔，如图甲所示。磁液是一种具有磁性的液体，它既具有液体的流动性，又具有固体磁性材料的磁性。磁液槽中有三个圆锥体，当用手转动展台下方的手柄时，磁液就会沿圆锥体爬升，手柄转动速度越大，磁液爬升的速度也越大，如图乙所示手柄停止转动后，爬上圆锥体的磁液会落回磁液槽。

请根据以上介绍，从力学或电磁学角度提出一个物理问题，并用所学的物理知识进行解释。

小明学习了《电磁感应 发电机》一节内容后，他查阅了有关资料，知道在电磁感应现象中闭合电路之所以能产生电流，是因为在电路中产生了电压，为了研究这个电压，他买了一套如图甲所示的装置。图中有机玻璃管长度为 $1.5m$，当圆柱形强磁体（直径略小于有机玻璃管内径）从有机玻璃管中下落穿过线圈时，与线圈相连的电压显示器可以显示此时的电压大小。小明想利用此装置探究电磁感应现象中产生的电压大小与线圈匝数及强磁体运动快慢的关系。他进行了如下实验（忽略强磁体下落过程中所受阻力的影响） $:$

（1）小明将三个匝数相同的线圈和电压显示器的组件固定在有机玻璃管 $A$、 $B$、 $C$处，如图乙所示。他想探究的是电压与　　之间的关系。为了使实验效果对比明显，三个线圈之间的距离应该　　（选填“近一些”或“远一点” $)$；

（2）小明分三次在距管口 $90\mathit{cm}$处分别固定匝数为300匝、600匝、900匝的三个线圈和电压显示器的组件，每次都是从管口处由静止开始释放强磁体，记录的实验数据如下表：

线圈匝数 $N$	实验次数	电压显示器示数 $U/V$	电压测量值 $U/V$
300	1	2.62	2.51
	2	2.50
	3	2.41
600	1	5.03	5.00
	2	4.84
	3	5.14
900	1	7.68	7.50
	2	7.38
	3	7.45

请根据上表电压测量值和对应的线圈匝数在图丙坐标纸上描点作图，分析图象可知：　　。

（1）如图甲是奥斯特实验装置，接通电路后，观察到小磁针偏转，此现象说明了　　；断开开关，小磁针在　　的作用下又恢复到原来的位置，改变直导线中电流方向，小磁针的偏转方向发生了改变，说明了　　。

（2）探究通电螺线管外部磁场分布的实验中，在嵌入螺线管的玻璃板上均匀撒些细铁屑，通电后　　（填写操作方法）玻璃板，细铁屑的排列如图乙所示，由此可以判断，通电螺线管外部的磁场分布与　　周围的磁场分布是相似的，将小磁针放在通电螺线管外部，小磁针静止时　　 $(N/S)$极的指向就是该点处磁场的方向。

如图所示是小明利用光敏电阻为居民楼门口设计的一种智能照明电路。 $L$为“ $220V22W$”的照明灯，天暗时自动发光，天亮时自动熄灭，控制电路中，电源由两节干电池串联而成，电压为 $2.8V$． $R_1$为阻值 $10\Omega$的定值电阻。 $R_2$为光敏电阻，其阻值会随着光强的变化而变化。

（1）①灯 $L$正常工作时，通过它的电流是多少？

②受控电路中导线 $a$端应连接照明电路的火线还是零线？

（2）当电压表示数为 $2.1V$时，光敏电阻的阻值为多大？（电磁铁 $A$的线圈电阻忽略不计）

（3）如果控制电路的电源换成两节新的干电池，照明灯 $L$有没有可能在白天就发光？请说明理由。

小柯利用实验室的器材开展了下列实验。根据要求回答问题：

（1）如图甲，将液体压强计的金属盒放入水里，并不断改变金属盒在水中的深度，观察U形玻璃管两边液面的高度差。这样做是想研究　　。

（2）如图乙，在直导线下方放置一枚小磁针，当导线中有电流通过时，磁针发生偏转，表明通电导线周围存在磁场；如果导线下方不放小磁针，当导线中有电流通过时，则该通电导线周围　　（选填“存在”或“不存在”）磁场。

（3）如图丙，在测量滑动摩擦力的实验中，水平桌面上的物块，受到2N水平向右的拉力F，做匀速直线运动。当拉力F大小变为4N时，物块受到的摩擦力为　　N。

根据要求作图

（1）如图甲，画出被踢出的足球在空中飞行时所受重力的示意图。

（2）如图乙，一束光从水中斜射入空气，画出进入空气中折射光线的大致方向。

（3）如图丙，根据通电螺线管外部的磁感线方向，标出图中电源的正极和小磁针静止时的 $N$极

随着全民健身活动的兴起，有更多的人参加马拉松运动，马拉松已经远远不只是一场比赛，它是你认识自己，认识一座城市，认识这个世界的方式。

因参赛选手很多，无法在同一起跑线出发而计时困难，近年常采用感应芯片计时，参赛者须按要求正确佩带计时芯片，当参赛者通过起点、终点设置的磁感应带时，芯片里的线圈中就会产生　　，从而激发芯片发送编码信息，系统实时获取计时信息。

科学探究中能够准确表达自己的观点，表述探究的问题，过程和结果都很重要，以下是小华和小红对通电螺线管的外部磁场进行探究后的展示与汇报：

①我们想知道通电螺线管的外部是否存在磁场？

②因此设计了如图甲所示的实验；

③闭合开关，发现小磁针发生了偏转；断开开关，小磁针又回到原位；

④此现象说明通电螺线管的周围存在磁场；

⑤那么通电螺线管外部磁场的分布情况如何？

⑥我们在通电螺线管周围的有机玻璃上撒铁屑并轻敲；

⑦铁屑的分布情况如图乙所示

⑧由此可知通电螺线管的外部磁场与条形磁体的磁场相似。

根据上述提示与汇报，请你回答以下问题：（填写上面对应的序号）

（1）属于提出问题的有　　；

（2）属于进行操作的有　　；

（3）属于进行观察的有　　；

（4）属于得出结论的有　　。