初中物理电和磁解答题

图是"探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件"的实验装置。闭合开关后，导体棒、灵敏电流计、开关、导线组成闭合电路。实验观察到的现象如下表

实验序号	磁场方向	导体棒     $\mathit{ab}$ 运动方向	灵敏电流计 指针偏转情况
1	向下	向上	不偏转
2		向下	不偏转
3		向左	向右偏
4		向右	向左偏
5	向上	向上	不偏转
6		向下	不偏转
7		向左	向左偏
8		向右	向右偏

（1）实验时通过观察 　     　来判断电路中是否产生感应电流。

（2）由实验可知，闭合电路中的部分导体在磁场中做 　　运动时，电路中产生感应电流。

（3）比较第4次和第 　　次实验可知，导体棒运动方向相同时，感应电流的方向与磁场的方向有关。

（4）比较第7次和第8次实验可知 　　。

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。

如图所示，是一种安全门锁的工作原理示意图。保安室里的工作人员通过开关即可控制安全门锁的开、闭。请你根据示意图，分析安全门锁的工作原理。

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　　。

如图所示为一个通电螺线管，请根据其两端的极性，用箭头在 $A$点标出电流的方向，在 $B$点标出磁感线的方向。

风是永不枯竭的能源。自古以来风能就受到人们的青睐，帆船、风车都是对风能的利用。现在，由于电能的广泛利用，风力发电得到世界各国的高度重视。

（1）风力发电机是根据　　原理制成的。为提高捕获风能的效率，叶片设计是风力发电机研制的核心技术之一，叶片截面制成图甲的形状，当风以图乙所示的角度流经叶片时，叶片会按　　方向转动（选填“顺时针”或“逆时针” $)$。

（2）由于远海的风能资源更丰富，海上发电必定会向远海发展。远海发电机需安装在漂浮式基础上（如图丙），若它们的总质量达11200吨，则漂浮式基础的总体积至少需要多少米 ${}^3$？（海水密度取 $1.0\times {10}^3$千克 $/$米 ${}^3)$

（3）传统的火力发电不仅会释放各种大气污染物，而且效率不高，每生产1千瓦时的电能需要消耗标准煤约0.4千克。若功率为30000千瓦的风力发电机组工作24小时，相当于替代标准煤多少吨？

图1中叶片转动时，电动机发电使 $\mathit{LED}$ 小灯发光电梯运行有时也会发电，产生的电能一般通过电阻发热而消耗掉。图2中电梯安装的电能回收装置，能将产生的电能回收利用。已知电梯空载时轿厢的质量比配重的小且钢缆的质量可忽略不计。

（1）图1发电的原理是 　　；当图2轿厢处于空载 　　（选填"上行"或"下行" $)$ 时，电梯将会发电；

（2）图2中电梯在空载匀速下行的某段时间内，电机消耗的电能 $E_{电}=2\times {10}^{5}J$ ，其转化为电梯机械能的效率 $\eta =80\%$ ，配重的重力势能增加了△ $E_1=2.4\times {10}^{5}J$ ．则此段时间内，配重的动能 　　（选填"增加""减小"或"不变" $)$ ，并求出轿厢重力势能的变化量△ $E_2$ ；

（3）若镇江拥有电梯数 $n=2500$ 台，每台电梯平均每天消耗的电能 $E=100\mathit{kW}·h$ ，在全部安装了电能回收装置后，可节约 $30\%$ 的电能。则这些电梯每天节约的电能相当于完全燃烧多少千克煤所放出的热量？煤的热值取 $q=3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$ 。

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：　　。

如图所示，将两个发光二极管极性相反的并联起来，并与手摇交流发电机串联。摇动转轮，使线圈在磁场中转动，则下列说法中正确的是　     　（填字母）

A．发电机的工作原理是电流的磁效应

B．线圈转动时，两个发光二极管会交替发光

C．线圈转动加快，发光二极管会变得更亮

D．线圈转动过程中，电能转化为机械能。

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　　。

用如图所示的装置可以探究通电螺线管外部磁场的方向。

（1）选用小磁针是为了　　。

（2）实验过程中，把电池的正负极位置对调，这样操作是为了研究　　和　　是否有关。

如图所示，开关闭合时，电磁铁上端为 $N$极，下端为 $S$极，在图中括号内标出控制电路电源的正负极，并将工作电路图连接完整。要求：开关闭合时，电动机转，小灯泡不亮；开关断开时，小灯泡亮，电动机不转。

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。

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　　。

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？