初中物理电和磁综合题

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？

电动清扫车以其环保、高效等优点，在创建卫生城市中大显身手。如图为一电动清扫车正在工作时的情景。

（1）电动清扫车的主要部件是电动机，其工作原理是 　              　；清扫过程中，驾驶员相对于清扫车是 　              　（选填"静止"或"运动"）的。

（2）清扫车停在水平路面上，总质量为800kg，清扫刷与路面不接触，轮胎与路面总接触面积为0.04m ²，车对路面的压强为多少？g取10N/kg。

（3）清扫车完成任务后，在平直道路上以5m/s的速度匀速直线行驶，经10min到达垃圾处理站，行驶过程中车所受阻力大小恒为400N，则牵引力做的功为多少？

我国第一高楼"上海中心大厦"的建筑高度是632米，为了避免台风来临时大厦上部剧烈晃动，大厦上部第125层安装了总质量上千吨的阻尼器系统，如图甲所示。阻尼器系统的钢索悬挂在大厦顶端，阻尼器类似一个质量巨大的金属摆，其简化模型如图乙所示。台风来临迫使大厦晃动，触发阻尼器产生与大厦晃动方向相反的摆动（如图丙所示）。阻尼器不停的往复摆动，使大厦上部晃动逐渐减弱，这样就不断吸收大厦晃动的能量。请回答下列问题：

（1）若阻尼器所在楼层距大厦底层高580m，乘坐高速电梯从底层到125层用时58s，则这一过程电梯的平均速度是多少？

（2）若阻尼器系统的质量是10 ⁶kg，则它受到的重力是多少？（取g＝10N/kg）

（3）图丙中，大厦刚开始向左晃动时，内部的阻尼器为什么会相对向右摆动？

（4）阻尼器吸收的能量不断增加，从安全角度考虑，设计时应使其摆动到最低点时速度不能过大，若在阻尼器下方加装铜质闭合线圈，结合电磁感应知识，你认为还缺少的器件是什么？请从能量转化的角度写出这一新增装置能减小摆动速度的原因。

目前有的地方出现了共享电动汽车，这种新型低碳的交通工具，深受人们的喜爱。某品牌电动汽车的部分参数如表所示。

电池容量 $(\mathit{kW}·h)$	22
车载充电器输入电压 $\left(V\right)$	220
车载充电器输入电流（A）	16
电能转化为机械能的效率	$70\%$

（1）如图所示，租车时，租赁者只要将租车卡靠近电动汽车上的感应器，感应器即能读取卡中的信息，将车解锁。刷卡所用的原理是　　。

（2）根据表中的数据，将耗完电能的电池充满电，理论上需要多少小时？

（3）上述电动汽车充满电后，在水平地面上匀速行驶，最大距离为140 千米，行驶时该车受到的阻力为多少牛？

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。

归纳式探究 $--$研究带电粒子在电场中的运动：

给两块等大、正对、靠近的平行金属板加上电压，两板之间就有了电场。带电离子在电场中受到力的作用，速度的大小和方向都可能发生变化。

（1）甲图中两板间电压为 $U$，若一个质量为 $m$，电荷量为 $q$的负离子，在力的作用下由静止开始从负极板向正极板运动，忽略重力的影响，到达正极板时的速度 $v$与质量 $m$、电荷量 $q$和电压 $U$的关系数据如表一。则带电离子到达正极板时速度的平方 $v^2=k_1$　　。

（2）在其他条件一定时，若第二次实验中的带电粒子以不同的速度沿着乙图中的两板中线方向入射到电场中，带电离子就会发生偏转，离开电场时偏移距离 $y$与入射初速度 $v$的关系数据如表二。则偏移距离 $y=k_2$　　。将数据的表格形式变成公式形式，运用了　　法。

表一：

次数	$m/\mathit{kg}$	$q/C$	$U/V$	$v^2/(m^2\cdot s^{-2})$
1	$2\times {10}^{-30}$	$1.6\times {10}^{-19}$	1	$1.6\times {10}^{11}$
2	$4\times {10}^{-30}$	$1.6\times {10}^{-19}$	1	$0.8\times {10}^{11}$
3	$4\times {10}^{-30}$	$3.2\times {10}^{-19}$	1	$1.6\times {10}^{11}$
4	$2\times {10}^{-30}$	$1.6\times {10}^{-19}$	3	$4.8\times {10}^{11}$

表二：

$v^2/(m^2\cdot s^{-2})$	$y/m$
$0.8\times {10}^{11}$	$3.6\times {10}^{-2}$
$1.6\times {10}^{11}$	$1.8\times {10}^{-2}$
$4.8\times {10}^{11}$	$0.6\times {10}^{-2}$
$7.2\times {10}^{11}$	$0.4\times {10}^{-2}$

（3）将甲、乙两装置组合，如图丙所示。甲装置两板间电压为 $2V$，质量为 $4\times {10}^{-30}\mathit{kg}$，带 $1.6\times {10}^{-19}C$电荷量的负粒子，自甲装置负极板由静止开始运动，则其最终离开乙装置时偏移距离 $y=$　　 $m$。

如图1所示，2018年5月23日中央新闻报道，我国自行设计制造的新型磁悬浮列车工程样车运行试验取得成功，时速可达160公里以上，列车由于车体与轨道不接触、无摩擦，具有噪音低损耗小、易维护等优点，被誉为"零高度飞行器"。这种兼具高速与中低速磁浮交通优点的新型磁悬浮列车将为我国城市间提供一种方便快捷的绿色轨道交通工具。

（1）磁浮列车是在车厢底部和轨道上分别安装了磁体，并使它们的同名磁极相互 　 　，车体与轨道不接触，无摩擦，列车能够在轨道上方几厘米的高度上飞驰，避免了来自车轮与轨道之间的摩擦。

（2）如图2所示，列车站台设计成中间高两边低的原因是：进站时列车由于 　 　要保持原来的运动状态冲上站台；从能量转换的角度来说，当列车出站时从高度较高的地方下行，它的 　 　，不用消耗过多的电能或化学能等能量。

（3）如图3所示，当列车进站时，乘客必须站在站台和黄色线以外的位置候车才安全的原因是 　 　。

（4）小张乘坐列车时看见两旁的房屋迅速向东退去，则列车相对于地面正在向 　 　行驶。

某同学在看了《加勒比海盗》后，想象了电影后续的情节：

一段美好时光以后，黑珍珠号又回到了漂流瓶里，杰克船长被船员们抛弃在了一个荒岛上，如图，他右手拿着罗盘，左手拿着望远镜，回忆着以前的日子，想象着一段新的旅程。

请按以下方示例找出图中3个物理现象或者物体，填入下表（不能与示例相同）

	现象或者物体	物理知识
示例	太阳	热传递
①
②
③

国家规定燃气灶须安装熄火自动保护装置，在意外熄火（如汤水溢出）时，装置能自动关闭气路。图1为小华设计的模拟装置示意图：电源电压 $U=6V$ ；当电磁铁线圈中的电流 $I⩽0.02A$ 时，衔铁 $K$ 被释放从而关闭气路（未画出）启动保护，反之打开气路；线圈电阻不计；热敏电阻 $R_t$ 的阻值与温度的关系如图2中图线①所示。

（1）停止加热（意外熄火）后，随着 $R_t$ 温度降低，线圈中电流将变 　　；

（2）在调试装置时，需满足以下两个条件：

①装置启动保护时 $R_t$ 的温度不高于 ${80}^{°}\text{C}$ ；

②为防止意外熄火后燃气泄漏的时间过长，装置启动保护时 $R_t$ 的电功率应不超过 $0.06W$ ；为满足上述条件，求电阻箱 $R$ 接入电路阻值的范围；

（3）调试完成后，若仅将 $R_t$ 更换为图线②所示的热敏电阻（两只热敏电阻的吸、放热本领相同），小华发现装置启动保护的灵敏度会降低，你认为其中的原由是： 　　。

智能机器人目前已能够为人类在很多方面进行高效率、高精准度的服务，在图书馆领域，机器人可以辅助或替代图书馆员的工作，提供整理图书、读者咨询等服务。下表是某智能机器人图书馆员"小 $i$ "（如图甲）的部分参数：

参数名称	电源电压 $/V$	最大负重 $/\mathit{kg}$	提升重物最大高度 $/m$	机器人车轮直径 $/\mathit{cm}$	充电功率 $/W$
数据	48	20	0.6	10	2.5

（1）读者与"小 $i$ "对话，咨询某图书所在的位置，"小 $i$ "需将读者的声音信号转化为电流信号，这与 　　的原理相同。（发电机 $/$ 电动机）

（2）在阳光充足的时候，"小 $i$ "可以通过将 　　能转化为电能的方式实现无线充电。

（3）"小 $i$ "也提供无线上网服务，它与互联网之间通过 　　来传递信息。

（4）"小 $i$ "每天需将 $1944\mathit{kg}$ 图书从借阅处分批搬回书架上，每次放回需将图书提高 $0.5m$ ，则每天搬书上书架做功 　　 $J$ ，若充电效率为 $90\%$ ，则每天应至少充电 　　 $h$ ． $(g$ 取 $10N/\mathit{kg})$

（5）如图乙所示为"小 $i$ "承受图书重力的过载保护电路原理图，图中 $R$ 为压力传感器，阻值随所受压力变化图象如图丙所示，图乙触发器的电阻忽略不计，通过的电流超过 $0.5A$ 时就触发电动机停止工作，放弃执行搬书指令，以免"小 $i$ "受损伤。因此为保护"小 $i$ "，电阻箱 $R_0$ 的阻值至少应为 　　 $\Omega$ ；"小 $i$ "长时间工作后，为减轻其最大负重，应将电阻箱 $R_0$ 的阻值适当 　　（增大 $/$ 减小）。

（6）图书馆管理人员发现，"小 $i$ "经过斜面时，爬坡打滑爬不上去，在不改变智能机器人硬件情况下，为了让"小 $i$ "能爬坡，可采用的方法是① 　　，② 　　。

【2015 年湖南省郴州市初中毕业学业考试】 法国科学家阿尔贝•费尔和德国科学家彼得•格林贝尔由于发现巨磁电阻（GMR ）效应, 荣获 了2007 年诺贝尔物理学奖。这一发现大大提高了磁、电之间信号转换的灵敏度。右图是说明巨磁电阻特性原理的示意图：

（1）通电螺线管的右端是_________极；
（2）闭合开关 S₂，指示灯不亮，再闭合开关 S₁，指示灯发光，由此可知：巨磁电阻的大小与        有关；
（3）若滑片P 向左移动，电磁铁的磁场_________ （填“增强”、“减弱”），观察到指示灯变得更亮，由此实验可得出结论：                              ；

【2015年汕尾市初中毕业生学业考试】我市地处沿海，风力资源极为丰富，随着各项大型风力发电项目的建设，我市将成为广东省知名风力发电基地。如图甲是某地风力发电的外景。风力发电机组主要由风机叶片和发电机组成。请回答下列问题：

（1）风力发电利用的是风能，风能是清洁的         （选填“可再生”或“不可再生”）能源；
（2）风机叶片具有质量轻、强度高、耐磨损等性能，通常用密度        （选填“大”或“小”）、硬度大的复合材料制成；叶片形状像飞机的机翼，若叶片位置和风向如图乙所示，由于叶片两面空气流速不同而产          差，使风叶旋转；
（3）风叶产生的动力通过传动系统传递给发电机，发电机是利用            原理，把机械能转化为电能；
（4）某风力发电机的输出功率与风速的关系如图丙所示，由图像可以知道，当风速在v₁到v₂之间时，风速越大，发电机组的电功率              ；
（5）请你根据图像判断，台风来临时，能否给风力发电带来最大的经济效益？             （选填“能”或“不能”）。

为判断短跑比赛中运动员是否抢跑，某兴趣小组设计了如图所示“抢跑自动指示”电路。其工作原理是：当运动员蹲在起跑器上后，先闭合总开关S；发令时闭合发令开关S_1，则发令指示灯亮；运动员听到“起跑”命令起跑后，装在起跑器上的压敏电阻R₀立即因受到压力减小，其电阻改变，电磁铁线圈中的电流明显变大，开关S₂被吸引而闭合，于是起跑器指示灯亮。

（1）压敏电阻有以下两种类型，则该模型的压敏电阻R₀属于哪种类型？           ：
A. 阻值随压力增大而增大       B. 阻值随压力增大而减小
（2）运动员抢跑时指示灯的发光情况为：                     。
（3）已知发令控制电路的电源电压U＝6伏，运动员起跑后，电磁铁线圈中的电流为0.25安。若压敏电阻R₀的阻值为30欧姆，电磁铁线圈的电阻忽略不计，则发令指示灯的电阻为       欧姆。

为判断短跑比赛中运动员是否抢跑，某兴趣小组设计了如图所示“抢跑自动指示”电路。其工作原理是：当运动员蹲在起跑器上后，先闭合总开关S；发令时闭合发令开关S_1，则发令指示灯亮；运动员听到“起跑”命令起跑后，装在起跑器上的压敏电阻R₀立即因受到压力减小，其电阻改变，电磁铁线圈中的电流明显变大，开关S₂被吸引而闭合，于是起跑器指示灯亮。

（1）压敏电阻有以下两种类型，则该模型的压敏电阻R₀属于哪种类型？           ：
A.阻值随压力增大而增大
B.阻值随压力增大而减小
（2）运动员抢跑时指示灯的发光情况为：                     。
（3）已知发令控制电路的电源电压U＝6伏，运动员起跑后，电磁铁线圈中的电流为0.25安。若压敏电阻R₀的阻值为30欧姆，电磁铁线圈的电阻忽略不计，则发令指示灯的电阻为       欧姆。

如下图。

（1）如图甲所示，一束光线垂直射到玻璃砖的一个面；请作出这束光线进入玻璃砖内的径迹和从斜面离开玻璃砖后的大致径迹，要求在斜面处标出法线。
（2）如图乙所示是广场上一只氢气球，用细绳系于地面上，请作出氢气球受到重力和浮力的示意图。
（3）如图丙是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的原理示意图。其中，R是光敏电阻，光敏电阻的阻值R随光照强度的增强而减小。白天，通过太阳能电池板与蓄电池回路将太阳能转化为化学能储存在大容量蓄电池内。傍晚，当光照度小于一定值时，通过蓄电池与LED回路，路灯开始工作。请用笔画线将电路原理图连接完整，使工作电路能正常工作（与触点的接线只能接在静触点上，图中已给出静触点D、E、F、G的四根引线；连线不能交叉）