初中物理电和磁综合题

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）

人类在探索自然规律的过程中，总结出了许多科学研究方法，如：“控制变量法”、“等效替代法”、“类比法”、“转换法”、“理想模型法”、“科学推理法”等。
（1）下面是初中物理中的几个研究实例：①研究通过导体电流与导体的电阻的关系时，让导体两端的电压保持不变；②研究磁场时，引入“磁感线”；③研究动能与速度的关系时，让物体的质量保持不变；④研究电流时，把电流比作水流。其中，采用了相同研究方法的是（    ）
A．①和②                            B．①和③
C．②和④                            D．③和④
（2）下面的几幅图运用了          的方法说明分子也具有动能和势能。

（3）在“探究导体的电阻跟哪些因素有关”的实验中。同学们提出了下列几种猜想：
猜想1：电阻可能与导体的长度有关；
猜想2：电阻可能与导体的横截面积有关；
①根据你掌握的电学知识，你认为猜想3：电阻还与                            有关。
②小明设计了如图所示的电路图，在A、B间接入下表中待研究的电阻丝（电阻丝用电阻符号表示），电源电压U恒定。

序号	材料	长度	横截面积
1	锰铜合金丝	L	S
2	镍铬合金丝	L	S
3	镍铬合金丝	L	2S
4	镍铬合金丝	2L	S

 

若电阻受温度的影响可以忽略，要探究猜想1，应该控制          和           不变；要探究猜想2，应该选用电阻丝       和电阻丝       （填电阻丝的序号）进行对比实验。
③甲同学也利用以上的电路和电阻丝对猜想2进行了探究。甲同学的实验探究如下：
实验：先在A、B间接入电阻丝2，闭合开关S，记录电流表的示数为I₁；然后在A、B间接入电阻丝4，闭合开关S，记录电流表的示数为I₂；发现：I₁≠I₂。
分析：由于电阻丝2和4的横截面积不变，而两种情况下电路中电流的大小不等，所以电阻与导体的横截面积无关。
结论：猜想2是错误的。
对甲同学的实验探究，你认为他的实验方法是        （正确/错误）的，请具体指出他的错误是：                                           ，根据他的实验和他的分析思路还可得出：                              的结论，这个结论是      （正确/错误）的。

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？

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： 　　。

电梯为居民出入带来很大的便利，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。已知控制电路的电源电压U＝6伏，保护电阻R₁＝100欧，压敏电阻R₂的阻值随压力F大小变化如图乙所示，电梯底架自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计。
 （1）当压敏电阻R₂受到的压力F增大时，其阻值减小，控制电路中的电流增大，从而使电磁铁的磁性增强。电梯超载时，衔铁被电磁铁吸住，触点K与触点＿＿＿＿接触，电铃发出警报声。
（2）若电梯在20秒内将一位重600牛的乘客匀速提升15米，求电梯对乘客做功的功率。
（3）当电磁铁线圈电流达到20毫安时，衔铁刚好被吸住。若该电梯厢内站立总质量为1000千克的乘客时，试通过计算说明电梯是否超载。（g取10牛/千克）

为保证润扬大桥以及过桥车辆的安全，工作人员在桥的入口处安装了“超载检测报警系统”．检测时，当车辆重量小于1×10⁵N时，绿灯亮、红灯灭，表示可以通行；当车辆重量大于等于1×10⁵N时，红灯亮、绿灯灭，表示禁止通行．系统中的电路元件如图（甲）所示，其中压敏电阻R_x在检测时承受车辆的全部重量，它的阻值随所受压力F变化的图像如图（乙）所示；R₀为定值电阻；电磁继电器线圈上标有“10Ω 40mA”.当流过线圈的电流大于等于30mA时，通电线圈的作用效果大于弹簧的作用效果，衔铁被吸下，动触点P和静触点M断开并和静触点N接通；电池组的电压为6V；绿灯规格为“220V  40W”，红灯规格为“220V  60W”.

(1) 请在图（甲）中用笔画线代替导线完成电路连接．
（2）电磁继电器线圈上标有“10Ω 40mA”,它的意思是指线圈的电阻是10Ω，允许通过的       （选填“最大”“最小”）电流是40mA，超过了会烧坏线圈.
（3）根据分析可以知道：_________（A/B）灯是红灯.
（4）定值电阻R₀的阻值为多大？
（5）一辆大型货车停在检测装置上5分钟，因其严重超载导致电磁继电器线圈中电流太大而被烧坏，超载车辆的总重至少是多大？这段时间内指示灯消耗的电能是多少？

中国的高铁技术在世界上处于领先地位，乌鲁木齐将开通到北京的高速列车．
（1）高速运行的列车必须关紧门窗．此时车窗玻璃受到空气对它的压力差指向　 　（选填“车外”或“车内”．当列车在平直的铁轨上匀速运动时，车厢中的一乘客相对于车厢竖直向上跳起．他　 　（选填“能”或“不能”）落在车厢的起跳点．
（2）某火车票上标有发车时间为晚上20；40．到达目的地时间为第二日凌晨5：25的字样．从出发点到目的地的时间是　 　h．某高速列车以300km/h的速度在水平铁轨上匀速行驶中，突遇紧急情况立即刹车，刹车后列车以120km/h的平均速度运行4km后停止．列车停止2min后又以120km/h的平均速度行驶4km后恢复到原来的速度．则由于紧急情况的发生所耽误的时间为　 　s．
（3）一节高度为H，重为G的车厢停在水平铁轨上，铁轨宽度为L，若垂直吹向车厢侧面的水平风力可等效作用在车厢的中部，则风力至少为　 　才能把车厢吹倒．（车厢看做长方体，其重心在几何中心上）
（4）磁悬浮列车也是一种高速列车，它的核心部分是电磁铁．电磁铁是利用电流的　 　效应制成的．列车能够悬浮利用了磁极间相互　  　（选填“吸引”或“排斥”）的原理．

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 　　。

博物馆不能有直射阳光进入展示空间，因为展品在阳光的直接照射下会遭受不同程度的损害。某博物馆采用了一种新的天窗形式——光导天窗（如图甲）。当外界较强的阳光射到天窗时，电动卷帘能随时调整光线的角度和进光量，使适量的光斜射到井壁的平面镜上，把光导入到光井底部的漫射器上。当外界光照太弱时，光井内有人工照明给予补充。
图乙为馆内亮度自动调节电路原理图。R₀为保护电阻。R为光敏电阻，其阻值随光照的强弱而变化，可以近似认为，光照较强时电阻几乎为0；光照较弱时电阻接近于无穷大。M为自动卷帘电动机。

（1）阳光在光井中经过多次   后，通过底部漫射器均匀高效地照射到需要光照的地方。
（2）光敏电阻R相当于控制电路中的   （选填“开关”或“用电器”）。
（3）电磁线圈自身电阻为10欧，允许通过的电流不超过0.12安，当通过电流达到0.06安时能吸合衔铁。则保护电阻R₀的阻值范围是   。
（4）图乙中的L代表光井中所安装的10盏“220V 15W”的节能灯。若这些节能灯正常工作4小时，共消耗多少电能？

为判断短跑比赛是否抢跑，某兴趣小组设计了如图“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S；发令时闭合S_1，发令指示灯亮；运动员起跑后，装在起跑器上的压敏电阻R₀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，S₂被吸引而闭合，起跑器指示灯亮。若起跑器指示灯比发令指示灯先亮，表示运动员抢跑。

（1）当S₁处于断开状态时，闭合S，若压敏电阻阻值变小，电磁铁的磁性强弱如何变化？                  
（2）已知发令控制电路电源电压U＝6伏，电磁铁线圈的电阻不计。若运动员起跑后，压敏电阻R₀的阻值为30欧，S和S₁仍处于闭合状态，电磁铁线圈中的电流为0.25安，计算此时发令指示灯的功率。
（3）压敏电阻通常有两种类型：A. 阻值随压力增大而增大；  B. 阻值随压力增大而减小。则该模型的压敏电阻应选择哪种类型，结合电路简要说明理由：                     。

某课外兴趣小组学习了电磁继电器以后，制作了如图所示的“自动保温控制电路”。
（1）已知热得快的功率为800W；水的质量为4kg，水的初温为20℃；若要使最高温度达到80℃；水需要吸收的热量是多少？假设加热效率为80%，则加热时间是多少？（水的比热容为4.2×10³ J/（kg·℃））
（2）该温控电路的原理是接通220V的电源，电磁继电器常闭触点，使热得快通电，给水加热；当达到一定温度时，电磁铁磁性变强吸引衔铁；警报器响起。当温度降低时，电磁铁磁性变弱，热得快又重新开始工作，起到保温的效果。双金属片在电路中的作用相当于   ；当警报响起时，发光二极管的状态是   （发光/不发光）

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。

阅读短文，回答问题：  
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

如图所示为某兴趣小组为学校办公楼空调设计的自动控制装置，R是热敏电阻，其阻值随温度变化关系如下表所示，已知继电器的线圈电阻R₀＝10Ω，左边电源电压为6V恒定不变，当继电器线圈中的电流大于或等于15 mA时，继电器的衔铁被吸合，右边的空调电路正常工作．

温度t/℃	0	5	10	15	20	25	30	35	40
电阻R/Ω	600	550	500	450	420	390	360	330	300

 

(1)计算说明该空调的启动温度是多少？
(2)为了节省电能，将空调启动温度设定为30℃，控制电路中需要串联多大的电阻？ 
(3)改变控制电路的电阻可以给空调设定不同的启动温度，除此之外，请你再提出一种方便可行的调节方案．

如图所示，当开关S闭合后，滑动变阻器滑片向右移动，电磁铁磁性将         (选填“增强”或“减弱”)，在图中标出电磁铁的N、S极。