第二十章《电与磁》单元基础巩固与培优必刷达标卷-2024-2025学年九年级全一册物理《考点•题型 •技巧》（原卷版+解析版）（人教版）

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第二十章《电与磁》单元基础巩固与培优必刷达标卷（考试时间：80分钟 试卷满分：100分）一、单项选择题（本大题共7小题，每小题3分，共21分）在每小题列出的四个选项中，只有一个是正确的。1．关于地磁场，下列说法中正确的是（　　）A．磁感线是磁场中真实存在的曲线B．地球周围的地磁场的磁感线是从地磁S极出发回到地磁N极C．教室里水平放置、能自由转动的小磁针静止时N极指向地理南极D．指南针是我国古代四大发明之一，它能指南北是因为受到地磁场的作用【答案】D【详解】A．磁感线是为了描述磁场而引入的，不存在，故A错误；B．磁体外部磁感线都是从N极出发，回到S极，地磁场的磁感线也一样，故B错误；C．教室里水平放置、能自由转动的小磁针的磁场与地磁场相互作用，静止时，小磁针的N极指向地理北极，故C错误； D．指南针是我国古代四大发明之一，指南针能够指南北，为我们辨别方向，是因为指南针的磁场和地磁场的相互作用，使指南针受到地磁场给的力的作用，静止时针尖指向地理南方，故D正确。故选D。2．小明家有一款磁悬浮音箱（图甲），其内部电路图如图乙所示。下列对此音箱的说法正确的是（　　）A．调节滑片P位置可调节音箱悬浮高度 B．通电后底座的周围存在许多磁感线C．音箱悬浮利用了异名磁极相互吸引的原理 D．音箱底部的永磁铁的A端为S极【答案】A【详解】A．由图可知，闭合开关，使音箱悬浮后，调节滑片P，电磁铁线圈中的电流发生变化，磁性大小发生变化，音箱受到的磁力发生变化，音箱与底座之间的距离发生变化，音箱悬浮高度发生变化，故A正确；B．通电后底座的周围存在磁场，但不存在磁感线，磁感线是人们为了形象方便地描述磁场而假想的曲线，故B错误；C．磁悬浮音箱利用了同名磁极相互排斥的原理，故C错误；D．由安培定则和图示可知，右手握住螺线管，四指指向电流的方向，大拇指指向螺线管的上端，则螺线管的上端为N极、下端为S极，磁悬浮音箱利用了同名磁极相互排斥的原理，所以音箱底部磁体的A端应该是N极，故D错误。故选A。3．如图所示，是某同学自制的简易电磁锁原理图。闭合开关S，滑片P向左移动，使静止在水平桌面的条形磁体滑动，打开门锁。下列说法正确的是（　　）A．通电后电磁铁a端为S极B．滑片向左移动的过程中电磁铁的磁性增强C．条形磁体在滑动过程中受到向左的摩擦力D．条形磁体在滑动过程中受到的摩擦力变小【答案】B【详解】A．由图中可知，通电后电流从电磁铁的b端流入，由安培定则可知，电磁铁的a端为N极，故A错误；B．滑片向左移动的过程中，滑动变阻器接入电路中的阻值变小，故电路中电流变大，则电磁铁的磁性增强，故B正确；C．因条形磁铁的b端为S极，故由异名磁极相互吸引可知，条形磁体会受到向左的磁力作用而向左滑动，故条形在滑动过程中受到桌面向右的摩擦力，故C错误；D．条形磁体在滑动过程中，在竖直方向上处于受力平衡状态，条形磁铁与桌面之间的压力和粗糙程度不变，故条形磁体在滑动过程中受到的摩擦力不变，故D错误。故选B。4．风能作为一种清洁的新能源，越来越受到世界各国的重视。风力发电已成为我国新能源战略的重要组成部分。下列选项中与风力发电机原理相同的是（　　）A． B．C． D．【答案】C【详解】风力发电，消耗风能，产生电能，是将风能转化为电能的过程，所以，原理是电磁感应。A．图中是奥斯特实验，小磁针发针偏转说明通电导体周围有磁场，故A不符合题意；B．图中是利用电磁继电器进行控制的电路，电磁铁通电时有磁性，断电时无磁性，电铃就是利用电磁铁的这个特性工作的，故B不符合题意；C．当图中线圈在磁场中做切割磁感线运动时，灯泡会发光，这是电磁感应，与发电机的原理相同，故C符合题意；D．图中开关闭合后，电路中有电流，通电导体受到磁场力的作用发生运动，即是电动机的制作原理，故D不符合题意。故选C。5．如图所示为直流电动机的工作原理图，下列说法正确的是（　　）A．通电后线圈转动的过程中ab和cd 受力方向相同B．线圈从图中位置转过90°时，线圈受力平衡C．通电后线圈转动的过程中，消耗的电能全部转化为机械能D．通电后线圈转动的原理是电磁感应【答案】B【详解】A．通电后线圈转动的过程中ab和cd 受力方向是相反的，故A错误；B．线圈从图中位置转过90°时，恰好处于平衡位置，线圈受力平衡，故B正确；C．通电后线圈转动的过程中，线圈中有电流，线圈会发热，故消耗的电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，故C错误；D．通电后线圈转动的原理是通电线圈在磁场中受到力的作用，故D错误。故选B。6．我国自行研制的第三艘航空母舰福建号采用了最先进的电磁弹射器。电磁弹射器的弹射车处于强磁场中，当弹射车内的导体有强电流通过时，弹射车就给舰载机提供强大的推力而快速起飞。下列各图能正确反映电磁弹射器工作原理的是（　　）  A．   B．  C．   D．  【答案】C【详解】依题意电磁弹射器的弹射车处于强磁场中，当弹射车内的导体有强电流通过时，弹射车就给舰载机提供强大的推力，由此可知其原理是通电导体在磁场中受力运动，与电动机原理相同。A．图A是奥斯特实验，说明电流周围存在磁场，故A不符合题意；B．图B是探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系，故B不符合题意；C．图C有电源，通电导体在磁场中受力运动，是电动机原理，故C符合题意；D．图D没有电源，是探究电磁感应现象的实验，故D不符合题意。故选C。7．如图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“220V 22W”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。R1为定值电阻，R2为阻值会随着光照强度变化而变化的光敏电阻。下列说法中不正确的是（　　）A．受控电路中导线a端应连接照明电路的火线B．提高控制电路电源电压，L白天也可能发光C．当光照强度增大时，控制电路总功率将增大D．为了让灯在天更暗时才发光，可换用阻值更小的R1【答案】B【详解】A．开关控制灯泡时，开关接在火线上，所以，受控电路中导线a端应连接照明电路的火线，故A正确，不符合题意；B．如果提高控制电路的电压，由欧姆定律知道，控制电路中的电流增大，在白天时，控制电路的电流很大，衔铁会被吸下，照明灯L不发光，且到晚上时，由于控制电路的电压高、电流大，也可能导致衔铁被吸下，照明灯L也可能不发光，故B错误，符合题意；C．当光照强度增大时，光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小，根据串联电路的电阻关系知道，控制电路的总电阻变小，根据欧姆定律可知，电路中的电流变大，由P＝UI知道，控制电路的功率变大，故C正确，不符合题意；D．根据题意知道，照明灯在天暗时发光，说明此时照明电路闭合，即衔铁上动触点与静触点接触，由图知道，此时衔铁应被释放，则电磁铁的磁性减弱，说明控制电路中的电流变小，由知道，控制电路中的电阻变大，即此时光敏电阻的阻值变大，反之，天亮时光敏电阻的阻值变小，所以，该光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小；电磁铁的吸合电流不变，控制电路电源电压不变，由欧姆定律知道，衔铁被吸下时电路的总电阻不变，要在环境光线更弱时才启动节能灯照明，此时光敏电阻的阻值较大，则应换用阻值较小的R1，故D正确，不符合题意。故选B。二：填空题（本题有7小题，每空1分，共21分）8．如图所示是我国早期的指南针——司南。东汉学者王充在《论衡》中记载：“司南之杓，投之于地，其柢指南”，其“柢”指南是因为受到 的作用，“柢”应该为该磁体的 极。司南在光滑的青铜盘比在粗糙的桌面上更能正确指向，是因为司南与桌面之间 的影响了实验效果。【答案】 地磁场 南 摩擦力【详解】[1]司南是用天然磁石磨制成的勺子，其本质就是一块磁铁，在地磁场中受到磁力的作用。[2]由“司南之杓，投之于地，其柢指南”可知，司南的长柄指的是地理的南极，即地磁的N极，所以其“柢”应该为磁体的南极，即S极。[3]把天然磁石按照正确方法打磨成磁勺后，放在粗糙的木盘上，使磁勺水平自由转动直至最终静止，由于摩擦力较大，磁勺总不能正确指向，将粗糙木盘换成较光滑的青铜盘，摩擦力减小了才略有改善。这是因为司南与桌面之间的摩擦力影响了实验效果。9．两根平行导线通电后会出现如图甲所示的现象（图中实线、虚线分别表示通电前后的情况），由此可以推断出在图乙所示的电路中，当开关S闭合时，螺线管的长度会 （选填“变长”或“变短”，不考虑摩擦），你判断的依据是 ；如果螺线管左端是N极，则电源的右端是 极。【答案】 变短 由于螺线管上相邻导线中电流方向都相同，导线相互吸引 正【详解】[1][2]根据图（甲）所示的现象可知，电流方向相同时，两导线会相互吸引；图乙中，当开关S闭合时，由于螺线管上相邻导线中电流方向都相同，导线相互吸引，故螺线管的长度会变短。[3]图乙中，螺线管的左端为N极，右端为S极，根据螺线管的线圈绕向，利用安培定则可知，电流从螺线管的右端流入，左端流出；所以电源右端是正极。10．如图所示是一种温度自动控制装置的原理图。制作水银温度计时在玻璃管中封入一段金属丝，“电源1”的两极分别与水银和金属丝相连。（1）闭合开关S后，当温度达到 ℃时，发热电阻就停止加热；（2）当电磁铁中有电流通过时，若它的左端为N极，则“电源1”的 端为正极；（3）为增强电磁铁的磁性，下列措施一定可行的是 （填序号）。①增大“电源1”的电压        ②减小“电源2”的电压③减少电磁铁线圈匝数         ④改变电磁铁中电流方向【答案】 90 右 ①【详解】（1）[1]水银是导体，当温度达到90℃，水银柱接触到温度计上端的金属丝使电磁铁电路接通，此时电磁铁线圈中有电流通过，线圈中就会产生磁性，吸引衔铁，右端的电路断开，发热电阻停止加热。（2）[2]当电磁铁中有电流通过时，若它的左端为N极，根据安培定则可知，此时线圈中的电流方向在外部是向上的，则“电源1”的右端为正极。（3）[3]电磁铁的磁性强弱与电流大小、线圈匝数有关；为增强电磁铁的磁性，可通过增大电流、增加线圈匝数实现，故①符合题意，②③④不符合题意。故选填①。11．如图所示的装置，线圈abcd转动过程中经过甲、乙位置。  （1）图甲中ab段导线的电流方向是 （选填“由a到b”或“由b到a”），图乙中ab段导线的电流方向是 （选填“由a到b”或“由b到a”）；（2）图甲中ab段导线所受磁场力F的方向竖直向上，请标出图乙中ab段导线所受磁场力的方向 ；（3）本装置是采用 的办法使线圈连续转动下去。【答案】 由b到a 由a到b    改变电流方向【详解】（1）[1]由于电流从电源的正极出发，故图甲中ab的电流方向是由b到a。[2] 在图乙中，导线ab中的电流方向是由a到b，与图甲的电流方向相反。（2）[3]磁场方向不变，导线ab中的电流方向改变，所以导线ab的受力方向改变，图甲中导线ab的受力方向向上，所以图乙中导线ab的受力方向向下，如下图所示  （3）[4]由图可知，本装置是采用改变电流方向的办法使线圈连续转动下去，图中换向器起到改变电流方向的作用。12．如图所示，两根绝缘细线悬挂着的导体ab，放在U形磁铁中央，ab两端连接着导线，在虚线框中接入 （选填“灵敏电流计”或“电池组”时可以探究电磁感应现象，要完成该实验，应闭合开关，导体ab应 （选填“上下”或“左右”）运动，这就是 （选填“发电机”或“电动机”）的工作原理。【答案】 灵敏电流计 左右 发电机【详解】[1]电磁感应现象是闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时产生感应电流的现象，因此要探究电磁感应现象，虚框中应接入灵敏电流计。[2]应闭合开关，导体ab要切割磁感线，应左右运动。[3]发电机的工作原理是电磁感应现象，电动机的工作原理为通电导体在磁场中受力的作用。13．人工心脏泵可短时间代替心脏工作，如图是该装置的示意图磁体固定在左侧，线圈AB固定在用软铁制成的活塞柄上（相当于一个电磁铁），活塞筒通过阀门与血管相通，阀门S1只能向外开启，S2只能向内开启，线圈中的电流从A流向B时，电磁铁左端是 极，血液会 （选填“流入”或“流出”）活塞筒，该装置工作时，线圈AB中的电流方向 （选填“需要”或“不需要”）改变。【答案】 S 流入 需要【详解】[1]线圈中的电流从A流向B时，根据安培定则，电磁铁右端N极，左端S极。[2]异名磁极相互吸引，此时活塞左移，筒内压强减小，血液流入筒。[3]因为工作时活塞要左右移动，电磁铁磁极要改变，所以电流方向需要改变。14．小华学习了电磁继电器后，发明了一种自动拍照监控装置，其电路原理图如图所示。当有人踩在压敏电阻上时，压敏电阻阻值减小，电磁铁磁性变 ，通电的电磁铁上端磁极为 极，工作电路中的 （选填“电控照相机”或指示灯）开始工作。【答案】 强 S 电控照相机【详解】[1] 有人踩在压敏电阻上时，压敏电阻阻值减小，控制电路的总电阻变小，根据欧姆定律可知，控制电路中的电流变大，则电磁铁的磁性增强。[2] 电流从电磁铁的上端流入，根据安培定则可知，电磁铁的上端为S极。[3] 电磁铁的磁性增强后，将衔铁吸引下来，与触点2接触，则电控照相机连入电路，开始工作。三、作图题（共7分）15．如图所示，小磁针在条形磁铁的作用下处于静止状态，请标出小磁针的N极和条形磁铁磁感线的方向。【答案】【详解】磁铁外部磁感线从磁铁的N极出发，回到S极，根据磁极间相互作用规律，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，小磁针左端为N极，如图所示：16．如图所示，画出通电螺线管中的电流方向和它外部磁感线a的方向。【答案】【详解】由图可知，电流从正极出发，回到负极，根据安培定则可知，右手握住通电螺线管，四指指向电流方向，大拇指所指方向，即通电螺线管的右端为N极，磁感线由N极出发，回到S极，如图所示：17．如图，为某大桥设计一个车辆超重的报警装置，当路面压力达到设定值时，压力传感器就接通电路。要求车辆超重时，信号灯就发光，请在图中为他连好电路。 【答案】【详解】根据题意知道，这是一个电磁继电器的工作原理图，左侧与电磁铁连接的为控制电路，右侧与信号灯连接的为工作电路，压力传感器、电磁铁、电源组成控制电路；信号灯、电源、触点开关组成工作电路，电路连接如下四、实验题:本大題共3小题，第16小题7分，第17、18小题各6分，共19分。18．电与磁之间存在着相互联系，彰显物理现象的对称、统一之美。（1）如图1所示，小雨利用干电池、导线和小磁针进行实验；①通电后小磁针发生偏转，断电后小磁针复位。实验表明 ；②若把图甲中的小磁针换成直导线并通电。推测：两条通电导线之间 （填“有”或“没有”）相互作用力，依据是 （填字母）；A．电磁感应现象          B．磁场对电流的作用（2）小雨又将直导线绕成螺线管形状，在螺线管的两端各放一个小磁针，并在硬纸板上均匀地撒满铁屑。通电后观察小磁针的指向及铁屑的排列情况，如图2所示。实验结果表明：通电螺线管外部的磁场与 的磁场一样；（3）在螺线管中插入软铁棒，制成电磁铁。下列设备中没有用到电磁铁的是 （填字母）。A．大型发电机     B．电磁起重机        C．电炉【答案】 通电导线周围存在磁场 有 B 条形磁体 C【详解】（1）①[1]通电后小磁针发生偏转，断电后小磁针复位。实验表明表明通电导线周围存在磁场。②[2][3]由于通电导线周围有磁场，磁场对电流有力的作用，故若把图甲中的小磁针换成直导线并通电，两条通电导线之间有相互作用力。故选B。（2）[4]通电后观察小磁针的指向及铁屑的排列情况，画出通电螺线管的磁感线，根据通电螺线管的磁感线分布形状可知，通电螺线管外部的磁场和条形磁体外部的磁场一样，通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个极。（3）[5]电炉是完全的发热装置，而发电机和电磁起重机均需要电磁铁产生磁性进行工作。故选C。19．在研究“磁场对通电导体（电流）有力的作用”实验中．（1）利用图甲所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，应在“a”、“b”之间接入 （选填“灵敏电流计““电源””灯泡“），根据该原理可制成 机，在“a”、“b”之间接入 （选填“灵敏电流计““电源””灯泡“）可研究“电磁感应现象”，根据该原理可制成 机．（2）如图乙、丙中，磁体间磁场的磁感线方向都是从磁体N极水平指向S极，且线圈所处的空间磁场强弱是恒定不变的（也称匀强磁场）．（a）在乙图中，通电后cd段导线受磁场力的方向为竖直向下，此时，ab段导线所受磁场力的方向是竖直向上，这两个力 （选填“是”或“不是”）不是一对平衡力．（b）图丙中的线圈可以持续转动，是在外部加装了 ，该装置能使线圈平面刚处于 （选填“平行磁感线““垂直磁感线”或“任一”）位置时，自动改变线圈中的电流方向．（c）写出一种让图丙中线圈转动更快的措施： ．【答案】 电源 电动 灵敏电流计 发电 不是 换向器 垂直磁感线 增大线圈中的电流（或增加线圈的匝数、换更强的磁场等）【详解】（1）因为通电导体在磁场中受力会运动，观察图可知缺少一个电源，因此利用如图甲所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，应在“a”、“b”之间接入电源，根据此原理制成了电动机；电磁感应现象是闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生感应电流的现象，将机械能转化为电能，没有电源，为了实验现象明显，利用灵敏电流计显示是否有电流产生，而不选用灯泡，故选用灵敏电流表；发动机是利用电磁感应现象制成的；（2）（a）在乙图中，通电后cd段导线受磁场力的方向为竖直向下，此时，ab段导线所受磁场力的方向是竖直向上，这两个力不是一对平衡力，这是因为这两个力不作用在一条直线上；（b）图丙中的线圈可以持续转动，是在外部加装了换向器．当通电线圈所在平面与磁感线垂直时（平衡位置），它能自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈持续转动．（c）线圈转动的快慢与电流的大小、线圈的匝数、磁场的强弱等因素有关，所以要使线圈转动的更快，可以增大线圈中的电流、增加线圈的匝数、换更强的磁场等．20．某兴趣小组的同学，学习了磁现象的知识后，对学过的实验进行了梳理和探究。（1）实验现象如图甲乙所示，通过分析得出条形磁铁和通电导线周围都存在着一种看不见、摸不着的物质，将其称为 ；拿走条形磁铁或断开电源后，小磁针恢复到原来状态，这是因为小磁针受到了的 作用；（2）乙图小磁针偏转方向不同，说明通电导线周围磁场的方向与 方向有关；（3）通过分析下面实验现象，说明通电螺线管周围的磁场与条形磁铁周围的磁场相似，因此通电螺线管两端也有磁性较强的磁极，人们通过右手螺旋定则科学、巧妙的来帮助我们记忆通电螺线管的N极和S极，用右手握住通电螺线管，四指弯曲的方向表示 ，大拇指所指的方向表示 ；（4）在评估交流中，某小组给出了另外的判断方法，沿着螺线管轴线方向看，电流流向若是顺时针方向，则看到的螺线管一端是 （选填“N极”或“S极”）；（5）既然电可以生磁，根据辩证唯物主义观，磁就可以生电，如下图甲所示，乙为蹄形磁铁和导体棒AB的截面图。实验中灵敏电流计的作用是 ，闭合开关后，能产生感应电流的是 （填序号）【答案】 磁场 地磁场 电流 电流方向 通电螺线管的N极 S极 检验电路中是否产生微弱的感应电流 ABD【详解】（1）[1]磁体在磁场中会受到磁力的作用，条形磁铁和通电导线周围的小磁针发生偏转，说明它们受到磁力的作用，即条形磁铁和通电导线周围存在着磁场。[2]地球是一个巨大的磁体，周围存在的磁场称作地磁场，拿走条形磁铁或断开电源后，小磁针恢复到原来状态，指示南北，这是因为小磁针受到了的地磁场作用。（2）[3]乙图导线中电流方向不同，小磁针偏转方向不同，说明通电导线周围磁场的方向与电流方向有关。（3）[4][5]安培定则的内容，根据电流的方向能够判断通电螺线管的N、S极，用右手握住通电螺线管，四指弯曲的方向表示电流方向，大拇指所指的方向表示通电螺线管的N极。（4）[6]由图可知，沿着螺线管轴线方向看，电流流向若是顺时针方向，则看到的螺线管一端是S极，电流流向若是逆时针方向，则看到的螺线管一端是N极。（5）[7]要判断磁能否生电，电路中应连接电流表，实验中选用灵敏电流计，作用是检验电路中是否产生微弱的感应电流。[8]由图可知，磁感线从N极指向S极，方向竖直向下；ABD．闭合开关后，导体做切割磁感线的运动，能产生感应电流，故ABD符合题意；C．闭合开关后，导体沿着磁感线运动，没有切割磁感线，不能产生感应电流，故C不符合题意。故选ABD。五、计算题:本大题共2小题，第19小题6分，第20小题7分，共13分。21．如图甲是科技小组设计的“智能温控小屋”简化电路，受控电路功率随时间的变化关系如图乙所示。当室温上升至28℃时冷却系统开始工作，当室温降至23℃时停止工作。Rt为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，当控制电路中的电流为0.15A时，衔铁刚好被吸下，控制电路电源电压恒为3V。定值电阻R0为100Ω，线圈电阻忽略不计。求：（1）受控电路30min内消耗的电能；（2）受控电路工作时，通过电阻R0的电流；（3）热敏电阻Rt的变化范围。【答案】（1）1.44×106J；（2）0.03A；（3）20Ω≤Rt＜25Ω【详解】解：（1）由图像可知，受控电路30min内工作了20min消耗的电能为 W＝Pt＝1200W×20×60s＝1.44×106J（2）衔铁被吸下时，受控电路工作，此时控制电路中R0与Rt并联，由并联电路中电压的规律知，R0两端的电压为U0＝U＝3V通过电阻R0的电流为（3）当室温上升至28℃时冷却系统开始工作前，控制电路只有热敏电阻接入电路，此时断路，此时经过热敏电阻的电流最大为0.15A，电阻最小时恰好衔铁被吸下，因此可以求出Rt的最小值衔铁被下瞬间，冷却系统开始工作，温度不再上升，而是下降，电阻Rt开始变大，但由于衔铁被吸下后定值电阻被接入电路，与并联，当电路中的总电流小到0.15A时，衔铁才会被弹回，此时经过的电流为It＝I－I0＝0.15A－0.03A＝0.12A此时Rt的阻值最大为因为Rt的阻值随温度的升高而减小，若Rt的阻值继续减小， 电路中的电流变大， 衔铁被吸下，冷却系统开始工作，温度降低，此时Rt的阻值会减小，故Rt的阻值最大为25Ω，故热敏电阻Rt的变化范围为20Ω≤Rt＜25Ω。答：（1）受控电路30min内消耗的电能为1.44×106J；（2）受控电路工作时，通过电阻R0的电流为0.03 A；（3）热敏电阻Rt的变化范围为20Ω≤Rt＜25Ω。22．某商场新进了一批具有加热和保温两种功能的微型电热水器，其内部简化电路如图甲所示。该电热水器由控制电路和工作电路两部分组成。控制电路由电源（电压恒定U=5V）、开关S0、电磁铁（线圈电阻R0=20Ω）、热敏电阻R组成，热敏电阻R的阻值随水温的变化图像如图乙所示。工作电路中R1=44Ω，R2=956Ω。当开关S0和S均闭合时，电热水器开始加热，当水温达到100℃时，衔铁会被吸下，工作电路处于保温状态。已知c水=4.2×103J/(kg·℃)，解答下列问题：（1）当水温达到100℃时，控制电路中的电流是多少？（2）电热水器将水箱中1kg的水从17℃加热到83℃，用时5min。求此过程水吸收的热量及电热水器的加热效率；（3）用电高峰期，当电热水器处于保温状态时，电热水器工作450s，消耗1.8×104J的电能，此时电热水器两端的实际电压是多少？【答案】（1）0.125A；（2）2.772×105J； 84%；（3）200V。【详解】解：（1）由图乙可知，当水温达到100℃时，热敏电阻R大小为20Ω，此时控制电路中电流（2）水吸收的热量Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×1kg×(83℃-17℃)=2.772×105J根据题意可知，当开关S0和S均闭合时，电热水器开始加热，此时工作电路只有R1工作，电热水器的加热功率加热消耗的电能W1=P加热t1=1100W×5×60s=3.3×105J电热水器的加热效率（3）当水温达到100℃时，衔铁会被吸下，工作电路处于保温状态，此时工作电路中R1、R2串联，根据串联电路的电阻特点可知，保温时工作电路中电阻R总=R1+R2=44Ω+956Ω=1000Ω电热水器实际电功率此时电热水器两端的实际电压是答：（1）当水温达到100℃时，控制电路中的电流是0.125A；（2）电热水器将水箱中1kg的水从17℃加热到83℃，用时5min。此过程水吸收的热量为2.772×105J；电热水器的加热效率为84%；（3）电热水器两端的实际电压是200V。六、综合能力题:本大题共3小题，第21小题7分，第22、23小题各6分，共19分23．如图甲所示是一个磁悬浮地球仪，球体内有一个条形磁体，其磁场方向与地磁场磁场方向相同，下方环形底座内有一个电磁铁，通过磁极间的相互作用使地球仪悬浮在空中，图乙是其内部结构示意图。（1）图甲所示的地球仪，上方是地理位置的北极，则球体内条形磁体的 （选填“上”或“下”）方是它的N极；（2）图甲中地球仪悬浮在空中这是根据同名磁极相互 的原理实现的；（3）请标出图乙中电磁铁的磁感线方向及电源的“+、﹣”极。( )【答案】 下 排斥 【详解】（1）[1]由题可知，球体内有一个条形磁体，其磁场方向与地磁场磁场方向相同。图甲所示的地球仪上方是地理位置的北极，根据地磁南（S）极在地理北极附近可知，条形磁体的上端是S极，下端是N极。（2）[2]地球仪悬浮在空中这是根据同名磁极相互排斥的原理，悬浮时排斥力等于球体的重力，处于二力平衡的状态。（3）[3]因为地球仪悬浮，所以条形磁体和电磁铁相互靠近的部分是同名磁极，所以电磁铁的上端是N极，下端是S极，根据磁体周围的磁感线从N极出发，回到S极，所以图中磁感线方向从上到下；根据安培定则，可以判断电流从下端进入电磁铁，从上端流出，所以电源的下端是正极，上端是负极，如下图所示：24．阅读短文，回答问题。为延长蔬果保鲜时间，某同学帮助菜农设计了蔬果保鲜仓库的自动制冷装置，装置如图甲所示。控制电路中电源电压恒定，为热敏电阻，阻值随温度的变化关系如图乙所示，为定值电阻，阻值为5Ω，电磁铁线圈阻值忽略不计。当温度升高到5℃时，控制电路中电流达到100mA，衔铁吸下，制冷器启动工作；当电流降至37.5mA时，衔铁弹回，工作电路断开，制冷器停止工作，如此进行间歇性循环工作。图丙为工作电路某1小时内制冷器功率与时间的关系图。请完成下列问题：（1）通电后，电磁铁上端是 极；（2）温度升高时，热敏电阻的阻值将 （选填“增大”或“减小”）；（3）若在控制电路中加一个电压表，使得温度升高时，电压表示数变大，应加在 （选填“”或“”）两端；（4）该装置所控制的最低温度 ℃；（5）一小时内，工作电路制冷器消耗的总电能 J；（6）如果要提高该装置所控制的最低温度，应更换，将的阻值 （选填“增大”或“减小”），但此时最高温和最低温的温度差可能将增大，理由是 。【答案】 S 减小 R2 2 6.48×106J 增大 见解析【详解】（1）[1]由图甲可知，电流从电磁铁的上端流入，由安培定则可知电磁铁的下端是N极，上端是S极。（2）[2]由图乙可知，温度升高时，热敏电阻R1的阻值变小，即热敏电阻R1的阻值随温度的升高而减小。（3）[3]两电阻串联，温度升高时，R1电阻变小，电路的总电阻变小，由欧姆定律可知电路中电流变大，R2电阻不变，由U=IR可知R2两端电压变大，所以电压表应加在R2两端。（4）[4]当温度升高到5℃时，R1=25Ω，控制电路中电流达到100mA=0.1A电源电压U=I(R1+R2)=0.1A×(25Ω+5Ω)=3V制冷器启动工作时温度降低，当制冷器停止工作时该装置所控制的温度最低，此时电路中的电流I1=37.5mA=0.0375A此时电路中的总电阻为热敏电阻R1′=R-R2=80Ω-5Ω=75Ω由图乙可知，热敏电阻的阻值为75Ω时，温度为2℃。（5）[5]由图丙可知一小时内，工作电路制冷器时间t=15min+10min+10min+10min=45min=2700s一小时内，工作电路制冷器消耗的总电能W=Pt=2400W×2700s=6.48×106J（6）[6][7]提高该装置所控制的最低温度，R1电阻变小，若要保持电流降至37.5mA时，衔铁弹回，工作电路断开，应增大R2的阻值，此时温度差会变大，由图乙可知，温度越高，R1阻值变化越慢。25．太阳能是一种可再生的清洁能源，可以利用太阳能给物体加热。【项目名称】制作太阳能集热器【项目实施】任务1.设计集热器方案一：如图，用木架支撑起一块透明塑料薄膜，并在薄膜上注入清水，形成一个“大水珠”，它相当于凸透镜，能够用来集热的原因是： 。方案二：如图，利用凹面镜制成固定式“太阳灶”。同学们发现两个方案中由于集热器朝向固定，阳光斜射时集热温度较低，为了提高太阳能的利用率获得高温，同学们针对方案二进行改造。任务2.设计“追踪”太阳的传感器如图，是一种自动追踪太阳的传感器，当凸透镜正对太阳光时，暗箱内几乎没有光射到太阳能电池板上，太阳能电池不工作，当阳光斜射向凸透镜时，暗箱内太阳能电池A或B工作。如图，直流电动机通过齿轮传动装置能使转动轴转动。任务4.产品组装及工作过程如图，将传感器和角度调节装置组装在太阳灶上，传感器和角度调节装置的电路连接如图所示，其中C为动触点，G和H为静触点。当太阳光从东向西斜射向凸透镜时，电磁铁通电吸引衔铁，动触点C与静触点 接触，直流电动机通电转动，转动轴带动镜面向 （选填“东”或“西”）转动。当与太阳能电池B连接的电磁铁通电时，其右端磁极为 极。【项目拓展】产品参数浅析（1）产品最大承重浅析：如图是炉灶支架的示意图，其中支架OCD可看作杠杆，转轴O为支点，AB为固定支架的钢丝绳，钢丝绳对支架的拉力为，水壶对支架的压力为，正常使用时和的大小关系是： ，由此可见产品的最大载重与钢丝绳能承受的最大拉力有关。（2）产品节能浅析：假设利用太阳灶给水加热，水吸收的热量为，如果这些热量是由加热效率为60%的普通燃气灶提供的，则需要消耗 的燃气。由此可见，使用太阳灶可以有效地减少化石能源的消耗。（燃气的热值取）【答案】 凸透镜对光线具有会聚作用 G 东 S 大于 0.05【详解】[1] 凸透镜对光线具有会聚作用，所以用木架支撑起一块透明塑料薄膜，并在薄膜上注入清水，形成一个“大水珠”，它相当于凸透镜，能够用来集热。[2][3][4]当太阳光从东向西斜射向凸透镜时，折射出的光线照射到太阳能电池A上，则太阳能电池A工作，左侧电磁铁通电吸引衔铁，动触点C与静触点G接触，直流电动机通电转动，转动轴带动镜面向东转动，使得镜面正对阳光；当与太阳能电池B连接的电磁铁通电时，说明此时太阳光从西向东斜射向凸透镜，且根据题意可知，此时电动机应反向转动，才能使转动轴带动镜面向西转动，使得镜面正对阳光；如图所示：原来太阳能电池A工作时，电流从电动机下方接线柱流入；当太阳能电池B工作时，需电动机反向转动，则此时C、H两触点接触，电流应从电动机上方接线柱流入（下面紫色箭头为此时的电流方向），则可知太阳能电池B的左端为正极、右端为负极，所以此时电流从电磁铁的左端流入，根据安培定则可知，电磁铁通电时，其左端磁极为N极，则右端磁极为S极。（1）[5] 由图可知，的力臂小于的力臂，根据杠杆平衡条件可知大于。（2）[6] 燃气完全燃烧放出的热量为则需要消耗燃气的体积为