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第3节 电磁铁 电磁继电器
精选练习
一、夯实基础
1．（2019 邵阳）在一次物理实验中，小于同学连接了如图所示的电路，电磁铁的B端有一个可自由转动的小磁针，闭合开关后，下列说法错误的是（ ）
A．电磁铁的A端为N极
B．小磁针静止时，N极水平指向左
C．利用这一现象所揭示的原理可制成的设备是发电机
D．当滑动变阻器滑动片P向右端移动，电磁铁磁性增强
【答案】C
【解析】A、由图知，电流从螺线管的右端流入、左端流出，根据安培定则可知，电磁铁的A端是N极，B端是S极，故A正确；
B、电磁铁的B端是S极，由磁极间的作用规律可知，小磁针静止时，左端是N极，即N极水平指向左，故B正确；
C、该实验表明了电能生磁，利用这一现象所揭示的原理可制成电磁铁，故C错误；
D、当滑动变阻器滑动片P向右端移动时，变阻器接入电路的电阻变小，电路中电流变大，则电磁铁的磁性变强，故D正确。
2．(2019 菏泽)下列电器中，利用电流热效应工作的是（ ）
A．电风扇 B．电暖气 C．电视机 D．电磁继电器
【答案】B
【解析】电流流过导体时，导体要发热，这种现象是电流的热效应。发生电流的热效应时，电能转化为内能。
A、电风扇的电动机工作时主要把电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故A不符合题意；
B、电暖气工作时把电能转化为内能，是利用电流热效应工作的，故B符合题意；
C、电视机主要是把电能转化为光能和声能，不是利用电流热效应工作的，故C不符合题意；
D、电磁继电器主要利用了电流的磁效应工作的，故D不符合题意。
3．（2019 娄底）如图所示，GMR是一个巨磁电阻，其阻值随磁场的增强而急剧减小，当闭合开关S1、S2时，下列说法正确的是（ ）
A．电磁铁的右端为N极
B．小磁针将顺时针旋转
C．当P向左滑动时，电磁铁的磁性增强，指示灯变暗
D．当P向右滑动时，电磁铁的磁性减小，电压表的示数减小
【答案】D
【解析】（1）根据安培定则可知，电磁铁的左端为N极，右端为S极，根据磁极间的相互作用可知，右侧的小磁针将会逆时针旋转，故AB错误；
（2）闭合开关S1和S2，使滑片P向左滑动，电阻变小，电流变大，磁场的磁性增强，巨磁电阻的阻值减小，电路电流变大，所以指示灯的亮度会变亮，故C错误。使滑片P向右滑动，电阻变大，电流变小，磁场的磁性变弱，巨磁电阻的阻值变大，电路电流变小，根据U=IR可知，灯泡两端的电压减小，电压表示数变小，故D正确。
4．(2019 呼伦贝尔)如图所示，在电磁铁上方用弹簧悬挂一根条形磁铁，闭合开关，将变阻器的滑片P从右向左滑动的过程中，弹簧将（ ）
A．先伸长后缩短 B．逐渐伸长 C．静止不动 D．逐渐缩短
【答案】D
【解析】根据安培定则可判断电磁铁上端是N极，与条形磁铁相互吸引。当滑片向从右向左滑动，滑动变阻器连入阻值增大，电流减小，电磁铁磁性减弱，电磁铁与条形磁铁之间的吸引力减小，因此弹簧长度逐渐缩短，故D正确。
5.（2019宿迁）如图，闭合开关，螺线管A端的磁极为______极。若要使螺线管的磁性加强，请你说出一种方法：______。
A
B
【答案】N 增大电流
【解析】已知电流从右端流入，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A端为N极；
通电螺线管磁性的强弱与电流的大小、线圈的匝数及是否有铁芯插入有关。螺线管中的电流越大，螺线管线圈的匝数越多，有铁芯插入都可以使通电螺线管的磁性增强。
已知电源的正负极，由安培定则判断螺线管A端的磁极； 影响电磁铁磁性强弱的因素：电流的大小、线圈的匝数、是否有铁芯插入。电流越大，匝数越多，有铁芯插入，磁性越强。安培定则中涉及三个方向：电流方向与线圈绕向即四指的指向；磁场方向即大拇指的指向。在关于安培定则的考查中，往往是知二求一。
6． (2019 泰州)如图为某电磁继电器的工作原理图，开关S闭合时，电磁铁_________(有/无)磁性，_________(电灯/电铃)通电工作。
【答案】有 电灯
【解析】闭合开关，电磁铁中有电流通过，电磁铁有磁性，吸引衔铁，动触点和下面的静触点接通，电灯和电源构成通路，电灯工作。
7.（2019 成都A卷）如图所示.用细线悬挂的磁体AB.磁极未知。当闭合电路开关S后,磁体的B端与通电螺线管左端相互排斥,则B端是磁体的 极。 断开开关S,磁体静止时,B端会指向地理的 ( 选填“北方”或“南方”)。
【答案】 N 北方
【解析】由右手螺旋定则可以初步判断通电螺线管左端为N极，再根据题设条件螺线管与磁体相互排斥，同性相斥，则磁体B端为N极。而磁体静止后，由异性相吸，B端会指向地磁南极，即地理北极。
8．（2019 七台河）如图所示为巨磁电阻特性原理示意图，图中GMR是巨磁电阻（阻值随周围磁场强度的增强而减小），闭合开关S1和S2后，电磁铁左侧为 极（选填“N”或“S”），当滑片P向右移动时，小灯泡的亮度将 （选填“变亮”、“变暗”或“不变”）。
【答案】N；变暗
【解析】（1）闭合开关S1，电流从螺线管右端流入，由安培定则可知，电磁铁左侧为N极，右侧为S极；
（2）由左图可知，向右滑动滑片P时，变阻器接入电路中的电阻变大，由I＝可知，左边电路中的电流变小，则电磁铁的磁性变弱，周围的磁场减弱；
由右图可知，巨磁电阻和指示灯串联，因为巨磁电阻的阻值随磁场的增强而减小，所以此时巨磁电阻的阻值会变大，右边电路中的总电阻变大，由I＝可知，右边电路中的电流变小，通过指示灯的电流变小，指示灯的实际功率变小，所以指示灯变暗。
9．(2019 达州)如图是研究电磁铁磁性的电路图，则电磁铁的S极为 （选填“A”或“B”）端。当滑动变阻器的滑片P向右移动时，电磁铁的磁性变 （选填“强”或“弱”）。
【答案】B；弱
【解析】（1）由图看出，电流从电磁铁下端流入，依据安培定则，四指顺着电流方向，大拇指应向上握住电磁铁，所以上端为N极，B端的磁极为S极。
（2）滑动变阻器的滑片P向右移动时，连入电路的电阻变大，电路中的电流变小，电磁铁的磁性减弱。
10. (2019 温州)雾天能见度低，骑车易发生交通事故，要减速慢行。
（1）雾天，空气中会形成大量水珠。该过程发生的物态变化是______。
（2）小明要为自行车设计一种“雾灯”，以提示过往的行人和车辆。要求工作时灯泡能持续交替闪烁，忽略弹性衔铁和电磁铁线圈电阻，下列电路中符合设计要求的是______。
【答案】（1）液化；（2）D。
【解析】（1）雾是空气中的水蒸气放热液化成的小水滴；由气态变液态，属于液化现象；
（2）A、该电路闭合开关，电磁铁有了磁性，吸下衔铁，灯泡发光。之后电磁铁一直有电流，磁性保持，动触点无法与下面的静触点分开，灯泡会一直发光，故A不符合要求。
B、该电路闭合开关，电磁铁有了磁性，吸下衔铁，电磁铁一直有电流，磁性保持，动触点无法与下面的静触点分开，而灯泡被局部短路，灯泡会一直不发光，故B不符合要求。
C、该电路闭合开关，电磁铁有了磁性，吸下衔铁，衔接与上面的触电分开，灯泡不发光。之后电磁铁一直有电流，磁性保持，动触点无法与上面的静触电接触，灯泡会一直不发光，故C不符合要求。
D、该电路闭合开关，电磁铁与灯泡中都有电流经过，灯泡发光且电磁铁产生磁性；之后电磁铁将动触点吸下，与静触点分离，电路被切断，灯熄灭且电磁铁磁性消失，弹性衔铁弹性形变恢复，动触点与静触点接触，电路通路，灯泡发光且电磁铁又具有磁性；如此反复，灯泡持续闪烁，故D符合要求。
二、提升训练
1． (2019 泸州)如图所示，一条形磁铁静止在粗糙的水平桌面上，通电螺线管与条形磁铁处于同一水平面上，并靠近。开关闭合后，滑片P向下滑动的过程中，条形磁铁始终保持静止。对条形磁铁所受摩擦力的判断，下列说法中正确的是（ ）
A． 摩擦力减小，方向水平向左 B．摩擦力减小，方向水平向右
C． 摩擦力增大，方向水平向左 D．摩擦力增大，方向水平向右
【答案】D
【解析】由安培定则得，电磁铁左端为N极，右端为S极，则与条形磁铁的异名极相对，相互吸引，则条形磁铁受到电磁铁向左的吸引力，因条形磁铁始终保持静止，所以它受到的吸引力和桌面给它的摩擦力是一对平衡力，大小相等，方向相反，所以条形磁铁受到的摩擦力的方向是向右的； 当滑片逐渐向下移动时，连入电路的电阻逐渐减小，由欧姆定律可得线圈中电流逐渐变大，则磁场逐渐变强，条形磁铁受到电磁铁的吸引力逐渐变大，因条形磁铁受的是平衡力，故摩擦力的大小也会逐渐增大。
2. (2019 绍兴)如图是小敏设计的汽车尾气中CO排放量的检测电路。当CO浓度高于某一设定值时，电铃发声报警。图中气敏电阻R阻值随CO浓度的增大而减小。下列说法正确的是（ ）
A. 电铃应接在A和C之间
B. 当CO浓度升高，电磁铁磁性减弱
C. 用久后，电源电压U1会减小，报警时CO最小浓度比设定值高
D. 为使该检测电路在CO浓度更低时报警，可将R2控制电路的滑片向下移
【答案】 C
【解析】 A、当CO浓度增大，电阻减小，电流增大时，电磁铁才会吸引衔铁，这时衔铁与下面的触点接通，只有电铃在BD部分才能报警，故A错误；
B、当CO浓度增大，电阻减小，电流增大时，电磁铁的磁性会增强，故B错误；
C、电磁铁吸引衔铁需要的磁力是不变的，即线圈中需要达到的电流大小不变；当电源电压减小时，控制电路部分电流变小，此时电磁铁磁力较小不能将衔铁吸下来报警；只有CO的浓度继续增大，气敏电阻的阻值继续减小，电路电流增大才能再次报警，因此报警时CO的最小浓度设定值偏高，故C正确；
D、报警时控制电路中电流保持不变，即总电阻不变；当CO的浓度降低时，气敏电阻的阻值变大，为了正常报警，变阻器的阻值必须变小，即滑片向上移动，故D错误。
3.（2019 河南）(双选)图10为一款“智能照明灯”的电路,灯L天暗时自动发光,天亮时自动熄灭。控制电路中,电源电压恒定,R1为定值电阻,R2为光敏电阻,其阻值随光照强度而变化。以下说法正确的（ ）
A．电磁继电器利用电磁感应原理工作 B．R2的阻值随光照强度的增大而增大
C．当光照强度增大时,电压表示数减小 D．若将R1换成阻值稍小的电阻,可缩短灯L的发光时间
【答案】CD
【解析】A、电磁继电器是利用电流的磁效应原理工作的，故A错误；
B、要使灯L在天亮时自动熄灭，电流需增大达到一定数值，衔铁被吸合，灯L所在电路断开，灯L自动熄灭，则可知天亮时光照强度增大，控制电路中电流增大，光敏电阻R2的阻值减小，所以，R2的阻值随光照强度的增大而减小，故B错误；
C、由于R2的阻值随光照强度的增大而减小，当光照强度增大时，R2的阻值减小，根据串联分压的规律可知，R2两端的电压减小，即电压表示数减小，故C正确；
D、由于控制电路的电源电压不变，衔铁被吸合的电流不变，根据R=可知，衔铁被吸合时控制电路的总电阻不变，若R1换成阻值较小的电阻，则R2的阻值变大，此时光照强度减弱，即灯L在天不太亮时已经熄灭，在天很暗时才自动发光。由此可见，将R1换成阻值较小的电阻，可缩短灯L的发光时间，故D正确。
4．(2019 嘉兴)小明在科学拓展课上制作了一个简易喇叭（原理如图）。接通信号源后，电流的方向不断改变，导致线圈的磁极不断变化，通过吸引或排斥磁铁，带动纸盆振动。为改变纸盆振动幅度以调节喇叭响度，下列方法不可行的是（ ）
A．改变磁铁的磁极 B．改变电流的大小
C．改变磁铁磁性强弱 D．改变线圈的匝数
【答案】 A
【解析】线圈和条形磁铁之间的磁力越大，纸盆的振动幅度越大，喇叭的响度越大。既可以改变条形磁铁的磁场强度，也可以改变线圈的磁场强度，据此选择。
要改变喇叭的响度，就必须改变线圈的磁场强度或磁铁的磁场强度；因为电磁铁的磁性大小受到电流大小和线圈匝数的影响，因此B、C、D都不合题意；
改变磁铁的磁极对磁场强度的大小没有影响，故A符合题意。
5． (2019 宁波)磁共振成像是一种较新的医学成像技术，它采用强静磁场和变化磁场使人体组织成像。若携带金属物做磁共振成像，强静磁场会吸引铁质物品，变化磁场会使携带的金属中产生感应电流，从而使金属发热而灼伤病人，重则危及生命。上述说明中，没有涉及的知识是（ ）
A． 铁在磁场里会被磁化 B． 磁能生电 C．电流的热效应 D．同名磁极相互排斥
【答案】 D
【解析】分析题干描述的现象包含的物理原理，哪个没有涉及，哪个就是正确选项。
A、根据“ 强静磁场会吸引铁质物品 ”可知，铁质物质在磁场中被磁化，故A不合题意；
B、根据“ 变化磁场会使携带的金属中产生感应电流”可知，磁场能够生电，故B不合题意；
C、根据“ 从而使金属发热而灼伤病人 ”可知，电流会产生热效应，故C不合题意；
D、从题目中找不到涉及“同种电荷相互排斥”的描述，故D符合题意。
6.（2019 天水）如图所示的电路，开关S接到a后，电磁铁左端为______极，小磁针静止时，A端是______极；将开关S由a拨到b，调节滑动变阻器，使电流表示数不变，则电磁铁的磁性______（选填“增强”、“不变”或“减弱”）。
【答案】N N 减弱
【解析】（1）伸出右手握住螺线管，四指弯曲指示电流的方向，大拇指所指的方向即螺线管的左端为电磁铁的N极，据同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引的道理可知，小磁针的A端是N极；
（2）在此实验装置中，保持电流不变，将开关S由a换到b，则减少了线圈的匝数，因此通电螺线管的磁性减弱。
7．(2019 淄博)如图所示，GMR是一个巨磁电阻，其阻值随磁场的增强而急剧减小，当闭合开关S1和S2时，小磁针N极指向右端，则电磁铁的左端为 极，电源右端为 极。要使指示灯变亮，滑动变阻器的滑片应向 滑动。
【答案】N；正；左
【解析】（1）根据根据磁极间的相互作用得出电磁铁的两极，利用安培定则可知电源的正负极；
（2）根据灯泡亮度的变化可知，电流大小变化情况，从而判断出电磁铁的磁场强弱变化，进一步得出滑动变阻器的滑片移动方向。
解：已知小磁针N极指向右端，根据磁极间的相互作用可知，电磁铁的左端N极，右手握住螺线管，大拇指指向N极，四指指向电流的方向，则电源右端为正极，左端为负极，
闭合开关S1和S2，要使指示灯变亮，则电路电流变大，巨磁电阻的阻值减小，磁场的磁性增强，电流变大，电阻变小，则使滑片P向左滑动。
8．(2019 黄石)酿酒坊里的发酵罐配有笨重的密封罩，为了方便操作，设计了一个杠杆和电磁铁组合系统来升降密封罩，如图所示。电磁铁的工作原理是电流的磁效应，该现象最早是由__________(选填“法拉第”、“奥斯特”或“安培”)发现的。装置通电后，电磁铁上端为_______(选填“N”或“S”)极。若密封罩被提起并悬挂于空中，不计衔铁、杠杆的质量，左侧电磁吸力应__________(选填“大于”、“等于”或“小于”)密封罩的重力；若提不起，则应将滑动变阻器滑片向_______(选填“左”或“右”)滑动。
【答案】奥斯特；N；大于；左
【解析】在通电导体放在小磁针上方时，小磁针会发生偏转，即发明电流周围存在磁场。电磁铁的工作原理是电流的磁效应，该现象最早是奥斯特发现的；
由图看出，电流从电磁铁上端流入，依据安培定则，四指顺着电流方向，大拇指应向上握住电磁铁，所以上端为N极。
若密封罩被提起并悬挂于空中，不计衔铁、杠杆的质量，由图可知，衔铁这段电磁吸力的力臂小于密封罩的重力的力臂，根据杠杆的平衡条件，左侧电磁吸力应大于密封罩的重力；
提不起，则应将滑动变阻器滑片向左移动，根据欧姆定律可知，电路中电流变大，衔铁这段电磁吸力就会变大。
9．(2019 黄冈)如图所示是某车间自动除尘装置的简化电路图。空气中尘埃量较少时，光源发出来的光被挡板挡住了。当空气中尘埃量达到一定值时，由于尘埃的反射，部分光越过挡板射到光敏电阻上，光敏电阻的阻值 ，电路中的电流增大，电磁铁的磁性 ，在衔铁的作用下，开启自动除尘模式。若图中a、b一个是除尘器，一个是指示灯，则 是除尘器。
【答案】减小；增强；b
【解析】电磁继电器就是一个自动控制电路通断的开关，根据电磁继电器的工作原理来分析解答。
当空气中尘埃量达到一定值时，由于尘埃的反射，部分光越过挡板射到光敏电阻上时，电路中的电流增大，根据欧姆定律可知光敏电阻的阻值减小；
当电路中的电流增大，电磁铁的磁性增强，吸引衔铁，使动触点和下面的静触点接触，开启自动除尘模式，所以下面的b是除尘器，上面的a是指示灯。
10. (2019 衢州)为研究“通电螺线管磁性强弱与有无铁芯的关系”，小科设计了如图1电路。
图1 图2
（1）强弱判断：通电螺线管吸引大头针数量越多，表示其磁性越____。
（2）具体操作：
①将无铁芯的螺线管接入电路，把变阻器滑片P移至最下端，闭合开关S，发现螺线管吸引大头针数量较少。
②断开开关S，在螺线管中插入铁芯，将变阻器滑片P稍向上移，闭合开关S，发现螺线管吸引大头针数量较多。
（3）评价交流
①上述实验，没有进行多次实验，且存在的错误是____。
②通电螺线管磁性强弱无法用肉眼直接观察，本实验用吸引大头针数量反映磁性强弱。图2所示实验采用的方法与之相同的有____。
【答案】（1）强；（3）①没有控制电流大小相同；②AB
【解析】（1）实验中通过通电线圈吸引大头针数目的多少来反映通电线圈磁性的强弱，通电线圈能吸引大头针的数量越多，线圈的磁性越强；
（3）①本实验为研究“通电螺线管磁性强弱与有无铁芯的关系”，上述实验，没有进行多次实验，实验中，没有插入铁芯时把变阻器滑片P移至最下端，插入铁芯后将变阻器滑片P稍向上移，导致两次的电流不同，即没有控制电流大小相同，这是错误的；
②为判断电磁铁的磁性强弱，实验时采用电磁铁吸引大头针多少来确定，这种科学研究方法是转换法.
A.用木块移动距离反映钢球的动能大小，也采用了转换法，故A正确；
B.海绵的形变程度越大，表示压力作用效果越明显，也采用了转换法，故B正确；
C.用黄豆和芝麻混合后量筒读数变小反映分子间存在间隙，不是转换法，而是类比法，故C错误。故选AB。
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