赣州物理电与磁单元达标训练题Word版 含答案.docx
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赣州物理电与磁单元达标训练题Word版含答案
赣州物理电与磁单元达标训练题(Word版含答案)
一、三物理电与磁易错压轴题(难)
1.小明学会了测小灯泡的功率后,在老师的启发下,进一步思考:
电流一定时,小灯泡功率跟电阻有什么关系呢?
于是他利用如图所示的电路,选用分别标有“1.5V0.25A”“2.5V0.3A”和“3.8V0.3A”字样的小灯泡L1、L2、L3,测出它们在电流相同时的电阻和功率,来探究小灯泡功率与电阻的关系.
(1)他将灯L1接入图甲电路,请你用笔画线代替导线,帮他将实物电路连接完整.______
(2)闭合开关后,他调节滑动变阻器的滑片P,使通过灯L1的电流为0.2A,再测出L1两端的电压,此时电压表示数如图乙所示,然后计算出此时灯L1的电阻为______Ω,实际功率是____W.
(3)换上灯L2,闭合开关,为保持电流为0.2A不变,应将滑片P向________(选填“左”或“右”)端移动;再测出L2两端的电压,算出L2的电阻和功率.换上灯L3,做第三次实验,并将实验数据记录在下表中.
(4)请根据实验数据,在图丙中作出小灯泡功率与电阻关系的图象.______
(5)分析图象可得结论:
在电流一定时,小灯泡的实际功率与电阻成________关系.
(6)小波认为:
为了控制实验条件,小明每次实验要换灯泡还要调节滑动变阻器,这样的操作不够简便.对此你可以如何改进?
____.
【答案】答案见解析40.16左答案见解析正比将L1、L2、L3串联在同一电路中,使电流不变
【解析】
【分析】
【详解】
(1)如图
(2)电压表使用的0~3V,分度值为0.1V,电压为0.8V,电流为0.2A,所以L1电阻为R1=
=
,实际功率P实=UI=0.16W;
(3)换上灯L2,电阻增大,总电阻增大,电路电流减小,电流表的示数将变小;
要使电路电流增大到0.2A,要减小电路总电阻,滑动变阻器的滑片向左端移动;
(4)
(5)分析图像可知图线是一条过原点的直线,可知,电流一定时,功率和电阻成正比.
(6)实验目的是小灯泡功率与电阻的关系,根据控制变量法,要保证电流不变,则可以将L1、L2、L3串联在同一电路中,分别测各自两端电压即可.
【点睛】
本题题干很长,给学生的心理压力很大,并且本题涉及到的知识点多,而且和数学联系起来,增大了试题的难度,并且用实验探究功率和电阻关系的题目比较少见,学生不熟悉,更增大了习题的难度.
2.在观察“磁场对通电直导线的作用”活动中,小明用导线在固定的接线柱MN下悬挂一根轻质的铝棒ab,然后将其作为通电导线接入电路放在蹄形磁体的磁场里,如图甲所示。
(1)小明闭合开关,看到铝棒稳定时如图乙所示;在探究导线在磁场中受力方向与电流方向、磁场方向的关系时,小明先仅对调磁极位置,闭合开关,观察到铝棒ab稳定时如丙所示,由此可知通电导线在磁场中受力的方向与____________方向有关。
然后小明保持图甲中的磁极位置不动,将铝棒ab两端对调后接入电路,发现铝棒ab的摆动方向依然如图乙所示,由此小明认为通电导线在磁场中的受力方向与电流方向无关。
你认为小明的做法对吗?
____为什么?
_________。
(2)小明进一步猜想:
在同一磁场中,磁场对导线的作用力是否与通过导线的电流大小有关呢?
为此小明决定在图丙所示的实验基础上,在电路中串入电流表,并通过将铝棒ab换成长短、粗细均相同但电阻更大的铁棒和电阻更小的铜棒来改变电路中的电流,进行对比实验。
①实验过程中,小明应根据______(选填“电流表的示数”或“导线摆动角度”)来推断通电导线在磁场中的受力大小。
②闭合开关,小明发现铁棒稳定时的位置都如图丁所示,与丙图实验现象相比,小明感到非常困惑。
请你指出小明实验设计中存在的问题并提出改进方法。
存在问题:
_____________。
改进方法:
_________________。
(3)若想利用小明的实验装置继续探究电磁感应现象,我们只需将图甲中的__________(选填“开关”、“铝棒ab”或“电源”)替换成_____________即可。
【答案】磁场不对因为将铝棒ab两端对调后接入电路,电流方向还是不变导线摆动角度铁棒在磁场中会受到磁铁的吸引力把丁图的铁棒换成与丙图相同的铜棒电源灵敏电流表
【解析】
【详解】
(1)[1]仅对调磁极位置,由此可知通电导线在磁场中受力的方向与磁场方向有关;
[2][3]小明的做法不对;因为将铝棒ab两端对调后接入电路,电流方向还是不变,那么受力方向也不变,电流方向实际上是没有变化的;
(2)[4]为了探究磁场对导线的作用力是否与通过导线的电流大小有关,需改变电流的大小,观察金属棒的受力大小,应根据导线摆动角度来推断通电导线在磁场中的受力大小;
[5][6]由于铁棒比铝棒电阻大,根据
可知,在电源电压不变时,通过铁棒的电流较小,当磁场强度相同时,电流越小,导体受到的磁场力越小,因此铁棒比铝棒摆动的幅度小;所以实验中存在的问题是:
铁棒在磁场中会受到磁铁的吸引力;改进方法是:
把丁图的铁棒换成与丙图相同的铜棒;
(3)[7][8]探究电磁感应现象,即磁生电,只需将图甲中的电源替换成灵敏电流表即可,这电流表能显示是否有电流产生。
3.如图所示电路,是某学校楼道自动控制照明系统,R3是一光敏电阻,其阻值随“光照度E“的增大而减小,且成反比,其具体关系如下表所示(光照度E的单位是:
勒克斯,符号Lx:
光越强,光照度越大),
光照度E/Lx
0.5
1
1.5
2
2.5
3
光敏电用R3阻值/Ω
60
30
20
15
12
10
(1)根据表格中数据写出光敏电阻的阻值R3与光照度E的函数关系式_________________;
(2)当线圈中电流减小至10mA时,电磁继电器衔铁被弹簧拉起,启动照明系统,利用该装置可以实现当光照度低至某一设定值E0Lx时,照明系统内照明灯自动工作。
若已知控制电路电源电压Uv,电磁继电器线圈电阻为R1Ω.滑动变阻器最大阻值为R2Ω。
闭合开关,把滑片移到b端,则可得到照明系统启动时的光照度E0=______________。
【答案】
【解析】
【详解】
(1)[1]由表格数据可知,光照度与光敏电阻R3阻值的乘积相等,
E×R3=0.5lx×60Ω=30lx•Ω
即:
;
(2)[2]闭合开关S,将滑片P移至b端,变阻器接入电路中的电阻最大,由题可知,当线圈中电流减小至I0=10mA=0.01A时,电磁继电器衔铁被弹簧拉起,启动照明系统,所以,电路中的总电阻:
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,R3的阻值:
R3=R总-R1-R2=100U-R1-R2,
根据第一步的结果可知:
。
4.某学校课外科技兴趣小组在物理老师的指导下设计了一个实验装置如图所示,用来探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”,它是由电源、滑动变阻器、开关、带铁芯的螺线管(线圈电阻忽略不计)和自制的针式刻度板组成,通过观察指针偏转角度的大小,来判断电磁铁磁性的强弱.用竹片削制的指针下方加装固定一物体E,导线a与接线柱2相连.
制定计划与设计实验
(1)为了使指针在受磁场力的作用在能绕O点转动,需在E处加装___________(选填“铜块”、“铝块”或“铁块”),加装物体后,为了确保指针能正确指示且具有一定的灵敏度,老师在O点转轴处涂抹润滑油,目的是___________,使指针转动更灵活.
(2)按图所示连接好电路,闭合开关.调节变阻器滑片P到某一位置,记下此时指针偏转的角度,保持滑片P位置不变,导线a改为与接线柱1相连,可以探究电磁铁磁性强弱与___________的关系;保持接线方式不变,移动变阻器滑片P,可以探究电磁铁磁性强弱与___________的关系;
进行实验与收集证据
(3)保持滑片P位置不变,导线a改为与接线柱1相连时,闭合开关后,指针偏转的角度将会___________;当滑动变阻器的滑片P向左滑动时,指针偏转的角度将会___________(选填“增大”、“不变”或“减小”);
评估交流
(4)细心观察的小锋同学发现在实验过程中该自制装置的指针均向右偏转,只是偏转角度不同,该同学向老师提出能否让指针向左偏转,老师马上将一块小磁铁换装在如图的E处,且让磁铁的右端为___________极,闭合开关后,同学们发现指针果然向左偏转.
(6)你认为该装置中指针的偏转角度大小可能还与___________有关(写出一个即可).
【答案】铁块减小摩擦线圈匝数电流大小增大减小N铁芯大小;通电螺线管(或电磁铁)与指针间的距离;指针质量(或重).
【解析】
(1)磁铁可以吸引铁块,不吸引铜、铝物质,故需要加装铁块;在O点转轴处涂抹润滑油可以使接触面变光滑,减小了摩擦;
(2)①保持滑片P位置不变,也就是电流不变,导线a改为与接线柱1相连,增加了线圈匝数,因此可以探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系;
②保持接线方式不变,也就是线圈匝数不变,移动变阻器滑片P,可以改变电流,因此可以探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系;
(3)①保持滑片P位置不变,即电流不变,导线a改为与接线柱1相连时,线圈匝数增多闭合开关后,电磁铁磁性增强,指针偏转的角度将会增大;②当滑动变阻器的滑片P向左滑动时,接入电路电阻增大,电流减小,磁性减弱,所以指针偏转的角度将会减小;
(4)由图中通电线圈电流流入方向,利用右手螺旋定则可以判断出通电线圈左端为N极,右端为S极,在E出放小磁铁让磁铁的右端为N极、左端为S极时,通电线圈右端S极与小磁铁左端为S极就会相互排斥,指针就会向左偏转;
(5)该装置中指针的偏转角度大小要受磁力大小、竹片削制的指针质量、电磁铁距离指针的距离等因素影响,所以可以改变铁芯的大小来改变磁性,也可以改变竹片削制的指针质量,这样摆动起来更轻松.
5.利用如图所示的实验装置探究电动机的工作原理,请你完成下列问题.
(1)通电后图甲中ab段导线受磁场力的方向竖直向上,请在图丙中作出ab段导线所受到的磁场力F′的示意图;
(_____)
(2)当线圈转过图乙所示位置时,通过改变_____的办法使线圈靠磁场力的作用可以继续顺时针转动至少半周;
(3)生产实际中,为使直流电动机的转子能持续不停地转动,在此结构的基础上主要是通过加装_____来实现的(填直流电动机的结构名称).
【答案】
电流方向换向器
【解析】
【分析】
电动机的原理是:
通电导线在磁场中受力的作用,其所受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关,即只要改变一个量,其所受力的方向就会改变一次;直流电动机工作时,为了让线圈持续的转动下去,即是通过换向器在平衡位置及时的改变线圈中的电流的方向,即改变线圈所受力的反向,使线圈持续的转动下去.
【详解】
(1)由于电流从电源的正极出发,故此时图1中ab的电流方向是由a到b;在图丙中,由于电流的方向和磁场的方向均没有改变,故此时线圈所受力的方向仍不变,即力的方向仍是向上的,如图所示:
(2)据图乙能看出,再向下转动,磁场力会阻碍线圈运动,故此时必须改变线圈中的受力方向,所以可以通过改变线圈中的电流方向使得线圈持续顺时针转动至少半圈;
(3)直流电动机的线圈可以持续转动,是因为它加装了换向器,换向器能在线圈刚转过平衡位置时,自动改变线圈中的电流方向.
6.在学习了电和磁的知识后,小杰在家里饶有兴趣地做起了小实验.他找了一枚缝衣针,在“吸铁石”上擦了几下,然后用一根细软的棉线将缝表针悬挂起来井保持水平,结果发现静止后针尖总是指向南方,这说明缝衣针已经磁化成了一枚小磁针。
为验证奥斯特实验,小杰把通电的台灯(60W)导线移到缝衣针的下方,并靠近缝衣针平行放置,结果发现缝衣针并未发生偏转,带着疑问,小杰在科学课堂上与大家展开讨论。
结果出现了两种不同观点,这时,老师让小杰用两节干电池(3V)和一段电阻丝(15Ω)重新做这个实验.结果缝衣针发生了偏转。
(1)磁化后,这枚缝衣针的针尖是________极;(填“S”或“N”)
(2)在课堂实验中,电阻丝中通过的电流大小为________安;
(3)下面是同学们在课堂讨论中形成的两种观点,通过小杰的课堂实验可以否定的是______(填“A”或“B”)
A.台灯线内有两根导线,且电流方向相反,产生的磁性相互抵消
B.台灯线内电流太小,产生的磁场太弱,不足以让小磁针偏转
【答案】S0.2B
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[2]缝衣针被悬挂起之后针尖总是指向南方,根据人们对磁极的规定可知,针尖是南极,即S极。
(2)[2]由欧姆定律公式可得,课堂实验中,电阻丝中通过的电流大小为
(3)[3]台灯导线中的电流为
可见电阻线中的电流与台灯导线中的电流大小相差不大,所以台灯线不能使缝衣针偏转不是由于电流太小引起的;其真正的原因应该是,台灯是交流电,并行的导线中瞬间的电流方向是相反的,因此产生的磁场相互抵消,不会使缝衣针发生偏转,故B可以否定。
7.东东和辰辰在学习“探究电动机为什么会转动”后,来到实验室又经历了一些科学探究过程.
(1)验证磁场对电流的作用(如图甲所示):
将一白炽灯接通电源后,东东用一条形磁体靠近灯泡的玻璃罩,仔细观察灯丝,东东发现___________,该现象说明_____________。
(2)如图乙所示是东东和辰辰制作的电动机模型。
通电后,轻轻拨动线圈,他们发现电动机不转,下面是他们分析到的可能的原因,请你帮他们看一看,可能的是______.①线圈处于平衡位置;②接线柱接触不良;③磁铁的极性反了;④电池装反了;⑤转子受到的摩擦力太大了;⑥转子与定子之间的摩擦力太大;⑦电池太旧了;⑧磁铁的磁性不够强.
(3)经过处理,通电后轻轻拨动线圈,他们发现电动机只转动了一周,就在某一位置附近晃动几下停下来了.他们分析现象得到:
“某一位置”是指______;如果要让电动机连续地转动下去,可以怎样改进____?
【答案】灯丝颤动磁场对通电导体有力的作用②⑤⑥⑦⑧平衡位置将线圈与半环(换向器)一起固定在转轴上,将线圈的两端分别与半环(换向器)的两端相连,通过电刷、半环(换向器)向线圈输入电流
【解析】
(1)验证磁场对电流的作用(如图甲所示):
将一白炽灯接通电源后,东东用一条形磁体靠近灯泡的玻璃罩,因为灯丝通过的是方向一直变化的交流电,所以仔细观察灯丝,会发现灯丝颤动,现象说明磁场对通电导体有力的作用。
(2)如图分析线圈不能转动的原因:
①如图线圈没有处于平衡位置,不正确;
②接线柱接触不良时,电流不通,线圈不受力,不会转动,正确;
③磁铁的极性反了,线圈受力相反,但不是不能转动的原因,错误;
④电池装反了,线圈受力相反,但不是不能转动的原因,错误;
⑤转子受到的摩擦力太大了,磁场力不能克服摩擦力,不能转动,正确;
⑥转子与定子之间的摩擦力太大,磁场力不能克服摩擦力,不能转动,正确;
⑦电池太旧了,电流小,线圈受到的磁场力小,线圈可能不转,正确;
⑧磁铁的磁性不够强,则线圈受到的磁场力小,线圈可能不转,正确。
故选②⑤⑥⑦⑧。
(3)如图的实验装置在平衡位置时线圈会晃动几下停下来,不能继续转动,所以“某一位置”是指平衡位置;
如果要让电动机连续地转动下去,应该在线圈转过平衡位置时改变线圈中的电流方向,故可以将线圈与换向器一起固定在转轴上,将线圈的两端分别与换向器的两端相连,通过电刷、换向器向线圈输入电流;
也可以在刮去绝缘漆时,将一端全部刮掉,另一端刮去半周,使线圈转过平衡位置时切断电流,依靠惯性转过去,也可以使线圈持续转动。
故答案为:
(1).灯丝颤动
(2).磁场对通电导体有力的作用(3).②⑤⑥⑦⑧(4).平衡位置(5).将线圈与半环(换向器)一起固定在转轴上,将线圈的两端分别与半环(换向器)的两端相连,通过电刷、半环(换向器)向线圈输入电流
点睛:
要明白家庭电路中的电流是交流电,电流的大小和方向一直在改变,所以磁铁靠近灯丝时,灯丝会颤动;另外要知道换向器的作用,即线圈转过平衡位置时改变线圈中的电流方向,使线圈持续转动。
8.磁场的强弱用磁感应强度(用字母“B”表示)的大小来表示,磁感应强度的单位是特斯拉(用字母“T”表示).某种材料的电阻随磁场的增强而增大的现象称为磁阻效应,利用这种效应可以测量磁感应强度.若RB、R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值,右图为某磁敏电阻的电阻比值
跟磁感应强度B关系的图象,现在要测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值RB.
提供的实验器材如下:
一节旧干电池,磁敏电阻RB(无磁场时阻值R0=100Ω),两个开关S1、S2,导线若干.另外,还有可供再选择的以下器材:
A.电流表A(量程:
0~0.6A,0~3A);
B.电压表V(量程:
0~3V,0~15V);
C.定值电阻R1(阻值:
1.5kΩ);
D.定值电阻R2(阻值:
80Ω);
E.定值电阻R3(阻值:
5Ω).
(1)设计一个可以准确测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路,磁敏电阻所处磁场磁感应强度B大小约为1.0~1.2T.
请你从A、B、C、D、E五种实验器材中再选择两种器材,并根据要求完成下列问题.
①选择的两种器材是(填写器材前面字母序号).
②选择电表的量程.
③在答题卡方框中现有电路的基础上画出实验电路图(实验测量过程中不拆接电路).
(2)若要准确测出该磁敏电阻所处磁场磁感应强度大小约为0.1~0.3T的阻值,在你设计测量的电路中,从A、B、C、D、E五种实验器材中再选择两种器材是(填写器材前面字母序号).
【答案】
(1)①BC②0~3V③电路设计如下图所示;
(2)BD
【解析】
试题分析:
(1)由图像由线可知,当B大小约为1.0~1.2T时,
的值约为12~14,由于R0=100Ω,所以可得,RB约为1200Ω~1400Ω,最接近于定值电阻R1;电源为一节干电池,一节电池的电压为1.5V,则电路中的最大电流I大=1.5V/1200Ω=0.00125A<0.02A,所以,电流表不可选,应选电压表,电压表的量程为0~3V;经以上分析可知,实验电路图应采用串联分压,实验测量过程中不拆接电路,需要两个开关控制,如下图所示:
(2)磁敏电阻所处磁场磁感应强度B大小约为0.1﹣0.3T时,由图象可知,
大约在0.5﹣3之间,对应的电阻RB在50Ω﹣300Ω,电路中的最大电流I大=1.5V/50Ω=0.03A,电路中的电流太小,所以,电流表不可选,应选电压表,由串联电路的分压特点可知,选用1.5kΩ和5Ω的电阻时,它们分得的电压太大或太小,无法测量,应选阻值为80Ω的定值电阻R1.
【考点定位】电与磁
9.归纳式探究—.研究电磁感应现象中的感应电流:
磁场的强弱用磁感应强度描述,用符号B表示,单位是特斯拉,符号是T.强弱和方向处处相同的磁场叫做匀强磁场.
如图甲所示,电阻R1与圆形金属线圈R2连接成闭合回路,R1和R2的阻值均为R0,导线的电阻不计,
在线圈中半径为r的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系图象如图乙所示,图线与横、纵坐标的截距分别为t0和B0.则0至t1时间内通过R1的电流I与阻值R0、匀强磁场的半径r、磁感应强度B0和时间t0的关系数据如下表:
次数
R0/Ω
r/m
B0/T
T0/s
I/A
1
10
0.1
1.0
0.1
5π×l0-2
2
20
0.1
1.0
0.1
2.5π×l0-2
3
20
0.2
1.0
0.1
10π×l0-2
4
10
0.1
0.3
0.1
1.5π×l0-2
5
20
0.1
0.1
0.05
0.5π×l0-2
(1)I=_____k,其中k=________(填上数值和单位)
(2)上述装置中,改变R0的大小,其他条件保持不变,则0至t1时间内通过R1的电流I与R0的关系可以用图象中的图线____表示.
【答案】
c
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]由图像分析可得
……………1
……………2
……………3
……………4
由1234联立得:
由于
为定值,故
[2]将第一组数据带入上式得:
k=
(2)[3]若R0变,其他为定值,则
均为定值,可看作
,此为反比例函数,故可用图线c表示.
10.磁感应强度B用来描述磁场的强弱,国际单位是特斯拉,符号是T。
为了探究电磁铁外轴线上磁感应强度的大小与哪些因素有关,小聪设计了如图1所示的电路,图甲中电源电压为6V,R1为磁感应电阻,其阻值随磁感应强度变化的关系图线如图2所示。
(1)闭合开关S1和S2,图乙中滑动变阻器的滑片P向右移动,图甲中电流表的示数逐渐减小,这说明磁感电阻R1处的磁感应强度B逐渐________。
(选填“增大”或“减小”)
(2)闭合开关S1和S2,保持滑片P不动,沿电磁铁轴线向左移动磁感应电阻R1,测出R1离电磁铁左端的距离s与对应的电流表示数I,算出R1处磁感应强度B的数值如表。
请计算s=5cm时,B=______T。
s/cm
1
2
3
4
5
6
I/mA
10
12
15
20
30
46
B/T
0.68
0.65
0.60
0.51
0.20
(3)综合以上实验数据可以得出:
电磁铁外轴线上磁感应强度随电磁铁电流的增大而_______;离电磁铁越远,磁感应强度越______。
【答案】增大0.40增大小
【解析】
(1)由图示可知,当图乙S2断开,图甲S1闭合时,即磁场强度为零,据图2可知,此时的R=100Ω,故此时电路中的电流是:
I=U/R=6V/100Ω=0.06A=60mA;图乙中滑动变阻器的滑片P向右移动,有效电阻变小,电流变大磁场变强,图甲中电流表的示数逐渐减小,即R的电阻变大,据此分析可知:
磁感电阻R处的磁感应强度B逐渐增大;
(2)x=5cm时,对于图表得出电流是30mA,据欧姆定律可知,R=U/I=6V/0.03A=200Ω,故对应磁场的强度是0.40T;(3)综合以上实验数据,分析
(2)中的表格数据可以得出“电磁铁外轴线撒花姑娘磁感应强度随电磁铁电流的增大而增大,离电磁铁越远,磁感应强度越小。
11.如图所示实验中,闭合开关,静止于金属轨道上的金属杆向左运动.
(1)这个现象说明了磁场对通电导体具有______的作用,观察实验现象后,应立即断开开关,这是为了防止电流过大,长时间通电损坏_______.
(2)若要让金属杆向右运动,应采取的方法是_______.
A.改变电流方向或改变磁场方向
B.只能改变电流方向
C.电流方向和磁场方向同时改变
D.只能改变磁场方向
(3)实验中发现金属杆较重,不易起动,用下列轻质材料管替代金属杆后,会使实验效果明显的是_______.
A.细薄的塑料管
B.将锡箔纸卷在铅笔上成细管状,再抽出铅笔,形成的锡箔细管.
【答案】力电源AB
【解析】
【详解】
(1)如图电路,闭合开关,静止于金属轨道上的金属杆向左运动,这个现象说明了磁场对通电导体具有力的作用;因为实验时,电路近似短路,电流较大,所以观察实验现象后,应立即断开开关,这是为了防止电流过大,长时间通电损坏电源.
(2)因为导体受磁场力的方向与电流方向和磁场方向有关,所以只要改变其一,
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