中学会考试题电磁学

1、中學會考試題 (電磁學 )99:S1圖 1圖 1 顯示一個插座的正面和 220 V 市電電源的地線（ E）、活線（ L）和中線（ N）。(a) 將圖 1 繪在答題簿內，並在圖上顯示插座如何和市電電源連接。(2 分)(b)型號： CS301220 V 50 Hz2500 W圖 2圖 2 顯示一個附在某電器上的標籤。若在某個月內，使用該電器共150 小時，求所需的電費。（每 kWh 的電費為 $0.87）(2 分)99:S1 答案1.(a) 評分準則：地線1A中線及活線1A(b) 電費= 每單位電費×電功率×時間1M= 0.87×2.5×150 = $326

2、.25 ( 或 $326)1A*99:S4圖 4圖 4 顯示一個動圈式微音器的構造。試描述這微音器的工作原理 （即有人於微音器前說話時，微音器如何工作）。(5 分)99:S4 答案4. 當有人於微音器前說話時，膜片會振動。1A令線圈在磁場中振動，而在線圈中產生一載著聲音訊號的電流。1A+1A+1A訊號會被增大及在擴音器中播出。1C00:S5圖 4圖 4 顯示一個電路。發光二極管只會在黑暗環境或開關S 閉合的情況下才發亮。(a) 寫出(i) 在黑暗的環境下，輸入端 A 的狀態 (高或低 )；(ii) 當開關 S 閉合時輸入端 B 的狀態。(2 分)(b) (i) 寫出邏輯門 X 輸出端在以下各情

3、況的狀態。情況輸入端 A輸入端 B輸出(高或低 )1高高？2高低？3低高？4低低？(2 分)(ii)X 是哪一種邏輯門？(1 分)00:S5 答案5(a) (i)輸入端 A處於低狀態。1A(ii)輸入端 B處於低狀態。1A(b) (i)邏輯門的輸出狀態如下：2A情況輸出1低2高3高4高(ii)X 為一個與非門。( 或非與門。 )1A00:S6圖 5如圖 5所示，一個長方形線圈可在某磁場內轉動。線圈初時處於水平位置。現將開關閉合。(a)指出觀察者看到線圈的最初轉動方向。(1 分)*(b) 線圈轉動，繞鉛垂位置來回擺動數次，然後停下來。試解釋線圈的運動。(5 分)00:S6 答案(a)線圈沿順時針

4、方向轉動。1A(b)當開關閉合時，有電流通過線圈。由於線圈位於一磁場內，有力偶1A(或力矩、力 ) 作用於線圈，使其 (沿順時針方向 ) 轉動。當線圈轉至鉛垂位置時，力偶等於零。由於慣性作用，線圈仍會轉動，並通過鉛垂位置至另一邊。(逆時針方向 )1A這時作用於線圈的力偶的方向逆轉，使線圈沿反方向回轉。這過程重覆。1A由於線圈轉動時有能量耗損 (為克服摩擦力而作功 )，線圈最終會停下來。 ( 或 線圈最終會於一個偶等於零的位置停下來。 )1A+1C01:S5圖 4圖 4 顯示如何將發電站生產的電能輸送到遠處的用戶。(a) 指出變壓器 T1 的作用。(1 分)*(b) 解釋為何長距離輸電時採用交流

5、電和高電壓。(4 分)01:S5 答案5.(a) 變壓器 T1 的作用是將電壓升高。1A(b) 採用交流電是為了方便改變電壓，1A而採用高電壓則是為了減少長距離輸電時的電能耗損。2A+1C95:L5兩條長電線 AB 和 CD 把一電燈連接至直流電源，使電燈按其額定值12 V, 24 W使用。兩條電線的總電阻為 4 。(a) 求(i)電燈的電阻；(2 分)(ii)通過電燈的電流；(2 分)(iii)電燈消耗的功率；(2 分)(iv)這電路輸電給電燈的效率。(2 分)(b) 圖（十一）顯示的輸電方法可減低電線的功率。這方法需使用交流電源和兩個變壓器。圖（十一）(i) 按照圖（十一）的電路，在圖（十

6、二）中繪出接駁各器件端鈕的電線。(3 分)圖（十二）*(ii) 試解釋這個方法如何減低電線所消耗的功率。(4 分)95:L5 答案5.(a) (i) 電阻 R = V 21MP= 122 =6241A(ii)電流 I=P1MV=24= 2 A1A12I 2 R(iii)消耗的功率=1M=22(4)=16W1A(iv) 效率=輸出功率100%1M輸入功率=24100% = 60 %1A2416(b) (i) 評分準則：電源連接 T1 的主線圈1AT1的副線圈連接 T2 的主線圈1AT2的副線圈連接電燈1A(ii) 變壓器 T1 將電壓提升，1A而電流會下降，1A因為消耗的功率等於I 2 R ，所

7、以消耗的功率會減少。1A+1C95:L66.圖（十三）顯示一熱水系統。水缸盛水圖（十三）15 kg。發熱器在接觸器被水淹蓋及水溫低於45 C的情況下操作。(a)發熱器需時5 分鐘把水溫由(i)將水加熱所需的能量；(ii)發熱器的輸出功率。20 C提升至45 C。水的比熱容量為4200 J kg-1K-1。求 (2 分) (2 分)圖（十四）(b) 圖（十四）顯示控制該熱水系統的電路。(i)寫出器件 X 和 Y 的名稱。(2 分)(ii)器件 X 的電阻如何隨溫度而變化？(1 分)*(iii) 試解釋為何當接觸器被水淹蓋及水溫低於45 C 時，發熱器會操作。(6 分)(iv) 若要將水加熱至高於

8、 45 C 的溫度，應調較電路中哪一器件？應如何調較該器件？(2 分)95:L6 答案6.(a) (i)所需的能量=mc1M= 15 ×4200 ×( 45 - 20 )= 1.575 ×106 J ( 或 1575000 J )1A(ii)輸出功率=能量1M時間= 1.575 1065 60= 5250 W ( 或 5.25 kW )1A(b) (i)X 是一個熱敏電阻 (器 )，1AY 是一個變阻器 或 可變電阻 (器)。1A(ii)當溫度上升時， X 的電阻值下降。( 或 當溫度上升時， X 的電阻值下降。 )1A(iii)當接觸器被水淹蓋時，它的電阻較低，

9、所以B 的輸入是低。1A當水溫低於 45 C 時，熱敏電阻的電阻值較高，1A所以 A 的輸入是低。1A因為兩個輸入都是低，所以或非門的輸出是高。會有一電流流經繼電器，而發熱器會操作。1A+1C(iv) 減少 Y (可變電阻 ) 的電阻值。2A96:L55.某學生設計一電路，如圖9 所示。圖 9(a) 寫出器件 C 和 D 的名稱。(2 分)(b)步驟開關 A開關 B器件 D1按下按下不發亮2按下放開3放開按下4放開放開發亮現依照上表的步驟進行試驗，以研究該電路的運作。當按下開關A和B時，器件 D不發亮。當放開兩開關時，器件 D 發亮。*(i)試解釋為何按下兩開關時，器件D 不發亮。(5 分)(

10、ii)指出在第二及第三步驟，中器件D 會否發亮。(2 分)(iii)若把開關 A 和 B 作為輸入而器件D 作為輸出，則這電路可模擬哪一種邏輯門？（註：開關按下代表高輸入，而器件D 發亮代表 高輸出。）(1 分)(iv)電路中的電阻器 R 有什麼作用。(1 分)(c) 按照圖 9 的電路，在圖 10 中繪出連接各器件端鈕的電線。(4 分)圖 1096:L5 答案5.(a) 器件 C 是一個繼電器 ( 或 簧片繼電器 )。1A器件 D 是一個發光二極管。1A(b) (i) 當兩開關都被按下時，會有電流經過繼電器 (左方的電路閉合 )， 1A所以右方的電路也會閉合。1A因為繼電器有很小 ( 或 沒

11、有 )電阻 ( 或 器件 D 被短路 )，只有很小 ( 或 沒有 )電流流經器件 D ，所以器件 D 不會發亮。2A+1C(ii)在步驟 2 及 3， D 也不發亮。(iii)這電路可模擬或非門。1A(iv) * 它限制經過電路 ( 或 器件 D )的電路。* 它防止器件 D 損壞。* 它防止電池短路 (當繼電器被關閉時 )。1A(c) 評分準則：A及B是並聯1A左方的電路正確1AC及D是並聯1A右方的電路正確1A96:L77. *(a)圖 12圖 12 顯示將一根磁棒推動，使其以恒速率從左至右通過一螺線管。試描述磁棒移動時，通過檢流計電流方向的變化。(4 分)(b)圖 13圖 14圖 13

12、顯示一部簡單交流發電機的構造。線圈轉動時會產生感生電動勢。圖 14 為該發電機的輸出在示波器上顯示的圖跡。示波器的時基定為 20 ms cm-1，而Y - 增益定為 50mV cm -1。(i) 在圖 14 顯示的四點 ( P 、 Q 、 R 和 S )中，哪幾點代表線圈平面和磁場互相平行的時刻？(2 分)(ii)求該發電機輸出的峰值電壓和頻率。(3 分)(iii)試描述以下每種改變對該發電機輸出的峰值電壓和頻率的影響：(1)增加線圈的轉速；(2)將線圈繞在一軟鐵心上。(4 分)(iv)發電廠內的發電機，一般都是用蒸汽推動的。試舉出另外兩種推動發電機的可行方法。(2 分)96:L7 答案7.(

13、a) 當磁棒移向螺線管時，有一電流由X經過 G而流向 Y(或由X流向Y)。1A當磁棒在螺線管內，將不會有電流。1A當磁棒移離螺線管時，有一電流由Y經過 G而流向 X(或由Y流向X)。1M+1C(b) (i)點 Q 和 S 代表線圈平面和磁場互相平行的時刻。1A+1A(ii)峰值電壓 = 1×50 = 50 mV (或 0.05 V)1A頻率= 11MT1=Hz = 12.5 Hz1A(iii)(1)4201031A峰值電壓增加頻率增加1A(2)峰值電壓增加1A頻率不變1A(iv) 任選以下兩個：1A+1A* 風。* 流水 ( 或 水力發電 )。* 海浪。* 潮汐。97:L55.圖 6

14、一學生利用圖 6 所示的電路控制一冷氣機的操作。(a)寫出器件 X、Y和Z的名稱。當溫度上升時，器件 X 的電阻有什麼變化？(4 分)(b)寫出與門的直值表。(2 分)(c) 設當溫度高於 T 時，輸入端 B 的狀態為高；而當溫度低於 T 時，它的狀態變為低。指出在以下每一情況中，冷氣機會否開啟。情況開關 S溫度冷氣機1閉合> T2閉合< T3斷開> T4斷開< T表 1(2 分)(d)電路中的器件Y 有什麼作用？(2 分)(e)指出利用器件Z 控制冷氣機操作的好處。(2 分)(f)圖 7若以一或非門代替圖6 中的與門，該學生須修改電路方能使冷氣機的操作維持不變(如表

15、1 所示 )。圖 7 顯示該電路的一部分。將圖7 繪在答題簿上，並利用器件R 、 S 、 X 和 Y完成該電路。(3 分)97:L5 答案5.(a) 器件 X 是一個熱敏電阻器件 Y 是一個變阻器 ( 器件 Z 是一個繼電器 ( 當溫度上升時，器件 X(器)。1A或 可變電阻 )。1A或 簧片繼電器 )。1A的電阻值下降。1A(b)AB輸出000010100(c)111情況冷氣機1開啟2關閉3關閉4關閉(d)器件Y 的作用是 (任選以下一個 )：2A* 調校電路的靈敏度。* 調校冷氣機開啟的溫度。* 調校 T0 的值。(e) 它使我們能在開關中用一個較小的電流 ( 或 電壓 )去控制* 冷氣機

16、電路中的大電流 ( 或 電壓 )。* 冷氣機的運作。2A(f) 評分準則：輸入位置接至每一沿垂電路的兩個器件中間1AX與Y互換位置1AS與 R互換位置1A97:L77. 兩學生分別用 24 V 直流電源和 24 V 交流電源操作一額定值為 6 V， 12 W 的燈泡 X。(a)圖 9一學生將X 和 24 V 直流電源及一電阻器R 串聯（見圖 9）。若 X 按其額定值工作，求(i) 通過 X 的電流，(ii) R 兩端的電勢降(iii) R 的電阻(iv)R 所消耗的電功率佔直流電源所提供電供率的百分比。(8 分)(b) 另一學生指出利用 24 V 交流電源和一變壓器也可操作X 。(i)繪一電路

17、圖顯示 X 、交流電源和變壓器如何連接。(2 分)(ii)這方法較圖 9 所示的方法有什麼優點？(1 分)(iii) 若 X 按其額定值工作，求變理器的匝數比 (原線圈：副線圈 ) 和原電流。設變壓器的效率為 100%。(4 分)97:L7 答案7.(a) (i)通過 X 的電流=P1MV=12 =2A1A6(ii)R兩端的電勢降 =24-6=18V1A(iii)V1MR的電阻 =I= 18= 91A2(iv) R 所消耗的電功率所佔的百分比=R所消耗的電功率1M電源提供的電功率= 2(18)100%1M2(24)=75%1A(b) (i) 評分準則：連接正確1A電路符號正確1A用兩個變壓器1

18、A(ii)這方法可減少電功率的損耗。1A(iii)匝數比=主電壓1M副電壓=24 =4( 或 4：1)1A6主電流=電功率1M主電壓=12 =0.5A1A2498:L44.圖 5圖 5 顯示一個三腳插頭和一個電水煲。(a) 電水煲的三條電線 X 、 Y 和 Z ，應分別接駁插頭上 A 、 B 、 C 哪個插腳？ (2 分)(b) (i)為安全計，插頭的插腳A 比其他兩個插腳為長。試加以解釋。(2 分)(ii)試解釋為何電水煲的開關S 安裝在電線 X 而不安裝在電線Y 上。(2 分)(c) 該電水煲的額定值為 220 V ，2000 W。(i) 若使用電水煲半小時，求所需的電費。 （每千瓦小時的

19、電費為 $0.9。）(2 分)(ii)一家庭主婦把電水煲和一個額定值為 220 V，2500 W的電焗爐插進一個15A的插座上（見上圖）。試解釋為何這是危險的做法。考生需展示所涉及的運算。(3 分)*(d) 一學生在筆記簿寫下以下的筆記：若電線 X 或電線 Y 意外觸及電水煲的金屬外殼，則電水煲會停止操作。試解釋這學生的說法是否正確。(4 分)98:L4 答案4.(a) X 連接至 B 。Y連接至 C。(一至二個正確 )1AZ連接至 A。(全部正確 )2A(b)(i)保證電水煲在接上活線前已先接地。2A(ii)這是為了保證當S 關掉時，發熱元件不是在高電壓。2A(c)(i)電費= 每單位電費&

20、#215;電功率×時間1M= 0.9×2×0.5 = $0.91A(ii)插座輸出的電流= 200025001M+1M220220=20.5A( 或 20A)所以是危險的。1A(d)若電線 X 觸及電水煲的金屬外殼，活線和地線之間會發生短路( 或 一個大的電流會由活線流向地線 )，1A保險絲會燒斷 ( 或 沒有電流流經發熱元件 )，而電水煲會停止操作。1A若電線 Y 觸及電水煲的金屬外殼，線路仍是閉合的，電水煲會繼續操作。1A+1C98:L55.圖 7 顯示某類電動機。PQ和RS圖 7為螺線管。兩螺線管和線圈ABCD並聯接至一電池組。(a) 指出(i) 螺線管 P

21、Q 在端點 Q 的極性，(ii) 觀察者所看到線圈的轉動方向。(2 分)(b) 寫出元件 E 的名稱，並解釋它的作用。(3 分)(c) 試列舉兩種增加線圈轉速的方法。(2 分)*(d) 一學生說：若以一50 Hz 交流電源代替圖 7 中的電池組，則線圈祗會來回擺動，因此電動機不可以正常運作。試解釋為何這學生的說法不正確。(5 分)(e) 試附以簡圖，說明如何將圖7 中的電動機改裝為直流發電機。(3 分)98:L5 答案5.(a) (i)端點 Q 是南極。1A(ii)線圈的轉動方向是順時針。1A(b) E 是一個換向器 ( 或 轉換器 )，它的作用是：1A* 倒轉流向線圈的電流方向。* 倒轉作用

22、於電線的力的方向。* 改變與電刷的接觸。1A(c) 任選以下兩個：1A+1A* 增加電池的電動勢 ( 或 增加流經線圈的電流 )。* 增加螺線管的線圈匝數。* 在紙筒中加入軟鐵心。* 將線圈圈在一個軟鐵心上。* 移近兩個螺線管。* 增加線圈的面積。(d) 若電池的接頭倒轉，螺線管的磁極向 ( 或 經過螺線管的電流方向 )及經過線圈的電流方向會同時倒轉。2A所以線圈的轉動方向不變 ( 或 作用於線圈的力的方向不變 )。而電動機仍可以正常運作2A+1C(e) 連接電池及電刷的電線要斷開。1A其它的裝置不變。1A(在圖中，連接電池及電刷的電線斷開。 )1A99:L1111.圖 12圖 12 中的器件

23、 X 由兩塊薄鐵片 PQ 和 RS 及一個被螺線管繞著的玻璃管組成。兩塊鐵片部分被密封在玻璃管內。*(a) 若有一道直流電從 A 至 B 通過螺線管，描述器件 X 有何變化，並 以解釋。(4 分)(b)開關變阻器Y電阻器或門交流電源電動機圖 13一名學生利用器件 X 和圖 13 所示的元件設計一個控制緊急逃生門開關的電路。電動機祗在下列情況下才能開動並把逃生門打開：開關被按下或元件Y 的溫度升達某預設的溫度。圖 14 為該系統未完成的電路。圖 14(i) 寫出元件 Y 的名稱。當溫度上升時，它的電阻有何變化？(2 分)(ii) 圖 14 中的端鈕 T 、T 、T 和 T 應分別接駁器件 X 哪

24、個端點（A、B、P 和 S）？(2 分)(iii) 寫出器件 X 的名稱。指出利用器件 X 控制緊急逃生門開關的好處。(3 分)(iv) 將圖 14 繪在答題簿上，並完成該電路。(4 分)99:L11答案11.(a)當一電流由 A 至 B 經過線圈時，兩塊薄鐵片會被磁化。1A因為 Q 及 R 的極向不同 ( 或 Q 是北極，而 R 是南極 )，1A兩塊薄鐵片會互相吸引而接觸。1A+1C(b) (i)元件 Y是一個熱敏電阻器 / 熱敏電阻。1A它的電阻值隨溫度上升而下降。1A(ii)端鈕 T及 T應接上端點 A及 B( 或 B 及 A)。1A端鈕 T及 T應接上端點 P及 S( 或 S 及 P)

25、。1A34(iii)器件 X是一個簧片繼電器 / 繼電器。1A它使我們能在開關中用一個小電流 ( 或 電壓 )去控制電動機電路的大電流 ( 或 電壓 )( 或 緊急逃生門的運作 )。2A(iv) 評分準則：輸入位置接至每一沿垂電路的兩個器件中間1AY 及可變電阻1A開關及電阻1A簧片繼電器 /繼電器1A00:L1010.(a) 將一個 110 V, 1000 W的電煮食爐經一個變壓器連接至香港的食爐按其額定值操作。變壓器的原線圈有5000 匝，而它的效率為(i)變壓器副線圈的匝數；(ii)該煮食爐的操作電阻；(iii)變壓器的輸入功率；(iv)通過變壓器原線圈的電流。220 V 市電電源，使煮

26、80%。求(8 分)(b)圖 14 顯示一個旅行用煮食爐和附在該爐上的標籤。該煮食爐有一個電壓選擇掣，如圖 15 所示。型號：EA 2000a.c. 120 V / 240 V360 W 50-60 Hz圖 14圖 15(i) 該煮食爐內裝有一條保險絲。試解釋保險絲的功用。(2 分)*(ii) 兩名學生對在香港使用該煮食爐，有以下評論：小強：煮食爐的電壓選擇掣應調校至120 V，而它的輸出功率為360 W。小明：煮食爐的電壓選擇掣應調校至240 V，而它的輸出功率為360 W。解釋每位學生的說法是否正確。(5 分)00:L10答案10.(a)(i)根據 VSN S ，1MVPN P110N S

27、2205000NS = 25001A所以副線圈的匝數為 2500。(ii)根據 PV21M，RR110210001AR12.1(iii)效率輸出功率1M100%輸入功率80%1000100%輸入功率輸入功率 = 1250 W1A(iv) 根據 P = IV，1M1250 = I (220)I=5.7A1A(b) (i)若有過量的電流通過煮食爐 (或 若發生短路 ) ，1A保險絲便會熔斷，使電路斷開。1A(ii)小強：電壓選擇掣不應調校至120 V ，因為輸入電壓 (220 V)將遠高於其額定操作電壓。1A煮食爐的保險絲會熔斷。1A小明：選擇掣應調校至 240 V ，因為香港的市電電源為220 V(或 接近/稍低於 240 V)。1A由於操作電壓稍低於240 V，輸出功率會小於 360 W。 1A01:L99. (a)圖 9慧儀嘗試估計家中廚房內的電熱水器的效率。 她利用一個容器收集熱水，並以溫度計量度水溫（見圖 9）。她接通熱水器，測得一分鐘內有 1.6 kg 的水從 23