章末检测：第16章 电磁铁与自动控制（全解全析）

学而优教有方-2023学年下学期第十六章单元检测卷（沪粤版）九年级物理·全解全析一、单项选择题：本题共7小题，每小题3分，共21分。1．小明在拆快递包装时，发现有一块泡沫“粘”在手上甩不掉，请你帮他找出下列现象中“粘”的原因与其相同的是（）A．铁屑会被钢化螺丝刀“粘”起B．玻璃平放在水面上提时，感觉会被“粘”住C．白板纸铺在墙壁上，会被“粘”住D．两个铅柱底面削平挤压后能“粘”在一起【答案】C【解析】小明在拆快递包装时，发现有一块泡沫“粘”在手上甩不掉，小明工作时，衣服和皮肤摩擦使人体带电，带电体具有吸引轻小物体的性质。A．钢化螺丝刀具有磁性，磁体能够吸引铁、钴、镍等，所以铁屑会被钢化螺丝刀“粘”起，故A不符合题意；B．玻璃平放在水面上提时，感觉会被“粘”住，是因为受大气压的作用，故B不符合题意；C．白板纸铺在墙壁上过程中因受摩擦而带静电，带电体具有吸引轻小物体的性质，所以会被“粘”住，故C符合题意；D．两个铅柱底面削平挤压后能“粘”在一起，是分子间有相互作用的引力，故D不符合题意。故选C。2．阅读短文判断问题：为了解释地球存在着磁场——地磁场，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心轴线的环形电流引起的。①由于地球表面带有某种电荷，随地球一起自西向东转动时，形成环形电流。环形电流可以形象地类似于通电螺线管中的电流。②环形电流的磁场，也可以想象成类似于条形磁铁的磁场。③若将地磁场的N极和S极相当于通电螺线管的两个磁极，则可以借助安培定则由两极的磁性，判断环形电流的方向。根据以上描述下列判断正确的是（）A．环形电流的方向是自西向东B．形成环形电流的电荷是正电荷C．形成环形电流的电荷，与用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷相互吸引D．用实验室常用验电器能够检验出形成环形电流的电荷电性【答案】C【解析】AB．地磁的北极在地理南极的附近，在用安培定则判定环形电流的方向时，右手的拇指必需指向南方；则四指弯曲的方向应该自东向西，即电流流动的方向应该自东向西；由于地球表面带有某种电荷，随地球一起自西向东转动时，形成环形电流，电流方向与电荷的定向移动方向相反，所以该电荷是负电荷，故AB错误；C．形成环形电流的电荷是负电荷，丝绸摩擦过的玻璃棒是正电荷，异种电荷相互吸引，形成环形电流的电荷与用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷相互吸引，故C正确；D．验电器能用来检验物体是否带电，但不能检验出形成环形电流的电荷电性，故D错误。故选C。3．下列我国古代生活用品在使用时所应用的物理性质，说法错误的是（）A．用指南鱼判断方向——磁性 B．用陶器烹煮食物——导热性C．用铜和锡做镜子——导电性 D．用竹子做弓——弹性【答案】C【解析】A．用指南鱼判断方向，是因为地球本身是一个大磁体，周围存在磁场，指南鱼具有磁性，在地磁场作用下可以指示南北，故A正确，不符合题意；B．用陶器烹煮食物，陶器具有导热性，会将热量传导给食物，故B正确，不符合题意；C．用铜和锡做镜子是因为铜和锡可以使光发生镜面反射，进行镜面成像，故C错误，符合题意；D．用竹子做弓，是因为竹子具有弹性，可以发生弹性形变对箭产生弹力，故D正确，不符合题意。故选C。4．司南是我国古代的四大发明之一，“司南之杓，投之于地，其柢指南”，以下说法正确的是（）A．“柢”指的是司南长柄，自由静止时指的是地磁场的北极B．司南能够吸引铜、铁、镍等物质C．司南周围的磁场和磁感线，是确实存在的物质D．现在常用电磁铁，其铁芯选用的材料就是与司南的相同的天然磁矿石【答案】A【解析】A．司南是用天然磁石磨制成的勺子，其实质就是一块磁铁，在地球的磁场中受到磁力的作用，静止时长柄指向南方（指向地理南极），则司南长柄一端是磁石的南极，地理上的南极是在地磁场的北极附近，即司南长柄指的是地磁场的北极，故A正确；B．司南实际上就是一个磁铁，磁铁可以吸引铁钴镍等物质，不能吸引铜，故B错误；C．磁场是磁体周围存在的一种看不见、摸不到的物质，磁感线是为了描述磁场而引入的有方向的曲线，是不存在的，故C错误；D．现在常用电磁铁，其铁芯选用的材料是软铁棒，故D错误。故选A。5．物理学是美的，许多物理现象都具有对称美、平衡美和曲线美。下列优美的曲线中，用磁感线描述磁体外部磁场正确的是（）A． B．C． D．【答案】A【解析】A．磁感线是为了描述空间磁场假想的一些闭合曲线，在磁体的外部磁感线是从磁体的N极出来回到S极的，故A正确；B．U形磁体周围磁感线一样是从N极出来回到S极，图中磁感线方向画反了，故B错误；CD．对于相互靠近的两个磁极，如果是异名磁极，磁感线是从N极出来进入S极的，箭头指向S极，故CD错误。故选A。6．如图所示，两个相同的小车，分别固定着磁体和铁块。当用手使它们靠近，松手后，发现两个小车相互接近并吸在一起。下列说法中正确的是（）A．磁体吸引铁块，施力物体是铁块B．铁块被磁体吸引，受力物体是磁体C．磁体与铁块接触时，它们之间才会产生吸引作用D．磁体对铁块有吸引作用，铁块也在吸引磁体【答案】D【解析】A．磁体吸引铁块，铁块受到了力，施力物体是磁体，故A错误；B．铁块被磁体吸引，铁块受到了力，受力物体是铁块，故B错误；C．磁力的产生，两个相互作用的物体可以接触，也可以不接触，故C错误；D．物体间力的作用是相互的，因此磁体对铁块有吸引作用，铁块也在吸引磁体，故D正确。故选D。7．某兴趣小组设计了一种路灯自动控制装置，路灯的通断由光控开关控制，两路灯的额定电压为220V，R为保护电阻，S为光控开关，白天光控并关断开两路灯不发光，晚上光控开关闭合，两路灯正常发光。下列电路设计符合要求的是（）A． B．C． D．【答案】C【解析】A．当开关S闭合时，将衔铁吸引下来，下面的灯亮，当开关断开，上面的灯亮，即每一次只能亮一个灯，故A不符合题意；B．工作电压只有220V，而此选项中两个灯泡串联，两个灯泡都不能正常发光，故B不符合题意；C．两灯泡并联，都能正常发光，且当开关闭合时，衔铁被吸下，灯泡正常发光，当开关断开时，两灯泡都不发光，故C符合题意；D．不论开关是否闭合，两个灯泡都能同时正常发光，不能同时熄灭，故D不符合题意。故选C。第Ⅱ卷二、填空题。（每空2分，共32分）8．2021年7月20日，由中国中车承担研制、具有完全自主知识产权的世界首套设计时速600公里高速磁浮交通系统在山东青岛成功下线（如图）。高速磁浮交通系统采用的是成熟可靠的常导技术，高速磁浮运行时，通过精确控制电磁铁中的电流，车体与轨道之间始终保持约10毫米的悬浮间隙。车辆底部的悬浮架装有电磁铁，利用电流的_____效应产生强磁场，且通过精确控制电流的_____控制电磁铁磁性强弱，与铺设在轨道下方的铁芯由于_____磁极相互吸引，产生向上的吸力，从而克服地心引力，使车辆“悬浮”起来。再利用直线电机驱动列车前行，把电能转化为_____能。【答案】

磁

大小

异名

机械【解析】[1]车辆底部的悬浮架装有电磁铁，电磁铁通电后具有磁性，是利用电流的磁效应产生强磁场。[2]通过精确控制电流的大小可以控制电磁铁磁性的强弱，电流越大，电磁铁的磁性越强。[3]电磁铁的磁极与铺设在轨道下方的铁芯由于异名磁极相互吸引，同名磁极相互排斥。[4]直线电机驱动列车前行时会消耗电能，机械能增大，将电能转化为机械能。9．如图所示是一位老师自制的教具，其中虚线框中的器件叫做______，是由______、衔铁、簧片、触点组成。【答案】

电磁继电器

电磁铁【解析】[1][2]虚线框中的器件叫做电磁继电器，其作用相当于一个开关，能控制小风扇电路的通断，是由电磁铁、衔铁、弹簧、触点组成。10．如图所示，在探究“影响电磁铁磁性强弱因素”的实验中，未闭合开关时，静止在弹簧下端的铁块质量为0.1kg，此时铁块受到弹簧的拉力是___________N；闭合开关后，弹簧的长度会___________。（g=10N/kg）【答案】

1

变长【解析】[1]铁块的重力G=mg=0.1kg×10N/kg=1N所以铁块受到弹簧的拉力是1N。[2]闭合开关后，电磁铁产生磁性，吸引铁块，所以弹簧的长度会变长。11．小华通过学习得知1876年物理学家罗兰完成了著名的“罗兰实验”。热爱探索的他和同学模仿罗兰进行如下的探究实验，先把大量用毛皮摩擦过的橡胶棒上的电荷加到一个橡胶圆盘上，并在其轴线位置上放置一枚小磁针，当圆盘绕中心轴按如图所示的箭头方向高速旋转（橡胶棒上所带的电荷也会一起绕轴旋转）时，小磁针发生了转动后静止在如图所示的位置，则小磁针静止时___________（选填“左”或“右”）端为N极（忽略地磁场对小磁针的影响）。【答案】右【解析】毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，由于是带负电金属环如图所示的旋转，所以金属环的电流方向与旋转方向相反。根据右手螺旋定则可知金属环旋转产生的磁极的方向：左端S极，右端N极。因此小磁针N极沿轴线向右。12．丹麦物理学家奥斯特发现了通电导体周围存在___________；2月4日晚，北京2022年冬奥会开幕式上，9岁的朱德恩用小号吹响了《我和我的祖国》，深情嘹亮的号声是空气柱___________产生的。【答案】

磁场

振动【解析】[1]丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，即通电导体周围存在磁场。[2]声音是由物体的振动产生的，号声是由空气柱振动产生的。13．1820年，丹麦物理学家奥斯特通过实验首次证实电和磁之间的联系。小舟用图甲所示装置来模仿该实验。（1）实验中得到通电直导线周围存在磁场的结论，那么他观察到的现象是_____；（2）早先电话听筒的结构如图乙所示，当变化的电流通过线圈时，电磁铁的_____强弱发生变化，对薄铁片产生变化的吸引力，从而使薄铁片振动不同而发出不同的声音，这样就可以听到对方的讲话了。【答案】

小磁针会发生偏转

磁性【解析】（1）[1]当开关闭合时，通电导线的周围产生了磁场，则导线下方的小磁针在磁场的作用下会发生偏转。（2）[2]电磁铁磁性的强弱与电流的大小有关，当变化的电流通过线圈时，电磁铁的磁性强弱发生变化，对薄铁片产生的吸引力不断变化，薄铁皮的振动会产生声音，从而将电信号还原成声信号。14．如图所示，通电螺线管的下端为______极（选填“N”或“S”）。变阻器的A接E，D接F时，闭合开关后，发现无论怎样移动滑动变阻器的滑片P，弹簧测力计示数都无变化，经检查电路中各元件完好且连接无误。请你分析弹簧测力计示数无变化的原因可能是______，解决上述问题后，弹簧测力计示数稳定在某一数值，要想让弹簧测力计示数变小，应将滑片P从图示位置向______移动（选填“左”或“右”）。【答案】

N

滑动变阻器短路

左【解析】[1]电流从电磁铁的下端流入，根据安培定则可知，电磁铁的下端为N极，上端为S极。[2]变阻器的A接，接时，条形磁体的下端为S极，闭合开关后，根据磁极间的相互作用规律可知，条形磁体的下端与电磁铁的上端是排斥的，但是却发现无论怎样移动滑动变阻器的滑片P，弹簧测力计示数都无变化，这说明电磁铁的磁性大小不变，电路中的电流不变，所以故障是滑动变阻器短路。[3]要想让弹簧测力计示数变小，需要增大电磁铁的磁性，增大通过电磁铁的电流，根据欧姆定律可知，需要减小电路中的总电阻，所以滑片应该向左移动。三、实验探究题（每空2分，共26分）15．为探究电磁铁的磁性强弱跟哪些因素有关，小明做了如下的实验。步骤1：在水平桌面上放置一小车，小车上固定一块条形磁铁，连接好如图所示的电路，并将滑动变阻器调至最______端；步骤2：闭合开关后，小明发现小车会沿水平方向向右运动，则螺线管的右端为______极；步骤3：断开开关，把小车重新放在起始位置，依次向右移动变阻器滑片，闭合开关，小明观察到小车在水平桌面上运动的距离一次比一次远，通过本组实验可探究出电磁铁的磁性强弱与______有关。【答案】

左

N

电流大小【解析】（1）[1]为了保护电路，连接好电路后，闭合开关前，应将滑动变阻器调至最大阻值处，即将滑动变阻器的滑片调至最左端。（2）[2]闭合开关后，小明发现小车会沿水平方向向右运动，说明通电螺线管与小车上的磁铁互相排斥，根据同名磁极互相排斥可知，螺线管的右端为N极。(3)依次向右移动变阻器滑片，电路中的总电阻变小，电路中的电流变大，其他因素不变，小车在水平桌面上运动的距离一次比一次远，是因为电磁铁磁性增强，对小车上磁体的排斥力增大，说明通过本组实验可探究出电磁铁的磁性强弱与通过电磁铁电流大小有关。16．为了研究通电螺线管的磁性强弱与哪些因素有关，小科利用一个螺线管、几根完全相同的铁棒及其他器材进行实验。实验时，先把螺线管固定在连有弹簧的铁块下方，并将其接入电路，闭合开关，移动滑片，使通过螺线管的电流为某一数值，弹簧略有伸长，出现如图（a）的现象。接着他再分别在螺线管中插入数量不同的铁棒，重复上述实验，每次实验电流表示数均相同。请仔细观察图中的操作和现象，回答以下问题：（1）本实验通过___________显示电磁铁的磁性强弱；（2）比较图（b）与（c）与（d）三图可得：___________。【答案】

弹簧伸长的长度

电流和线圈的匝数相同，铁芯越多，电磁铁的磁性越强【解析】（1）[1]通电螺线管吸引上方的铁块，电磁铁磁性越强将上方的弹簧的伸长量越长，所以实验中通过弹簧伸长的长度来反映电磁铁磁性的强弱。（2）[2]图（b）（c）（d）在螺线管中插入数量不同的铁棒，每次实验电流表示数均相同，插入的铁棒数量越多，弹簧伸的越长，即电流和线圈的匝数相同，铁芯越多，电磁铁的磁性越强。17．小明和小刚爱思考爱动手，以下是他们做的一些电学探究活动：（1）测量额定电压为2.5V的小灯泡L的额定功率。①请按照电路图甲把实物图乙补充完整，要求滑片向左移动时，灯泡变亮；_______②闭合开关后，小明发现无论怎样移动滑片P，小灯泡都不亮，电流表示数始终为0，电压表示数约为电源电压，则电路中出现的故障可能是_____；③如图丙是小灯泡正常工作时电流表的读数，则小灯泡额定功率为_____W；④小明做完实验后忘记断开开关了，等小明计算完小灯泡的电功率后，用手触摸灯泡感觉灯泡变热了。对比刚读数时，电流表示数_____（选填“变大”、“不变”或“变小”）了；⑤小刚用相同的器材做这个实验时，根据测量的数据绘出的I﹣U关系图像如图丁所示。出现这个图像的原因可能是_____（填字母序号）：A．电压表正负接线柱接反了B．电压表并联在滑动变阻器的两端（2）完成实验回家后，他们想测量家里台灯的功率。于是他们断开家里其他用电器的开关后，只闭合台灯的开关，他们观察记录到：电能表上的转盘转过2转需要2分钟，则台灯的电功率为_____W。（3）周六日，小明和小刚去超市购买一些实验器材，他们发现电梯在没有人时运行较慢，当有人站在电梯上时电梯运行较快。通过查询资料得知控制电梯运行快慢的简化电路如图3所示，R0是压敏电阻，它的阻值随压力的变化而变化。根据电路图，你认为当人站在电梯上时，R0的阻值随压力的变大而变_____，请你说出判断的依据：_____。【答案】

灯泡断路

0.7

变小

B

30

小

见解析【解析】（1）①[1]滑片P向左移动时灯泡变亮，说明电流变大，变阻器接入电路的电阻变小，故由图知道，应是滑片以左的电阻丝连入电路中与灯串联，如下图②[2]无论怎样移动滑片P，电流表示数为0，灯不亮，说明电路可能断路；电压表示数接近电源电压，说明电压表与电源连通，即与电压表并联的支路以外的电路是完好的，是与电压表并联的灯泡断路了。③[3]由图丙知道，电流表选用小量程，分度值为0.02A，则小灯泡正常工作时电流表的读数为0.28A，由知道，小灯泡的额定功率P=UI=2.5V×0.28A=0.7W④[4]由于电阻随温度的升高而增大，所以，用手触摸灯泡感觉灯泡变热后，说明此时的电阻较之前已经变大了，由欧姆定律知道，此时电路电流减小，故电流表示数变小。⑤[5]灯与变阻器串联，电路的电流变大，灯的电压变大，变阻器的电压变小，图中的图象，随着电流的增大，电压减小，符合滑动变阻器两端电压的变化规律，所以，电压表接在了滑动变阻器两端，故A不符合题意，B符合题意。故选B。（2）[6]由“2000r/kW·h”可知每消耗1kW·h的电能，电能表转2000转，电能表转了2转，消耗电能台灯的电功率为（3）[7][8]由题知道，当人站在电梯上，对力敏电阻的压力变大，电磁铁吸引衔铁，动触点与“2”接触，工作电路中只有电动机工作，电梯运行较快。说明控制电路中的电流变大，通过电磁铁线圈的电流变大，根据欧姆定律知道电路的总电阻变小，根据串联电路的电阻规律可知R0的阻值应变小，即R0的阻值随压力的增大而变小。四、综合计算题：本题共3小题，共21分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。18．(10分)结合图中的情景，按要求回答下列问题。（1）图甲、乙是探究碘升华时设计的两套实验装置，已知碘的熔点是113.5℃，碘的沸点是184.4℃，为了达到实验目的，你认为最佳方案为_______（选填“甲”或“乙”）。（2）为给高热病人降温人们常用酒精擦拭体表，如图丙，爱探究的小舒提出问题：为什么擦拭酒精而不用水呢？同时提出一种猜想：液体蒸发的快慢还可能与_______有关。（3）在探究电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关时，设计了图丁所示的电路，将两个线圈匝数不同的电磁铁串联在电路中，是为了控制________不变，研究电磁铁的磁性强弱与_______的关系，实验中电磁铁磁性强弱用________来显示。【答案】

甲

液体的种类

电流

线圈匝数

吸引大头针的个数【解析】（1）[1]酒精灯火焰的温度高于碘的熔点、沸点的温度，导致出现的碘蒸气可能是碘先熔化后汽化形成的，采用水浴法，水的沸点低于碘的熔点，碘会直接升华为气态，最佳方案为甲。（2）[2]发烧病人使用酒精擦拭身体降温比用水擦拭的效果更好。提出猜想：液体蒸发的快慢与液体的种类是否有关？（3）[3][4][5]由图丁可知，将两个线圈匝数不同的电磁铁串联在电路中，是为了控制电流不变，研究电磁铁的磁性强弱与线圈匝数的关系，实验中电磁铁磁性强弱用吸引大头针的个数来显示。19．(8分)如图甲是某自动控温电热水器的电路图，其中控制电路电压恒为6V，R1为热敏电阻，置于水箱中产生的热量对水箱中水温的影响忽略不计，R1阻值随温度变化的关系如图乙所示，R2为可调电阻，用来设定电热水器的水温。R3、R4为纯电热丝，均置于水箱中，R3=22Ω；电磁铁线圈电阻忽略不计，当电磁铁电流达到0.2A时，继电器衔铁被吸下来。（工作过程中，电源电压均保持不变），请完成下列问题：（1）图甲中电磁铁的上端为___________（选填“N极”或“S极”）；（2）加热时电热丝R3的功率为________