電與磁綜合

講方法

一、電磁鐵

1.右手螺旋定則

用右手握住通電螺線管，使四指彎曲與電流方向一致，大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極，如圖2-3

1所示.

2.電磁鐵磁性強弱的影響因素

(1)電流大小;(2)線圈匝數;(3)有無鐵芯.

二、電磁繼電器

三、關于電磁繼電器的解題思路

電磁綜合題目中電磁繼電器是一個常考的模型，一般采用以下的思路解題：

第一步：分析題面，明確控制電路和工作電路；

第二步：分析什么條件下控制電路的電磁鐵磁性發生變化，吸引銜鐵的臨界條件是什么；

第三步：分析不同的控制電路對應的工作電路狀態是什么樣的；

第四步：根據題目要求寫出不同狀態下的等式方程，然后求解.

學思路

鋪墊1

如圖2-3-3所示是拍攝機動車輛闖紅燈的工作原理示意圖①.光控開關接收到紅燈發出的光會自動閉合，壓力

開關受到機動車的壓力會閉合，攝像系統在電路接通時可自動拍攝違章車輛.下列有關說法正確的是()

A.機動車只要駛過埋有壓力開關的路口，攝像系統就會自動拍攝

B.只有光控開關和壓力開關都閉合時，攝像系統才會自動拍攝

C.只要光控開關接收到紅光，攝像系統就會自動拍攝

D.若將光控開關和壓力開關并聯，也能起到相同的作用

光控開關

鋪墊2

小明查閱資料，了解到出于安全考慮，電梯都設置超載自動報警系統，其工作原理如圖2-3-4甲所示①，電路

由工作電路和控制電路組成：在工作電路中，當電梯沒有超載時，觸點K與觸點A接觸，閉合開關S,電動機正

常工作；當電梯超載時⑨，觸點K與觸點B接觸，電鈴發出報警鈴聲，閉合開關S,電動機不工作.在控制電路

中，已知電源電壓U=6V,保護電阻.%=100/2,,電阻式壓力傳感器（壓敏電阻）R2的阻值隨壓力F大小變化如圖

2-3-4乙所示④，電梯底架自重和電磁鐵線圈的阻值都忽略不計.

（1）在控制電路中，當壓敏電阻Rz受到的壓力F增大時，其阻值減小，從而使電磁鐵的磁性（選填“增

強”“減弱”或“不變”）.

（2）若電磁鐵線圈電流達到20mA時，銜鐵剛好被吸住，電鈴發出警報聲.當該電梯廂內站立總質量為1000kg

的乘客時,試通過計算說明電梯是否超載？（g取10N/kg）

彈

簧

圖2-3-4

壓軸題

如圖2-3-5甲所示，這是物理興趣小組設計的汽車轉向指示燈電路模型，電路中電源電壓恒為6V,指示燈的

規格均為“6V3W”，Ro為定值電阻，電磁鐵線圈及銜鐵的阻值忽略不計，不考慮指示燈電阻隨溫度的變化，當轉

向開關與觸點“2和3”剛接通時，電磁鐵中有電流通過，右轉指示燈發光較暗，接著，銜鐵被吸下，觸點A與B接

通，電磁鐵和電阻R。被短路，右轉指示燈發光較亮，此時，由于電磁鐵中沒有電流通過，銜鐵被彈簧拉上去，

觸點A與B分離，電磁鐵中又有電流通過，隨后電磁鐵又將銜鐵吸下，如此循環，右轉指示燈會較暗、較亮交替

閃爍，上述過程中，右轉指示燈兩端實際電壓變化規律如圖2-3-5乙所示，在轉向開關與觸點“2和3”接通情況

下，求：

彈簧

鐵

動觸點

~0

，'指示燈兩端電壓(V)

00.51.01.52.02.53.0時間⑸

甲乙

圖2-3-5

(1)觸點A、B分離時，通過右轉指示燈的電流；

(2)定值電阻.心的阻值；

(3)右轉指示燈交替工作Imin整個電路消耗的電能.

提能力

1.如圖2-3-6所示，GMR是一個巨磁電阻，其特性是電阻在磁場中會急劇減小，目磁場越強電阻越小，閉合

開關Sz后，下列四種情況相比較，指示燈最亮的是

4Sz斷開，滑片P在圖示位置

B.Sz閉合，滑片P在圖示位置

C.，閉合，滑片P在滑動變阻器最右端

DSz閉合，滑片P在滑動變阻器最左端

2.如圖2-3-7甲所示是物理興趣小組同學設計的太陽能路燈.它能實現白天光線強時，太陽能電池板為蓄電池充

電，夜晚光線弱時，蓄電池為電燈供電的作用.電路中的R為光敏電阻，其電阻大小與光照強度關系如圖22-

3-7乙所示下列說法正確的是()

圖2-3-7

A.白天蓄電池相當于電源B.甲是太陽能電池板，乙是路燈

C.電磁鐵上端為N極，下端為S極D.光線較強時，電磁鐵磁性較大

3.科學家的每次重大發現，都有力地推動了人類文明的進程.丹麥物理學家奧斯特首先發現了電流周圍存在磁

場，第一個揭示了電和磁之間的聯系.小郭同學受此啟發自制了如圖2-3-8所示的簡易壓力傳感器，彈簧甲連接在

A、B兩絕緣板之間，B板固定，滑動變阻器R的滑片P與A板相連，并可隨A板一起運動.彈簧乙下端掛有一永

磁體，永磁體正下方有一電磁鐵，E為電源，Ro為定值電阻.開關S閉合，電路接通后，電壓表示數為力,彈簧

乙的總長度為加當用力F向下壓彈簧甲后，電壓表示數為彈簧乙的總長度為12?則U,—U2,1,—12（以

上兩空均選填“/或

4.在“探究影響電磁鐵磁性強弱的因素”的實驗中，小明制成簡易電磁鐵A、B,并設計了如圖2-3-9甲所示的

甲乙

圖2-3-9

⑴當滑動變阻器的滑片向左移動時,電磁鐵A、B吸引大頭針的個數____（選填“增加”或“減少”），說明電流

越_______（選填“大”或小”），電磁鐵磁性越強.

（2）根據圖2-3-9的情境可知,（選填"A”或"B”）的磁性強,說明電流一定時,電磁鐵磁性越強.

（3）電磁知識在生產與生活實踐中被廣泛應用，例如在醫學中，醫生對病人進行腦部手術時，需要用到心肺

機，心肺機的功能之一是用“電動泵”替代心臟搏動，推動血液循環.如圖2-3-9乙所示，將線圈ab纏繞并固定在活

塞一端，利用其與固定磁鐵之間的相對運動，帶動電動泵中的活塞，使血液定向流動；閥門降、K2都只能單向

開啟，反向則封閉管路.當線圈中的電流從a流向b時，活塞將向（選填“左”或“右”）運動，“動力泵”處于____

_（選填“抽血”或“送血”）狀態.

5.科技小組的同學們沒計了如圖2-3-10甲所示的恒溫箱溫控電路（用于獲得高于室溫：控制在一定范圍內的

“恒溫”），包括工作電路和控制電路兩部分.其中，R為阻值可以調節的可變電阻.R為熱敏電阻（置于恒溫箱內），其

阻值隨溫度變化的關系如圖2-3-10乙所示，繼電器線圈電阻50Q.

o220Vo-

加熱器

軟導

彈

簧

甲乙

圖2-3-10

(1)如圖2-3-10甲所示狀態,該恒溫箱處于______(選填“保溫”或“加熱”)狀態.

(2)已知當控制電路的電流達到0.04A時，繼電器的銜鐵被吸合；當控制電路的電流減小到0.036A時,銜鐵會

被釋放.當調節R=3500時，恒溫箱內可獲得最高溫度為100。。的“恒溫”.如果需要將恒溫箱內的溫度控制在最低

溫度為50。。的“恒溫”，則應將R的阻值調為多大？

(3)使用該恒溫箱，獲得最低溫度為50℃的“恒溫，與獲得最高溫度為100℃的“恒溫”，相比較，關于溫度波

動范圍下列說法正確的是_____

A.50C的“恒溫”溫度波動范圍大，因為50℃附近熱敏電阻的阻值隨溫度變化大

B.100℃的“恒溫”溫度波動范圍大，因為100℃附近熱敏電阻的阻值隨溫度變化大

C.50℃的“恒溫”溫度波動范圍小，因為50℃附近熱敏電阻的阻值隨溫度變化大

D.1001的“恒溫”溫度波動范圍小，因為1001附近熱敏電阻的阻值隨溫度變化大

6.某興趣小組設計了如圖2-3-11甲所示的汽車轉向指示燈電路模型，接通相應指示燈后，該指示燈會亮、暗

(微弱發光)交替閃爍發光，電路中電源電壓恒為6V,指示燈規格為“6V3W”，Ro為定值電阻，電磁鐵線圈及鐵的

阻值忽略不計.

彈簧

擘◎鐵

動觸點/

0

靜觸點8;2：1

八指示燈兩端電壓/V

:三鐵

右轉指：二已

左轉指ZZ]-'6-----1?-----1

示燈示燈R。

轉向5開關2

。Ux---；---；；---：；---1

1I，II，II，I.

00.51.01.52.02.53.03.54.04.5時間/s

甲乙

圖2-3-11

⑴若讓左轉、右轉指示燈同時工作，轉向開關應與觸點________接通(選填“1和2”“2和3”“3和4”或“4和

5").

(2)當轉向開關與觸點“2和3”接通時，右轉指示燈兩端實際電壓變化規律如圖乙所示.已知當右轉指示燈微弱

發光時，其兩端實際電壓為U,消耗的實際功率為額定功率的支.求：

①右轉指示燈閃爍交替工作30s消耗的電能；

②定值電阻Ro的阻值(指示燈的電阻不變).

7.如圖2-3-12甲，是小敏設計的一個紅、綠兩燈能交替發光的未完成電路，電源的電壓是可以變化的，兩燈

規格相同，額定電壓是2.5V，燈的電阻R,和保護電阻.R2的電流和兩端電壓的關系如圖2-3-12乙所示.

電路連接完成后，兩燈交替工作時的任一電路如圖2-3-12丙所示.電磁鐵電阻不計.為方便計算，不計銜鐵在

觸點間來回時間.求：

甲

圖2-3T2

(1)燈在額定電壓時的電阻值；

(2)燈的額定功率；

(3)請完成電路的連接；

(4)閉合開關S，燈正常工作5分鐘，電路消耗的總電能.

8.小星同學為自家的洗浴電熱水器設計了一個自動控制裝置，如圖2-373所示.R,是一個熱敏電阻(置于

熱水器水中),其阻值隨溫度的變化關系如表I.表II是這個電熱水器的銘牌.已知繼電器線圈電阻Rz為10Q,左邊

電源的電壓U。為6V不變.當繼電器線圈R2中的電流增大到某一數值時，繼電器的銜鐵被吸下，電熱水器電路

斷開；當繼電器線圈中的電流減小到某一數值時，繼電器的銜鐵被釋放，電熱水器電路閉合，開始工作.請解答：

(1)正常工作時，電熱水器的電阻是多少？

(2)分析表I,熱敏電阻的阻值隨溫度如何變化？

(3)若電熱水器內的水溫控制在30℃?60℃之間，求銜鐵被吸下、電熱水器電路被斷開時，繼電器線圈中的電

流變化范圍是多少？

表I:

溫度v℃102030405060708090

電阻R/Q604230201510865

表II:

型號FED-H50額定電壓交流220V

最大水量50kg頻率50Hz

額定內壓0.75MPa額定功率2000W

圖2-3-13學思路

鋪墊1

答案B

解析ABC.由上分析知，因此光控開關和壓力開關都閉合時，攝像系統才會自動拍攝，故AC錯誤,B正確;

D.光控開關和壓力開關是相互牽制，相互影響，因此這兩個開關只能串聯，不能并聯，故D錯誤.

故選B.

鋪墊2

答案(1)增強；(2)電梯廂內站立總質量為1000kg的乘客時，電梯受到的壓力等于乘客的重力,即

F=G=mg=1000kgxl0N/kg=10000N,

由圖乙,當壓力F=10000N,對應的壓敏電阻阻值R2=100。，

因為串聯電路中總電阻等于各分電阻之和，

所以控制電路中的電流：I=>一=---=0.0371=30mA

J1

八口Ri+&ioon+ioon

因為30mA>20mA,所以此時電梯超載.

壓軸題

答案解:⑴指示燈的規格均為“6V3W”,則指示燈的阻值：七=白=誓=1212;

電磁鐵線圈及銜鐵的阻值忽略不計，

由圖可知，當A、B分離時，右轉指示燈和Ro串聯，此時燈泡分得的電壓較小，燈泡較暗；

根據圖象可知，當A、B分離時，指示燈兩端電壓為1.2V,

串聯電路電流處處相等，則電路中的電流：1=L.=*=鬻=0.1X;

(2)由于右轉指示燈和Ro串聯,則Ro兩端的電壓:l/0=U-l/L=6V-1.2V=4.8V;

根據歐姆定律可得，定值電阻Ro的阻值：&=華=署=48優

(3)當觸點A與B接通時，電磁鐵和電阻Ro被短路，右轉指示燈發光較亮，

根據圖象可知，此時指示燈兩端電壓為6V,此時電路中的電流：/'=*=黑=0.5/1;

0-ls內電路消耗的電能：

W,=UIt=6Vx0.1Axls=0.6J;

Is?1.5s電路消耗的電能：

W2=Ul't=6Ux0.54x0.5s=1.57;

右轉指示燈交替工作1min整個電路消耗的電能：W=+小2)x,=(0.6/+1.5/)x40=84J.

答：(1)觸點A、B分離時，通過右轉指示燈的電流為0.1A;

(2)定值電阻Ro的阻值為48Q;

(3)右轉指示燈交替工作Imin整個電路消耗的電能為84J.

真題演練

1.答案D

解析AS斷開時，電磁鐵無磁性，由題意可知GMR的電阻最大，由/=軸知，右側電路中電流最小，由

P=PR可知，指示燈的實際功率最小，指示燈最暗，故A錯誤；

BCD.閉合Si時,GMR所處的位置由無磁場變為有磁場，GMR的阻值減小；

當滑片P在滑動變阻器最左端時，左側電路的電阻最小，由/=￡可知，左側電路中的電流最大，電磁鐵磁性

最強，則GMR的電阻最小，右側電路中電流最大,由P=PR可知，指示燈的實際功率最大，指示燈最亮，故BC錯誤,

D正確.

2.答案D

解析電路中的R為光敏電阻，其電阻大小與光照強度的關系為光照越強，電阻越小，電流大，磁性強，銜

鐵在下部；晚上電阻大，磁性弱，銜鐵在上部；

A.白天光線強時，太陽能電池板為蓄電池充電，蓄電池相當于用電器，故A錯誤；

B.白天是路燈不工作，所以通過路燈無電流，故乙是太陽能電池板，甲是路燈，故B錯誤；

C.由安培定則可知，電磁鐵上端為S極，下端為N極，故C錯誤；

D.光照越強，電阻越小，電流大，磁性強，故D正確.

3.答案<;<

解析開關S閉合，定值電阻與滑動變阻器串聯，電壓表測量滑動變阻器兩端電壓，此時滑動變阻器接入電路

的阻值最小，因此電路中電流最大，電壓表示數最小；

根據右手螺旋定則可知，螺線管的下方為N極，上方為S極；

當用力F向下壓彈簧甲后，滑動變阻器接入電路的電阻變大，因此電壓表示數變大，故力<理,電路中電流

變小，因此螺線管的磁性減弱，永磁體S極與螺線管的S極相互排斥的力減小，彈簧乙伸長的長度變長，即〃<

4.答案⑴增加汰；⑵B;線圈匝數越多;⑶右;送血

解析(1)當滑動變阻器滑片向左移動時，滑動變阻器的阻值減小，電路中的電流變大，電磁鐵的磁性增強，吸

引大頭針的個數增加；

(2)由圖知，B吸引大頭針的個數較多,說明B的磁性較強，AB串聯，電流相等，B的線圈匝數大于A的線

圈匝數，說明電流一定時，線圈匝數越多，電磁鐵磁性越強；

(3)由安培定則可知，螺線管左端為N極，此時同名磁極相對，故活塞右移，K2關閉，K,打開，故處于送血

狀態.

5.(答案(1)加熱;

(2)應將R的限值調為50Q;

(3)C

解析(1)由圖甲所示電路可知，工作電路是通路，加熱器處于加熱狀態；

(2)由圖乙所示圖象可知，最高溫度為100℃時，熱敏電阻阻值為500Q,且熱敏電阻、R和繼電器線圈電阻串

聯，此時控制電路的電流為0.04A,

由歐姆定律可得電源電壓：U=L(R線圈+R+R')=0.04A乂(50Q+500Q+350Q)=36V,

由圖乙所示圖象可知，當最低溫度為50℃時，熱敏電阻阻值為900Q,此時控制電路的電流為0.036A,

由串聯電路的電阻特點可得，此時變阻器的阻值:R'=彳-R琰-R=焉士-500-9000=50。；

IU.UJO/I

(3)由圖乙所示圖象可知，在50℃附近，熱敏電阻的阻值隨溫度變化其變化量較大，熱敏電阻阻值變化顯著，

更容易控制加熱器的通斷，因此獲得最低溫度為50℃的“恒溫"其溫度波動范圍更小.故選C.

6.答案(1)3和4;

(2)當轉向開關與觸點“2和3”接通時，①右轉指示燈閃爍交替工作30s消耗的電能32.4J;②定值電阻R。的阻

值48Q.

解析(D據圖可知，若想使得兩個指示燈都工作，所以應該讓兩個指示燈同時接入電路，故應將開關與觸點3

和4接通；

(2)①此時燈泡發出微弱的光時的功率是：P'=拌=看x3勿=0.12W;

故據圖乙可知，每1.5s的時間，指示燈3W工作時間是0.5s,0.12W工作時間還是1s,故指示燈工作30s,以3

W功率工作的時間是t,=30sx等=10s,所以以0.12W工作的時間是t2=30s-10s=20s;

1.5s

故以3W功率消耗的電能是=PtL3勿xl0s=30J;

故以0.12W功率消耗的電能是W2=P,t2=0.12Wx20s=2.4J;

故總共消耗的電能是:W=32.4J;

②據指示燈規格為“6V3W”且燈泡