1、第十六章从指南针到磁悬浮列车五、（第十一届全国复赛） 图（甲）所示为一个电磁继电器的示意图，a、b是它的两个端点；B是衔铁，D是安在一块金属板上的触点，B和D都安在一个弹性片C上，C的左端固定。c和c、d和d分别是安在绝缘板上的金属触点，当线圈A不通电时，D上的触点与c及c接触，把c和c连接起来，因此c、c称为常闭触点；而d及d此时是断开的，称为常开触点。当线圈A通电时，衔铁B被吸下，c和c断开而d和d被连接起来。现在利用这个电磁继电器控制带动水泵的电动机工作，使水泵往水箱中抽水。在水箱中竖直立一根绝缘棒，在棒上分别安有P、Q、R三个电极，如图（乙）所示。现在希望控制水箱内的水位总在Q、R之间
2、，即水位降到Q处，电动机启动，开始抽水，水位达到R处，电动机自动关机，停止抽水。（水是导电的）图（丙）和图（丁）分别是控制电路和电动机的供电电路，图中R。是与电磁继电器线圈并联的一个电阻，它的阻值很小，当R。接入电路后，电磁继电器的线圈相当于被短路。丙、丁两图中标有16的6个接线柱是与电磁继电器的线圈或触点相连的。1、 写出这6个接线柱分别与电磁继电器的何处连接。2、 开始水箱内没有水，说明闭合开关S后，水箱内的水位为什么能保持在Q、R之间。答案：1、1c，2c，3a，4b，5d，6d。（1与2，3与4，5与6都可以互换） 2、闭合S后，衔铁B被吸下，d与d被接通，电动机运转，水泵开始抽水，水
3、位达到R处时，R0支路被接通，电磁继电器线圈被短路，B被释放，电动机停止工作，同时c 及 c被接通，电磁继电器的线圈仍处于短路状态。待水位降至Q以下，R0支路被切断，电磁继电器线圈通电，衔铁B被吸下，水泵又开始抽水，直到水位达到R处停止。 评分建议：本题共16分第1小题6分第2小题10分一、（10分）（第十二届全国复赛）有一支缝衣用的钢针与磁铁接触后磁化，试说出三种简单实用的方法，判断它的南北极。答案：可以把钢针别在一小块涂油的纸上，使它浮在玻璃杯所盛的小中，指北的就是钢针的N极，也可以把钢针悬在细线上，指北的就是钢针的N极。还可以把钢针放在光滑的玻璃板上，用条形磁铁的N极靠近它，被吸收的就是
4、钢针的S极。六、（第十四届全国复赛）图4为一种电饭煲的工作原理图。下面是王宁同学对电饭煲工作原理的研究，请你也参与共同讨论。按下、扳起电饭煲的开关，有一种“粘连”“吸引”的感觉，取出饭锅，发现电饭煲的底部有一个凸起物，它可以上下弹动，能被磁铁吸引。王宁同学通过用这个电饭煲做米饭和烧水来研究它的工作情况，请回答他在使用过程中发现的如下问题。（1） 图4中只有两根外接导线，这样的用电器有什么危害？应当怎样加以完善？（2） 将三角插头插入电源插座，不用按开关，指示灯就发亮，按下开关后，指示灯亮度不变。此时为什么开关对指示灯的亮度没有影响？（3） 电饭煲工作了15min，会出现大量“白气”，这些“白气
5、”是怎样形成的？（4） 电饭煲工作了25min，听见“啪”的一声，指示灯不亮了。以此推测，感温软磁体的磁性可能受什么因素影响？怎么影响？（5） 听到“啪”的一声后又过了10min，指示灯又发光，一会儿指示灯又熄灭了。分析在相同条件下，不同种类金属的热胀冷缩程度是否一样？（6） 要想获得恒温的温水，你可以怎么做？（7） 电饭煲使用较长一段时间后，常常在饭未完全熟透时就“跳闸”，这样就会出现“夹生饭”，请问这种情况电饭煲可能在什么地方出现了故障？为什么？答案： (1)这样的用电器一旦发生漏电，可能会导致触电事故应该安装一个地线，即把用电器外壳与导线连接，再通过三脚插头与插座的地线相接(2)从图4可
6、以看出，电源是通过双金属片上的触点与发热体、指示灯相连通的，一旦接上电源，发热体和指示灯都会工作；而与开关相连的两根电源导线是直接接在并联的发热体和指示灯上的，所以，不用按开关，指示灯就发亮，按下开关后指示灯亮度不变即此时开关不起作用。(3)发热体工作了15min后，把水烧至沸腾，大量的水汽化后遇冷又液化，因而可以看见大量“白气”生成 (4)“啪”的一声，是俗称的电饭煲“跳闸”此前，开关按下，通过连杆永磁体E将感温软磁体D磁化而吸合，使主电路的触点闭合而工作，一段时间后，安装在锅底部的电路元件感温软磁体D受热到一定温度时，其磁性会骤然下降或消失，在重力作用下通过连杆使开关跳起，触点分离而断电，
7、并发出响声温度降低时，感温软磁体D又能被永磁体E磁化看来，感温软磁体的磁性可能受温度因素影响，且温度越高，磁性越弱 (5)指示灯反复亮、灭，这个现象说明只与双金属片相连的触点的闭合与断开有关，从而控制发热体和指示灯的工作双金属片受热形变而使动触点下移与静触点分离，指示灯不亮当温度下降到一定程度时，双金属片收缩而使动触点上移与静触点闭合导通，指示打发光这表明双金属片受温度影响时A金属片比B金属片热胀冷缩的形变量要大可见，在相同条件下，不同种类金属的热胀冷缩程度可能是不一样的(6)要想获得恒温的温水，只要把插头插入电源插座，不必按下开关便可 (7)故障可能是由于感温软磁体老化引起的因为正常的感温软
8、磁体是在103左右才基本失去磁性，永磁体被重力拉向下而带动连杆，使主电路中的触点分离而断电(此时为正常跳闸)但如果感温软磁体老化，在温度未达103时就失去磁性，使主电路中的触点分离而断电，饭未熟透就会出现“夹生饭”了 (不要求学生一定要提到“103”，只要能提到温度高会使感温软磁体失去磁性即可) 评分标准；第(1) (3)题各1分；第(6)题2分；第(2) (4) (5) (7)各3分五、（20分）（第十五届全国复赛）一所农村中学常常因为不能及时给水塔注水而停水，科技小组的同学知道后，利用下图所示的器材设计了一个自动注水模拟装置。A为浮子（浮子及其连杆总重约15N），在浮子连杆的上端有一可移动
9、金属触头B（其受重力可忽略不计），它可以分别将其上、下的两个固定触点连通。C为水塔上的圆桶形蓄水池；M为配有电动机的水泵（电泵）；为弹簧，为衔铁，为电磁铁线圈；为最高水位限位开关、为最低水位限位开关均为由电磁铁衔铁带动的触头开关。电磁铁通电时，接通，断电时，接通。电磁铁断电时，接通。为开关。1.请你按照下图所示的器材，连接一个可以实现自动注水的模拟电路，并说明自动注水的过程。K1BCAK5E2D2F2D1F1E1K3K4电源S1S2M2.要实现自动注水的要求，浮子的最小体积约为多大？（g=10N/kg）3.若设计要求每次自动注水需在10min内完成，需要知道或测量哪些物理量才能得到相匹配电泵的
10、最小额定功率？请你用字母表示这些物理量，推导出电泵最小额定功率的表达式。在你的计算过程中，如果运用了近似条件，请说明。答案：1.（12分）电路如下图所示。K1BCAK5E2D2F2D1F1E1K3K4电源源源源源S1S2M闭合开关（此时开关处于接通状态），电泵运转，开始注水。随着蓄水池中水位的逐渐升高，浮子A带动金属触头B上移，当升到最高水位时，闭合，接通电磁铁线圈，衔铁被吸下来，使开关断开，切断电泵的电源，停止抽水。与此同时K4接通，由于K4与K1为并联，所以当水位下降使断开时，电磁铁线圈仍处于接通状态，电泵保持停止状态。当水位下降到最低点时，开关闭合，接通电磁铁线圈，衔铁被吸下来，使开关断
11、开，切断电磁铁线圈的电源，衔铁释放，使开关闭合，接通电泵的电源，再次注水。如此循环往复，实现自动注水。注：可以采用分步骤累计分数的方法。能连接电机的供电电路，并将连入电路。 （2分）能将与电源连通，再将连入， （2分）再将连入，再将与关联 （2分）能将与电源连通，再将连入。 （2分）文字叙述要求简洁，条理清晰 （4分）2.（4分）由图知，浮子上浮接通电路，必须满足： 由阿基米德定律可得， （4分） 即要实现自动注水的要求，浮子的最小体积是 （4分）3.（4分）需要知道水的密度，测出蓄水池的半径R、蓄水池中最低和最高水位的高度差、蓄水池距井水面的高度，电泵抽水时，通过电动机做功把电能转化为机械能
12、。 （1分） （2分）计算过程中，完全按理想状态考虑，忽略能量的损失。 （1分）5（1993年全国初赛）老师利用投影仪把课前写好的透明胶片投射到屏幕上，得到了清晰的像（图9）。当他再把两块条形磁铁放在投影仪上，在磁铁上面铺好玻璃板，用铁粉演示磁感线的分布时、屏幕上磁感线的像却不清晰，这时应该向_移动投影仪的镜头。答案：上四、（分）（1998年全国初赛）小华利用自己绕制的电磁铁设计了一个能使甲、乙两灯交替发光的电路，电磁铁及电路图如图所示。你认为在开关闭合后实际会看到什么现象？请把更画龙点睛扣的电磁铁及电路画在图的空白处。（、为带活动触点的接线柱，间为铁片） 答案：看到的现象：甲灯持续发光，乙灯不发光，以下两图均为正确电路。9. (十一届全国初中应用物理知识竞赛)小强在北京将一根质量分布均匀的条形磁铁用一条线悬挂起来，使它平衡并呈水平状态，悬线系住磁体的位置应在：（C）A. 磁体的重心处B. 磁体的某一磁极处C. 磁体重心的北侧D. 磁体重心的南侧
