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“电磁”综合类试题赏析

2012-11-24李同心

物理教师 2012年10期
关键词:综合题电磁铁继电器

李同心

(河北省冀州市北内漳学校,河北 冀州 053200)

综合型试题通常分为学科内综合、不同学科之间的综合和题型之间的综合这三种类型.电磁转换类综合试题属于学科内知识综合.涉及到具体试题,可以是电磁转换知识的小综合,也可以是力学、电学或热学与电磁转换知识的大综合.

有一类综合题的特点就是一环套一环,环环相交串在一起,而两环相交的那一点(物理量或物理规律),就是将不同知识点联系在一起的“桥”.解答综合题的思维过程一般是:首先通过浏览试题,明确题中涉及到哪一部分的知识,思考反映这部分知识的规律或公式;然后再仔细阅读试题,思考不同部分知识之间相互联系的“桥”——联系不同部分知识的物理量或规律;最后再结合题中的已知条件,确定过“桥”的方向或方法.其中寻找“桥”将综合题分解为相对独立的单一题,是解答这一类综合题的关键.

例1.如图1所示,电磁铁通电后,当滑动变阻器的滑片P向左移动时,弹簧的长度和电流表示数的变化情况是

(A)弹簧被拉的更长,电流表的示数变小.

(B)弹簧缩短,电流表的示数变大.

(C)弹簧缩短,电流表的示数变小.

(D)弹簧被拉的更长,电流表的示数变大.

图1

解析:磁极间相互作用规律和影响电流大小的因素就是该题的“桥”.前者将电磁铁磁场方向与力的知识联系起来,后者将滑动变阻器影响电流大小与电磁铁磁性的强弱联系起来.解题时从电流的方向、大小开始,按照一定的顺序推理便可得到结果.(1)由电源的正负极确定电流的方向,结合螺线管的绕线方式确定磁场的方向,螺线管的下方为N极,上方为S极.(2)当滑片P向左移动时,电路中总电阻增大,而总电压不变,所以电流减小,即电流表的示数较小,电磁铁的磁性也随之减弱.(3)同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引.电磁铁对磁极附近的条形磁体的吸引力也将减小,条形磁铁在弹簧作用下上移,弹簧缩短.正确选项为(C).

图像类综合题往往对电磁方面的知识要求较低,将试题的难点设置在对图像的理解和应用上.一般说来,图像类综合试题分3个层次的要求:一是会根据实验记录的数据画出图像或知道图像上每一点所对应的两个物理量;二是理解图像的物理意义或规律;三是通过图像来解决实际问题.能从图像中知道些什么,是解答图像类综合试题的基础;而需要从图像中知道些什么,是解答图像类综合试题的基本思路.

例2.为防止湿手扳开关造成触电事故,小宁同学为家中的灯暖型浴霸设计了一个温度自动控制装置,如图2(甲)所示.其中半导体材料制成的热敏电阻阻值R1随温度变化的曲线如图2(乙)所示.已知继电器线圈电阻R2为20Ω,电源的电压U0恒为12V.浴霸共安装有4只标有“220V250W”的灯泡,当继电器线圈中的电流大于或等于50mA时,继电器的衔铁被吸合,浴霸电路断开;当线圈中的电流小于或等于40mA时,继电器的衔铁被释放,浴霸电路闭合.求:(1)浴霸电路闭合时,通过浴霸的总电流.(2)若将此装置安放在浴室内,浴室内温度可控制在什么范围?

图2

解析:本例中图像反映的电阻与温度的关系,是联系题中所求问题与电路计算之间的“桥”.考查的重点虽然是电路计算方面的知识,而对图像的理解和应用是解答这一题的关键.题中所求浴室内温度可控制在什么范围,通过图像可知实质上求的是热敏电阻阻值的变化范围,从而将问题明确:求电路中电流分别为40mA和50mA时热敏电阻的阻值,将试题化解为两个电阻串联的简单电路计算题.再从算得的热敏电阻的阻值,由图像中找出相应的温度.答案:(1)4.5A;(2)22℃~30℃.

有一类综合题的特点是通过某一媒介(如电磁继电器),将有关知识综合起来.但各部分知识又保持相对独立,形成一座座相对独立的“桥”,某一小问题的卡壳,不会使后面问题的解决受到影响,试题的难度取决于具体的每一个小问题的难度.这种综合题难度是比较小的.

例3.我市一所农村初级中学,常常因为不能及时给水塔注水而停水.小明知道后,想利用图3所示的器材设计一个自动注水装置.A是浮子(重约5N),B是金属触头(重约10N),C为水塔上的柱形蓄水池,M 是带水泵的电动机,D是弹簧,E是衔铁,F是电磁铁,K1、K2分别为触头开关.

图3

(1)请你写出该装置涉及的主要物理知识.

(2)连接电路图.

(3)设计时,需要知道浮子的最小体积,请你帮助他完成这项工作.

(4)若设计要求在10min内要注满蓄水池,那么,还需要知道或测量哪些物理量,才能得到相匹配电动机的额定功率?请你用字母表示这些物理量,推导出电动机的额定功率的表达式.在你的计算过程中,运用了什么近似条件?

(5)按设计要求,小明将设备组装调试,投入使用.几天后,学校又停水了,检察发现:水塔已无水了,但电路连接无误,电动机、水泵完好无损.请你分析该装置没有实现自动注水的原因,怎样改进?

解析:本题考查的知识点较多,第1问是一个开放性的问题,也是解答这一题必须知道的基本问题;第2问是电磁继电器方面的内容;第3问是有关浮力方面的知识,可通过对浮子A进行受力分析:GA+GB=F浮,再用F浮=ρ水gV即可解得;第4问是用字母表示的推导题,可从能量转化的角度思考,电流通过电动机做功W电=Pt,转化为机械能W机=mgh,忽略能量损失得到W电=W机后即可解答;第5问是电磁继电器故障排除问题,水塔没有水,电磁继电器控制电路断开,电磁铁应该失去磁性,工作电路接通,电动机工作.而从题中电磁继电器控制电路断开,电磁铁仍然没有失去磁性可知,电磁铁所用的铁芯是钢性材料,磁化后不能退磁而导致衔铁E仍然被吸合,电动机不工作.

答案:(1)浮力(阿基米德原理),电流的磁性(电磁继电器),电磁铁的应用,杠杆,欧姆定律;(2)如图4所示;(式中R表示柱形蓄水池的半径,h1表示柱形蓄水池的高,h表示水塔的高度)应用近似条件:电动机工作时电能全部转化为机械能(忽略能量损失),m水gh亦是近似公式;(5)没有实现自动注水的原因是:放水后电动机仍不工作,说明高压电路断路,电磁铁芯是钢性材料,磁化后当放水使K1触头断开,此时铁芯不能退磁,衔铁E仍然被吸引,高压电路未接通.改进方法:把电磁铁芯换用软铁材料的铁棒.

图4

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