(2)科学家猜测,A地海龟在春季是利用地磁场(如图甲)向南返回出生地的,以下为相关研究。
,甲)
(第23题)
,乙)
①春季A地某屏蔽磁场的实验室,无磁场环境下海龟无固定游向,把海龟置于模拟地磁场中(用图乙简化示意),图中1为磁体N极,2为磁体S极,按科学家猜测,海龟应向左(填“左”或“右”)游动。
②地磁场在缓慢变化,科学家每年记录海龟出生地筑巢地点移动的方向,并追踪地磁场的微小移动方向,发现海龟出生地筑巢地点移动的方向与地磁场微小变化的方向一致,现象符合猜测。 【解析】 (1)图A、B、D中导线的运动都没有切割磁感线,没有感应电流产生;图C中导线水平东西放置,竖直向下运动时,切割磁感线,所以会产生感应电流,电流表指针摆动。(2)由右手螺旋定则可判断,图乙中2为螺线管的S极;海龟在春季是利用地磁场向南返回出生地的,即游向地磁的北极,所以海龟会向左(N极)游动;由研究结果可以看出,海龟移动的方向与地磁场微小变化的方向一致,这一现象符合最初的猜想。
24.如图所示的奥斯特实验中,闭合开关,原来静止的小磁针发生了偏转。造成小磁针偏转的原因是什么呢?
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(第24题)
猜想一:可能是通电后导线产生的热量使空气对流引起。 猜想二:可能是通电后导线周围产生的磁场引起。
(1)小柯看到小磁针偏转,认为它一定受到力的作用,他判断的理由是力是使物体运动状态发生改变的原因。
(2)为了验证猜想一,下列方案可行的是②③(可多选)。 ①将整个装置放在玻璃箱中进行实验
②将小磁针罩在烧杯中,导线置于烧杯上方并平行于小磁针进行实验 ③改变导线中的电流方向
(3)如果实验中小磁针偏转不明显,请提供一条改进的建议:增大导线中的电流(或增加干电池的节数、用多根直导线等)。
【解析】 (1)物体运动状态改变,物体必然受到力的作用,因为只有力才可以改变物体的运动状态。(2)①若将整个实验装置都放在玻璃罩内,小磁针和导线之间的空气仍然可以发生对流,所以不符合实验要求;②将小磁针放在烧杯内,而将导线置于烧杯上方,这样小磁针和导线之间由于烧杯的阻隔,它们之间的空气无法进行对流,若导线通电后,小磁针能够发生偏转,则可以验证猜想一是错误的;③方案中,虽然没有阻断小磁针和导线之间的空气流动,但通过改变导线中的电流方向后发现,小磁针的偏转方向也发生了变化,所以可以验证小磁针的偏转和空气对流是无关的,即猜想一是错误的。(3)增强磁场的方法:增大电流、增加导线的数量等等。
25.小阳在“研究电磁铁磁性强弱”的实验中,选择了如图所示的实验器材,其中A、B、C是由相同的漆包线缠绕在铁钉上制成的电磁铁,A、B电磁铁横截面积相同,B、C线圈匝数相同。小阳进行了如下操作:
(第25题)
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(1)她将电磁铁A接入电路a、b间,改变电磁铁线圈中的电流,通过观察电磁铁吸引大头针的多少来判断电磁铁的磁性强弱,从而研究电磁铁的磁性强弱与电流大小的关系。
(2)小阳猜想电磁铁磁性强弱可能还与电磁铁横截面积有关,依据所给的实验器材,她应选择B、C两个电磁铁进行实验。
【解析】 (1)若电磁铁吸引大头针数量多,表明该电磁铁磁性强。(2)若要研究电磁铁磁性强弱与电磁铁横截面积的关系,应选择线圈匝数相同但横截面积不同的两个电磁铁,并且串联使用。 26.小华在探究怎样产生感应电流的实验中,设计了如图所示的实验装置。
(第26题)
(1)将磁体向右插入螺线管中时,观察到灵敏电流计的指针向右偏转,由此可知:电路中产生了电流。 (2)将磁体从螺线管中向左拔出时,会观察到灵敏电流计的指针向左(填“左”或“右”)偏转。 (3)通过前两步实验,可得出感应电流的方向与磁体运动方向有关。
【解析】 (2)将磁铁从螺线管中向左拔出,切割磁感线导体的运动方向变化,产生的电流方向变化,灵敏电流计的指针向左偏。(3)在上面(1)(2)中,将磁铁从螺线管中向右插入、向左拔出,磁场的方向不变,改变磁体的运动方向,产生的电流方向变化,由此可知感应电流的方向与磁体运动方向有关。
四、分析计算题(第27题12分,第28题14分,共26分)
27.科学中常用磁感线来形象地描述磁场,用磁感应强度(用字母B表示)来描述磁场的强弱,它的国际单位是特斯拉(简称特,符号T),磁感应强度B越大表明磁场越强;B=0表明该处磁感应强度为0,有一种电阻,它的大小随磁场强弱的变化而变化,这种电阻叫做磁敏电阻,图a所示是某磁敏电阻R的阻值随磁感应强度B变化的图像,为了研究某磁敏电阻R的性质,小刚设计了如图b所示的电路进行实验,请回答下列问题:
(第27题)
(1)当S1断开、S2闭合时,电压表的示数为3伏,则此时电流表的示数为0.03安。
(2)只闭合S1,通电螺线管的左端为S极;闭合S1和S2,移动两个滑动变阻器的滑片,当电流表示数
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为0.04安时,电压表的示数为6伏,由图a可知,此时该磁敏电阻所在位置的磁感应强度为0.3特。 (3)实验中小刚将甲电路中电源的正、负极对调,发现乙电路中电压表和电流表的示数不变,这表明:该磁敏电阻的阻值与磁场的方向无关。
(4)实验中小刚通过改变滑动变阻器R1连入电路中的阻值来改变磁敏电阻的阻值,请你再提供一种改变磁敏电阻阻值的方法:改变通电螺线管线圈匝数。
【解析】 (1)由图像知,当R所在位置的磁感应强度为0时,R=100欧,根据欧姆定律得,电流
U3伏表的示数为I===0.03安。(2)闭合开关S1时,螺线管产生磁性,由安培定则知:左端为S
R100欧
极;当电流表示数为0.04安时,电压表的示数为6伏。磁敏电阻的阻值为R′=
U′6伏==150I′0.04安
欧,由图a可知,此时的磁感应强度为0.3特。(3)小刚将甲电路中电源的正、负极对调,螺线管的磁极发生变化,但乙电路中电压表和电流表的示数不变,即磁敏电阻的阻值不变,这表明:该磁敏电阻的阻值与磁场的方向无关。(4)已知磁敏电阻的大小随磁场强弱的变化而变化,所以可以通过改变通电螺线管线圈的匝数来改变螺线管的磁性强弱,间接改变磁敏电阻的阻值。
28.如图甲是小明制作的防盗报警装置示意图,其中工作电路电源电压U1=6伏,指示灯L的额定电压UL=2.5伏,定值电阻R0=350欧;控制电路电源电压U2=1.5伏,磁敏电阻Rx的阻值随其所处位置磁场强度的变化关系如图乙所示,当窗户分别处在轨道A、B、C处时,磁敏电阻Rx所处位置的磁场强度分别为a、b、c。闭合开关S1和S2后,当窗户关闭时,指示灯亮,蜂鸣器不工作;当窗户打开一定程度时,指示灯熄灭,蜂鸣器发出警报声。
(第28题)
(1)将窗户移到A点时,窗户关闭。闭合开关S1,指示灯L正常发光,求此时指示灯L的电流。(写出计算过程)
(2)已知电磁铁线圈中的电流达到3毫安时,电磁铁的衔铁刚好被吸下,指示灯L熄灭,蜂鸣器开始报警。现移动滑动变阻器RP的滑片,使其接入电路的阻值为其最大阻值的2/3,当窗户移至轨道B点位置时,蜂鸣器恰好开始报警。若要求窗户移至轨道C点位置时才开始报警,此时能否通过调节滑动变阻器的阻值来实现?请通过计算加以说明。(写出计算过程,电磁铁线圈电阻忽略不计)
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