登录
13 小明设计了一个道路限载报警器，原理图如图(a)所示，R是压敏电阻，其阻值随压力大小变化的关系如图(b)所示。当超载车辆通过压敏电阻时，限载报警器就会报警。
（1）调试好电路，闭合开关$\mathrm{S}_1$和$\mathrm{S}_2$，当超载车辆通过时，限载报警器会
（2）国道的抗压能力一般比村道要强得多，若把村道限载报警器应用到国道，就要适当调高报警器的限载重量，下列操作中可行的是
A. 把变阻器$R_0$滑片适当左移
B. 把电源1的电压适当增大
C. 把弹簧$AB$的$A$端适当左移
D. 把电磁铁$C$适当右移
（1）调试好电路，闭合开关$\mathrm{S}_1$和$\mathrm{S}_2$，当超载车辆通过时，限载报警器会
铃响
（选填“灯亮”或“铃响”）。（2）国道的抗压能力一般比村道要强得多，若把村道限载报警器应用到国道，就要适当调高报警器的限载重量，下列操作中可行的是
AC
（选填字母）。A. 把变阻器$R_0$滑片适当左移
B. 把电源1的电压适当增大
C. 把弹簧$AB$的$A$端适当左移
D. 把电磁铁$C$适当右移
答案
13.(1) 铃响 (2) AC
解析
【分析】
（1）电路分为控制电路（电源1、S₁、R₀、R、电磁铁C）和工作电路（电源2、S₂、灯、电铃）。超载时压敏电阻R受压力增大，由图(b)知其阻值减小，控制电路总电阻减小，根据欧姆定律，控制电路电流增大，电磁铁磁性增强，吸下衔铁，使工作电路中电铃电路接通、灯电路断开，报警器报警。
（2）调高限载重量即需更大压力才触发报警，需让更大压力时控制电路电流达到电磁铁吸合衔铁的电流。分析选项：A选项滑片左移使R₀接入电阻变大，控制电路总电阻变大，需更大压力（R更小）才能让电流达吸合值，可行；B选项电源1电压增大，相同电阻下电流更大，会使较小压力触发，不可行；C选项弹簧A端左移，弹簧拉力增大，需更大力吸下衔铁，即更大压力，可行；D选项电磁铁右移更易吸合，需更小压力，不可行。
【解析】
（1）闭合开关$\mathrm{S}_1$和$\mathrm{S}_2$，当超载车辆通过时，压敏电阻$R$受到的压力$F$增大，由图(b)可知，$R$的阻值随压力增大而减小，控制电路的总电阻减小。根据欧姆定律$I=\frac{U}{R}$，电源1电压不变，控制电路的电流增大，电磁铁$C$的磁性增强，将衔铁吸下，工作电路中电铃所在电路接通，灯所在电路断开，因此限载报警器会铃响。
（2）要调高限载重量，即需要更大的压力才能使报警器报警，需让更大压力时控制电路电流才达到电磁铁吸合衔铁的电流：
选项A：把变阻器$R_0$滑片适当左移，$R_0$接入电路的电阻变大，控制电路总电阻变大，需更大压力（$R$更小）才能使控制电路电流达到吸合电流，可行；
选项B：把电源1的电压适当增大，相同电阻下电流更大，会使较小压力就达到吸合电流，限载重量变小，不可行；
选项C：把弹簧$AB$的$A$端适当左移，弹簧的拉力增大，需要更大的力才能将衔铁吸下，即需要更大的压力，可行；
选项D：把电磁铁$C$适当右移，电磁铁更容易吸合衔铁，需要更小的压力，限载重量变小，不可行。
因此可行的操作是AC。
【答案】
（1）铃响；（2）AC
【知识点】
电磁继电器、欧姆定律、压敏电阻
【点评】
本题结合电磁继电器原理，考查压敏电阻特性、欧姆定律应用及限载报警器的调整，需清晰区分控制与工作电路，理解元件作用，难度适中。
【难度系数】
0.5
（1）电路分为控制电路（电源1、S₁、R₀、R、电磁铁C）和工作电路（电源2、S₂、灯、电铃）。超载时压敏电阻R受压力增大，由图(b)知其阻值减小，控制电路总电阻减小，根据欧姆定律，控制电路电流增大，电磁铁磁性增强，吸下衔铁，使工作电路中电铃电路接通、灯电路断开，报警器报警。
（2）调高限载重量即需更大压力才触发报警，需让更大压力时控制电路电流达到电磁铁吸合衔铁的电流。分析选项：A选项滑片左移使R₀接入电阻变大，控制电路总电阻变大，需更大压力（R更小）才能让电流达吸合值，可行；B选项电源1电压增大，相同电阻下电流更大，会使较小压力触发，不可行；C选项弹簧A端左移，弹簧拉力增大，需更大力吸下衔铁，即更大压力，可行；D选项电磁铁右移更易吸合，需更小压力，不可行。
【解析】
（1）闭合开关$\mathrm{S}_1$和$\mathrm{S}_2$，当超载车辆通过时，压敏电阻$R$受到的压力$F$增大，由图(b)可知，$R$的阻值随压力增大而减小，控制电路的总电阻减小。根据欧姆定律$I=\frac{U}{R}$，电源1电压不变，控制电路的电流增大，电磁铁$C$的磁性增强，将衔铁吸下，工作电路中电铃所在电路接通，灯所在电路断开，因此限载报警器会铃响。
（2）要调高限载重量，即需要更大的压力才能使报警器报警，需让更大压力时控制电路电流才达到电磁铁吸合衔铁的电流：
选项A：把变阻器$R_0$滑片适当左移，$R_0$接入电路的电阻变大，控制电路总电阻变大，需更大压力（$R$更小）才能使控制电路电流达到吸合电流，可行；
选项B：把电源1的电压适当增大，相同电阻下电流更大，会使较小压力就达到吸合电流，限载重量变小，不可行；
选项C：把弹簧$AB$的$A$端适当左移，弹簧的拉力增大，需要更大的力才能将衔铁吸下，即需要更大的压力，可行；
选项D：把电磁铁$C$适当右移，电磁铁更容易吸合衔铁，需要更小的压力，限载重量变小，不可行。
因此可行的操作是AC。
【答案】
（1）铃响；（2）AC
【知识点】
电磁继电器、欧姆定律、压敏电阻
【点评】
本题结合电磁继电器原理，考查压敏电阻特性、欧姆定律应用及限载报警器的调整，需清晰区分控制与工作电路，理解元件作用，难度适中。
【难度系数】
0.5
14 司南是我国古代四大发明之一，《论衡·是应》中记载：司南之杓（字义同“勺”），投之于地，其柢（注释：握柄）指南。
（1）如图（a）所示，当“柢”正确指向南方时，则“柢”应为磁体的
（2）现提供天然磁石、木盘、细线等器材，尝试设计一种指南工具的制作方案。
① 若天然磁石的磁感线分布如图（b）所示，则应将磁石的
② 天然磁石打磨成磁勺后，放在粗糙的木盘上，水平自由转动直至静止，握柄的指向效果总有偏差。为改进指向效果，小明提出将其悬挂起来，从物理学角度进行分析其合理性。
（1）如图（a）所示，当“柢”正确指向南方时，则“柢”应为磁体的
S
极（选填“N”或“S”）。（2）现提供天然磁石、木盘、细线等器材，尝试设计一种指南工具的制作方案。
① 若天然磁石的磁感线分布如图（b）所示，则应将磁石的
D
（选填字母）处打磨成握柄，理由是：磁体外部的磁感线从N极出发，回到S极
。② 天然磁石打磨成磁勺后，放在粗糙的木盘上，水平自由转动直至静止，握柄的指向效果总有偏差。为改进指向效果，小明提出将其悬挂起来，从物理学角度进行分析其合理性。
答案
14.(1) S
(2) ① D 磁体外部的磁感线从N极出发，回到S极
② 小明的方案合理，司南放在粗糙的木盘上，“柢”指向效果总有偏差是由于司南与木盘间的摩擦力较大，将其悬挂起来可以有效地减少摩擦力带来的影响。
(2) ① D 磁体外部的磁感线从N极出发，回到S极
② 小明的方案合理，司南放在粗糙的木盘上，“柢”指向效果总有偏差是由于司南与木盘间的摩擦力较大，将其悬挂起来可以有效地减少摩擦力带来的影响。
解析
【分析】
第(1)题：司南的柢指南，地理南极附近是地磁北极，根据磁体磁极的指向规律，磁体的S极指向地理南极，因此柢为磁体的S极。
第(2)题①：磁体外部磁感线从N极出发、回到S极，观察图(b)的磁感线分布，D处是磁感线进入的一端，对应磁体的S极；司南的握柄需要指南，对应S极，故应将D处打磨成握柄。
第(2)题②：司南在木盘上时，与木盘间存在较大滑动摩擦力，会阻碍其自由转动，导致指向有偏差；将其悬挂起来，可减小转动时的摩擦力，从而改善指向效果。
【解析】
(1) 地球的地理南极附近是地磁北极，磁体的S极会指向地理南极，司南的柢指南，因此柢为磁体的S极。
(2) ① 磁体外部的磁感线总是从N极出发，回到S极。观察图(b)，磁感线指向D处，说明D处是磁体的S极，而司南的握柄需指南（对应S极），所以应将D处打磨成握柄。
② 司南放在粗糙木盘上时，与木盘间的摩擦力较大，摩擦力会阻碍司南的自由转动，导致指向效果有偏差；将司南悬挂起来，能减小司南转动时受到的摩擦力，减少摩擦力对指向的影响，因此该方案合理。
【答案】
(1) S；(2) ① D；磁体外部的磁感线从N极出发，回到S极；② 小明的方案合理，司南放在粗糙的木盘上，“柢”指向效果总有偏差是由于司南与木盘间的摩擦力较大，将其悬挂起来可以有效地减少摩擦力带来的影响。
【知识点】
磁体的磁极、磁感线、摩擦力的应用
【点评】
本题结合古代发明“司南”考查磁学与力学相关知识，将物理知识与古代科技应用结合，注重知识的实际应用，难度适中。
【难度系数】
0.6
第(1)题：司南的柢指南，地理南极附近是地磁北极，根据磁体磁极的指向规律，磁体的S极指向地理南极，因此柢为磁体的S极。
第(2)题①：磁体外部磁感线从N极出发、回到S极，观察图(b)的磁感线分布，D处是磁感线进入的一端，对应磁体的S极；司南的握柄需要指南，对应S极，故应将D处打磨成握柄。
第(2)题②：司南在木盘上时，与木盘间存在较大滑动摩擦力，会阻碍其自由转动，导致指向有偏差；将其悬挂起来，可减小转动时的摩擦力，从而改善指向效果。
【解析】
(1) 地球的地理南极附近是地磁北极，磁体的S极会指向地理南极，司南的柢指南，因此柢为磁体的S极。
(2) ① 磁体外部的磁感线总是从N极出发，回到S极。观察图(b)，磁感线指向D处，说明D处是磁体的S极，而司南的握柄需指南（对应S极），所以应将D处打磨成握柄。
② 司南放在粗糙木盘上时，与木盘间的摩擦力较大，摩擦力会阻碍司南的自由转动，导致指向效果有偏差；将司南悬挂起来，能减小司南转动时受到的摩擦力，减少摩擦力对指向的影响，因此该方案合理。
【答案】
(1) S；(2) ① D；磁体外部的磁感线从N极出发，回到S极；② 小明的方案合理，司南放在粗糙的木盘上，“柢”指向效果总有偏差是由于司南与木盘间的摩擦力较大，将其悬挂起来可以有效地减少摩擦力带来的影响。
【知识点】
磁体的磁极、磁感线、摩擦力的应用
【点评】
本题结合古代发明“司南”考查磁学与力学相关知识，将物理知识与古代科技应用结合，注重知识的实际应用，难度适中。
【难度系数】
0.6
