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20. 如图所示,将电磁铁连入你设计的电路中(在虚线方框内完成). 要求:A. 电路能改变电磁铁磁性的强弱;B. 使小磁针静止时如图所示;C. 标明通电螺线管 N、S 极.
答案
解析
【分析】
首先，我们需要逐一满足题目中的三个要求：
1. 要改变电磁铁磁性的强弱，根据电磁铁磁性强弱与电流大小有关的原理，电路中需要接入滑动变阻器，通过改变电流大小来改变磁性强弱；
2. 根据小磁针静止时的指向，利用异名磁极相互吸引的规律，判断电磁铁的磁极：小磁针N极指向左，说明电磁铁左端为S极，右端为N极；
3. 利用安培定则判断电流方向：右手握住螺线管，大拇指指向右端的N极，四指弯曲方向即为电流方向，由此可知电流需从螺线管的左端流入，右端流出。最后将电源、滑动变阻器与螺线管、开关串联，完成电路设计。
【解析】
步骤1：确定电磁铁磁极
根据小磁针静止时N极指向左，由异名磁极相互吸引可知，电磁铁的左端为$\boldsymbol{S}$极，右端为$\boldsymbol{N}$极。
步骤2：判断电流方向
运用安培定则：右手握住螺线管，大拇指指向右端的N极，四指弯曲的方向为电流的方向，可判断出电流从螺线管的左端流入，右端流出。
步骤3：设计电路
为了改变电磁铁磁性的强弱，在电路中串联滑动变阻器（通过改变电路中电流大小实现磁性强弱的改变），同时接入电源，使电流从螺线管左端流入、右端流出，电路连接方式为：电源、滑动变阻器、螺线管、开关串联，滑动变阻器采用“一上一下”的接线方式，最终电路如图所示（标明螺线管的N、S极）。
【答案】
电路设计如图所示（螺线管左端为S极，右端为N极；虚线框内串联电源和滑动变阻器，电流从螺线管左端流入、右端流出），具体电路图参考题目给出的参考答案图示。
【知识点】
安培定则的应用；电磁铁磁性强弱的影响因素；串联电路设计
【点评】
本题综合考查了磁极间的相互作用规律、安培定则的应用以及电磁铁磁性强弱的控制方法，需要将电磁学基础知识点与电路设计结合起来，对学生的知识综合运用能力和逻辑推理能力有一定要求。
【难度系数】
0.6
首先，我们需要逐一满足题目中的三个要求：
1. 要改变电磁铁磁性的强弱，根据电磁铁磁性强弱与电流大小有关的原理，电路中需要接入滑动变阻器，通过改变电流大小来改变磁性强弱；
2. 根据小磁针静止时的指向，利用异名磁极相互吸引的规律，判断电磁铁的磁极：小磁针N极指向左，说明电磁铁左端为S极，右端为N极；
3. 利用安培定则判断电流方向：右手握住螺线管，大拇指指向右端的N极，四指弯曲方向即为电流方向，由此可知电流需从螺线管的左端流入，右端流出。最后将电源、滑动变阻器与螺线管、开关串联，完成电路设计。
【解析】
步骤1：确定电磁铁磁极
根据小磁针静止时N极指向左，由异名磁极相互吸引可知，电磁铁的左端为$\boldsymbol{S}$极，右端为$\boldsymbol{N}$极。
步骤2：判断电流方向
运用安培定则：右手握住螺线管，大拇指指向右端的N极，四指弯曲的方向为电流的方向，可判断出电流从螺线管的左端流入，右端流出。
步骤3：设计电路
为了改变电磁铁磁性的强弱，在电路中串联滑动变阻器（通过改变电路中电流大小实现磁性强弱的改变），同时接入电源，使电流从螺线管左端流入、右端流出，电路连接方式为：电源、滑动变阻器、螺线管、开关串联，滑动变阻器采用“一上一下”的接线方式，最终电路如图所示（标明螺线管的N、S极）。
【答案】
电路设计如图所示（螺线管左端为S极，右端为N极；虚线框内串联电源和滑动变阻器，电流从螺线管左端流入、右端流出），具体电路图参考题目给出的参考答案图示。
【知识点】
安培定则的应用；电磁铁磁性强弱的影响因素；串联电路设计
【点评】
本题综合考查了磁极间的相互作用规律、安培定则的应用以及电磁铁磁性强弱的控制方法，需要将电磁学基础知识点与电路设计结合起来，对学生的知识综合运用能力和逻辑推理能力有一定要求。
【难度系数】
0.6
21. 如图所示是某“汽车超载记录器”原理图,$R$为保护电阻,$R_{x}$为压敏电阻,其阻值随压力增大而减小.当汽车不超载时，指示灯发光;当汽车超载时,电磁铁的磁性增强,使汽车超载时照相机自动照相,请补充电路.
答案
解析
【分析】
首先理清电磁继电器的工作逻辑：控制电路通过压敏电阻的阻值变化改变电流，进而控制电磁铁磁性强弱，实现工作电路的切换。
1. 控制电路：需要将电源、压敏电阻$R_x$、电磁铁、保护电阻$R$串联，这样当汽车超载时，$R_x$阻值减小，控制电路电流增大，电磁铁磁性增强，吸引衔铁。
2. 工作电路：右侧工作电源需分别与指示灯、电控相机形成通路，通过衔铁的切换实现：不超载时衔铁接触点1，指示灯通路；超载时衔铁接触点2，电控相机通路。
【解析】
1. 控制电路补充：从电源正极出发，依次连接压敏电阻$R_x$、电磁铁、保护电阻$R$，最后回到电源负极，使控制电路形成串联回路。
2. 工作电路补充：将右下角工作电源的正极连接到衔铁的公共连接杆；指示灯的下端接线柱连接到工作电源的负极；电控相机的下端接线柱也连接到工作电源的负极。
不超载时，$R_x$阻值大，控制电路电流小，电磁铁磁性弱，衔铁与触点1接触，指示灯与工作电源构成通路，指示灯发光；
超载时，$R_x$阻值减小，控制电路电流增大，电磁铁磁性增强，衔铁被吸引与触点2接触，电控相机与工作电源构成通路，自动照相。
【答案】
控制电路：电源、$R_x$、电磁铁、$R$串联；工作电路：工作电源正极接衔铁公共端，指示灯下端和电控相机下端均接工作电源负极（或按上述连接方式完成电路连接）。
【知识点】
电磁继电器原理，压敏电阻特性
【点评】
本题结合压敏电阻的特性考查电磁继电器的实际应用，需明确控制电路与工作电路的关联，理解磁性强弱对工作电路的控制作用，注重理论联系实际。
【难度系数】
0.6
首先理清电磁继电器的工作逻辑：控制电路通过压敏电阻的阻值变化改变电流，进而控制电磁铁磁性强弱，实现工作电路的切换。
1. 控制电路：需要将电源、压敏电阻$R_x$、电磁铁、保护电阻$R$串联，这样当汽车超载时，$R_x$阻值减小，控制电路电流增大，电磁铁磁性增强，吸引衔铁。
2. 工作电路：右侧工作电源需分别与指示灯、电控相机形成通路，通过衔铁的切换实现：不超载时衔铁接触点1，指示灯通路；超载时衔铁接触点2，电控相机通路。
【解析】
1. 控制电路补充：从电源正极出发，依次连接压敏电阻$R_x$、电磁铁、保护电阻$R$，最后回到电源负极，使控制电路形成串联回路。
2. 工作电路补充：将右下角工作电源的正极连接到衔铁的公共连接杆；指示灯的下端接线柱连接到工作电源的负极；电控相机的下端接线柱也连接到工作电源的负极。
不超载时，$R_x$阻值大，控制电路电流小，电磁铁磁性弱，衔铁与触点1接触，指示灯与工作电源构成通路，指示灯发光；
超载时，$R_x$阻值减小，控制电路电流增大，电磁铁磁性增强，衔铁被吸引与触点2接触，电控相机与工作电源构成通路，自动照相。
【答案】
控制电路：电源、$R_x$、电磁铁、$R$串联；工作电路：工作电源正极接衔铁公共端，指示灯下端和电控相机下端均接工作电源负极（或按上述连接方式完成电路连接）。
【知识点】
电磁继电器原理，压敏电阻特性
【点评】
本题结合压敏电阻的特性考查电磁继电器的实际应用，需明确控制电路与工作电路的关联，理解磁性强弱对工作电路的控制作用，注重理论联系实际。
【难度系数】
0.6
22. 小西利用光敏电阻为社区设计了一种自动草坪灯,其工作原理如图所示.工作电路中有两盏规格均为“$220\ V \ 22 W$”的灯泡 L,天暗时灯泡 L 自动发光,天亮时自动熄灭;控制电路的电源电压$U$恒为$12 V$,定值电阻$R_{0}$的阻值为$200 \Omega$. 在一定范围内，光敏电阻$R$的阻值与光照强度$E$(单位：Lx)之间的关系如下表所示.(电磁铁线圈的电阻忽略不计)
(1)随着光照强度的减弱,光敏电阻$R$的阻值
(2)两盏灯均正常发光时,工作电路中的总电流为
(3)当天色渐暗，通过线圈的电流为$0.04 A$时,工作电路的照明系统恰好启动. 此时光敏电阻$R$的阻值为
(4)控制电路中电池使用一段时间后,电压会降低,将导致天暗时路灯
(1)随着光照强度的减弱,光敏电阻$R$的阻值
增大
( 选填“增大”或“减小”),电磁铁的磁性减弱
( 选填“增强”或“减弱”);当光照强度减弱到一定值时,衔铁会被释放
( 选填“吸下”或“释放”),工作电路工作.(2)两盏灯均正常发光时,工作电路中的总电流为
0.2
A.(3)当天色渐暗，通过线圈的电流为$0.04 A$时,工作电路的照明系统恰好启动. 此时光敏电阻$R$的阻值为
100
$\Omega$,光照强度为1.5
Lx.(4)控制电路中电池使用一段时间后,电压会降低,将导致天暗时路灯
提前
( 选填“提前”“延后”或“准时”)发光.答案
增大
减弱
释放
0.2
100
1.5
提前
减弱
释放
0.2
100
1.5
提前
解析
【分析】
1. 第(1)问：观察表格数据可知，光照强度减弱时，光敏电阻R的阻值增大；控制电路总电阻随R增大而增大，电源电压恒定，根据欧姆定律，电路电流减小，电磁铁磁性与电流大小有关，电流越小磁性越弱；当磁性减弱到不足以吸引衔铁时，衔铁被释放，工作电路接通，灯泡发光。
2. 第(2)问：可先根据$P=UI$计算单盏灯正常发光的电流，再求两盏灯的总电流；也可先算总功率，再用$I=\frac{P}{U}$计算总电流。
3. 第(3)问：先根据欧姆定律计算控制电路的总电阻，减去定值电阻$R_0$的阻值得到光敏电阻R的阻值，再对照表格找到对应光照强度。
4. 第(4)问：控制电路电源电压降低后，相同光照强度下电路电流更小，电磁铁磁性更早减弱，衔铁提前释放，工作电路提前接通，路灯提前发光。
【解析】
(1) 由表格数据可知，随着光照强度减弱，光敏电阻$R$的阻值增大；控制电路总电阻增大，电源电压$U$恒定，根据$I=\frac{U}{R}$，电路电流减小，电磁铁磁性随电流减小而减弱；当磁性减弱到一定程度，衔铁会被释放，工作电路工作。
(2) 单盏灯泡正常发光时的电流：$I_1=\frac{P_1}{U_1}=\frac{22W}{220V}=0.1A$，两盏灯均正常发光时总电流：$I=2I_1=2×0.1A=0.2A$。
(3) 控制电路总电阻：$R_{总}=\frac{U}{I'}=\frac{12V}{0.04A}=300Ω$，光敏电阻的阻值：$R=R_{总}-R_0=300Ω-200Ω=100Ω$；对照表格数据，此时光照强度为$1.5\ \mathrm{Lx}$。
(4) 控制电路电池电压降低后，相同光照强度下电路电流更小，电磁铁磁性更早减弱，衔铁提前释放，工作电路提前接通，故天暗时路灯提前发光。
【答案】
(1) 增大；减弱；释放
(2) 0.2
(3) 100；1.5
(4) 提前
【知识点】
欧姆定律的应用；电磁铁磁性影响因素；电功率计算
【点评】
本题结合自动草坪灯的实际应用，综合考查电学核心知识，需要学生从表格提取信息，灵活运用公式分析电路，体现了物理知识在生活中的实用性。
【难度系数】
0.6
1. 第(1)问：观察表格数据可知，光照强度减弱时，光敏电阻R的阻值增大；控制电路总电阻随R增大而增大，电源电压恒定，根据欧姆定律，电路电流减小，电磁铁磁性与电流大小有关，电流越小磁性越弱；当磁性减弱到不足以吸引衔铁时，衔铁被释放，工作电路接通，灯泡发光。
2. 第(2)问：可先根据$P=UI$计算单盏灯正常发光的电流，再求两盏灯的总电流；也可先算总功率，再用$I=\frac{P}{U}$计算总电流。
3. 第(3)问：先根据欧姆定律计算控制电路的总电阻，减去定值电阻$R_0$的阻值得到光敏电阻R的阻值，再对照表格找到对应光照强度。
4. 第(4)问：控制电路电源电压降低后，相同光照强度下电路电流更小，电磁铁磁性更早减弱，衔铁提前释放，工作电路提前接通，路灯提前发光。
【解析】
(1) 由表格数据可知，随着光照强度减弱，光敏电阻$R$的阻值增大；控制电路总电阻增大，电源电压$U$恒定，根据$I=\frac{U}{R}$，电路电流减小，电磁铁磁性随电流减小而减弱；当磁性减弱到一定程度，衔铁会被释放，工作电路工作。
(2) 单盏灯泡正常发光时的电流：$I_1=\frac{P_1}{U_1}=\frac{22W}{220V}=0.1A$，两盏灯均正常发光时总电流：$I=2I_1=2×0.1A=0.2A$。
(3) 控制电路总电阻：$R_{总}=\frac{U}{I'}=\frac{12V}{0.04A}=300Ω$，光敏电阻的阻值：$R=R_{总}-R_0=300Ω-200Ω=100Ω$；对照表格数据，此时光照强度为$1.5\ \mathrm{Lx}$。
(4) 控制电路电池电压降低后，相同光照强度下电路电流更小，电磁铁磁性更早减弱，衔铁提前释放，工作电路提前接通，故天暗时路灯提前发光。
【答案】
(1) 增大；减弱；释放
(2) 0.2
(3) 100；1.5
(4) 提前
【知识点】
欧姆定律的应用；电磁铁磁性影响因素；电功率计算
【点评】
本题结合自动草坪灯的实际应用，综合考查电学核心知识，需要学生从表格提取信息，灵活运用公式分析电路，体现了物理知识在生活中的实用性。
【难度系数】
0.6
