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12. 巨磁电阻效应是指某些材料的电阻在磁场中急剧减小的现象，这一发现大大提高了磁、电之间信号转换的灵敏度，从而引发了现代硬盘生产的一场革命. 如图所示是说明巨磁电阻特性原理的示意图,图中 GMR 是巨磁电阻.如果闭合$S_{1}$,电磁铁上方的小磁针 ( 选填“静止”“会顺时针转动”或“会逆时针转动”),再闭合$S_{2}$并使滑片 P 向左滑动,指示灯亮度会
亮
( 选填“亮”或“暗”),仅用如图所示实验器材不可以
( 选填“可以”或“不可以”)完成“探究电磁铁磁性强弱的影响因素”的实验.答案
静止
亮
不可以
亮
不可以
解析
【分析】
1. 判断小磁针的运动状态：闭合$S_{1}$后，根据安培定则确定电磁铁的磁极，再结合磁场方向与小磁针指向的关系判断小磁针是否转动；
2. 判断指示灯亮度变化：闭合$S_{2}$后，滑片P向左滑动，分析左边电路电流变化，从而确定电磁铁磁性强弱变化，再根据巨磁电阻的特性判断其电阻变化，进而分析右边电路电流变化，得出指示灯亮度变化；
3. 判断能否完成探究实验：探究电磁铁磁性强弱的影响因素需要改变线圈匝数、电流大小、有无铁芯等，结合现有器材分析是否能实现这些变量的改变。
【解析】
1. 闭合$S_{1}$，根据安培定则（右手握住螺线管，四指指向电流方向，大拇指指向N极），电流从螺线管左端流入，可判断电磁铁左端为N极、右端为S极。电磁铁上方的磁场方向为从左到右，与小磁针N极的指向一致，因此小磁针静止；
2. 闭合$S_{2}$并使滑片P向左滑动，滑动变阻器接入电路的电阻减小，左边电路中电流增大，电磁铁磁性增强。根据巨磁电阻效应，GMR的电阻在磁场中急剧减小，右边电路的总电阻减小，电源电压不变，由欧姆定律$I=\frac{U}{R}$可知，右边电路电流增大，指示灯亮度会变亮；
3. 探究电磁铁磁性强弱的影响因素，需要探究电流大小、线圈匝数、有无铁芯对磁性的影响。现有器材中无法改变线圈匝数，也没有额外的铁芯，因此仅用如图所示实验器材不可以完成该探究实验。
【答案】
静止；亮；不可以
【知识点】
安培定则的应用；巨磁电阻效应；电磁铁磁性强弱的影响因素
【点评】
本题结合巨磁电阻效应考查电磁铁的相关知识，需要综合运用安培定则、欧姆定律以及电磁铁磁性强弱的影响因素等知识，注重物理知识在实际科技中的应用。
【难度系数】
0.6
1. 判断小磁针的运动状态：闭合$S_{1}$后，根据安培定则确定电磁铁的磁极，再结合磁场方向与小磁针指向的关系判断小磁针是否转动；
2. 判断指示灯亮度变化：闭合$S_{2}$后，滑片P向左滑动，分析左边电路电流变化，从而确定电磁铁磁性强弱变化，再根据巨磁电阻的特性判断其电阻变化，进而分析右边电路电流变化，得出指示灯亮度变化；
3. 判断能否完成探究实验：探究电磁铁磁性强弱的影响因素需要改变线圈匝数、电流大小、有无铁芯等，结合现有器材分析是否能实现这些变量的改变。
【解析】
1. 闭合$S_{1}$，根据安培定则（右手握住螺线管，四指指向电流方向，大拇指指向N极），电流从螺线管左端流入，可判断电磁铁左端为N极、右端为S极。电磁铁上方的磁场方向为从左到右，与小磁针N极的指向一致，因此小磁针静止；
2. 闭合$S_{2}$并使滑片P向左滑动，滑动变阻器接入电路的电阻减小，左边电路中电流增大，电磁铁磁性增强。根据巨磁电阻效应，GMR的电阻在磁场中急剧减小，右边电路的总电阻减小，电源电压不变，由欧姆定律$I=\frac{U}{R}$可知，右边电路电流增大，指示灯亮度会变亮；
3. 探究电磁铁磁性强弱的影响因素，需要探究电流大小、线圈匝数、有无铁芯对磁性的影响。现有器材中无法改变线圈匝数，也没有额外的铁芯，因此仅用如图所示实验器材不可以完成该探究实验。
【答案】
静止；亮；不可以
【知识点】
安培定则的应用；巨磁电阻效应；电磁铁磁性强弱的影响因素
【点评】
本题结合巨磁电阻效应考查电磁铁的相关知识，需要综合运用安培定则、欧姆定律以及电磁铁磁性强弱的影响因素等知识，注重物理知识在实际科技中的应用。
【难度系数】
0.6
13. 如图所示,物理兴趣小组在探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”时,利用了一个条形磁铁和一个右端固定在同一水平面上的电磁铁. 当闭合开关 S 后,电磁铁的左端磁极是
N
极,滑动变阻器的滑片 P 向右移动时,条形磁铁始终保持静止，在此过程中,条形磁铁所受摩擦力减小
( 选填“增大”“减小”或“不变”),方向为水平向右
.答案
N
减小
水平向右
减小
水平向右
解析
【分析】
1. 首先判断电磁铁的磁极：运用安培定则，右手握住螺线管，四指指向电流的流向（电流从螺线管左端流入、右端流出），大拇指指向的一端为N极，由此确定电磁铁左端的磁极。
2. 分析条形磁铁的摩擦力方向：电磁铁左端与条形磁铁右端为同名磁极，相互排斥，条形磁铁受到向左的排斥力；由于条形磁铁静止，根据二力平衡，摩擦力与排斥力大小相等、方向相反，从而确定摩擦力方向。
3. 分析滑片移动时摩擦力的变化：滑动变阻器滑片向右移动，接入电路的电阻变大，电路电流减小，电磁铁磁性减弱，对条形磁铁的排斥力减小；条形磁铁始终静止，摩擦力与排斥力平衡，因此摩擦力随排斥力减小而减小。
【解析】
1. 判断电磁铁左端磁极：根据安培定则，右手握住螺线管，让四指指向电流的方向（电流从螺线管左端流入，右端流出），大拇指所指的左端为N极。
2. 确定摩擦力方向：电磁铁左端为N极，与条形磁铁右端的N极相互排斥，条形磁铁受到向左的排斥力；因为条形磁铁保持静止，摩擦力与排斥力是一对平衡力，所以摩擦力方向为水平向右。
3. 分析摩擦力的变化：滑动变阻器的滑片P向右移动时，滑动变阻器接入电路的电阻增大，电路中的电流减小，电磁铁的磁性减弱，对条形磁铁的排斥力减小；由于条形磁铁始终静止，摩擦力大小等于排斥力大小，因此条形磁铁所受摩擦力减小。
【答案】
N；减小；水平向右
【知识点】
安培定则的应用；影响电磁铁磁性强弱的因素；二力平衡的应用
【点评】
本题综合考查了电磁学与力学的相关知识，需要学生将安培定则、电磁铁磁性的影响因素与二力平衡原理结合起来分析问题，注重知识的综合运用和逻辑推理能力的考查。
【难度系数】
0.6
1. 首先判断电磁铁的磁极：运用安培定则，右手握住螺线管，四指指向电流的流向（电流从螺线管左端流入、右端流出），大拇指指向的一端为N极，由此确定电磁铁左端的磁极。
2. 分析条形磁铁的摩擦力方向：电磁铁左端与条形磁铁右端为同名磁极，相互排斥，条形磁铁受到向左的排斥力；由于条形磁铁静止，根据二力平衡，摩擦力与排斥力大小相等、方向相反，从而确定摩擦力方向。
3. 分析滑片移动时摩擦力的变化：滑动变阻器滑片向右移动，接入电路的电阻变大，电路电流减小，电磁铁磁性减弱，对条形磁铁的排斥力减小；条形磁铁始终静止，摩擦力与排斥力平衡，因此摩擦力随排斥力减小而减小。
【解析】
1. 判断电磁铁左端磁极：根据安培定则，右手握住螺线管，让四指指向电流的方向（电流从螺线管左端流入，右端流出），大拇指所指的左端为N极。
2. 确定摩擦力方向：电磁铁左端为N极，与条形磁铁右端的N极相互排斥，条形磁铁受到向左的排斥力；因为条形磁铁保持静止，摩擦力与排斥力是一对平衡力，所以摩擦力方向为水平向右。
3. 分析摩擦力的变化：滑动变阻器的滑片P向右移动时，滑动变阻器接入电路的电阻增大，电路中的电流减小，电磁铁的磁性减弱，对条形磁铁的排斥力减小；由于条形磁铁始终静止，摩擦力大小等于排斥力大小，因此条形磁铁所受摩擦力减小。
【答案】
N；减小；水平向右
【知识点】
安培定则的应用；影响电磁铁磁性强弱的因素；二力平衡的应用
【点评】
本题综合考查了电磁学与力学的相关知识，需要学生将安培定则、电磁铁磁性的影响因素与二力平衡原理结合起来分析问题，注重知识的综合运用和逻辑推理能力的考查。
【难度系数】
0.6
14. 某学校为了培养学生的科学素养,组织科技创新大赛,晓双在比赛中制作了水位自动报警器,原理图如图所示. 则当水位达到金属块 A 时,
红
( 选填“红”或“绿”)灯亮起; 若将电源 1 的正负极对调位置,该装置的水位报警亮灯情况不变
( 选填“不变”或“变化”).答案
红
不变
不变
解析
【分析】
首先分析水位达到金属块A时的情况：水是导体，此时控制电路接通，电磁铁产生磁性，吸引衔铁，使工作电路中红灯所在支路接通，红灯亮起。再分析电源1正负极对调的情况：电源正负极对调后，电磁铁的磁极会改变，但电磁铁仍具有磁性，依然能吸引衔铁，工作电路的通断情况不变，所以亮灯情况不变。
【解析】
1. 当水位达到金属块A时，由于水具有导电性，控制电路（电源1所在电路）接通，电磁铁获得磁性，吸引衔铁，工作电路中红灯所在支路被接通，因此红灯亮起。
2. 若将电源1的正负极对调，电磁铁的磁极会发生改变，但电磁铁仍然具有磁性，能够吸引衔铁，工作电路的通断情况不会改变，所以该装置的水位报警亮灯情况不变。
【答案】
红；不变
【知识点】
电磁继电器原理、电磁铁的磁性
【点评】
本题考查电磁继电器在水位报警器中的应用，需明确控制电路与工作电路的联动关系，理解电磁铁磁性的有无是影响工作电路通断的关键，磁极的改变不影响其吸引衔铁的功能。
【难度系数】
0.7
首先分析水位达到金属块A时的情况：水是导体，此时控制电路接通，电磁铁产生磁性，吸引衔铁，使工作电路中红灯所在支路接通，红灯亮起。再分析电源1正负极对调的情况：电源正负极对调后，电磁铁的磁极会改变，但电磁铁仍具有磁性，依然能吸引衔铁，工作电路的通断情况不变，所以亮灯情况不变。
【解析】
1. 当水位达到金属块A时，由于水具有导电性，控制电路（电源1所在电路）接通，电磁铁获得磁性，吸引衔铁，工作电路中红灯所在支路被接通，因此红灯亮起。
2. 若将电源1的正负极对调，电磁铁的磁极会发生改变，但电磁铁仍然具有磁性，能够吸引衔铁，工作电路的通断情况不会改变，所以该装置的水位报警亮灯情况不变。
【答案】
红；不变
【知识点】
电磁继电器原理、电磁铁的磁性
【点评】
本题考查电磁继电器在水位报警器中的应用，需明确控制电路与工作电路的联动关系，理解电磁铁磁性的有无是影响工作电路通断的关键，磁极的改变不影响其吸引衔铁的功能。
【难度系数】
0.7
15. 如图甲所示,是室内自动换气系统的电路图. 控制电路的电源电压为 3 V,$R_{0}$为电阻箱,$R_{K}$的阻值与烟雾浓度 K 的关系如图乙所示. 当电磁铁线圈中的电流$I≥ 0.03 A$时,衔铁被吸下,电风扇转动,开始排气.
(1)电磁铁工作时,利用了通电导体周围存在
(2)当烟雾浓度升高时,控制电路中线圈的电流
(3)控制电路的电源电压低于 3 V 时,若保持空气质量的标准不变,$R_{0}$的阻值应
(1)电磁铁工作时,利用了通电导体周围存在
磁场
，其上端为S
极.(2)当烟雾浓度升高时,控制电路中线圈的电流
变大
( 选填“变大”“变小”或“不变”).(3)控制电路的电源电压低于 3 V 时,若保持空气质量的标准不变,$R_{0}$的阻值应
减小
( 选填“增大”“减小”或“不变”).答案
磁场
S
变大
减小
S
变大
减小
解析
【分析】
1. 第(1)问：先回忆电磁铁的工作原理，电磁铁是利用通电导体周围存在磁场（电流的磁效应）工作的；再用安培定则判断磁极，右手握住螺线管，四指指向电流方向（控制电路电流从螺线管下端流入、上端流出），大拇指指向N极，由此判断上端为S极。
2. 第(2)问：观察图乙可知，烟雾浓度升高时，$R_{k}$阻值减小；控制电路中$R_{k}$与$R_{0}$串联，总电阻$R_{总}=R_{k}+R_{0}$，电源电压不变，根据欧姆定律$I=\frac{U}{R_{总}}$，总电阻减小，电路电流变大。
3. 第(3)问：空气质量标准不变，意味着烟雾浓度达标时控制电路电流仍需≥0.03A。电源电压降低，根据$R_{总}=\frac{U}{I}$，要保持电流不变，总电阻需减小；此时$R_{k}$阻值不变（烟雾浓度不变），所以$R_{0}$阻值应减小。
【解析】
(1) 电磁铁工作利用了通电导体周围存在磁场的电流磁效应；根据安培定则，右手握住螺线管，电流从下端流入、上端流出，大拇指指向螺线管下端（N极），故上端为S极。
(2) 由图乙可知，烟雾浓度升高时$R_{k}$阻值变小，控制电路总电阻变小，电源电压恒定，根据欧姆定律$I=\frac{U}{R}$，电路电流变大。
(3) 空气质量标准不变，即烟雾浓度达标时控制电路电流仍需≥0.03A。电源电压低于3V时，由$R_{总}=\frac{U}{I}$可知，要保持电流不变，总电阻需减小；因$R_{k}$阻值不变，所以$R_{0}$的阻值应减小。
【答案】
(1) 磁场；S
(2) 变大
(3) 减小
【知识点】
电流的磁效应；欧姆定律；串联电阻规律
【点评】
本题结合电磁继电器与欧姆定律考查自动控制电路的工作原理，需结合图像分析电阻与烟雾浓度的关系，运用欧姆定律分析电路变化，对综合分析能力有一定要求。
【难度系数】
0.6
1. 第(1)问：先回忆电磁铁的工作原理，电磁铁是利用通电导体周围存在磁场（电流的磁效应）工作的；再用安培定则判断磁极，右手握住螺线管，四指指向电流方向（控制电路电流从螺线管下端流入、上端流出），大拇指指向N极，由此判断上端为S极。
2. 第(2)问：观察图乙可知，烟雾浓度升高时，$R_{k}$阻值减小；控制电路中$R_{k}$与$R_{0}$串联，总电阻$R_{总}=R_{k}+R_{0}$，电源电压不变，根据欧姆定律$I=\frac{U}{R_{总}}$，总电阻减小，电路电流变大。
3. 第(3)问：空气质量标准不变，意味着烟雾浓度达标时控制电路电流仍需≥0.03A。电源电压降低，根据$R_{总}=\frac{U}{I}$，要保持电流不变，总电阻需减小；此时$R_{k}$阻值不变（烟雾浓度不变），所以$R_{0}$阻值应减小。
【解析】
(1) 电磁铁工作利用了通电导体周围存在磁场的电流磁效应；根据安培定则，右手握住螺线管，电流从下端流入、上端流出，大拇指指向螺线管下端（N极），故上端为S极。
(2) 由图乙可知，烟雾浓度升高时$R_{k}$阻值变小，控制电路总电阻变小，电源电压恒定，根据欧姆定律$I=\frac{U}{R}$，电路电流变大。
(3) 空气质量标准不变，即烟雾浓度达标时控制电路电流仍需≥0.03A。电源电压低于3V时，由$R_{总}=\frac{U}{I}$可知，要保持电流不变，总电阻需减小；因$R_{k}$阻值不变，所以$R_{0}$的阻值应减小。
【答案】
(1) 磁场；S
(2) 变大
(3) 减小
【知识点】
电流的磁效应；欧姆定律；串联电阻规律
【点评】
本题结合电磁继电器与欧姆定律考查自动控制电路的工作原理，需结合图像分析电阻与烟雾浓度的关系，运用欧姆定律分析电路变化，对综合分析能力有一定要求。
【难度系数】
0.6
