“電磁”綜合類試題賞析

李同心

（河北省冀州市北內(nèi)漳學校，河北 冀州 053200）

綜合型試題通常分為學科內(nèi)綜合、不同學科之間的綜合和題型之間的綜合這三種類型.電磁轉(zhuǎn)換類綜合試題屬于學科內(nèi)知識綜合.涉及到具體試題，可以是電磁轉(zhuǎn)換知識的小綜合，也可以是力學、電學或熱學與電磁轉(zhuǎn)換知識的大綜合.

有一類綜合題的特點就是一環(huán)套一環(huán)，環(huán)環(huán)相交串在一起，而兩環(huán)相交的那一點（物理量或物理規(guī)律），就是將不同知識點聯(lián)系在一起的“橋”.解答綜合題的思維過程一般是：首先通過瀏覽試題，明確題中涉及到哪一部分的知識，思考反映這部分知識的規(guī)律或公式；然后再仔細閱讀試題，思考不同部分知識之間相互聯(lián)系的“橋”——聯(lián)系不同部分知識的物理量或規(guī)律；最后再結(jié)合題中的已知條件，確定過“橋”的方向或方法.其中尋找“橋”將綜合題分解為相對獨立的單一題，是解答這一類綜合題的關鍵.

例1.如圖1所示，電磁鐵通電后，當滑動變阻器的滑片P向左移動時，彈簧的長度和電流表示數(shù)的變化情況是

（A）彈簧被拉的更長，電流表的示數(shù)變小.

（B）彈簧縮短，電流表的示數(shù)變大.

（C）彈簧縮短，電流表的示數(shù)變小.

（D）彈簧被拉的更長，電流表的示數(shù)變大.

圖1

解析：磁極間相互作用規(guī)律和影響電流大小的因素就是該題的“橋”.前者將電磁鐵磁場方向與力的知識聯(lián)系起來，后者將滑動變阻器影響電流大小與電磁鐵磁性的強弱聯(lián)系起來.解題時從電流的方向、大小開始，按照一定的順序推理便可得到結(jié)果.（1）由電源的正負極確定電流的方向，結(jié)合螺線管的繞線方式確定磁場的方向，螺線管的下方為N極，上方為S極.（2）當滑片P向左移動時，電路中總電阻增大，而總電壓不變，所以電流減小，即電流表的示數(shù)較小，電磁鐵的磁性也隨之減弱.（3）同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引.電磁鐵對磁極附近的條形磁體的吸引力也將減小，條形磁鐵在彈簧作用下上移，彈簧縮短.正確選項為（C）.

圖像類綜合題往往對電磁方面的知識要求較低，將試題的難點設置在對圖像的理解和應用上.一般說來，圖像類綜合試題分3個層次的要求：一是會根據(jù)實驗記錄的數(shù)據(jù)畫出圖像或知道圖像上每一點所對應的兩個物理量；二是理解圖像的物理意義或規(guī)律；三是通過圖像來解決實際問題.能從圖像中知道些什么，是解答圖像類綜合試題的基礎；而需要從圖像中知道些什么，是解答圖像類綜合試題的基本思路.

例2.為防止?jié)袷职忾_關造成觸電事故，小寧同學為家中的燈暖型浴霸設計了一個溫度自動控制裝置，如圖2（甲）所示.其中半導體材料制成的熱敏電阻阻值R1隨溫度變化的曲線如圖2（乙）所示.已知繼電器線圈電阻R2為20Ω，電源的電壓U0恒為12V.浴霸共安裝有4只標有“220V250W”的燈泡，當繼電器線圈中的電流大于或等于50mA時，繼電器的銜鐵被吸合，浴霸電路斷開；當線圈中的電流小于或等于40mA時，繼電器的銜鐵被釋放，浴霸電路閉合.求：（1）浴霸電路閉合時，通過浴霸的總電流.（2）若將此裝置安放在浴室內(nèi)，浴室內(nèi)溫度可控制在什么范圍？

圖2

解析：本例中圖像反映的電阻與溫度的關系，是聯(lián)系題中所求問題與電路計算之間的“橋”.考查的重點雖然是電路計算方面的知識，而對圖像的理解和應用是解答這一題的關鍵.題中所求浴室內(nèi)溫度可控制在什么范圍，通過圖像可知實質(zhì)上求的是熱敏電阻阻值的變化范圍，從而將問題明確：求電路中電流分別為40mA和50mA時熱敏電阻的阻值，將試題化解為兩個電阻串聯(lián)的簡單電路計算題.再從算得的熱敏電阻的阻值，由圖像中找出相應的溫度.答案：（1）4.5A；（2）22℃～30℃.

有一類綜合題的特點是通過某一媒介（如電磁繼電器），將有關知識綜合起來.但各部分知識又保持相對獨立，形成一座座相對獨立的“橋”，某一小問題的卡殼，不會使后面問題的解決受到影響，試題的難度取決于具體的每一個小問題的難度.這種綜合題難度是比較小的.

例3.我市一所農(nóng)村初級中學，常常因為不能及時給水塔注水而停水.小明知道后，想利用圖3所示的器材設計一個自動注水裝置.A是浮子（重約5N），B是金屬觸頭（重約10N），C為水塔上的柱形蓄水池，M 是帶水泵的電動機，D是彈簧，E是銜鐵，F(xiàn)是電磁鐵，K1、K2分別為觸頭開關.

圖3

（1）請你寫出該裝置涉及的主要物理知識.

（2）連接電路圖.

（3）設計時，需要知道浮子的最小體積，請你幫助他完成這項工作.

（4）若設計要求在10min內(nèi)要注滿蓄水池，那么，還需要知道或測量哪些物理量，才能得到相匹配電動機的額定功率？請你用字母表示這些物理量，推導出電動機的額定功率的表達式.在你的計算過程中，運用了什么近似條件？

（5）按設計要求，小明將設備組裝調(diào)試，投入使用.幾天后，學校又停水了，檢察發(fā)現(xiàn)：水塔已無水了，但電路連接無誤，電動機、水泵完好無損.請你分析該裝置沒有實現(xiàn)自動注水的原因，怎樣改進？

解析：本題考查的知識點較多，第1問是一個開放性的問題，也是解答這一題必須知道的基本問題；第2問是電磁繼電器方面的內(nèi)容；第3問是有關浮力方面的知識，可通過對浮子A進行受力分析：GA＋GB＝F浮，再用F浮＝ρ水gV即可解得；第4問是用字母表示的推導題，可從能量轉(zhuǎn)化的角度思考，電流通過電動機做功W電＝Pt，轉(zhuǎn)化為機械能W機＝mgh，忽略能量損失得到W電＝W機后即可解答；第5問是電磁繼電器故障排除問題，水塔沒有水，電磁繼電器控制電路斷開，電磁鐵應該失去磁性，工作電路接通，電動機工作.而從題中電磁繼電器控制電路斷開，電磁鐵仍然沒有失去磁性可知，電磁鐵所用的鐵芯是鋼性材料，磁化后不能退磁而導致銜鐵E仍然被吸合，電動機不工作.

答案：（1）浮力（阿基米德原理），電流的磁性（電磁繼電器），電磁鐵的應用，杠桿，歐姆定律；（2）如圖4所示；（式中R表示柱形蓄水池的半徑，h1表示柱形蓄水池的高，h表示水塔的高度）應用近似條件：電動機工作時電能全部轉(zhuǎn)化為機械能（忽略能量損失），m水gh亦是近似公式；（5）沒有實現(xiàn)自動注水的原因是：放水后電動機仍不工作，說明高壓電路斷路，電磁鐵芯是鋼性材料，磁化后當放水使K1觸頭斷開，此時鐵芯不能退磁，銜鐵E仍然被吸引，高壓電路未接通.改進方法：把電磁鐵芯換用軟鐵材料的鐵棒.

圖4