李同心
(河北省冀州市北內(nèi)漳學(xué)校,河北 冀州 053200)
綜合型試題通常分為學(xué)科內(nèi)綜合、不同學(xué)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(xué)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(xué)、電學(xué)或熱學(xué)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(xì)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(guān)鍵.
例1.如圖1所示,電磁鐵通電后,當(dāng)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(fù)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(dāng)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(shè)置在對圖像的理解和應(yīng)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(yīng)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(chǔ);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(guān)造成觸電事故,小寧同學(xué)為家中的燈暖型浴霸設(shè)計了一個溫度自動控制裝置,如圖2(甲)所示.其中半導(dǎo)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(biāo)有“220V250W”的燈泡,當(dāng)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(dāng)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(guān)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(yīng)用是解答這一題的關(guān)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(yīng)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(guān)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(xué),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(shè)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(guān).
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(shè)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(shè)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(dǎo)出電動機的額定功率的表達(dá)式.在你的計算過程中,運用了什么近似條件?
(5)按設(shè)計要求,小明將設(shè)備組裝調(diào)試,投入使用.幾天后,學(xué)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(jìn)?
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(guān)浮力方面的知識,可通過對浮子A進(jìn)行受力分析:GA+GB=F浮,再用F?。溅阉甮V即可解得;第4問是用字母表示的推導(dǎo)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(yīng)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(dǎo)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(yīng)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(yīng)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(dāng)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(jìn)方法:把電磁鐵芯換用軟鐵材料的鐵棒.
圖4