Question

【題目】干簧管（也叫干簧繼電器）比一般機械開關結構簡單、體積小、速度高、工作壽命長；而與電子開關相比，它又有抗負載沖擊能力強的特點，工作可靠性很高．如圖甲所示為干簧管的結構簡圖，其中磁簧片是一種有彈性的薄鐵片，被固定于玻璃管上．
（1）當將一個條形磁鐵與干簧管平行放置時，干簧管的磁簧片就會被 ， 且靠近的那兩個端點會被磁化成異名磁極而相互吸引，觸點將會閉合，將電路接通；當條形磁鐵遠離干簧管時，磁簧片的磁性消失，在彈力的作用下觸點就會 ．
（2）某同學設想用干簧管制作水位自動報警器，圖2是他設計的一部分情況，請幫助他完成其余部分的設計： ①設永久磁鐵所受的重力為3N，浮球的體積為200cm3 ， 不計滑輪處的摩擦．則要想讓此裝置能正常工作，浮球的質量應滿足什么條件（取g=10N/kg）？
②他手邊還有開關、紅燈、綠燈和電鈴各一個，導線若干，請在圖中的虛線方框內畫出報警電路，要求：水位到達A處時，紅燈亮，電鈴報警；水位到達B處時，綠燈亮，電鈴報警．

Answer 1

【答案】
（1）磁化；斷開
（2）解：浮球浸沒水中受到的浮力：

F浮=ρ水V排g=1×103kg/m3×10N/kg×200×10﹣6m3=2N，

設浮球剛好浸沒水中，浮球必須上浮，則必須滿足G浮球＜F浮+G磁鐵=2N+3N=5N，

設浮球剛好離開水面，浮球必須下降，則必須滿足G浮球＞G磁鐵=3N，

因此要想讓此裝置能正常工作，此浮球所受的重力應滿足：

5N＞G浮球＞3N，

根據G=mg可知浮球的質量應滿足：0.5kg＞m浮球＞0.3kg；②當浮球上升到最高水位時，條形磁鐵下沉到干簧管2所在的位置，此時條形磁鐵使干簧管的磁簧片接觸，導致其所在的電路接通，所以紅燈亮，電鈴響．

同理，當浮球下降到最低水位時，條形磁鐵上升到干簧管1所在的位置，此時條形磁鐵使干簧管的磁簧片接觸，導致其所在的電路接通，所以綠燈亮，電鈴響．

如下圖所示：

【解析】解：（1）當將一個條形磁鐵與干簧管平行放置時，干簧管的磁簧片就會被磁化，且靠近的那兩個端點會被磁化成異名磁極而相互吸引，觸點就會閉合，將電路接通；當條形磁鐵遠離干簧管時，磁簧片的磁性消失，在彈力的作用下觸點就會斷開．答：（1）磁化；斷開；（2）①浮球的質量應滿足條件：0.5kg＞m浮球＞0.3kg．②如圖所示．
【考點精析】利用阿基米德原理和磁化的概念對題目進行判斷即可得到答案，需要熟知阿基米德原理：浸在液體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于物體排開的液體所受的重力．這個規律叫做阿基米德原理，即 F浮= G排 =ρ液gv排；磁化：使原來沒有磁性的物體帶上磁性的過程．