《欧姆定律在电磁继电器中的应用》——2025年中考物理复习

欧姆定律在电磁继电器中的应用 一、电磁继电器核心知识 1.实质：利用电磁铁来控制工作电路的开关。 2.核心：电磁铁 3.电磁铁的优点： ①电磁铁磁性的有无，可以用电流的通断来控制。 ②电磁铁磁性的强弱，可以用电流的大小、线圈匝数的多少来控制。 ③电磁铁磁极的极性，可以用电流的方向来控制。 4.电磁铁应用： 二、学会“看”电路 1.控制电路和工作电路分开看： 控制电路 + 工作 电路 低电压、弱电流控制高电压、强电流工作电路。 2.控制电路——开关：控制工作电路 电磁铁——单刀双掷开关 3.工作电路——完整的电路（电源、用电器、开关、导线） 根据“关开”判断工作电路中“谁”工作。 例题1.防汛报警工作过程： ①控制电路的开关：小肚子 水面上升——浮子上浮——接触触点——电磁继电器工作——吸引衔铁 ②工作电路的开关：电磁铁 电磁铁吸引衔铁——工作电路下方接通——红灯亮、电铃响 例题2.如图是小军设计的短跑比赛“抢跑判断器”。运动员蹲在起跑器上后，工作人员闭合开关S1、S2，发令指示灯亮，运动员抢跑后，R0所受压力变小，电阻变小，电磁铁的磁性_______（填“增强”或“减弱”），其上端的_______（填“N”或“S”）极将衔铁吸下，抢跑指示灯_______（填“L1”或“L2”）亮，判定运动员抢跑。 审题：①左侧这一大块仅仅只是“动态开关”；②右侧工作电路——L1、L2关联。 解析： ①左侧——控制电路： 人抢跑——压力变小——压敏电阻R变小——电流增大——磁性增强——吸下衔铁 ②右侧——工作电路： 开关接通下方触点——L2灯亮 答案：增强；N；L2 三、重点：电磁学“右手安培定则” 定则只有两句话， 活学活用有方法。 安培定则（右手螺旋定则）：用右手握住螺线管，四指指向电流方向，大拇指所指的方向，就是螺线管的N极。 例题3.（2024年山东省菏泽市初中学业水平考题）植物生长需要适宜的环境湿度。某中学劳动实践小组为大棚内的植物“多肉”（适宜的环境湿度为30%~40%）设计了一个自动加湿装置，当环境湿度降至30%，加湿器恰好开始加湿，当环境湿度升至40%，加湿器恰好停止加湿，其电路如图所示。控制电路的电源电压U恒为6V，定值电阻R0为20Ω，湿敏电阻R的阻值随环境湿度的升高而减小，它的阻值与部分环境湿度对应关系如表所示。请完成下列问题（线圈电阻不计）： （1）闭合开关S1，电磁铁的上端是______极；通过电磁铁的电流越大，磁性越______； （2）闭合开关S1、S2，求衔铁恰好被吸下时控制电路的总功率； （3）若大棚内的植物换成牡丹（适宜的环境湿度为50%~70%），小明提出该加湿装置只更换电阻R0就能实现“当环境湿度降至50%，加湿器恰好开始加湿，当环境湿度升至70%，加湿器恰好停止加湿”，求更换后R0的阻值。 环境湿度 湿敏电阻R/Ω 70% 10 50% 20 40% 30 30% 40 【答案】（1）S；强；（2）0.72W；（3）40Ω 【解析】（1）判断电磁铁极性——右手安培定则： ①根据电源正负极标出螺线管上电流方向，向左。 ②伸右手用安培定则判断——电磁铁下端为N极，上端为S极。 电磁铁的磁性和电流的大小有关，通过电磁铁的电流越大，磁性越强。 （2）闭合开关S1、S2，控制电路中，定值电阻R0和湿敏电阻R串联，衔铁恰好被吸下时，湿度为40%，由表知，此时R=30Ω，则此时控制电路的总功率为： （3）加湿器恰好开始加湿和停止加湿控制电路中的电流不变，根据，则控制电路中的总电阻不变，由表知，环境湿度50%比30%相比，70%与40%相比，对应湿敏电阻R阻值均减小20，所以更换后R0的阻值应相比原来增加20，则更换后R0的阻值为： R0′=R0+20=20+20=40 四、欧姆定律在电磁继电器中的应用 例1.阅读某温控电路的介绍，回答问题。 ①左图是由热敏电阻Rt、电磁继电器、恒温箱（未画出）组成的温控电路；恒温箱位于工作电路A、B或C、D中；恒温箱用于保温。 ②电磁铁线圈的电阻R0=150Ω；电源甲的电压是6V，电源乙的 电压是220V。 ③恒温箱中的温度可被热敏电阻Rr感知，两者温度视作相等，热敏电阻的阻值随温度的变化情况如右图所示。 ④当线圈中的电流等于28mA时，继电器的衔铁恰能被吸下。 （1）恒温箱应接在A、B中还是C、D中，为什么？ 答：恒温箱中的温度高于设定值时，温敏电阻阻值较小，电磁铁中的电流较大，磁性较强，衔铁吸合，恒温箱停止工作，所以接在A、B中。 （2）在控制电路中串联一个定值电阻，恒温箱内的最高温度会 升高 。若增大电源甲的电压，恒温箱内的最高温度会 降低 。（以上选填“升高”、“降低工”或“不变”）。 原理分析：临界电流恒定，根据，R总=R0+Rt+R串 ∴ Rt↓ 根据，U↑ R总↑=R0+Rt ∴ Rt↑ 例2.阅读某冰柜的温控电路介绍，回答问题。 ①左图是由热敏电阻Rt、电磁继电器、冰柜（图中未画出）组成的温控电路；冰柜位于AB或CD中。 ②电磁继电器中电磁铁的线圈电阻R0为70Ω。控制电路中的电压U为11V。 ③冰柜的温度和热敏电阻Rt的温度相等；Rt的阻值随温度的变化关系如右图所示。 ④当电磁铁线圈中的电流等于11mA时，衔铁恰能被吸合；在吸合状态下，线圈中的电流小于100mA时，衔铁又会弹回。 （1）冰柜应接在AB中还是CD中，为什么？ 答：当冰柜中的温度 升高（较高） 时，R1的阻值变小（较小），线圈中的电流变大（较大），电磁铁磁性 增强 ，衔铁被吸合，冰柜 工作 （填工作状态），因此，冰柜应接在 CD 中。 （2）计算冰柜工作时的温度范围。 Tmax=－15℃ Tmin=－16℃ 临界电流恒定： ∴ Rt↑ t↓ （3）若为Rt并联一个定值电阻R，冰柜中的最高温度会 降低 ，最低温度会 降低 。（选填“升高”、“降低”或“不变”） 例3.左图是家用燃气报警器的电路图，R是气敏电阻，其阻值与燃气浓度的关系如右图所示。电源甲电压为3V，预设报警条件是气敏电阻周围空气中燃气浓度达到4%。出厂测试时，将报警器置于燃气浓度为4%的环境中，闭合开关，移动滑动变阻器Rx的滑片，线圈中的电流为30mA时，电磁铁恰能将衔铁吸下，工作电路中灯L2亮起，起到预警效果。 （1）小金认为报警时只有灯亮效果不佳，最好同时伴随警报声，所以建议加接一个蜂鸣器，蜂鸣器应与 L2 灯 并 联。 （2）当报警器报警时，下列处理方法正确的是 B 。 A.迅速打开排风扇 B.迅速打开门窗 （3）开关闭合前，电磁继电器中的弹簧长度 > 原长。（选填“>”、“<”或“=”） （4）要达到出厂要求时，滑动变阻器接入电路的电阻值是 60Ω 。 ∴ Rx=100Ω－40Ω=60Ω（40Ω为4%时的R） （5）为使气敏电阻周围空气中燃气浓度达到3%时就报警，容易实现的操作是 减小Rx接入电路的阻值 。 解析：容易实现操作，改变R→易，改变U→难。 临界电流恒定：根据，R总=R+Rx R：40Ω（4%）→45Ω（3%） Rx：60Ω→55Ω 方便的调节 调节电压，R↑，U↑ U′=3.15V（困难的调节） 例4.左图是家用燃气报警器的电路图，R是气敏电阻，其阻值与燃气浓度的关系如右图所示；控制电路和工作电路中的电压都是3V。R0是定值电阻，衔铁吸合、弹回的临界电流均为30mA；衔铁被吸合后，无论燃气浓度降低为多少，衔铁都不会弹回。 定值电阻R0不得大于________Ω。 解析：电流恒大于30mA，IR的min值： ∴ R0至少提供：I0=30mA－15mA=15Ma 并联电路的计算：以I为核心（可加，可减） 例5.为落实节能降耗，某同学设计并安装了如图甲的自动控制模拟电路，实现当气温升至30℃时，衔铁才能被电磁铁吸下，接通空调线路。热敏电阻Rt的阻值随温度变化情况如图乙。 （1）实际使用中发现：当气温在30℃上下波动时，空调线路会频繁接通断开，影响空调的正常使用。因此，该同学在图甲的基础上增加了一个定值电阻R0（图丙），实现空调线路接能后，气温降低到26℃以下时才自动切断，回升至30℃后才重新接通。 说出“气温从30℃降低至26℃时，空调线路不断开”的工作原理。（电路改进前后，衔铁刚被吸下时，电磁铁线圈中的电流大小不变；线圈电阻忽略不计） 答：气温高于30℃时，衔铁吸合，空调开始工作，同时，R0被接入控制电路，电磁铁中的电流突然变大，温度下降后，Rt变大，流过Rt的电流变小，但总电流不会立即小于临界电流，直至气温下降至26℃，衔铁才能弹回。 （2）计算R0的阻值。 解析：30℃时，Rt=20Ω℃，，临界电流 26℃时，Rt′=30Ω℃，I= It′+I0=0.15A I0=0.15A－0.1A=0.05A 例6.小明为敬老院老人设计了一款智能电热坐垫，能实现加热后自动保温。坐垫的电路如图所示，R0是安装在坐垫中的热敏电阻，其阻值随温度的升高而降低。 闭合开关S1、S2，坐垫启动高功率工作模式，当通过电磁铁的电流达到0.05A时，衔铁La和 Lb同时被吸引，坐垫转为低功率工作模式。当坐垫温度降低，通过电磁铁的电流为0.04A时，电磁铁无法吸住衔铁La和 Lb，La和 Lb恢复原位，坐垫又 转为高功率工作模式。坐垫在高功率和低功率模式之间切换，其温度维持在一定范围内。图中R1和R2的阻值均为12100Ω；在某次测试中，电热坐垫高功率工作和低功率工作用时均为10min。则本次测试中电热丝消耗的总电能为________J。 解析：工作电路处于低功率状态时，R1和R2串联，R总=R1+R2=1210Ω+1210Ω=2420Ω 工作电路处于高功率状态时，R1和R2并联， W高=P高t高=80W×10×60s=4.8×104J 消耗的总电能： W总=W低+W高=1.2×104J+4.8×104J=6×104J 例7.R0是安装在坐垫中的热敏电阻，其阻值随温度的变化如下表： 温度 20 25 30 35 39 40 41 42 43 44 45 50 55 60 65 阻值 600 480 390 300 240 230 220 210 200 190 180 150 120 100 85 小明想在控制电路中增加一个力敏电阻，以实现两个功能： ①1000N压力以下，坐垫最高温度不超过45℃； ②人离开后，坐垫始终低功率工作。 现有三种力敏电阻Ra、Rb、Rc，其阻值随压力变化如图乙所示。 力敏电阻在控制电路中的连接方式：________； 你选择的力敏电阻：________； 500N压力下，坐垫的温度范围是______________。 答案：选择电阻c与a并联接入电路；35~43℃。 解析：①（吸合） ∴ 加入力敏电阻，使I↑ I力=0.05A－A=A ∴ ac符合 ②F=0时，必能吸住，和t无关 令I力=0.05A ∴ c符合 500N时，R力=300Ω， 高转低：0.05A ∴ I0=0.05A－0.02A=0.03A tmax=43℃ 低转高：0.04A ∴ I0=0.04A－0.02A=0.02A tmin=35℃ ∴ 范围为：35~43℃ 由图像知道，这样随着压力减小，电阻减小，人离开后，电阻最小，500牛压力下力敏电阻是300Ω。 综上，应选用Rc与Ra并联， 电路处于低功率状态。 总结： 例题1和例题2用电器的位置选择，主要由敏感电阻的特性，用电器的工作目的共同确定。 描述选择依据时，从环境量的增大入手，过渡到电阻、电流、磁性，以用电器是否工作收尾。 控制电路的动态变化问题，临界电流恒定是解答核心。临界电流恒定，电压不变，总电阻不变，反之同步变化。 解答并联电路，多用电流条件，少用电阻条件，慎用总电阻公式，太容易算错，误解题意。 例题3和例题4在设计电路时，用电器的实际电压务必等于额定电压，这是教材课后习题（八年级上册欧姆定律的应用）出现过的设问，至今还未考察过，值得重视再重视。 进行动态调节时，一般的习题都认为调电阻和调电压都有效，实际计算会发现，调电压是非常困难的，实际难以成功。（如何将电源电压从3V方便的调节成3.15V？） 同样的，计算例题4这种并联电路时，多想可加减运算的电流条件，少想倒数和形式的电阻关系，因为小朋友真的不够聪明和细致！ 例题5和例题6两道有创意，有难度的中考题。台州这道空调题，以并联电路为载体，设计电流突变，以形成一个宽泛的调节空间（类似例4）。温州这道加热座椅题，通过告知吸合，断开电流不同，形成一个宽泛的调节空间（类似例2）。 我在设计题目时还是挺有心意的。台州卷的难点在于语言描述，温州卷的难点在于逻辑分析。温州卷加热座椅题，选择力敏电阻的设问，依然建立在并联电路加减电流的基础上。 可惜的是，三个曲线的设计实在是太粗糙了，学生容易猜出答案。还有一个槽点，功能2直接覆盖了功能1所设置的电阻条件，使功能1条件多余。原题没有考察0.05跟0.04的区别，我加以补充，中考题的情景挺好的，只是限制太多，敞开了出，跟保守的出，差别还是挺大的！ 五、综合应用 1.如图甲是科技小组设计的“智能温控小屋”简化电路，受控电路功本随时间的变化关系如图乙所示。当室温上升至28℃时冷却系统开始工作，当室温降至23℃时停止工作。Rt为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，当控制电路中的电流为0.15A时，衔铁刚好被吸下，控制电路电源电压恒为3V。定值电阻R0为100Ω线圈电阻忽略不计。 （1）受控电路30min内消耗的电能； （2）受控电路工作时，通过电阻R0的电流； （3）热敏电阻Rt的变化范围。 解析：（1）由图乙可知受控电路的冷却系统30min内工作20min，即t=20min=1200s，所消耗的电能： W=Pt=1200W×1200s=1.44×106J （2）当控制电路中的电流为0.15A时，衔铁刚好被吸下，受控电路工作，控制电路中R0和Rt并联， 则R0两端电压U0=U=3V，R0=100Ω通过R0的电流： （3）当控制电路中的电流为0.15A时，衔铁刚好被吸下（或衔铁即将被吸下），冷却系统工作，由图可知电流小于0.15A时，控制电路为热敏电阻Rt的简单电路，根据题意可知室温升至28℃时热敏电阻Rt的阻值最小，热敏电阻两端电压为Ut=U=3V，则热敏电阻的最小阻值： 由题意和图示可知，冷却系统工作后，控制电路中热敏电阻Rt和定值电阻R0并联，在降温过程中热敏电阻Rt的阻值会增大，则通过热敏电阻Rt的电流会减小，但此过程中衔铁一直被吸下，说明此过程中控制电路的总电流不小于0.15A，当室温降至23℃时，热敏电阻Rt的阻值最大，控制电路的总电流为0.15A，则此时通过热敏电阻的电流： It′=I－I0=0.15A－0.03A=0.12A 热敏电阻两端电压Ut=U=3V，所以热敏电阻的最大阻值： 由此可知热敏电阻的阻值变化范围：20~25Ω 2.国家规定燃气灶须安装熄火自动保护装置，在意外熄火（如汤水溢出）时，装置能自动关闭气路。如图为小华设计的模拟装置示意图：电源电压恒定，定值电阻的阻值为1009，线圈电阻不计。当电磁铁线圈中的电流I≤0.02A时，衔铁K被释放，从而关闭气路（未画出）启动保护，反之打开气路。热敏电阻Rt的阻值与温度的关系如表格所示，问： 温度t/℃ 20 40 60 80 120 热敏电阻Rt/℃ 500 240 150 100 50 （1）停止加热（意外熄火）后，随着Rt温度降低，线圈中电流将变______； （2）若滑动变阻器R接入电路的电阻为50Ω，当温度降到60℃时，装置启动保护。则控制电路的电源电压有多大? （3）在调试装置时，需满足以下两个条件： ①装置启动保护时，Rt的温度不高于80℃； ②为防止意外熄火后燃气泄漏的时间过长，装置启动保护时Rt的电功率应不超过0.06W； 为满足上述条件，滑动变阻器R接入电路的阻值范围是多少? 解析：（1）随着R1温度降低，其电阻变大，电路中的总电阻变大，根据欧姆定律知，线圈中电流将变小； （2）装置启动保护功能时，由题知此时电路中的电流I=0.02A， 根据图像甲知当温度降到60℃时热敏电阻Rt的阻值为150Ω， 根据知电源电压为： U=I（R1+R0+Rt）=0.02A×（50Ω+100Ω+ 150Ω）= 6V （4）设装置启动保护功能时电阻箱接入电路的阻值为R1′，Rt的温度为80℃，由图2中图线甲可知，热敏电阻的阻值Rt=100Ω， 此时电路的总电阻为： 由电阻的串联可得R1′的电阻为： R1=R总－Rt－R0=300Ω－100Ω－100Ω=100Ω 为防止意外熄火后燃气泄漏的时间过长，装置启动保护时Rt的电功率应不超过0.06W，设此时滑动变阻器的阻值为R1″， 此时电路中I=0.02A，Rt的最大电功率为0.06W 所以Pt = I2Rt′= 0.06W 即：（0.02A）2 ×Rt′= 0.06W 解得：Rt′ = 150Ω 此时滑动变阻器的阻值： R1″=R总－Rt′－R0= 300Ω－150Ω－100Ω=50Ω 所以，R接入电路阻值的范围： 50Ω≤R≤100Ω 故答案为：（1）小；（2）制电路的电源电压为6V （3）滑动变阻器R接入电路的阻值范围是：50Ω≤R≤100Ω 3.如图甲是某自动控温电热水器的电路图，其中控制电路电压恒为6V，R1为热敏电阻，置于水箱中产生的热量对水箱中水温的影响忽略不计，R1阻值随温度变化的关系如图乙所示，R2为可调电阻，用来设定电热水器的水温：R3、R4为纯电热丝，均置于水箱中，R3=22Ω；电磁铁线圈电阻忽略不计，当电磁铁电流达到0.2A时，继电器衔铁被吸下来：工作过程中，电源电压均保持不变。 （1）加热时电热丝R3的功率为多少?如果电热水器储有60kg的水，电路处于加热状态，正常工作1小时，产生的热量80%被水吸收，则水温升高了多少℃?【c水=4.2×103J/（kg·℃），结果保留1位小数】 （2）如果将电热水器水温设为60℃，R2的阻值应该调至多少Ω? （3）为了使恒温箱内设定的温度降低一些，请你想出一种办法? 解析：（1）分析甲图可知，当衔铁与上方触点接通时，电路中只有R3工作，为加热状态； 当衔铁与下方触点接通时，电路中R3与R4串联，一起工作，为保温状态； 加热时电热丝R3的功率为： 电路处于加热状态，正常工作1小时，产生的热： Q=W=Pt=2200W×3600s=7.92×106J 产生的热量80%被水吸收， Q吸=80%Q=80%×7.92×106J=6.336×106J 由Q吸=cmΔt变形得： （2）如果将热水器中的水温设置为60℃，此时控制电路中的电流刚好为0.2A， 由可知，此时控制电路的总电阻： 由图像可知，60℃时R1的阻值为10N，则R2的阻值为： R2=R总－R1=30Ω－10Ω=20Ω （3）由图乙可知，要降低恒温箱的设定温度，就要增大热敏电阻的阻值；但为了使衔铁吸合工作电流即线圈中的电流仍为0.2A，根据欧姆定律可知，应减小滑动变阻器连入的电阻值或增大电源电压。 答：（1）加热时电热丝R3的功率为2200W；水温升高了25.1℃； （2）R2的阻值应该调至20Ω； （3）减小滑动变阻器连入的电阻值或增大电源电压。 4.某同学利用热敏电阻为家中的灯暖型浴霸（一种取暖用的电器）设计了一温度可自动控制的装置，如图甲所示。“控制电路”中的热敏电阻R1的阻值随温度变化的曲线如图乙所示。电磁铁线圈可看成阻值为40Ω的纯电阻R0，电源电压为U1，“浴霸"共安装有2盏标有“220V 550W"”的灯泡L1、L2两只，当电磁铁线圈中电流大于或等于50mA时，继电器的衔铁被吸合，“浴霸”电路断开：当线圈中的电流小于或等于40mA时，继电器的衔铁被释放，使“浴霸”电路闭合。求： （1）工作电路闭合，两灯正常工作时通过电路的总电流。 （2）若浴室中的温度不得超过40℃，则控制电路的电源电压U1最小值是多少? （3）若电源U1电压恒定为12V，则将此装置放在浴室内，浴室内温度可控制在多大范围内? 分析：（1）由灯泡的铭牌可知额定电压和额定功率，根据求出每只灯泡正常发光时的电流，再根据并联电路的电流特点求出通过电路的总电流； （2）先从表格中找出温度为40℃时热敏电阻的阻值，然后利用串联电路电阻规律算出总电阻，最后用最小电流乘以总电阻算出最小电源电压值； （3）取临界情况，当电流为50mA时和当电流等于40mA时，知道电源电压U0，分别求出总电阻，利用串联电阻的特点求热敏电阻R1的大小，对应图象找出温度值，从而得到浴室内温度的变化范围． 解析：（1）由P=UI可得，每只灯泡正常发光时的电流： 通过电路的总电流： I总=2I=2×2.5A=5A （2）当R1温度为40℃时，其阻值R1=170Ω 因为R1和R0串联， 所以R总=R1+R0=170Ω+30Ω=200Ω 因此，控制电路的最小电压为： U1=I1R总=0.05A×200Ω=10V （3）取临界情况，当电流为I=50mA=0.05A时： 因为： 所以： R1=240Ω－R0=240Ω－30Ω=210Ω 由图可得对应的温度为32℃ 当电流为I′=40mA=0.04A时： R1′=300Ω－R0=300Ω－30Ω=270Ω 由图可得对应的温度为23℃； 由①②可知室内温度可控制在23℃~32℃范围内。 答：（1）工作电路闭合时，两灯正常工作时通过电路的总电流5A； （2）若浴室内的温度最高不得超过40℃，则控制电路的电源电压U1最小值为为10V； （3）若电源U1电压恒定为12V，则将此装置安放在浴室内，浴室内温度可控制的范围是23~32℃。 5.如图所示，是某科技活动小组的同学们设计的恒温箱内部电路结构示意图。她包括了工作电路和控制电路两部分，用于获得高于室温、控制在一定范围内的恒温。其中，R′为滑动变阻器，R为可变电阻，电磁铁整个线圈的电阻R0=20Ω，加热器的电阻R1=484Ω。当控制电路的电流I≥40mA时，电磁继电器的衔铁被吸引；当控制电路的电流I≤36mA时，电磁维电器的衔铁被弹簧拉起，则： （1）当该恒温箱处于加热状态时，工作电路的电流为多少? （2）如果当滑动变阻器的电阻R′=300Ω时，可变电阻R=180Ω时，衔铁恰好被拉起，控制电路的电源电压是多少?那么，当衔铁恰好被吸引时，滑动变阻器与可变电阻之和的最小电阻的阻值是多少? 答案：（1）100W；（2）18V；430Ω 解析：（1）当该恒温箱处于加热状态时，工作电路的功率为： （2）当衔铁恰好被拉起时，因为线圈与可变电阻、滑动变阻器串联 R总=R线+R′+R=20Ω+300Ω+180Ω=500Ω U=I小R总=0.036A×500Ω=18V 当衔铁恰好被吸引时，滑动变阻器和可变电阻的最小电阻的阻值是： R滑= R总小－R线=450Ω－20Ω=430Ω 6.如图所示，这是物理兴趣小组设计的汽车转向指示灯电路模型，指示灯的规格均为“6V 0.5A”，R0为6Ω的定值电阻，电磁铁线圈及衔铁的阻值忽略不计，电源电压为6V；根据要求回答下列问题： （1）当汽车正常直行时，转向开关应处于什么位置； （2）请你解释一下当汽车左转弯时，左转指示灯会较暗、较亮交替闪烁的工作原理； （3）当左转弯时，指示灯发光较暗时它两端的电压为多少。 解析：（1）汽车正常直行时，左转指示灯和右转指示灯均不亮，电路处于断开状态，所以转向开关应处于1和2的位置。 （2）当转向开关与触点4和5刚接通时，电磁铁中有电流通过，左转指示灯发光较暗，接着衔铁被吸下，触点A与B接通，电磁铁和电阻R被短路，左转指示灯发光较亮，此时由于电磁铁中没有电流通过，衔铁被弹簧拉上去，触点A与B分离，电磁铁中又有电流通过，随后电磁铁又将衔铁吸下，如此循环，左转指示灯会较暗、较亮交替闪烁。 （3）指示灯的规格均为“6V　0.5A”，由可得，指示灯的电阻为： 当左转弯时，指示灯发光较暗时，左转指示灯和R串联，电路中的总电阻为： R=RL+R0=12Ω+6Ω=18Ω 因为电磁铁线圈阻值不计，电路中电流为： 指示灯发光较暗时它两端的电压为： UL暗=IRL=A×12Ω4V 答：（1）开关应处于1和2的位置； （2）当转向开关与触点4和5刚接通时，电磁铁中有电流通过，左转指示灯发光较暗，接着衔铁被吸下，触点A与B接通，电磁铁和电阻R被短路，左转指示灯发光较亮，此时由于电磁铁中没有电流通过，衔铁被弹簧拉上去，触点A与B分离，电磁铁中又有电流通过，随后电磁铁又将衔铁吸下，如此循环，左转指示灯会较暗、较亮交替闪烁； （3）当左转弯时，指示灯发光较暗时它两端的电压为4V。 7.电梯为居民出入带来很大的便利，出于安全考虑，电梯都设置超载自动报警系统，其工作原理如图甲所示。已知控制电路的电源电压U=9V，保护电阻R1=200Ω，压敏电阻R2的阻值随压力F大小变化如图乙所示，电梯底架自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计。 （1）若电梯在20秒内将一位重600N的乘客匀速提升15米，求电梯对乘客做功的功率。 （2）当电磁铁线圈电流达到20毫安时：衔铁刚好被吸住。若该电梯厢内站立总质量为1000千克的乘客时，试通过计算说明电梯是否超载（g=10N/kg）。 （3）若R1换成50Ω，电梯厢内站立总重力为多少正好超载。 解析：（1）因为电梯克服乘客的重力做功，在20秒内将一位重600牛的乘客匀速提升15米， 所以做功的功率为： （2）电梯厢内站立总质量为1000千克的乘客时，电梯受到的压力等于乘客的重力，即： F=G=mg=1000kg×10N/kg=10000N 由图乙，当压力F=10000N，对应的压敏电阻阻值R2=100Ω 所以控制电路中的电流为： 因为30mA>20mA 所以此时电梯超载 （3）若R1换成50Ω，电梯正好超载时控制电路中的电流为20毫安=0.02A， 则此时控制电路中的总电阻为： 此时R2的电阻为： R2′=R总－R1′=450Ω－50Ω=400Ω 由图像知当R2的电阻为400Ω时，电梯厢内站立总重力为7000N时正好超载。 答：（1）电梯对乘客做功的功率为450W。 （2）当电磁铁线圈电流达到20毫安时，衔铁刚好被吸住。若该电梯厢内站立总质量为1000千克的乘客时，电梯超载； （3）若R1换成50N，电梯厢内站立总重力为7000N时正好超载。 8.小明家的饮水机具有自动加水和加热两种功能，烧水时，先按一下加水按钮，自吸泵把水从水桶抽到壶内，当壶内水位达到规定容量时，自吸泵自动停止抽水；再按一下加热按钮，加热装置将对壶内的水加热，如图所示。“控制电路”中的热敏电阻R1的阻值随温度变化的曲线如图所示。电磁铁线圈电阻可忽略不计，“饮水机”共安装有2根加热电热丝和一根保温电热丝，当电磁铁线圈中电流大于或等于50mA时，继电器的衔铁被吸合，使加热电路断开，保温电路工作。当线圈中的电流小于或等于40mA时，继电器的衔铁被释放，使加热电路闭合。电磁继电器的电源两端电压U=6V，饮水机的参数如表所示已知水的比热容c水=4.2×103J/（kg·℃），水的密度ρ水=1.0×103kg/m3，g取10N/kg，电热水机的铭牌数据如表。 产品型号 BH-X22 额定电压 220V 频率 50Hz 加热功率 1200W 保温功率 1.2W 容量 1.2L （1）电磁继电器的接线柱_______（M/N）应与家庭电路的火线相连。 （2）如果自吸泵抽水效率为60%，求自吸泵将1.2L水提升0.5m消耗的电能。 （3）加热电路中2根“220V 600W”电热丝的合理连接方式是_______（并联/串联）。 （4）为了实现温度控制，饮水机加热电热丝（图中未画出）应该选择接在以下的_______。 A.AD端 B.BC端 C.AB端 D.CD端 （5）假设饮水机内水温达到90℃时，温控电路就将电路切換到保温状态，此时滑动变阻器的阻值为_______Ω。 （6）现将滑动变阻器R2的阻值适当调小，则该饮水机的保温范围将比原来______（大/小）。 【答案】（1）M；（2）10J ；（3）并联；（4） C；（5）70Ω ；（6）大 加热和保温切换时的电流大小均不变，R2与R1串联的总阻值不变，当R2增大时，加热和保温切换时的R1均减小，但两状态之间R1的变化量相等，由图可知保温范围变大了。 【解析】（1）开关控制火线，电磁继电器衔铁相当于开关，故电磁继电器的接线柱M应与家庭电路的火线相连； （2）1.2L水的质量： m=ρ水V=1.0×103 kg/m3×1.2×10-3 m3=1.2kg 如果自吸泵抽水效率为60%（即电能转化为机械能的效率）， 则，自吸泵将1.2L水提升0.5m消耗的电能： （3）（4）当电磁铁线圈中电流大于或等于50mA时，继电器的衔铁被吸合，使加热电路断开，保温电路工作，由图1可知CD端接保温电热丝；当线圈中的电流小于或等于40mA时，继电器的衔铁被释放，使加热电路闭合，由图1可知AB端应接2根“220V 600W”的电热丝（表示其额定电压为220V，额定功率为600W），由表中数据，加热功率为1200W，故每根电热丝的功率为600W，每根电热丝都正常工作，合理连接方式是并联； （5）由图2知，当饮水机内水温达到90℃时，热敏电阻R1=50Ω，因当电磁铁线圈中电流大于或等于50mA时，继电器的衔铁被吸合，使加热电路断开，保温电路工作，根据电阻的串联和欧姆定律可得： 解得此时滑动变阻器的阻值为：R滑=70Ω （6）现将滑动变阻器R2的阻值适当调大，因加热和保温切换时的电流大小均不变，由欧姆定律可知，总阻值R不变，根据串联电路的电阻规律R=R2+R1，当R2增大时，加热和保温切换时的R1均减小，但两状态之间R1的变化量相等，由图2可知保温范围变大了。 9.某同学利用熱敏屯阻カ家中灯暖型“浴霸”（用电灯取暖的用电器）设计了一个温度可自动控制的装置，如图甲所示，“控制电路”中的热敏电阻R1的阻值随温度变化的曲线如圈乙所示，电磁铁线圈可看成阻值为20Ω的纯电阻R0，“浴霸”共安装有2盏标有“220V 440W”的灯泡，当电磁铁线圈中电流大于或等于50mA吋，继电器的衔铁被吸合，使“浴霸”电路断开；当线圈中的电流小于或等于40mA吋，继电器的衔铁被释放，使“浴霸”路闭合。求： （1）若浴室中的温度不得超过40℃，则控制电路的电源电压Ul最小值是多少? （2）若电源U1，电压恒定为12V，则将此装置放在浴室内，浴室内温度可控制在多大范内? 解析：（1）当R1温度为40℃时，其阻值R1=180Ω 因为R1和R串联，所以：R总=R1+R=180Ω+20Ω=200Ω 因此，控制电路的最小电压为： U1=I1R总=0.05A×200Ω=10V （3）取临界情况，当电流为I=50mA=0.05A时： 因串联电路中总电阻等于各分电阻之和， 所以，由可得： 则： R1=240Ω－R=240Ω－20Ω=220Ω 由图可得对应的温度为29℃ 当电流为I′=40mA=0.04A时： 因： 则R1′=300Ω－R=300Ω－20Ω=280Ω，由图可得对应的温度为22℃； 所以，室内温度可控制在22℃~29℃范围内. （2）若浴室中的温度不得超过40℃，则控制电路的电源电压U1最小值是10V； （3）若电源U1电压恒定为12V，则将此装置放在浴室内，浴室内温度可控制的范围为22℃~29℃。 10.如图甲是某多功能养生壶内部简化电路，由控制电路和工作电路两部分组成。R0为热敏电阻，其阻值随监测水温变化图象如图乙所示。控制电路电源电压为6V，R为滑动变阻器，电磁继电器线圈的电阻忽略不计，当继电器线圈电流达到5mA时，衔铁会被吸下。工作电路电源电压为220V，R1、R2为电加热丝，加热功率为1100W，保温功率为200W。求： （1）R1的阻值； （2）用加热挡将l kg的水从15℃加热至40℃，用时2min，则养生壶加热效率；【c水=4.2×103J/（kg·℃）】 （3）使用烧水功能时需设定水温达到100℃时停止加热，进行保温，则滑动变阻器接入电路阻值R； （4）换用花茶功能时，为了避免破坏营养成分，需调低停止加热时的设定水温，请说出一种调节的办法。 解析：（1）当继电器线圈电流达不到5mA时，衔铁不会被吸下，此时工作电路中只有电阻R1工作，电阻较小，根据知电路处于加热状态； 当继电器线圈电流达到5mA时，衔铁会被吸下，此时工作电路中两电阻串联，电阻较大，根据知电路处于保温状态； R1的电阻为： （2）1kg的水从15℃加热到40℃，水吸收的热量： Q吸=c水m（t－t0）=4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（40℃－15℃）=1.05×105J 加热挡时养生壶消耗的电能为： W=P加热t=1100W×2×60s=1.32×105J 养生壶的效率为： （3）使用烧水功能时，需设定水温达到100℃时停止加热，由图乙R0的电阻为500Ω， 此时电路的总电阻为： 此时电阻器R接入电路的阻值为： R滑=R总′－R0=1200Ω－500Ω=700Ω （4）换用花茶功能时，为了避免破坏营养成分，需调低停止加热时的设定水温，从图乙可知R0的电阻变大，为了使衔铁吸合工作电流即线圈中的电流仍为5mA，根据知电路的总电阻不变，根据串联电路电阻的规律知滑动变阻器的电阻需要减小，将滑片向右移动。 答：（1）R1的阻值为44Ω； （2）养生壶加热效率是79.5%； （3）使用烧水功能时，需设定水温达到100℃时停止加热，进行保温，则滑动变阻器R接入电路阻值应调为700Ω； （4）将滑片向右移动。 第 18 页 共 22 页 学科网（北京）股份有限公司 $$