专题07 电与力结合综合分析问题-2025年中考科学二轮热点题型归纳与变式演练（浙江专用）

专题07 电与力结合综合分析问题 目 录 01 题型综述 02 解题攻略 提分秘籍 知识点一、电磁铁 知识点二、电磁继电器 知识点三、非纯电阻电路功率的分析与计算 典例剖析 题型1欧姆定律与力的结合 题型2电磁继电器与力的结合 题型3电动机与力的结合 03 中考练场 简单电路与力学基础结合 常以基本的串联或并联电路为基础，结合物体的受力分析。涉及电路中的电流、电压、电阻的计算，以及利用二力平衡等知识求解物体所受的力。如在一个简单的串联电路中，已知电源电压和电阻阻值，计算出电路中的电流，同时分析与电路中某一元件相连的物体在水平面上静止时所受的摩擦力等。 通电螺线管与简单机械结合 常出现通电导线在磁场中受力与杠杆、滑轮等简单机械的组合。结合磁场对通电导线的作用和简单机械的省力、费力原理等知识。 一、审题 仔细阅读题目，圈出关键信息，如已知的电量、电压、电流、电阻、力的大小、物体的质量、运动状态等。明确题目所描述的物理情境，判断是电路与简单机械结合，还是通电导线在磁场中与力学的结合等。 二、分析 电路分析：确定电路的连接方式，分析电路中电流的路径，判断电表测量的对象，根据题目条件判断电路中电阻、电流、电压的变化情况。 受力分析：对物体进行受力分析，画出受力示意图，明确物体受到哪些力的作用，判断物体的受力状态是平衡还是非平衡。若物体处于平衡状态，根据二力平衡或多力平衡条件列出等式； 找出联系：找到电学量和力学量之间的联系，例如通过电流的变化引起电磁铁磁性的变化，从而导致对物体的吸引力变化；或者物体的运动导致电路中电阻变化，进而影响电流、电压等。 三、解题 根据分析过程，选择合适的公式进行计算。如果是力的平衡问题，根据平衡条件列方程求解；如果涉及电路计算，根据欧姆定律、电功率公式等进行计算。对于综合性较强的问题，可能需要分步计算，先求出一些中间量，再逐步求解最终答案。计算过程中要注意单位的统一。 【提分秘籍】 知识点一、电磁铁 （1）电磁铁的特点 ①磁性的有无可通过通断电流来控制； ②磁极的极性可通过改变电流的方向来实现； ③磁性的强弱可通过改变电流大小、线圈的匝数来控制。 （2）电磁铁在实际生活中的应用 ①对磁性材料有力的作用。主要应用在电铃、电磁起重机、电磁刹车装置和许多自动控制装置上； ②产生强磁场。现代技术上很多地方需要的强磁场都是由电磁铁提供的，如磁浮列车、磁疗设备、测量仪器以及研究微观粒子的加速器等。 知识点二、电磁继电器 电磁继电器的电路包括低压控制电路、高压工作电路两部分，如图所示。 控制电路接通时，电磁铁产生磁性吸下衔铁，动、静触点接触，接通工作电路；控制电路断开时，电磁铁失去磁性，在弹簧作用下释放衔铁，动、静触点分离，工作电路断开。从而通过控制电路的通断来控制工作电路的通断。 知识点三、非纯电阻电路功率的分析与计算 (1)电动机的功率和效率 ①电动机的输入功率是电动机消耗的总功率,P入=P总=UI=P出+P热 ②电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率,P热=I2r=P入-P热 ③电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率,P出=P入-P热=IU-I2r=Fv ④电动机的效率:η=P出/P入 (2)串、并联电路的总功率 ①串联电路:P总=UI=(U1+U2+U3+…)I=P1+P2+P3+ ②并联电路:P总=UI=U(I1+I2+I3+…)=P1+P2+P3+ 从能量转化的角度看,无论是串联电路还是并联电路,无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路,电路消耗的总功率均等于电路中各部分消耗的功率之和 注意事项 ①电动机不转动时: 无机械能输出，电能全部转化为内能，不转的时候是用来求线圈内阻r所以W电=Q;P 电=P 热=I2R. ②电动机正常工作时: a.电流做功是所消耗的总能量W电=UIt;电流做功的功率P电=UI; b.工作时所产生的热能Q=W热=I2rt;其发热功率P=I2r; c.所转化的机械能 W机=W电-W热=UIt-I2rt;转化的机械能功率P机=P电-P热=UI-I2r 【典例剖析】 题型1欧姆定律与力的结合 [例题1] （2024秋•杭州校级期末）在学习了电路的相关知识后，某项目化学习小组制作了一个体重秤，图甲是其电路结构图，R0为定值电阻，秤盘下方的电阻R为压敏电阻，其阻值随所受压力大小的变化关系图像如图乙所示。已知电源电压为6V保持不变，电压表量程0～3V，电流表量程0～0.6A。 （1）现要将电表改装为体重显示屏，要求体重越大，电表示数越大；你会选择哪个电表进行改装 （选填“电压表”或“电流表”）。 （2）当R0＝20Ω，电压表的示数为2V，则站在体重秤上人的重力为 牛。 （3）保持体重秤的结构和电表量程不变，若想增大称量范围，可采取的改进方法有 。 [例题2] 如图甲、乙所示，某科技小组自制了一个测量水的深度的装置，它由测量头和控制盒构成，测量头的测量面是一个涂有绝缘漆的面积为2cm2的压敏电阻R1，R1的电阻随水对它的压力F的变化关系如图丙所示，控制盒内有一个定值电阻R0和一个最大阻值为90Ω的滑动变阻器R2，电源电压保持不变，通过电路调节，可使控制盒的功率达最大值Pm，科技小组通过控制盒的功率最小值和Pm的比值来标记水的深度，不计导线的电阻，电压表的量程为0﹣3V．科技小组在确保电路安全的情况下，进行如下的操作：ρ水＝1.0×103kg/m3；g取10N/kg） （1）R1未放入水中时，闭合S，断开S1，将R2的滑片移至最上端。此时电压表示数达到最大值，R0的电功率为P0，求：R1未放入水中时的电阻为 Ω。 （2）测量头放到水下深度h1＝10m时，闭合S，断开S1，将R2的滑片移至某一位置时，R0的电功率为P0′，电路的总功率为P总，R1的电功率为P已知P0：P0′＝9：4，P总：P1＝6：1，求：此时R0两端的电压为 V。 （3）测量头放到水下深度h2＝3m时。调节电路，控制盒的最小功率与Pm的比值为 。 [例题3] （2024•鹿城区校级二模）某型号电开水器既能加热煮水，又能贮水保温。其结构示意图如图甲所示，电路原理图如图乙所示。 【电路简介】 工作电路：冷水由进水口进入煮水箱，当水位达到设定高度后，浮球浮起，带动连杆和活塞转动，堵住进水口，同时开关S2自动闭合，煮水箱中的电热丝R1开始加热。水沸腾后经出水管溢出到贮水箱，煮水箱水位下降，进水口打开，开始进水，同时S2自动断开。重复上述过程，直至贮水箱中的水量达到设定值，由贮水箱中的电热丝R2加热保温。 控制电路：电磁铁La和Lb完全相同，当通过的电流增大到I吸时，衔铁K1、K2被吸起；当通过的电流减小到Ⅰ放时，衔铁K1、K2被释放，I吸＞Ⅰ放；压敏电阻RP可感知贮水箱中的水量，其阻值随水量的增大而减小；热敏电阻Rr可感知贮水箱中的水温，其阻值随水温的增大而减小。 （1）在图甲中，浮球、连杆和活塞这一整体属于简单机械中的 。 （2）在某次调试过程中，小明监测并记录30分钟内通过A点的电流大小，见表。已知R1＜R2，工作电路电源电压为220伏，则在这30分钟内，电热丝R1消耗的电能为多少焦？ 时间 前10分钟 中间10分钟 后10分钟 电流 10安 10秒钟电流为零，50秒钟电流为10安；如此反复进行。 15秒钟电流为3安，45秒钟电流为零；如此反复进行。 （3）请结合图甲、乙说明随着煮水箱中的水不断沸腾溢出到贮水箱后，该电开水器能实现自动贮水保温的工作原理。 。 题型2电磁继电器与力的结合 [例题4] （2023春•滨江区校级期中）智能扫地机器人（如图甲）可通过灰尘传感器自动寻找清扫灰尘，通过电动机旋转、产生高速气流将灰尘等吸入集尘盒。图乙为其部分工作原理图，控制电路电源电压U为4.5V，定值电阻R0＝12Ω，R为光敏电阻，其阻值随光照强度E（单位：cd）的变化如图丙所示。 （1）当地面灰尘增多，空气的透光程度减弱，使照射到光敏电阻上的光照强度减弱，B触头与静触头 （选填“A”或“C”）接触，则电动机工作；反之指示灯亮，从而达到自动控制的目的。 （2）若电压表示数小于等于3V时，电动机开始工作。求电压表示数为3V时，光照强度为多少？ （3）若要增加光照强度，电动机仍在电压表示数≤3V时开始工作，你可以怎么做？（请写出两种方法） [例题5] （2024秋•北仑区期末）入冬，温度骤降。为了避免鱼缸中的热带鱼抵抗不了低温，老师发布任务要求。 设计一款自动加热装置放在鱼缸中，并将相关指标设计了量表（如表所示） 评价指标 10分 5分 0分 加热效率 加热功率大于30W 加热功率在15﹣30W之间 加热功率小于15W 自动化 能在低温时自动加热，高温时自动断开 能在低温时自动加热，但高温时无法自动断开 无法自动加热 小科利用电磁铁设计以下电路，在工作电路中电源电压U0为12V，电热丝电阻R0为6Ω；控制电路中电源电压U1为6V，电磁铁对衔铁的吸引力在不同电流和不同距离下的大小关系如图乙所示，Rx为热敏电阻，阻值随水温的变化规律如图丙所示，电磁铁和衔铁的阻值忽略不计： （1）请通过计算分析小科的设计在加热效率指标上所得分数。 （2）针对自动化指标，小科的设计能达到10分。当温度降到一定值，衔铁被吸起，工作电路连通，开始加热；当温度上升到一定值，衔铁自动掉落，工作电路断开，停止加热。若小科选择的衔铁质量为0.5千克，请计算小科该设计能保证鱼缸的最低温度为多少。 （3）若小科想利用该装置，使鱼缸的最高水温稍微提高一些，可以采取以下措施 。（写出一点即可） [例题6] （2024•江北区一模）如图甲所示是某项目化小组模拟自动灌注的模型示意图，该装置可分为灌注装置和运输装置两部分。通过运输装置中的传送带将空杯运输到灌注台，灌注装置在控制电路的控制下，使线圈1定时吸引衔铁将工作电路接通，喷头向杯中注入果汁。灌注台下方有压敏电阻R2，其阻值随压力F的变化情况如图乙所示，空杯、传送带、灌注台对R2的压力均忽略不计。当通过线圈2的电流大于或等于0.2A时，电动机内部开关闭合，传送带将带着装有果汁的杯子移动至接收台。 （1）当果汁灌入杯中时，通过线圈2的电流将 。 （2）运输装置中，电源电压U3＝1.2V，线圈2电阻不计。若R3的阻值为2Ω，求该情况下每杯至少可灌注多少克的果汁。 （3）为使喷头可以间断性喷射，控制电路的电源电压U1呈图丙周期性变化，线圈1电阻不计，当通过线圈1的电流I≥0.5A时，电磁继电器衔铁被吸下，喷头喷射果汁，已知喷头每秒喷出果汁质量为200g。若每次灌注240g果汁，为使灌果汁的过程可连续且稳定地进行，则应调节R1的阻值为多少欧？ 题型3电动机与力的结合 [例题7] （2024秋•镇海区期末）小科用迷你电动机制成了一台升降机模型，如图。电路中直流电动机的线圈电阻为2Ω，R0是阻值为10Ω的定值电阻，电源电压保持24V不变，闭合开关S，当电动机正常工作时，匀速提升重为10N的物体，此时电压表示数为14V。（忽略温度对电阻的影响） （1）电动机正常工作时，通过它的电流是 。 （2）电动机正常工作时，R0的电功率是 W。 （3）若电动机正常工作5s，可使物体上升的高度是 。 [例题8] （2024秋•浙江期末）玻璃是由炽热的玻璃液体冷却后形成的。受油滴能在水面均匀分布开来的启发，科研人员发明了一种制取平板玻璃的方法。其主要过程是让玻璃液体浮于某溶液表面上，冷凝后用真空吸盘吊运，如图所示。 （1）该方法的关键是能否找到会浮起玻璃液体的一种溶液，你认为这种溶液应具备的物理特征是 （写出一点即可）。 （2）已知一块平板玻璃质量为50kg，电动机工作时，两端的电压为220V，通过它的电流为4A，对滑轮组的钢绳的拉力为400N，在10s内将上述玻璃板提升1m，求在此过程中：（均写出计算过程） ①克服玻璃板重力做的功。 ②滑轮组的机械效率。 ③电动机线圈的电阻。 [例题9] （2024秋•温州期末）电梯是高层建筑中上下楼的重要工具，主要由电动机、曳引轮、导向轮、轿厢、配重及钢缆组成。曳引轮和导向轮固定在楼顶支架上。钢缆一侧连接轿厢，另一侧连接配重。电动机通过转动曳引轮来拉动钢缆，通过调整曳引轮的转向来改变轿厢的运动方向。配重的使用能降低电动机的能耗。 （1）根据电梯的工作原理，判断导向轮的滑轮类型是 。 （2）若轿厢达到最大乘客量1000千克，并匀速上升25米，则该过程轿厢对乘客做功 焦。 （3）在轿厢上升过程中，使用配重能减少电动机消耗电能，请分析原因。 。 [例题10] （2024秋•余姚市月考）太阳能、风能等新能源并网发电由于不同时间光照强度和风力强度的变化，会导致瞬时发电功率变化，从而导致发电量和用电量不匹配而冲击电网，为解决这一问题，新型储能新技术正在不断涌现，比如锂离子电池储能、压缩空气储能、飞轮储能、重力储能等。其中重力储能具备安全、长寿命、长时储能等优点，如图所示为其中一种重力储能技术：当电力过剩时，用起重机将混凝土块从低处吊到高处，将电能转化成混凝七块的重力势能；当电力不足时，将混凝土块从高处放到低处，通过发电机将重力势能转化为电能，起重机中的电动机可以在横杆上移动，每一个混凝土块质量为35吨，回答下列问题。（电动机重、动滑轮重、绳重及摩擦均不计） （1）图乙是起重机X、Y挂钩上的钢丝绳穿绳简化示意图，为了吊起一个混凝土块，钢丝绳能承受的拉力不得小于多少牛？ （2）若此时起重机X正吊起一个混凝土块，且中心点距中心杆的距离为18m，起重机Y中心点距中心杆的距离为30m并连接地面的混凝土块C，此时杠杆恰好平衡，则此刻混凝土块C对地面的压力是多少N？ （3）江苏省如东100MWh重力储能项目是全球首个百兆瓦级的重力储能项目。在用电需求较低的时候，电动机和发电机为升降系统提供动力，该系统将重达35吨的混泥土块拖到空中100米的高度，一旦需要能量，再降低混泥土块用于发电，若降低100米，发电效率为85%，本次操作有多少机械能转化为电能？ [练习1] 为了节约用水，很多地方建有雨水蓄水池，下雨时，雨水通过专用管道流入蓄水池；未蓄满水时灯泡发光；当达到警戒水位时，控制电路中电流为60mA，衔铁刚好被吸合，工作电路会启动排水泵，将水排出，保证蓄水池的安全；图甲是蓄水池水位监测及排水电路的简化示意图；已知控制电路的电源电压保持3V不变，电阻R是定值电阻，线圈阻值忽略不计，压敏电阻RF装在蓄水池底部的压力传感器中，其阻值与蓄水池内水位深度的关系如图乙所示； （1）通电后，螺线管上端为 （选填“N”或“S”）极。 （2）当蓄水池中未蓄水时，电流表的示数为40mA，求R的阻值。 。 （3）达到警戒水位时，水位深度为 米。 （4）要想增大蓄水池的警戒水位深度，可对原控制电路做出的改进是 。 [练习2] （2024春•洞头区期中）近年来，温州将游泳项目纳入体育中考。若同学在练习游泳时没有做好热身，可能会发生溺水的危险。为此某科学兴趣小组开展制作防溺水装置的项目化学习。 【项目名称】制作自动防溺水手环。 【相关资料】如图甲是智能识别防溺水手环装置的示意图，当心跳传感器检测到人体脉搏心率大于100次/分钟，同时装置达到设定的水深h时，系统即判定为溺水，立即启动气囊救生装置，打开液体气瓶对救生气囊充气，带动人体浮出水面。 【方案设计】小组同学讨论后，利用磁性开关和压敏电阻对防溺水手环的智能识别电路部分进行设计，要求当磁性达到一定值时，气囊救生装置中的磁性开关自动闭合。 （1）【器材选择】根据上述要求，该兴趣小组的同学从实验室选择所需器材，其中，电源电压U1恒为2伏，滑动变阻器规格为“2安 100欧”，磁性开关是一种常开型开关如图乙，该开关在没有外力作用的情况下处于打开状态，当有人拨动开关按钮或由自动装置控制开关拨动时，开关闭合。要想实现防溺水手环的功能，他们选择的压敏电阻R1的阻值大小随压力大小变化的图像应为 。 A.B. C.D. （2）【项目调试】该组同学组装好电路后开始测试，闭合开关S，发现当压敏电阻受到的压力为5N时，气囊救生装置开始工作，已知滑动变阻器Rp＝40Ω，计算此时使磁性开关刚闭合时电流为多大？（心跳传感器与电磁铁的电阻忽略不计） （写出具体的计算过程）。 （3）【项目评价与反思】若在实际操作过程中发现该气囊救生装置不到限定深度h便启动了，可以如何改进电路？ （任写两种方法）。 [练习3] （2024•绍兴模拟）根据电动扶梯“有人乘时运行较快，无人乘时运行较慢”的特点，项目化学习小组设计了它的工作电路如图甲。该电路由“控制电路”和“工作电路”两部分组成，其中“控制电路”由压敏电阻R、滑动变阻器R1电磁铁、电压为9伏的电源U1等组成，压敏电阻的阻值与所受压力的变化关系如图乙；“工作电路”由电源、电动机、定值电阻等组成。无人乘时电动扶梯以较慢的速度运行，当控制电路的电流增大到设定值10毫安，衔铁被吸下，电动机功率增大，电动扶梯运行速度变快。（电磁铁线圈电阻忽略不计） （1）请将图甲中“工作电路”补充完整，使电路设计能满足实际工作情况的需要。 （2）根据图乙，压敏电阻所受的压力F增大，压敏电阻R的阻值将 （选填“增大”、“不变”或“减小”）。 （3）若滑动变阻器R1接入电路的阻值为300欧，某次运行时，通过电磁铁线圈的电流恰好达到10毫安，则此时电动扶梯载重为多少？ （4）在保持设定电流10毫安不变的情况下，若要使自动扶梯在更小的载重下就能实现快速运行，如何改进？（写出一点改进意见） [练习4] （2024秋•临海市校级月考）为解决老年人的出行困难，许多老旧小区加装了电梯并设置了超载自动报警系统，其工作原理如图甲所示。控制电路中的电流增大，电磁铁的磁性增强，当电磁铁线圈电流增大至20毫安时，衔铁被电磁铁吸住，电铃发出警报声，电梯超载；压敏电阻阻值与受到的压力关系如图乙所示。 （1）由乙图可知，压敏电阻R2的阻值随压力的增大而 。 （2）已知控制电路的电源电压U为8伏，保护电阻R为200欧。若该电梯厢内乘客总质量为800千克时，通过计算说明电梯是否超载。（电梯底架自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计） （3）如果想要降低电梯的限载质量，应该如何改动控制电路 （写出一种方法即可）。 [练习5] （2024春•衢州期末）电动车若充电时间过长，电池发热容易引发火灾，应及时断电，以防过热着火。 【问题分析】现实生活中人们无法随时注意电池温度而及时断电，于是某科学兴趣小组设计了充电保护开关。 【电路简介】工作原理如图甲所示。控制电路由电压为U2的电源、电磁继电器（线圈电阻不计）、热敏电阻R1和定值电阻R2组成，R1阻值随电池温度改变而发生的变化如图乙所示，充电电路由电压为L2电源和电池组成。当电池温度达45℃时，衔铁刚好被吸合，R2和充电电路会自动断电，当电池温度降到35℃时，衔铁刚好被释放，R2和充电电路又会自动通电。这样既能防止温度过高，又能保证电池能充满电。当图甲中开关S闭合时，电磁铁的上端为 极（填“N”或“S”）。 【电路设计】请根据上述要求，请在答题卷相应图中将充电电路连接完整。 【元件选择】若U1＝6V，该充电保护开关要满足上述设计要求，则定值电阻R2阻值为多少？ 【评价与反思】小组成员小科同学认为当夏季气温超过35℃后，电动车将无法进行充电，于是同学们接着开始新的设计.... [练习6] （2023秋•江北区期末）智能家居已经悄然走入我们的生活，智能扫地机器人（如图甲）可通过灰尘传感器自动寻找灰尘清扫，通过电动机旋转、产生高速气流将灰尘等吸入集尘盒。智能扫地机器人的工作原理可简化成图乙。当地面灰尘增多，使照射到光敏电阻上的光照强度减弱，改变电磁铁的磁性，从而达到自动控制工作。控制电路电源电压为6伏，定值电阻R0＝14欧，R为光敏电阻，其阻值随光照强度E（单位cd）的变化如图丙所示。线圈的阻值忽略不计。 （1）地面灰尘增多，衔铁B将与 （填“A”或“C”）触点连接。 （2）闭合开关S，如果当线圈中的电流大于或等于0.3A时，继电器的衔铁被吸合，此时光敏电阻接收到的光照强度至少为多少cd （写出计算过程）。 （3）如表为该智能扫地机器人部分工作参数。为了能使扫地机器人长时间扫地，电动机不会过热。可通过其自带的智能开关将工作电路设定为扫地20分钟，然后待机5分钟，如此循环工作。则机器人充满电开始连续工作，其中扫地时间最长为多少分钟 （写出计算过程）。 额定工作电压 10伏 额定功率 40瓦 电池总容量 5.9安时 待机指示灯额定功率 5瓦 （4）为了使智能扫地机器人在地面的灰尘更少时也能开始工作，他应该如何改进扫地机器人的控制电路。 （写出一种）。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题07 电与力结合综合分析问题 目 录 01 题型综述 02 解题攻略 提分秘籍 知识点一、电磁铁 知识点二、电磁继电器 知识点三、非纯电阻电路功率的分析与计算 典例剖析 题型1欧姆定律与力的结合 题型2电磁继电器与力的结合 题型3电动机与力的结合 03 中考练场 简单电路与力学基础结合 常以基本的串联或并联电路为基础，结合物体的受力分析。涉及电路中的电流、电压、电阻的计算，以及利用二力平衡等知识求解物体所受的力。如在一个简单的串联电路中，已知电源电压和电阻阻值，计算出电路中的电流，同时分析与电路中某一元件相连的物体在水平面上静止时所受的摩擦力等。 通电螺线管与简单机械结合 常出现通电导线在磁场中受力与杠杆、滑轮等简单机械的组合。结合磁场对通电导线的作用和简单机械的省力、费力原理等知识。 一、审题 仔细阅读题目，圈出关键信息，如已知的电量、电压、电流、电阻、力的大小、物体的质量、运动状态等。明确题目所描述的物理情境，判断是电路与简单机械结合，还是通电导线在磁场中与力学的结合等。 二、分析 电路分析：确定电路的连接方式，分析电路中电流的路径，判断电表测量的对象，根据题目条件判断电路中电阻、电流、电压的变化情况。 受力分析：对物体进行受力分析，画出受力示意图，明确物体受到哪些力的作用，判断物体的受力状态是平衡还是非平衡。若物体处于平衡状态，根据二力平衡或多力平衡条件列出等式； 找出联系：找到电学量和力学量之间的联系，例如通过电流的变化引起电磁铁磁性的变化，从而导致对物体的吸引力变化；或者物体的运动导致电路中电阻变化，进而影响电流、电压等。 三、解题 根据分析过程，选择合适的公式进行计算。如果是力的平衡问题，根据平衡条件列方程求解；如果涉及电路计算，根据欧姆定律、电功率公式等进行计算。对于综合性较强的问题，可能需要分步计算，先求出一些中间量，再逐步求解最终答案。计算过程中要注意单位的统一。 【提分秘籍】 知识点一、电磁铁 （1）电磁铁的特点 ①磁性的有无可通过通断电流来控制； ②磁极的极性可通过改变电流的方向来实现； ③磁性的强弱可通过改变电流大小、线圈的匝数来控制。 （2）电磁铁在实际生活中的应用 ①对磁性材料有力的作用。主要应用在电铃、电磁起重机、电磁刹车装置和许多自动控制装置上； ②产生强磁场。现代技术上很多地方需要的强磁场都是由电磁铁提供的，如磁浮列车、磁疗设备、测量仪器以及研究微观粒子的加速器等。 知识点二、电磁继电器 电磁继电器的电路包括低压控制电路、高压工作电路两部分，如图所示。 控制电路接通时，电磁铁产生磁性吸下衔铁，动、静触点接触，接通工作电路；控制电路断开时，电磁铁失去磁性，在弹簧作用下释放衔铁，动、静触点分离，工作电路断开。从而通过控制电路的通断来控制工作电路的通断。 知识点三、非纯电阻电路功率的分析与计算 (1)电动机的功率和效率 ①电动机的输入功率是电动机消耗的总功率,P入=P总=UI=P出+P热 ②电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率,P热=I2r=P入-P热 ③电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率,P出=P入-P热=IU-I2r=Fv ④电动机的效率:η=P出/P入 (2)串、并联电路的总功率 ①串联电路:P总=UI=(U1+U2+U3+…)I=P1+P2+P3+ ②并联电路:P总=UI=U(I1+I2+I3+…)=P1+P2+P3+ 从能量转化的角度看,无论是串联电路还是并联电路,无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路,电路消耗的总功率均等于电路中各部分消耗的功率之和 注意事项 ①电动机不转动时: 无机械能输出，电能全部转化为内能，不转的时候是用来求线圈内阻r所以W电=Q;P 电=P 热=I2R. ②电动机正常工作时: a.电流做功是所消耗的总能量W电=UIt;电流做功的功率P电=UI; b.工作时所产生的热能Q=W热=I2rt;其发热功率P=I2r; c.所转化的机械能 W机=W电-W热=UIt-I2rt;转化的机械能功率P机=P电-P热=UI-I2r 【典例剖析】 题型1欧姆定律与力的结合 [例题1] （2024秋•杭州校级期末）在学习了电路的相关知识后，某项目化学习小组制作了一个体重秤，图甲是其电路结构图，R0为定值电阻，秤盘下方的电阻R为压敏电阻，其阻值随所受压力大小的变化关系图像如图乙所示。已知电源电压为6V保持不变，电压表量程0～3V，电流表量程0～0.6A。 （1）现要将电表改装为体重显示屏，要求体重越大，电表示数越大；你会选择哪个电表进行改装 （选填“电压表”或“电流表”）。 （2）当R0＝20Ω，电压表的示数为2V，则站在体重秤上人的重力为 牛。 （3）保持体重秤的结构和电表量程不变，若想增大称量范围，可采取的改进方法有 。 【解答】解：由图甲可知，压敏电阻R与定值电阻R0串联，电流表测电路中的电流，电压表测压敏电阻R两端的电压； （1）体重越大时，压敏电阻受到的压力越大，由图乙可知压敏电阻R的阻值越小，则电路的总电阻越小，电路中的电流越大，由串联分压原理可知压敏电阻R两端的电压越小，即电压表的示数越小，定值电阻R0的电压越大，故电流表可以作为显示屏； （2）当R0＝20Ω，电压表的示数为UR＝2V， 定值电阻R0两端的电压：U0＝U﹣UR＝6V﹣2V＝4V， 此时电路中的电流：I＝IR＝I00.2A， 此时压敏电阻的阻值：R10Ω； 根据乙图可知，此时压力F＝1000N；根据压力的大小等于重力，则站在体重秤上人的重力为1000N； （3）保持体重秤的结构和电表量程不变，电流表量程0～0.6A，根据电流表示数最大为0.6A时，所测体重最大（即所测体重最大时，电路中电流保持0.6A不变）；要增大称量范围，即压敏电阻受到的压力更大，其阻值更小，由欧姆定律可知，应减小电源电压。 答：（1）电流表；（2）1000；（3）减小电源电压。 [例题2] 如图甲、乙所示，某科技小组自制了一个测量水的深度的装置，它由测量头和控制盒构成，测量头的测量面是一个涂有绝缘漆的面积为2cm2的压敏电阻R1，R1的电阻随水对它的压力F的变化关系如图丙所示，控制盒内有一个定值电阻R0和一个最大阻值为90Ω的滑动变阻器R2，电源电压保持不变，通过电路调节，可使控制盒的功率达最大值Pm，科技小组通过控制盒的功率最小值和Pm的比值来标记水的深度，不计导线的电阻，电压表的量程为0﹣3V．科技小组在确保电路安全的情况下，进行如下的操作：ρ水＝1.0×103kg/m3；g取10N/kg） （1）R1未放入水中时，闭合S，断开S1，将R2的滑片移至最上端。此时电压表示数达到最大值，R0的电功率为P0，求：R1未放入水中时的电阻为 Ω。 （2）测量头放到水下深度h1＝10m时，闭合S，断开S1，将R2的滑片移至某一位置时，R0的电功率为P0′，电路的总功率为P总，R1的电功率为P已知P0：P0′＝9：4，P总：P1＝6：1，求：此时R0两端的电压为 V。 （3）测量头放到水下深度h2＝3m时。调节电路，控制盒的最小功率与Pm的比值为 。 【解答】解： （1）R1未放入水中时，受到的水的压力为0，由图像可知，此时R1＝30Ω； （2）R1未放入水中时，由图知，闭合S，断开S1，将R2的滑片移至最上端，此时R0、R1串联，电压表示数达到最大值3V， 由串联电路特点和欧姆定律可得，电路中电流：I①， 测量头放到水下深度h1＝10m时，R1受到压力： F＝pS＝ρghS＝1.0×103kg/m3×10N/kg×10m×2×10﹣4m2＝20N， 由图像知，此时压敏电阻R1的阻值为R1'＝10Ω， 此时，闭合S，断开S1，将R2的滑片移至某一位置时，R0、R2、R1串联， 由P＝I2R有：，可得：R总＝60Ω， 电路中电流：I'②， ，所以， 由①②可得：，解得：R0＝10Ω， 当闭合S，断开S1，将R2的滑片移至最上端，电压表示数达到最大值3V， 此时电路中电流：I＝I00.3A， 所以：I'I0.3A＝0.2A， 所以测量头在水深10m时，R0两端的电压为：U0'＝I'R0＝0.2A×10Ω＝2V； （3）由串联电路特点和欧姆定律可得，电源电压： U＝I（R0+R1）＝0.3A×（10Ω+30Ω）＝12V， 当两开关都闭合时，压敏电阻R1被短路，R0、R2串联，当电压表示数最大时电流最大，此时控制盒两端的电压最大为U控大＝U＝12V， 电路中最大电流：I最大0.3A， 所以控制盒的功率达最大值： Pm＝U控大I最大＝12V×0.3A＝3.6W； 测量头放到水下深度h2＝3m时，R1受到压力： F'＝p'S＝ρghS＝1.0×103kg/m3×10N/kg×3m×2×10﹣4m2＝6N， 由图像知，此时压敏电阻R1的阻值为R1″＝20Ω， ①当变阻器R2连入阻值最大时，控制电路的总电阻最大为R控＝R0+R2大＝10Ω+90Ω＝100Ω，电流最小，P控有最小值， 则：P控最小1＝（）2×R控＝（）2×100Ω＝1W； ②当电压表示数为3V时，即U0最大＝3V时，电流中电流最大，则I最大0.3A， 此时R1两端的电压：U1＝I最大R1″＝0.3A×20Ω＝6V， 控制盒两端的电压：U控＝U﹣U1＝12V﹣6V＝6V， 此时控制盒功率：P控最小2＝U控I最大＝6V×0.3A＝1.8W， 因P控最小1＜P控最小2，故P控最小＝1W； 所以控制盒的最小功率与Pm的比值为1W：3.6W＝5：18。 故答案为：（1）30；（2）2；（3）5：18。 [例题3] （2024•鹿城区校级二模）某型号电开水器既能加热煮水，又能贮水保温。其结构示意图如图甲所示，电路原理图如图乙所示。 【电路简介】 工作电路：冷水由进水口进入煮水箱，当水位达到设定高度后，浮球浮起，带动连杆和活塞转动，堵住进水口，同时开关S2自动闭合，煮水箱中的电热丝R1开始加热。水沸腾后经出水管溢出到贮水箱，煮水箱水位下降，进水口打开，开始进水，同时S2自动断开。重复上述过程，直至贮水箱中的水量达到设定值，由贮水箱中的电热丝R2加热保温。 控制电路：电磁铁La和Lb完全相同，当通过的电流增大到I吸时，衔铁K1、K2被吸起；当通过的电流减小到Ⅰ放时，衔铁K1、K2被释放，I吸＞Ⅰ放；压敏电阻RP可感知贮水箱中的水量，其阻值随水量的增大而减小；热敏电阻Rr可感知贮水箱中的水温，其阻值随水温的增大而减小。 （1）在图甲中，浮球、连杆和活塞这一整体属于简单机械中的 。 （2）在某次调试过程中，小明监测并记录30分钟内通过A点的电流大小，见表。已知R1＜R2，工作电路电源电压为220伏，则在这30分钟内，电热丝R1消耗的电能为多少焦？ 时间 前10分钟 中间10分钟 后10分钟 电流 10安 10秒钟电流为零，50秒钟电流为10安；如此反复进行。 15秒钟电流为3安，45秒钟电流为零；如此反复进行。 （3）请结合图甲、乙说明随着煮水箱中的水不断沸腾溢出到贮水箱后，该电开水器能实现自动贮水保温的工作原理。 。 【解答】解：（1）当水位高时，浮球受到浮力的作用上浮，以O为支点，活塞下移堵住进水口，故浮球、连杆和活塞整体是简单机械的杠杆； （2）测试中30分钟，电阻丝R1消耗的电能W＝I1Ut＝10A×220V×（600s+50s×10）＝2.42×106J； （3）贮水箱贮水工作原理：是通过煮水箱中的水不断沸腾溢流到贮水箱，当贮水箱的水量到达设定值时，压敏电阻的阻值Rr较小，控制电路中的RP支路的电流达到I吸，衔铁K1被吸起，切断加热电阻R1工作回路，停止煮水箱水的溢流； 贮水箱保温工作原理：当贮水箱水温较高时，热敏电阻的阻值较小，控制电路RT支路中的电流到达I吸，衔铁K2被吸起，贮水箱保温电路切断，当贮水箱中的水温较低时，热敏电阻的阻值变大，控制电路RT支路中的电流达到I放，贮水箱保温电路接通，电阻R2工作，进行贮水箱保温。 故答案为：（1）杠杆；（2）电热丝R1消耗的电能是2.42×106；（3）见解答。 题型2电磁继电器与力的结合 [例题4] （2023春•滨江区校级期中）智能扫地机器人（如图甲）可通过灰尘传感器自动寻找清扫灰尘，通过电动机旋转、产生高速气流将灰尘等吸入集尘盒。图乙为其部分工作原理图，控制电路电源电压U为4.5V，定值电阻R0＝12Ω，R为光敏电阻，其阻值随光照强度E（单位：cd）的变化如图丙所示。 （1）当地面灰尘增多，空气的透光程度减弱，使照射到光敏电阻上的光照强度减弱，B触头与静触头 （选填“A”或“C”）接触，则电动机工作；反之指示灯亮，从而达到自动控制的目的。 （2）若电压表示数小于等于3V时，电动机开始工作。求电压表示数为3V时，光照强度为多少？ （3）若要增加光照强度，电动机仍在电压表示数≤3V时开始工作，你可以怎么做？（请写出两种方法） 【解答】解：（1）当地面灰尘增多，使空气的透光程度减弱，使照射到光敏电阻上的光照强度减弱，光敏电阻变大，电流变小，磁性减弱，弹簧将衔铁拉起，B触头与静触头A接触，电动机工作，反之，指示灯亮，从而达到自动控制的目的。 （2）由图乙可知，控制电路中，光敏电阻与定值电阻串联，电压表测量定值电阻两端电压； 电压表示数为3V时，定值电阻R0的电流为：I0.25A； 光敏电阻两端的电压：U′＝U﹣U0＝4.5V﹣3V＝1.5V， 光敏电阻的电阻：R6Ω，由图丙可知，当光敏电阻的电阻为6Ω时，光照强度为3cd； （3）由图丙可知，当光照强度增强时，光敏电阻的阻值变小，在R0不变时，由串联分压的规律可知光敏电阻分得的电压变小，若要电动机仍在电压表示数≤3V时开始工作，由串联电路的电压特点可知应减小电源电压； 当光照强度增强时，光敏电阻的阻值变小，若电源电压不变，仍要电动机在电压表示数≤3V时开始工作，则此时光敏电阻分得电压不变，由分压规律可得，因R的阻值减小，则应减小R0的阻值才能满足要求，即更换阻值更小的定值电阻。 [例题5] （2024秋•北仑区期末）入冬，温度骤降。为了避免鱼缸中的热带鱼抵抗不了低温，老师发布任务要求。 设计一款自动加热装置放在鱼缸中，并将相关指标设计了量表（如表所示） 评价指标 10分 5分 0分 加热效率 加热功率大于30W 加热功率在15﹣30W之间 加热功率小于15W 自动化 能在低温时自动加热，高温时自动断开 能在低温时自动加热，但高温时无法自动断开 无法自动加热 小科利用电磁铁设计以下电路，在工作电路中电源电压U0为12V，电热丝电阻R0为6Ω；控制电路中电源电压U1为6V，电磁铁对衔铁的吸引力在不同电流和不同距离下的大小关系如图乙所示，Rx为热敏电阻，阻值随水温的变化规律如图丙所示，电磁铁和衔铁的阻值忽略不计： （1）请通过计算分析小科的设计在加热效率指标上所得分数。 （2）针对自动化指标，小科的设计能达到10分。当温度降到一定值，衔铁被吸起，工作电路连通，开始加热；当温度上升到一定值，衔铁自动掉落，工作电路断开，停止加热。若小科选择的衔铁质量为0.5千克，请计算小科该设计能保证鱼缸的最低温度为多少。 （3）若小科想利用该装置，使鱼缸的最高水温稍微提高一些，可以采取以下措施 。（写出一点即可） 【解答】解：（1）在工作电路中电源电压U0为12V，电热丝电阻R0为6Ω，则加热功率为：P24W， 由量表可知，小科的设计在加热效率指标上所得分数为5分； （2）衔铁的重力为：G＝mg＝0.5kg×10N/kg＝5N； 当电磁铁距衔铁s＝4cm，温度降到一定值，衔铁被吸起，此时电磁铁对衔铁的吸引力F＝G＝5N，由图乙可知，控制电路中的电流为0.4A，此时控制电路中电流较大，由欧姆定律可知热敏电阻Rx的阻值较小，结合图像可知此时鱼缸的温度较低； 则Rx的阻值为：Rx15Ω，由图丙可知，此时鱼缸的温度为9℃，即小科该设计能保证鱼缸的最低温度为9℃； （3）当衔铁质量增大时，由G＝mg可知，其重力增大，电磁铁对衔铁的吸引力也增大，由图乙可知，此时控制电路中吸合和释放时的电流变化量也增大，由欧姆定律可知，热敏电阻的阻值变化量也增大，由图丙可知，水温的变化量也增大，即增大衔铁质量，可以增大水温的变化范围。 [例题6] （2024•江北区一模）如图甲所示是某项目化小组模拟自动灌注的模型示意图，该装置可分为灌注装置和运输装置两部分。通过运输装置中的传送带将空杯运输到灌注台，灌注装置在控制电路的控制下，使线圈1定时吸引衔铁将工作电路接通，喷头向杯中注入果汁。灌注台下方有压敏电阻R2，其阻值随压力F的变化情况如图乙所示，空杯、传送带、灌注台对R2的压力均忽略不计。当通过线圈2的电流大于或等于0.2A时，电动机内部开关闭合，传送带将带着装有果汁的杯子移动至接收台。 （1）当果汁灌入杯中时，通过线圈2的电流将 。 （2）运输装置中，电源电压U3＝1.2V，线圈2电阻不计。若R3的阻值为2Ω，求该情况下每杯至少可灌注多少克的果汁。 （3）为使喷头可以间断性喷射，控制电路的电源电压U1呈图丙周期性变化，线圈1电阻不计，当通过线圈1的电流I≥0.5A时，电磁继电器衔铁被吸下，喷头喷射果汁，已知喷头每秒喷出果汁质量为200g。若每次灌注240g果汁，为使灌果汁的过程可连续且稳定地进行，则应调节R1的阻值为多少欧？ 【解答】解：（1）运输装置控制电路中，R2、R3串联接入电路， 由乙图可知压敏电阻的阻值随压力的增大而减小， 串联电路总电阻等于各部分电阻之和，果汁灌入杯中时，电路总电阻变小，根据欧姆定律可知通过线圈2的电流将变大； （2）闭合开关，R2、R3串联接入电路，当线圈电流大于0.2A时，可使延时开关接通，此时串联电路总电阻：R6Ω， 串联电路总电阻等于各部分电阻之和，则R2的阻值：R2＝R﹣R3＝6Ω﹣2Ω＝4Ω， 由乙图可知力敏电阻受到的压力为3N，则G＝F＝3N， 单次灌注液体的质量：m0.3g＝300g； （3）喷头每秒喷出液体质量为200g，某次液体灌注的标准为240g，则喷灌时间为1.2s， 灌注装置控制电路中，由图丙可知电压在1.8s内由0V增大到18V，又由18V减小到0V，所以0.3s～0.9s～1.5s时间段内电源电压为6V～18V～6V，故在该时间段内喷头喷射液体， 当线圈中通过的电流I≥0.5安时，电磁继电器衔铁被吸下，则R1的阻值：R112Ω。 题型3电动机与力的结合 [例题7] （2024秋•镇海区期末）小科用迷你电动机制成了一台升降机模型，如图。电路中直流电动机的线圈电阻为2Ω，R0是阻值为10Ω的定值电阻，电源电压保持24V不变，闭合开关S，当电动机正常工作时，匀速提升重为10N的物体，此时电压表示数为14V。（忽略温度对电阻的影响） （1）电动机正常工作时，通过它的电流是 。 （2）电动机正常工作时，R0的电功率是 W。 （3）若电动机正常工作5s，可使物体上升的高度是 。 【解答】解：（1）根据由图可知，电动机和R0串联，电压表测量电动机两端的电压， 根据串联电路的电压特点可知，R0两端的电压：U0＝U﹣UM＝24V﹣14V＝10V， 根据串联电路的电流特点和欧姆定律可知，电动机正常工作时，通过它的电流：IM＝I01A； （2）电动机正常工作时，R0的电功率：P0＝U0I0＝10V×1A＝10W； （3）电动机正常工作5s消耗的电能：WM＝UMIMt＝14V×1A×5s＝70J， 电动机电动机正常工作5s，线圈产生的热量：QRMt＝（1A）2×2Ω×5s＝10J， 则电动机正常工作5s对物体所做的功：W有用＝WM﹣Q＝70J﹣10J＝60J， 由W＝Gh可知，物体上升的高度：h6m。 故答案为：（1）1A；（2）10；（3）6m。 [例题8] （2024秋•浙江期末）玻璃是由炽热的玻璃液体冷却后形成的。受油滴能在水面均匀分布开来的启发，科研人员发明了一种制取平板玻璃的方法。其主要过程是让玻璃液体浮于某溶液表面上，冷凝后用真空吸盘吊运，如图所示。 （1）该方法的关键是能否找到会浮起玻璃液体的一种溶液，你认为这种溶液应具备的物理特征是 （写出一点即可）。 （2）已知一块平板玻璃质量为50kg，电动机工作时，两端的电压为220V，通过它的电流为4A，对滑轮组的钢绳的拉力为400N，在10s内将上述玻璃板提升1m，求在此过程中：（均写出计算过程） ①克服玻璃板重力做的功。 ②滑轮组的机械效率。 ③电动机线圈的电阻。 【解答】解：（1）密度比玻璃液体的密度大、沸点比玻璃液体温度高； （2）①平板玻璃的重力为：G＝mg＝50kg×10N/kg＝500N； 克服玻璃板的重力做的功：W有＝Gh＝500N×1m＝500J； ②对滑轮组做的总功：W总＝Fs＝400N×2m＝800J； 所以滑轮组的机械效率为：； ③电动机工作时消耗的电能为： W＝UIt＝220V×4A×10s＝8800J 则转化的内能为： Q＝W﹣W有＝8800J﹣800J＝8000J； 根据焦耳定律Q＝I2Rt得： 电动机线圈的电阻为：。 故答案为：（1）密度比玻璃液体的密度大、沸点比玻璃液体温度高；（2）①500J；②62.5%；③50Ω。 [例题9] （2024秋•温州期末）电梯是高层建筑中上下楼的重要工具，主要由电动机、曳引轮、导向轮、轿厢、配重及钢缆组成。曳引轮和导向轮固定在楼顶支架上。钢缆一侧连接轿厢，另一侧连接配重。电动机通过转动曳引轮来拉动钢缆，通过调整曳引轮的转向来改变轿厢的运动方向。配重的使用能降低电动机的能耗。 （1）根据电梯的工作原理，判断导向轮的滑轮类型是 。 （2）若轿厢达到最大乘客量1000千克，并匀速上升25米，则该过程轿厢对乘客做功 焦。 （3）在轿厢上升过程中，使用配重能减少电动机消耗电能，请分析原因。 。 【解答】解：（1）由题知，电梯的工作原理导向轮位置固定不变，所以是定滑轮； （2）轿厢达到最大乘客量时，乘客的重力： G＝mg＝1000kg×10N/kg＝104N， 轿厢对乘客做功： W＝Gh＝104N×25m＝2.5×105J； （3）轿厢上升过程中，受到竖直向下的重力，竖直向上的有电动机提供向上拉力和配重提供的拉力，这样电动机能提供的拉力小于轿厢和乘客的总重力，可以减小电动机的输出功率，从而减小电动机消耗电能，达到节能的目的。 故答案为：（1）定滑轮；（2）2.5×105；（3）使用配重使电动机能提供的拉力小于轿厢和乘客的总重力，可以减小电动机的输出功率，从而减小电动机消耗电能。 [例题10] （2024秋•余姚市月考）太阳能、风能等新能源并网发电由于不同时间光照强度和风力强度的变化，会导致瞬时发电功率变化，从而导致发电量和用电量不匹配而冲击电网，为解决这一问题，新型储能新技术正在不断涌现，比如锂离子电池储能、压缩空气储能、飞轮储能、重力储能等。其中重力储能具备安全、长寿命、长时储能等优点，如图所示为其中一种重力储能技术：当电力过剩时，用起重机将混凝土块从低处吊到高处，将电能转化成混凝七块的重力势能；当电力不足时，将混凝土块从高处放到低处，通过发电机将重力势能转化为电能，起重机中的电动机可以在横杆上移动，每一个混凝土块质量为35吨，回答下列问题。（电动机重、动滑轮重、绳重及摩擦均不计） （1）图乙是起重机X、Y挂钩上的钢丝绳穿绳简化示意图，为了吊起一个混凝土块，钢丝绳能承受的拉力不得小于多少牛？ （2）若此时起重机X正吊起一个混凝土块，且中心点距中心杆的距离为18m，起重机Y中心点距中心杆的距离为30m并连接地面的混凝土块C，此时杠杆恰好平衡，则此刻混凝土块C对地面的压力是多少N？ （3）江苏省如东100MWh重力储能项目是全球首个百兆瓦级的重力储能项目。在用电需求较低的时候，电动机和发电机为升降系统提供动力，该系统将重达35吨的混泥土块拖到空中100米的高度，一旦需要能量，再降低混泥土块用于发电，若降低100米，发电效率为85%，本次操作有多少机械能转化为电能？ 【解答】解：（1）每一个混凝土块质量为：m＝35t＝35×103kg＝3.5×104kg， 则混凝土块的重力：G＝mg＝3.5×104kg×10N/kg＝3.5×105N， 由图乙可知该装置为动滑轮，由于电动机重、动滑轮重、绳重及摩擦均不计，则钢丝绳能承受的最小拉力为：； （2）杠杆恰好平衡时，FX＝G＝3.5×105N，LX＝18m，LY＝30m， 根据杠杆平衡条件可得FXLX＝FYLY，则：FY2.1×105N， 根据力的合成可得混凝土块C对地面的压力：F＝G﹣FY＝3.5×105N﹣2.1×105N＝1.4×105N； （3）降低100米，重力做功为：W＝Gh＝3.5×105N×100m＝3.5×107J， 因发电效率为85%，则本次操作可发电为：W′＝W×85%＝3.5×107J×85%＝2.975×107J。 [练习1] 为了节约用水，很多地方建有雨水蓄水池，下雨时，雨水通过专用管道流入蓄水池；未蓄满水时灯泡发光；当达到警戒水位时，控制电路中电流为60mA，衔铁刚好被吸合，工作电路会启动排水泵，将水排出，保证蓄水池的安全；图甲是蓄水池水位监测及排水电路的简化示意图；已知控制电路的电源电压保持3V不变，电阻R是定值电阻，线圈阻值忽略不计，压敏电阻RF装在蓄水池底部的压力传感器中，其阻值与蓄水池内水位深度的关系如图乙所示； （1）通电后，螺线管上端为 （选填“N”或“S”）极。 （2）当蓄水池中未蓄水时，电流表的示数为40mA，求R的阻值。 。 （3）达到警戒水位时，水位深度为 米。 （4）要想增大蓄水池的警戒水位深度，可对原控制电路做出的改进是 。 【解答】解：（1）根据安培定则，通电后，螺线管上端为S极； （2）当蓄水池中未蓄水时，电流表的示数为40mA，此时控制电路中的总电阻为：R总75Ω； 此时压敏电阻的阻值为RF＝30Ω；所以R＝R总﹣RF＝75Ω﹣30Ω＝45Ω； （3）达到警戒水位时，控制电路中电流为60mA，此时的压敏电阻的阻值为： R'R45Ω＝5Ω； 根据图乙可知：此时蓄水池中水的深度为：h＝2m； （4）要想增大蓄水池的警戒水位，此时压敏电阻的阻值变小，保证启动电流不变，此时应该换用阻值更大的定值电阻。 故答案为：（1）S；（2）45Ω；（3）2；（4）增大R的阻值。 [练习2] （2024春•洞头区期中）近年来，温州将游泳项目纳入体育中考。若同学在练习游泳时没有做好热身，可能会发生溺水的危险。为此某科学兴趣小组开展制作防溺水装置的项目化学习。 【项目名称】制作自动防溺水手环。 【相关资料】如图甲是智能识别防溺水手环装置的示意图，当心跳传感器检测到人体脉搏心率大于100次/分钟，同时装置达到设定的水深h时，系统即判定为溺水，立即启动气囊救生装置，打开液体气瓶对救生气囊充气，带动人体浮出水面。 【方案设计】小组同学讨论后，利用磁性开关和压敏电阻对防溺水手环的智能识别电路部分进行设计，要求当磁性达到一定值时，气囊救生装置中的磁性开关自动闭合。 （1）【器材选择】根据上述要求，该兴趣小组的同学从实验室选择所需器材，其中，电源电压U1恒为2伏，滑动变阻器规格为“2安 100欧”，磁性开关是一种常开型开关如图乙，该开关在没有外力作用的情况下处于打开状态，当有人拨动开关按钮或由自动装置控制开关拨动时，开关闭合。要想实现防溺水手环的功能，他们选择的压敏电阻R1的阻值大小随压力大小变化的图像应为 。 A.B. C.D. （2）【项目调试】该组同学组装好电路后开始测试，闭合开关S，发现当压敏电阻受到的压力为5N时，气囊救生装置开始工作，已知滑动变阻器Rp＝40Ω，计算此时使磁性开关刚闭合时电流为多大？（心跳传感器与电磁铁的电阻忽略不计） （写出具体的计算过程）。 （3）【项目评价与反思】若在实际操作过程中发现该气囊救生装置不到限定深度h便启动了，可以如何改进电路？ （任写两种方法）。 【解答】解：（1）当磁性达到一定值时，气囊救生装置中的磁性开关自动闭合，说明深度增大时，压力增大，磁性增强，电路中电流增大，故电压减小，符合题意是D。 （2）当压敏电阻受到的压力为5N时，根据D图压敏电阻R1＝60Ω，滑动变阻器Rp＝40Ω，电路的总电阻R＝R1+Rp＝40Ω+60Ω＝100Ω； 电路中的电流I0.02A； （3）若在实际操作过程中发现该气囊救生装置不到限定深度h便启动了，说明压敏电阻较大时，电流达到了动作电流，故应减小电流，即增大滑动变阻器的电阻。 故答案为：（1）D；（2）0.02A；（3）增大滑动变阻器的电阻。 [练习3] （2024•绍兴模拟）根据电动扶梯“有人乘时运行较快，无人乘时运行较慢”的特点，项目化学习小组设计了它的工作电路如图甲。该电路由“控制电路”和“工作电路”两部分组成，其中“控制电路”由压敏电阻R、滑动变阻器R1电磁铁、电压为9伏的电源U1等组成，压敏电阻的阻值与所受压力的变化关系如图乙；“工作电路”由电源、电动机、定值电阻等组成。无人乘时电动扶梯以较慢的速度运行，当控制电路的电流增大到设定值10毫安，衔铁被吸下，电动机功率增大，电动扶梯运行速度变快。（电磁铁线圈电阻忽略不计） （1）请将图甲中“工作电路”补充完整，使电路设计能满足实际工作情况的需要。 （2）根据图乙，压敏电阻所受的压力F增大，压敏电阻R的阻值将 （选填“增大”、“不变”或“减小”）。 （3）若滑动变阻器R1接入电路的阻值为300欧，某次运行时，通过电磁铁线圈的电流恰好达到10毫安，则此时电动扶梯载重为多少？ （4）在保持设定电流10毫安不变的情况下，若要使自动扶梯在更小的载重下就能实现快速运行，如何改进？（写出一点改进意见） 【解答】解：（1）有人乘坐时，压力大，则压敏电阻的阻值小，根据欧姆定律可知，控制电路中的电流变大，电磁铁磁性增强，衔铁被吸下；工作电路中的电梯运行快，说明工作电路中的电流大，根据欧姆定律可知，电路中的电阻小，故应该只让电动机接入电路； 无人乘时，压力小，则压敏电阻的阻值大，根据欧姆定律可知，控制电路中的电流变小，电磁铁磁性减弱，衔铁被拉起；无人乘时运行较慢，说明工作电路中的电流小，根据欧姆定律可知，电路的总电阻大，则电动机和定值电阻串联，如图所示： ； （2）根据图像乙可知，当压力增大时，压敏电阻的阻值变小，即压敏电阻的阻值随压力的增大而减小； （3）控制电路中，定值电阻R1与压敏电阻R串联，且R1＝300Ω，通过电磁铁线圈的电流恰好达到10毫安，即I＝10mA＝0.01A，根据欧姆定律，此时电路中的总电阻为： R总 根据串联电路中电阻的规律，此时压敏电阻阻值为： R＝R总﹣R1＝900Ω﹣300Ω＝600Ω 由图乙可知，此时压敏电阻的阻值为600Ω时，对电梯的压力为： F＝400N； 对电梯的压力也就是电动扶梯的载重，因此电动扶梯载重为： G＝F＝400N。 （4）要求质量更小的人站上电梯就能使其较快运行，质量变小，重力变小，则对电梯的压力变小，根据图甲可知，此时力敏电阻的阻值变大，控制电路的总电阻变大，根据欧姆定律可知，电路中的电流变小，由于吸合电流不变，要使此时的电流达到吸合电流，则需要增大电路中的电路，故采取的方法是：①减小电路的总电阻，即滑动变阻器R1接的滑片向左移动；②增大电源电压。 [练习4] （2024秋•临海市校级月考）为解决老年人的出行困难，许多老旧小区加装了电梯并设置了超载自动报警系统，其工作原理如图甲所示。控制电路中的电流增大，电磁铁的磁性增强，当电磁铁线圈电流增大至20毫安时，衔铁被电磁铁吸住，电铃发出警报声，电梯超载；压敏电阻阻值与受到的压力关系如图乙所示。 （1）由乙图可知，压敏电阻R2的阻值随压力的增大而 。 （2）已知控制电路的电源电压U为8伏，保护电阻R为200欧。若该电梯厢内乘客总质量为800千克时，通过计算说明电梯是否超载。（电梯底架自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计） （3）如果想要降低电梯的限载质量，应该如何改动控制电路 （写出一种方法即可）。 【解答】解：（1）从乙图可知，压敏电阻R2的阻值随压力的增大而减小； （2）控制电路中的设定电流为20mA＝0.02A，由欧姆定律得，控制电路超载时的总电阻为： R总400Ω， 控制电路中两电阻串联，由串联电路中的电阻规律知：R总＝R1+R2，则R2＝R总﹣R1＝400Ω﹣200Ω＝200Ω， 由图乙知，R2＝200Ω时，电梯的载重为9000N，当该电梯厢内乘客总质量为800千克时，电梯厢内乘客总重力为：G＝mg＝800kg×10N/kg＝8000N＜9000N，说明电梯没有超载。 （3）根据报警电流不变，电源电压不变时，电路的总电阻不变，降低电梯的限载质量，增大了压敏电阻大小，故减小保护电阻R1的大小。 [练习5] （2024春•衢州期末）电动车若充电时间过长，电池发热容易引发火灾，应及时断电，以防过热着火。 【问题分析】现实生活中人们无法随时注意电池温度而及时断电，于是某科学兴趣小组设计了充电保护开关。 【电路简介】工作原理如图甲所示。控制电路由电压为U2的电源、电磁继电器（线圈电阻不计）、热敏电阻R1和定值电阻R2组成，R1阻值随电池温度改变而发生的变化如图乙所示，充电电路由电压为L2电源和电池组成。当电池温度达45℃时，衔铁刚好被吸合，R2和充电电路会自动断电，当电池温度降到35℃时，衔铁刚好被释放，R2和充电电路又会自动通电。这样既能防止温度过高，又能保证电池能充满电。当图甲中开关S闭合时，电磁铁的上端为 极（填“N”或“S”）。 【电路设计】请根据上述要求，请在答题卷相应图中将充电电路连接完整。 【元件选择】若U1＝6V，该充电保护开关要满足上述设计要求，则定值电阻R2阻值为多少？ 【评价与反思】小组成员小科同学认为当夏季气温超过35℃后，电动车将无法进行充电，于是同学们接着开始新的设计.... 【解答】解：（1）根据安培定则知，电流从上方后侧流入，上方为N极； （2）根据温度升高达45℃时，衔铁刚好被吸合，充电电路会自动断电，则电池接在动触点上，电源接上方的触点，如图所示： （3）当电池温度达45℃时R1＝15Ω，衔铁刚好被吸合，R2和充电电路会自动断电，设电路中的电流为I；根据欧姆定律知U＝I（R1+R2），即6V＝I（15Ω+R2）——① 当电池温度降到35℃时R1＝30Ω，衔铁刚好被释放，断开前是R2被短路的，根据欧姆定律知U＝I（R1+R2），即6V＝I×30Ω——②； 联立①②解得R2＝15Ω。 [练习6] （2023秋•江北区期末）智能家居已经悄然走入我们的生活，智能扫地机器人（如图甲）可通过灰尘传感器自动寻找灰尘清扫，通过电动机旋转、产生高速气流将灰尘等吸入集尘盒。智能扫地机器人的工作原理可简化成图乙。当地面灰尘增多，使照射到光敏电阻上的光照强度减弱，改变电磁铁的磁性，从而达到自动控制工作。控制电路电源电压为6伏，定值电阻R0＝14欧，R为光敏电阻，其阻值随光照强度E（单位cd）的变化如图丙所示。线圈的阻值忽略不计。 （1）地面灰尘增多，衔铁B将与 （填“A”或“C”）触点连接。 （2）闭合开关S，如果当线圈中的电流大于或等于0.3A时，继电器的衔铁被吸合，此时光敏电阻接收到的光照强度至少为多少cd （写出计算过程）。 （3）如表为该智能扫地机器人部分工作参数。为了能使扫地机器人长时间扫地，电动机不会过热。可通过其自带的智能开关将工作电路设定为扫地20分钟，然后待机5分钟，如此循环工作。则机器人充满电开始连续工作，其中扫地时间最长为多少分钟 （写出计算过程）。 额定工作电压 10伏 额定功率 40瓦 电池总容量 5.9安时 待机指示灯额定功率 5瓦 （4）为了使智能扫地机器人在地面的灰尘更少时也能开始工作，他应该如何改进扫地机器人的控制电路。 （写出一种）。 【解答】解： （1）灰尘增多，光照度变弱，根据丙图得知对应电阻的阻值变大，此时电流减小，衔铁将会与A相连。 （2）根据电源电压U＝6V以及工作电流I＝0.3A，得出电路中总电阻R总20Ω，再根据串联电路总电阻等于各元件电阻之和，可知此时光敏电阻阻值R＝R总﹣R0＝20Ω﹣14Ω＝6Ω，根据丙图得到此时光照度为3.0cd。 （3）电池容量为5.9A•h，工作电压为10V，根据W＝UIt可以算出电池储存的电能为W＝10V×5.9A×3600s＝2.124×105J； 每次扫地20分钟耗电量为W1＝P1t1＝40W×1200s＝4.8×104J；每次亮灯5分钟耗电量为W2＝P2t2＝5W×300s＝0.15×104J； 故每次一个周期（20分钟扫地、5分钟亮灯）的耗电量为W'＝W1+W2＝4.8×104J+0.15×104J＝4.95×104J； 4个周期后耗电量为4×4.95×104J＝1.98×105J，剩余电量为W剩＝2.124×105J﹣1.98×105J＝14400J，还能扫地的时间为t'6min。 扫地时长为20min×4+6min＝86min。 （4）灰尘更少时光照度更高，对应的光敏电阻阻值更小，因此与之串联的R0的阻值应该换成更大阻值的定值电阻。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$