16.4 电磁继电器与自动控制（讲义）物理新教材沪粤版九年级下册

第十一章 功与机械能 第4节 电磁继电器与自动控制 课标要点 了解电磁继电器的构造和工作原理。 知道电磁继电器在自动控制系统中的作用。 能看懂简单的电磁继电器控制电路图，并能设计简单的自动控制电路。 学习重难点 重点： 电磁继电器的构造、工作原理及其在电路中的符号；利用电磁继电器实现低压控制高压、远距离控制。 难点：分析电磁继电器控制电路的工作过程；根据实际需求设计简单的自动控制电路。 知识点 电磁继电器（重点） 1. 认识电磁继电器 电磁继电器是利用 、 电路的通断，来间接控制 、 电路通断的装置。它实质上是一个由 控制的开关。 2. 构造 如图所示，电磁继电器主要由以下几部分组成： 电磁铁：包括线圈和铁芯。 衔铁：被电磁铁吸引的可动部分。 弹簧：当电磁铁失去磁性时，将衔铁拉回原位。 触点：分为静触点和动触点，用于接通或断开工作电路。 3. 工作原理 通电时：控制电路接通，电磁铁线圈中有电流通过，产生 ，吸引 ，使动触点与下面的静触点接触，从而接通 电路，用电器工作。 断电时：控制电路断开，电磁铁线圈中无电流，失去 ， 将衔铁拉起，使动触点与上面的静触点接触（或断开下面的触点），从而切断（或转换）工作电路，用电器停止工作。 4. 电路组成 电磁继电器所在的电路通常分为两个部分： 控制电路：由低压电源、开关、电磁铁线圈组成。 工作电路：由高压电源、用电器、触点组成。 特别提醒 电磁继电器的核心部件是电磁铁。 使用电磁继电器的主要目的是实现安全操作 （人远离高压区）、自动控制和远距离控制。 易错提醒 区分“常开触点”和“常闭触点”：未通电时断开的叫常开触点，未通电时闭合的叫常闭触点。 画图时，控制电路和工作电路是两个独立的回路，除了通过磁场联系外，没有直接的电连接。 随学随练 1．如图所示，小李利用电磁铁设计了一种微机室防盗报警器。在微机室房门处安装开关S，电铃安在传达室。当房门被推开时，开关S闭合，电流通过电磁铁，电磁铁________（选填“有”或“无”）磁性，并且B端为________极，跟金属弹簧片相互________，电铃电路接通，电铃报警。 2．（多选）如下图所示是一种高温报警装置，当温度高于设定值时，电铃报警。控制电路电源电压为U，R1为敏感电阻，其阻值随温度的升高而减小。闭合开关，保持R2滑片的位置不变，下列说法正确的是（     ） A．电铃应接在甲中 B．衔铁可用铁、钴、镍等材料制作 C．电磁铁通电后，其下端为S极 D．若U减小，则报警温度将升高 知识点 电磁继电器的应用（难点） 1. 自动控制的基本思路 在自动控制电路中，通常需要一个 （如光敏电阻、热敏电阻、压力传感器等）来感知环境变化，并将这种变化转化为电信号（电阻变化导致电流变化），进而控制电磁铁的磁性强弱或有无，最终通过电磁继电器控制工作电路。 2. 常见应用实例 水位报警器：利用水的导电性。当水位到达金属块A时，控制电路接通，电磁铁有磁性，吸引衔铁，红灯亮。 温度自动报警器：利用双金属片或热敏电阻。当温度升高到设定值时，控制电路接通，电磁铁工作，触发报警。 防盗报警器：利用压力开关或光敏电阻。 3. 电路分析步骤 分清电路：找出哪部分是控制电路（含电磁铁），哪部分是工作电路（含用电器）。 分析条件：确定什么条件下控制电路接通（如：光照减弱、温度升高、水位上升）。 推导动作：控制电路接通 电磁铁有磁性 吸引衔铁 触点动作（闭合或断开）。 判断结果：工作电路通断 用电器工作状态改变。 教材延伸 现代自动化技术中，电磁继电器正逐渐被电子继电器、固态继电器或PLC（可编程逻辑控制器）取代，但其基本逻辑“输入-处理-输出”依然适用。 随学随练 3．如图所示是某同学设计的水位自动报警装置，当水位上升到与金属片A接触时，控制电路接通，此时，工作电路中的______（选填“灯亮”或“铃响”），通电螺线管上方为______（选填“N”或“S”）极，所以，电磁继电器相当于一个_________。 4．如图是某温度自动报警器的原理图。在水银温度计中封入一段金属丝，当温度低于设定温度时，安全指示灯不亮；当温度达到设定温度时，安全指示灯亮。请根据报警器原理在虚线框内填入电阻和指示灯的电路元件符号。 题型 电磁继电器电路的设计与分析 规律总结： 设计自动控制电路的关键在于选择合适的“传感器”作为控制电路的开关或可变电阻。 光控：使用光敏电阻（光照强电阻小）或光电开关。 温控：使用热敏电阻（NTC型：温度高电阻小）或双金属片温度计。 液位控：利用液体导电性或浮力带动开关。 活学活用 5．海鲜保存常要求温度低于-18℃，小明为海鲜市场的冷库设计了温度自动报警器，其原理如图甲所示。定值电阻阻值为30Ω，电磁铁线圈电阻为20Ω，乙图为热敏电阻R的阻值随温度变化的图像。冷库温度等于或高于-18℃时，工作电路电铃发声报警： (1)热敏电阻R是由________材料制成的，工作电路ab间应接入_________（选填“照明灯”或“电铃”）； (2)工作电路报警时，控制电路的电流为多少？ (3)冷库温度为-17℃时，热敏电阻R消耗的电功率为多少？ (4)要想降低该装置的报警温度，请写出一种简便可行的方法。 6．如图所示是一个利用电磁继电器的温度自动控制装置。当周围环境温度未达到90℃时只有电灯亮，当周围环境温度达到90℃时电磁铁工作，电铃响报警。请你用笔画线将电路补充完整。 基础通关 1．家用自动饮水机靠电磁继电器控制进水，关于其工作时说法正确的是（     ） A．电磁继电器周围不存在磁场 B．电磁继电器利用的是电流的热效应 C．电磁继电器利用的是电流的磁效应 D．电磁继电器相当于电源 2．用电磁继电器来操纵高电压、强电流电路的通断，其主要作用是（　　） A．节约用电 B．简化操作 C．保护用电器 D．避免危险 3．如图所示的是某汽车启动电动机的电路。当启动器开关闭合时，有细小电流通过器件X，接着有强大电流通过电动机，并将电动机启动。器件X可能是（　　） A．灵敏电流计 B．电磁继电器 C．电压表 D．连通器 4．小区内路灯能根据光线亮暗情况实现自动控制，其电路原理如图所示，R1是定值电阻，R2是光敏电阻，其阻值大小随光照强度的增大而减小。当开关S1闭合，光线变暗时，下列判断正确的是（　　） A．电流表示数变大 B．电磁铁磁性增强 C．弹簧的弹力变大 D．开关S2将会接通 5．小明在科技创新大赛中制作了水位自动报警器，原理图如图所示。当水位达到金属块A时，则（    ） A．两灯都亮 B．两灯都不亮 C．只有绿灯亮 D．只有红灯亮 6．如图所示，是温度自动报警器的原理图，它运用了许多物理知识，以下说法中正确的是（　　） A．温度计中的水银是绝缘体 B．电铃是根据电磁感应现象原理工作的 C．报警器中的电磁铁运用了电流的热效应 D．电磁继电器是一种电路开关 7．如图是汽车启动装置原理图，对于这一装置及其工作特点，下列说法中不正确的是(  ) A．旋转钥匙能使电磁铁所在电路工作 B．电磁铁的工作电压比电动机的工作电压低 C．电磁铁通电时，上端是S极，下端是N极 D．电磁铁通电时，吸引上方的衔铁，使触点A向右与B接触 8．如图是汽车尾气中CO浓度的检测电路示意图。气敏电阻R1的阻值随CO浓度增大而减小，R2是滑动变阻器，开关S闭合，当CO浓度高于某一设定值时，电铃报警。下列说法正确的是（     ） A．电磁铁的上端是N极 B．电铃应接在A和B之间 C．当CO浓度升高时电磁铁的磁性减弱 D．电源用久后，U1减小，CO的报警浓度会变低 9．如图虚线框内的装置叫___________，其中是热敏电阻，是滑动变阻器。该装置的工作原理是：闭合开关S，随着室内温度的升高，热敏电阻的阻值减小，电磁铁磁性___________；当温度达到设定值时，电磁铁将衔铁吸合，右侧空调电路接通，空调开始工作。为了节能，现要将空调的启动温度调高，可以适当将滑片P___________（选填“向左”或“向右”）移。 10．如图所示是一种温度自动报警器的原理图。制作温度计时，在玻璃管的两端分别封入一段金属丝。电池的两极分别与金属丝相连，当温度达到与电池正极相连的金属丝下端所指的温度时，电铃就响起来，发出报警信号。 (1)应选用_______（选填“酒精”、“煤油”或“水银”）温度计。 (2)当温度达到________ ℃时电铃响。此时电磁铁右端是________ 极，若将控制电路电源正负极对调_______ （选填“会”或“不会”）影响其报警作用；滑片P向左移动时，电磁铁磁性变________ 。 素养提升 11．（多选）如图所示，电源电压不变，R为定值电阻，弹簧测力计下端挂一个条形磁铁，且与螺线管B在同一竖直直线上。将开关S闭合，条形磁铁静止时，测力计的示数为，则下列说法正确的是（     ） A．在螺线管中插入铜棒后，测力计的示数变小 B．在螺线管中插入铁棒后，测力计的示数增大 C．只改变电流的方向，测力计的示数增大 D．只减少线圈的匝数，测力计的示数增大 12．图甲为简单恒温箱温控电路（U为恒压电源），电磁继电器线圈的电阻为30Ω，R为热敏电阻，其阻值R随温度t变化的图像如图乙所示，为滑动变阻器，当线圈中的电流大于或等于20mA时，衔铁被吸合，加热器停止工作，实现温度控制，关于该恒温箱的说法正确的是（     ） A．继电器中电磁铁的上端为N极 B．恒温箱内的加热器应接在BD间 C．若该恒温箱的设定温度高一些，滑动变阻器滑片应向上移 D．若恒压电源U为6V，要实现对50～150℃之间任一温度的控制，则滑动变阻器R'的最大阻值至少为240Ω 13．（多选）如图所示，这是一款电烤箱的简化电路原理图，其中热敏电阻的阻值随温度的升高而变大。闭合开关S，当电烤箱内温度低于160℃时，衔铁会被吸下来；当电烤箱内的温度高于320℃时，衔铁被弹起。下列说法正确的是（　　 ） A．闭合开关后，电磁铁的上端为S极 B．电烤箱是利用电流的磁效应工作的 C．当温度达到电烤箱的最高温度后，灯泡不发光 D．若想让烤箱的最低工作温度高于160℃，则应增大控制电路中的电源电压 14．小帅为农场的储水箱设计了一个自动注水控制装置。如图，水箱高为1m，容积为。在其底部竖直放置一重5N的长方体，长方体高为1m、底面积为，上端通过绝缘轻杆与控制电路的压敏电阻R接触，此时压敏电阻受到的压力为零。压敏电阻R的阻值随压力F的增大而减小，部分数据如表。控制电路电源电压，定值电阻为保护电阻。当控制电路的电流时，电磁铁将衔铁吸合，工作电路断开，水泵停止给储水箱注水。已知，，水泵正常工作时的额定电压为。 压力F/N 180 185 190 195 200 压敏电阻R/Ω 18 17 16 14 12 (1)实现自动控制的电磁继电器的主要原件有电磁铁，其工作原理是利用了电流的________；若水泵的额定功率为440W，正常工作时通过的电流是多少________？ (2)要使储水箱装满水时水泵恰能自动停止工作，应为多少？ (3)如图，从水箱顶部给空水箱注满水的过程中，水的重力所做的功是多少？ 15．如图为某大桥上设计的一个车辆超重报警装置，当路面压力达到设定值时，压力传感器就接通电路。要求车辆超重时，信号灯就发光，请在图中画线将电路连接完整。 迁移创新 16．（多选）如图甲所示的是温度自动报警器。控制电路的电源电压为6V且保持不变，电磁铁线圈电阻忽略不计，电流表量程为0～0.6A。如图乙所示的是热敏电阻R随温度t变化的图像。当电流表示数大于或等于0.6A时，报警器自动报警。下列说法正确的是（　　） A．外界温度升高时，热敏电阻R的阻值变大 B．工作电路报警时，衔铁被吸下，铃响、灯不亮 C．外界温度为20℃及以上，工作电路会报警 D．若想使电路在25℃及以上时报警，只需在控制电路中串联一个阻值合适的定值电阻 17．如图所示，是某科技小组设计的电梯超载自动报警装置电路图，电梯厢底层装有压敏电阻，保护电阻，K为动触点，A、B为静触点，当出现超载情况时，电铃将发出报警声，电梯停止运行，下列说法正确的是（　　） A．电梯工作时电磁铁的上端为N极 B．电梯未超载时动触点K与静触点A接触 C．电磁铁磁性的强弱与电阻的大小无关 D．电梯超载时报警说明压敏电阻的阻值随压力增大而增大 18．小华设计的电热恒温箱原理电路如图甲所示，热敏电阻R阻值随温度变化的图线如图乙所示。闭合开关S1、S2，开始时触点A与B接触，工作电路开始加热。当电磁铁线圈中电流I ≥60mA时衔铁被吸合，使触点A改与C接触，工作电路切换为保温状态；当箱内温度低于60°C时，线圈中电流I <60mA衔铁被释放，触点A再次与B接触。已知工作电路电压U1=220V，R2=440Ω，保温时功率为100W，线圈电阻不计。 (1)温度升高，热敏电阻阻值__________， 电磁铁线圈中电流__________（均选填“变大”、“变小”或“不变”）； (2)在工作电路中接入一只指示灯（电阻很大，对电路的影响可忽略），要求其仅在保温状态时发光，应将其与______（选填“R1”、“R2”）并联； (3)若该电热恒温箱设定的最高温度为90°C，求定值电阻R0的阻值是________Ω； (4)为能调低箱内最低温度，又保持箱内最高温度不变，以下调节方案中，可行的有________。 A．增大U2 B．增大R0 C．减小U2 D．减小R0 (5)计算工作电路加热时电路消耗的总功率是多少瓦？ 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十一章 功与机械能 第4节 电磁继电器与自动控制 课标要点 了解电磁继电器的构造和工作原理。 知道电磁继电器在自动控制系统中的作用。 能看懂简单的电磁继电器控制电路图，并能设计简单的自动控制电路。 学习重难点 重点： 电磁继电器的构造、工作原理及其在电路中的符号；利用电磁继电器实现低压控制高压、远距离控制。 难点：分析电磁继电器控制电路的工作过程；根据实际需求设计简单的自动控制电路。 知识点 电磁继电器（重点） 1. 认识电磁继电器 电磁继电器是利用 低电压 、 弱电流 电路的通断，来间接控制 高电压 、 强电流 电路通断的装置。它实质上是一个由 电磁铁 控制的开关。 2. 构造 如图所示，电磁继电器主要由以下几部分组成： 电磁铁：包括线圈和铁芯。 衔铁：被电磁铁吸引的可动部分。 弹簧：当电磁铁失去磁性时，将衔铁拉回原位。 触点：分为静触点和动触点，用于接通或断开工作电路。 3. 工作原理 通电时：控制电路接通，电磁铁线圈中有电流通过，产生 磁性 ，吸引 衔铁 ，使动触点与下面的静触点接触，从而接通 工作 电路，用电器工作。 断电时：控制电路断开，电磁铁线圈中无电流，失去 磁性 ， 弹簧 将衔铁拉起，使动触点与上面的静触点接触（或断开下面的触点），从而切断（或转换）工作电路，用电器停止工作。 4. 电路组成 电磁继电器所在的电路通常分为两个部分： 控制电路：由低压电源、开关、电磁铁线圈组成。 工作电路：由高压电源、用电器、触点组成。 特别提醒 电磁继电器的核心部件是电磁铁。 使用电磁继电器的主要目的是实现安全操作 （人远离高压区）、自动控制和远距离控制。 易错提醒 区分“常开触点”和“常闭触点”：未通电时断开的叫常开触点，未通电时闭合的叫常闭触点。 画图时，控制电路和工作电路是两个独立的回路，除了通过磁场联系外，没有直接的电连接。 随学随练 1．如图所示，小李利用电磁铁设计了一种微机室防盗报警器。在微机室房门处安装开关S，电铃安在传达室。当房门被推开时，开关S闭合，电流通过电磁铁，电磁铁________（选填“有”或“无”）磁性，并且B端为________极，跟金属弹簧片相互________，电铃电路接通，电铃报警。 【答案】 有 N/北 吸引 【详解】电磁铁的特性是通电时有磁性，断电时无磁性。当房门推开，开关S闭合后，控制电路接通，有电流通过电磁铁，因此电磁铁有磁性。 图中控制电路电流从电磁铁左端流入、右端流出，根据安培定则，用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中电流的环绕方向，大拇指指向螺线管的B端，故B端为N（北）极。 电磁铁产生磁性后，会对铁质的金属弹簧片产生磁力作用，将弹簧片吸引过来，使右侧电铃所在的工作电路接通，电铃就会报警。 2．（多选）如下图所示是一种高温报警装置，当温度高于设定值时，电铃报警。控制电路电源电压为U，R1为敏感电阻，其阻值随温度的升高而减小。闭合开关，保持R2滑片的位置不变，下列说法正确的是（     ） A．电铃应接在甲中 B．衔铁可用铁、钴、镍等材料制作 C．电磁铁通电后，其下端为S极 D．若U减小，则报警温度将升高 【答案】BD 【详解】A．R1阻值随温度升高而减小，当温度升高到设定值时，R1变小，控制电路电流变大，电磁铁磁性增强，吸下衔铁，接通乙所在电路，题目要求高温报警，因此电铃应接在乙，故A错误； B．衔铁的作用是被电磁铁吸引以改变工作电路的连接状态。 因此，衔铁必须由容易被磁化的磁性材料制成，铁、钴、镍都是常见的磁性材料，故B正确； C．根据安培定则（右手握住螺线管，四指指向电流方向，大拇指指向N极），可判断该电磁铁下端为N极，上端为S极，故C错误； D．报警时电磁铁需要达到固定的吸合电流I，由，R₂滑片位置不变，若U减小，要达到吸合电流I，R1的阻值需要更小；R1阻值随温度升高而减小，更小的R1对应更高的温度，因此报警温度将升高，故D正确。 故选BD。 知识点 电磁继电器的应用（难点） 1. 自动控制的基本思路 在自动控制电路中，通常需要一个 传感器 （如光敏电阻、热敏电阻、压力传感器等）来感知环境变化，并将这种变化转化为电信号（电阻变化导致电流变化），进而控制电磁铁的磁性强弱或有无，最终通过电磁继电器控制工作电路。 2. 常见应用实例 水位报警器：利用水的导电性。当水位到达金属块A时，控制电路接通，电磁铁有磁性，吸引衔铁，红灯亮。 温度自动报警器：利用双金属片或热敏电阻。当温度升高到设定值时，控制电路接通，电磁铁工作，触发报警。 防盗报警器：利用压力开关或光敏电阻。 3. 电路分析步骤 分清电路：找出哪部分是控制电路（含电磁铁），哪部分是工作电路（含用电器）。 分析条件：确定什么条件下控制电路接通（如：光照减弱、温度升高、水位上升）。 推导动作：控制电路接通 电磁铁有磁性 吸引衔铁 触点动作（闭合或断开）。 判断结果：工作电路通断 用电器工作状态改变。 教材延伸 现代自动化技术中，电磁继电器正逐渐被电子继电器、固态继电器或PLC（可编程逻辑控制器）取代，但其基本逻辑“输入-处理-输出”依然适用。 随学随练 3．如图所示是某同学设计的水位自动报警装置，当水位上升到与金属片A接触时，控制电路接通，此时，工作电路中的______（选填“灯亮”或“铃响”），通电螺线管上方为______（选填“N”或“S”）极，所以，电磁继电器相当于一个_________。 【答案】 铃响 S 开关 【详解】[1]当水位上升到与金属片A接触时，控制电路接通，电磁铁产生磁性。 电磁铁会吸引衔铁，使工作电路中铃所在的支路接通，所以工作电路中的铃响。 ‌ [2]由图可知，电流从通电螺线管的上方流入，下方流出。 根据安培定则，右手握住螺线管，四指指向螺线管中电流的方向，大拇指所指的那端就是螺线管的N极，所以通电螺线管下方为N极，上方为S极。 ‌ [3]电磁继电器是利用电磁铁来控制工作电路的开关，所以电磁继电器相当于一个开关。 4．如图是某温度自动报警器的原理图。在水银温度计中封入一段金属丝，当温度低于设定温度时，安全指示灯不亮；当温度达到设定温度时，安全指示灯亮。请根据报警器原理在虚线框内填入电阻和指示灯的电路元件符号。 【答案】 【详解】当温度低于设定温度时，水银未接触温度计内的金属丝，左侧控制电路断开，电磁铁没有磁性，衔铁被弹簧向上拉，工作电路接通上方支路、断开下方支路，此时安全指示灯不亮，因此上方支路接入电阻；当温度达到设定温度时，水银上升接通控制电路，电磁铁产生磁性，吸引衔铁向下运动，工作电路接通下方支路、断开上方支路，此时安全指示灯发光，因此下方支路接入安全指示灯。据此作图。 题型 电磁继电器电路的设计与分析 规律总结： 设计自动控制电路的关键在于选择合适的“传感器”作为控制电路的开关或可变电阻。 光控：使用光敏电阻（光照强电阻小）或光电开关。 温控：使用热敏电阻（NTC型：温度高电阻小）或双金属片温度计。 液位控：利用液体导电性或浮力带动开关。 活学活用 5．海鲜保存常要求温度低于-18℃，小明为海鲜市场的冷库设计了温度自动报警器，其原理如图甲所示。定值电阻阻值为30Ω，电磁铁线圈电阻为20Ω，乙图为热敏电阻R的阻值随温度变化的图像。冷库温度等于或高于-18℃时，工作电路电铃发声报警： (1)热敏电阻R是由________材料制成的，工作电路ab间应接入_________（选填“照明灯”或“电铃”）； (2)工作电路报警时，控制电路的电流为多少？ (3)冷库温度为-17℃时，热敏电阻R消耗的电功率为多少？ (4)要想降低该装置的报警温度，请写出一种简便可行的方法。 【答案】(1) 半导体 电铃 (2) (3) (4)换用阻值更小的定值电阻（或增大控制电路的电源电压，合理即可） 【详解】（1）热敏电阻是由半导体材料制成的；温度升高到时，热敏电阻阻值减小，控制电路电流增大，电磁铁磁性增强，吸合衔铁接通所在电路，此时需要报警，因此间接入电铃。 （2）报警时温度为，由图乙得此时热敏电阻，控制电路总电阻 控制电路电源电压，根据欧姆定律，报警时控制电路电流为 （3）温度为时，由图乙得热敏电阻，控制电路总电阻 电路电流 热敏电阻消耗的功率 （4）降低报警温度后，报警时温度更低，热敏电阻阻值更大，总电阻更大，要让电流仍能达到吸合衔铁的大小，可以减小定值电阻的阻值，或增大控制电路电源电压来增大电流。 6．如图所示是一个利用电磁继电器的温度自动控制装置。当周围环境温度未达到90℃时只有电灯亮，当周围环境温度达到90℃时电磁铁工作，电铃响报警。请你用笔画线将电路补充完整。 【答案】 【详解】依题意：温度 时，电磁铁无磁性，衔铁在弹簧作用下与上方静触点接触，电灯亮；温度达到时，电磁铁有磁性，吸引衔铁与下方静触点接触，电铃响。工作电路中，应将电灯和电铃并联，并分别连接到继电器的上、下两个静触点。电源连接到中间的动触点（衔铁）。当温度低于90℃时，衔铁与上触点接通，电灯亮；当温度达到90℃时，衔铁被电磁铁吸下与下触点接通，电铃响。 基础通关 1．家用自动饮水机靠电磁继电器控制进水，关于其工作时说法正确的是（     ） A．电磁继电器周围不存在磁场 B．电磁继电器利用的是电流的热效应 C．电磁继电器利用的是电流的磁效应 D．电磁继电器相当于电源 【答案】C 【详解】A．电磁继电器工作时有磁性，周围存在磁场，故A错误； BC．电磁继电器通电时具有磁性，利用的是电流的磁效应，故B错误，C正确； D．电磁继电器工作时控制电路的通断，相当于开关，故D错误。 故选C。 2．用电磁继电器来操纵高电压、强电流电路的通断，其主要作用是（　　） A．节约用电 B．简化操作 C．保护用电器 D．避免危险 【答案】D 【详解】对于高电压、强电流的带电体是不能靠近的，通过电磁继电器可以达到用低电压、弱电流的控制电路去控制高电压、强电流的工作电路，还可以实现自动控制和远程控制的目的，从而避免人与高压带电体的靠近或接触而产生的危险，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 3．如图所示的是某汽车启动电动机的电路。当启动器开关闭合时，有细小电流通过器件X，接着有强大电流通过电动机，并将电动机启动。器件X可能是（　　） A．灵敏电流计 B．电磁继电器 C．电压表 D．连通器 【答案】B 【详解】A．灵敏电流计是测量微小电流的仪器，不能实现低电压、弱电流的电路来控制高电压、强电流的电路，故A不符合题意； B．电磁继电器的实质是一个电磁铁来控制的开关，可以利用低电压、弱电流的电路来控制高电压、强电流的电路，故B符合题意； C．电压表是测量电压的仪器，不能实现低电压、弱电流的电路来控制高电压、强电流的电路，故C不符合题意； D．连通器是上端开口、下端连通的容器，不能实现低电压、弱电流的电路来控制高电压、强电流的电路，故D不符合题意。 故选B。 4．小区内路灯能根据光线亮暗情况实现自动控制，其电路原理如图所示，R1是定值电阻，R2是光敏电阻，其阻值大小随光照强度的增大而减小。当开关S1闭合，光线变暗时，下列判断正确的是（　　） A．电流表示数变大 B．电磁铁磁性增强 C．弹簧的弹力变大 D．开关S2将会接通 【答案】D 【详解】当开关S1闭合，光线变暗时，光敏电阻R2的电阻变大，由电阻的串联可知，控制电路中的总电阻变大，由可知电路中的电流变小，即电流表的示数变小，电磁铁的磁性减弱，对衔铁的吸引力减小，弹簧的弹力变小，在右边弹簧的拉力作用下，动触点向下运动，开关S2闭合，灯泡发光，故D正确，ABC错误。 故选D。 5．小明在科技创新大赛中制作了水位自动报警器，原理图如图所示。当水位达到金属块A时，则（    ） A．两灯都亮 B．两灯都不亮 C．只有绿灯亮 D．只有红灯亮 【答案】D 【详解】图中所示的水位自动报警器工作原理：当水位到达A时，由于一般水具有导电性，那么电磁铁所在电路被接通，电磁铁有磁性，电磁铁向下吸引衔铁，从而接通红灯所在电路，此时红灯亮，而绿灯不亮。 故选D。 6．如图所示，是温度自动报警器的原理图，它运用了许多物理知识，以下说法中正确的是（　　） A．温度计中的水银是绝缘体 B．电铃是根据电磁感应现象原理工作的 C．报警器中的电磁铁运用了电流的热效应 D．电磁继电器是一种电路开关 【答案】D 【详解】A．温度计中的水银是导体，故A错误； B．电铃是根据电流的磁效应工作的，故B错误； C．温度计内水银上升，因为水银是导体，控制电路会接通，电磁铁产生磁性，将衔铁吸引，将报警电路接通，电铃响，起到报警作用，电磁铁是运用电流的磁效应，而不是电流的热效应，故C错误； D．电磁继电器的实质就是一个开关，可控制电路通断，故D正确。 故选D。 7．如图是汽车启动装置原理图，对于这一装置及其工作特点，下列说法中不正确的是(  ) A．旋转钥匙能使电磁铁所在电路工作 B．电磁铁的工作电压比电动机的工作电压低 C．电磁铁通电时，上端是S极，下端是N极 D．电磁铁通电时，吸引上方的衔铁，使触点A向右与B接触 【答案】C 【详解】A．如图，旋转钥匙时，电磁铁所在电路接通，有电流流过电磁铁，电磁铁所在电路工作，故A正确，不符合题意； B．由图可知，电磁铁的工作电压为一个电源两端电压，电动机的工作电压为两个电源串联的总电压，所以电磁铁的工作电压比电动机的工作电压低，故B正确，不符合题意； C．电磁铁通电时，电流从电磁铁下端流入，根据安培定则判断，上端是N极，下端是S极，故C错误，符合题意； D．由图可知，电磁铁通电时，吸引上方的衔铁，使得触点A向右与B接触，从而电动机接通，启动汽车，故D正确，不符合题意。 故选C。 8．如图是汽车尾气中CO浓度的检测电路示意图。气敏电阻R1的阻值随CO浓度增大而减小，R2是滑动变阻器，开关S闭合，当CO浓度高于某一设定值时，电铃报警。下列说法正确的是（     ） A．电磁铁的上端是N极 B．电铃应接在A和B之间 C．当CO浓度升高时电磁铁的磁性减弱 D．电源用久后，U1减小，CO的报警浓度会变低 【答案】A 【详解】A、由图可知，电流从电磁铁的下端流入、上端流出，根据安培定则可知，电磁铁的上端为N极，故A正确； B、当CO浓度高于某一设定值时，衔铁被吸下，电铃发声报警，所以电铃应接在C和D之间，故B错误； C、控制电路中，两电阻串联接入电路，当CO浓度升高时，气敏电阻R1的阻值减小，控制电路的总电阻减小，电源电压不变，由欧姆定律可知控制电路中的电流增大，所以电磁铁的磁性增强，故C错误； D、用久后，电源电压U1会减小，由欧姆定律可知只有当R1阻值变小时，控制电路才能达到衔铁被吸下的最小电流，结合题意可知报警时CO最小浓度比设定值高，故D错误。 故选A。 9．如图虚线框内的装置叫___________，其中是热敏电阻，是滑动变阻器。该装置的工作原理是：闭合开关S，随着室内温度的升高，热敏电阻的阻值减小，电磁铁磁性___________；当温度达到设定值时，电磁铁将衔铁吸合，右侧空调电路接通，空调开始工作。为了节能，现要将空调的启动温度调高，可以适当将滑片P___________（选填“向左”或“向右”）移。 【答案】 电磁继电器 增强 向右 【详解】该装置利用电磁铁控制工作电路通断，为电磁继电器； 根据题意可知，随着室内温度的升高，热敏电阻的阻值减小，则电路总电阻减小；由欧姆定律可知，控制电路总电阻减小时电流增大，故电磁铁磁性增强； 因电磁铁吸合所需电流为定值，调高启动温度需增大滑动变阻器接入电路的阻值，使热敏电阻阻值更小时电流才达到吸合值，故滑片向右移。 10．如图所示是一种温度自动报警器的原理图。制作温度计时，在玻璃管的两端分别封入一段金属丝。电池的两极分别与金属丝相连，当温度达到与电池正极相连的金属丝下端所指的温度时，电铃就响起来，发出报警信号。 (1)应选用_______（选填“酒精”、“煤油”或“水银”）温度计。 (2)当温度达到________ ℃时电铃响。此时电磁铁右端是________ 极，若将控制电路电源正负极对调_______ （选填“会”或“不会”）影响其报警作用；滑片P向左移动时，电磁铁磁性变________ 。 【答案】(1)水银 (2) 74 N/北 不会 强 【详解】（1）这个温度自动报警器的温度计需要导电，才能在温度升高到设定值时接通控制电路，酒精、煤油是绝缘体，水银是导体，所以应选用水银温度计。 （2）从图中温度计可以看出，分度值为，与电池正极相连的金属丝下端处在74℃的位置，所以当温度达到74℃时，水银柱上升接通电路，电铃响； 控制电路中电流从螺线管左端流入、右端流出，根据安培定则，可知电磁铁右端是N（北）极； 若将控制电路电源正负极对调，虽然电磁铁磁极会改变，但温度达到设定值时仍会接通电路，电磁铁仍会吸下衔铁，所以不会影响报警作用； 滑片P向左移动时，滑动变阻器接入电路的电阻变小，控制电路电流变大，电磁铁磁性变强。 素养提升 11．（多选）如图所示，电源电压不变，R为定值电阻，弹簧测力计下端挂一个条形磁铁，且与螺线管B在同一竖直直线上。将开关S闭合，条形磁铁静止时，测力计的示数为，则下列说法正确的是（     ） A．在螺线管中插入铜棒后，测力计的示数变小 B．在螺线管中插入铁棒后，测力计的示数增大 C．只改变电流的方向，测力计的示数增大 D．只减少线圈的匝数，测力计的示数增大 【答案】CD 【详解】闭合开关后，电流从螺线管下端流入，上端流出，由安培定则可知，螺线管的上端与条形磁铁的下端均为N极，二者相互排斥，条形磁铁受到向上的磁力。 A．铜棒不是磁性材料，将铜棒插入螺线管后，螺线管的磁性基本不变，条形磁铁受到的斥力及测力计示数不变，故A错误； B．插入铁棒后，螺线管磁性增强，对条形磁铁向上的斥力增大，弹簧测力计的拉力减小，故B错误； C．只改变电流方向，螺线管上端由N极变成S极，条形磁铁受到的磁力由向上的斥力变为向下的引力，测力计示数增大，故C正确； D．只减少线圈匝数，在电流大小不变的条件下，螺线管磁性减弱，对条形磁铁向上的斥力减小，测力计示数增大，故D正确。 故选CD。 12．图甲为简单恒温箱温控电路（U为恒压电源），电磁继电器线圈的电阻为30Ω，R为热敏电阻，其阻值R随温度t变化的图像如图乙所示，为滑动变阻器，当线圈中的电流大于或等于20mA时，衔铁被吸合，加热器停止工作，实现温度控制，关于该恒温箱的说法正确的是（     ） A．继电器中电磁铁的上端为N极 B．恒温箱内的加热器应接在BD间 C．若该恒温箱的设定温度高一些，滑动变阻器滑片应向上移 D．若恒压电源U为6V，要实现对50～150℃之间任一温度的控制，则滑动变阻器R'的最大阻值至少为240Ω 【答案】D 【详解】A．由图可知，电流从电磁铁的下端流入，根据安培定则可判断电磁铁的下端为N极，故A错误； B．衔铁被吸合，加热器停止工作，则衔铁松开时，加热器工作。所以恒温箱的加热器应接在AC间，故B错误； C．控制电路中，线圈、热敏电阻R、滑动变阻器串联。衔铁被吸合，加热器停止工作时的电流不变，根据，则控制电路总电阻不变，若提高设定温度，则对应热敏电阻R阻值变小，则滑动变阻器阻值应调大，所以滑动变阻器滑片应向下移，故C错误； D．当温度为150℃，热敏电阻为30Ω时，此时变阻器接入电路的阻值最大，此时电路中的总电阻 则，故D正确。 故选D。 13．（多选）如图所示，这是一款电烤箱的简化电路原理图，其中热敏电阻的阻值随温度的升高而变大。闭合开关S，当电烤箱内温度低于160℃时，衔铁会被吸下来；当电烤箱内的温度高于320℃时，衔铁被弹起。下列说法正确的是（　　 ） A．闭合开关后，电磁铁的上端为S极 B．电烤箱是利用电流的磁效应工作的 C．当温度达到电烤箱的最高温度后，灯泡不发光 D．若想让烤箱的最低工作温度高于160℃，则应增大控制电路中的电源电压 【答案】AD 【详解】A．由图可知，控制电路电源左侧为正极，电流从电磁铁上端流入。根据安培定则，右手握住螺线管，四指指向电流方向，大拇指指向下端，故电磁铁下端为N极，上端为S极，故A正确； B．电烤箱是利用电流的热效应工作的，电磁继电器利用了电流的磁效应，故B错误； C．当温度高于320℃时，衔铁被弹起，动触点与上方静触点接触，灯泡L所在电路接通，灯泡发光，故C错误； D．衔铁被吸下的临界电流由弹簧拉力决定，保持不变。根据欧姆定律 ， 随温度升高而变大。若想让最低工作温度（衔铁吸下时的温度）高于160℃，此时阻值变大，为保持电流不变，应增大控制电路中的电源电压，故D正确。 故选AD。 14．小帅为农场的储水箱设计了一个自动注水控制装置。如图，水箱高为1m，容积为。在其底部竖直放置一重5N的长方体，长方体高为1m、底面积为，上端通过绝缘轻杆与控制电路的压敏电阻R接触，此时压敏电阻受到的压力为零。压敏电阻R的阻值随压力F的增大而减小，部分数据如表。控制电路电源电压，定值电阻为保护电阻。当控制电路的电流时，电磁铁将衔铁吸合，工作电路断开，水泵停止给储水箱注水。已知，，水泵正常工作时的额定电压为。 压力F/N 180 185 190 195 200 压敏电阻R/Ω 18 17 16 14 12 (1)实现自动控制的电磁继电器的主要原件有电磁铁，其工作原理是利用了电流的________；若水泵的额定功率为440W，正常工作时通过的电流是多少________？ (2)要使储水箱装满水时水泵恰能自动停止工作，应为多少？ (3)如图，从水箱顶部给空水箱注满水的过程中，水的重力所做的功是多少？ 【答案】(1) 磁效应 2A (2)10 (3)3900J 【详解】（1）实现自动控制的电磁继电器的主要原件有电磁铁，电磁铁利用电流的磁效应工作。 水泵正常工作时电压为，由得 （2）储水箱装满水时水泵停止，控制电路电流，长方体完全浸没。长方体所受浮力 压敏电阻受到的压力 由表格得，时，压敏电阻阻值 控制电路总电阻 由串联电阻规律得 （3）注满水时，水的体积 水的重力 水从顶部注入，初始重心高度为1m，注满后重心高度为0.5m，下降高度，重力做功 15．如图为某大桥上设计的一个车辆超重报警装置，当路面压力达到设定值时，压力传感器就接通电路。要求车辆超重时，信号灯就发光，请在图中画线将电路连接完整。 【答案】 【详解】根据题意知道，这是一个电磁继电器的工作原理图，左侧与电磁铁连接的电路是控制电路，右侧与信号灯连接的电路是工作电路，压力传感器、电磁铁、电源组成控制电路；信号灯、电源、触点开关组成工作电路，当路面压力达到设定值时，压力传感器就接通控制电路，有电流通过电磁铁，电磁铁有磁性，吸引衔铁，使动触点与静触点接触，工作电路接通，信号灯发光，电路连接如图所示： 迁移创新 16．（多选）如图甲所示的是温度自动报警器。控制电路的电源电压为6V且保持不变，电磁铁线圈电阻忽略不计，电流表量程为0～0.6A。如图乙所示的是热敏电阻R随温度t变化的图像。当电流表示数大于或等于0.6A时，报警器自动报警。下列说法正确的是（　　） A．外界温度升高时，热敏电阻R的阻值变大 B．工作电路报警时，衔铁被吸下，铃响、灯不亮 C．外界温度为20℃及以上，工作电路会报警 D．若想使电路在25℃及以上时报警，只需在控制电路中串联一个阻值合适的定值电阻 【答案】BCD 【详解】A．根据图乙可知，热敏电阻R的阻值随温度升高而减小，故A错误； B．温度上升，热敏电阻R的阻值减小，根据欧姆定律，控制电路电流增大，电磁铁磁性增强，将衔铁吸下，使工作电路的电铃接入电路，电灯断开，因此铃响、灯不亮，故B正确； C．当电流表示数达到0.6A时，报警器自动报警，电磁铁线圈电阻忽略不计，此时热敏电阻R的阻值 根据图乙可知此时温度为20℃，温度继续上升则热敏电阻R的阻值继续减小，电流继续增大，因此当外界温度达到或超过20℃时，工作电路会报警，故C正确； D．若想使电路在25℃及以上时报警，25℃时热敏电阻的阻值小于10Ω，此时要让电流仍为0.6A，总电阻需要仍等于10Ω，因此需要在控制电路中串联一个阻值合适的定值电阻，增大总电阻，故D正确。 故选BCD。 17．如图所示，是某科技小组设计的电梯超载自动报警装置电路图，电梯厢底层装有压敏电阻，保护电阻，K为动触点，A、B为静触点，当出现超载情况时，电铃将发出报警声，电梯停止运行，下列说法正确的是（　　） A．电梯工作时电磁铁的上端为N极 B．电梯未超载时动触点K与静触点A接触 C．电磁铁磁性的强弱与电阻的大小无关 D．电梯超载时报警说明压敏电阻的阻值随压力增大而增大 【答案】B 【分析】正常情况下（未超载时），衔铁被弹簧拉起，K与静触点A接触；为压敏电阻，其阻值随压力增大而减小，所以知道超载时压敏电阻的阻值变化情况，根据欧姆定律判断出电流的变化。 【详解】A．工作时，电流从电磁铁的下面导线流入，利用安培定则判断出电磁铁的下端为N极，上端为S极，故A错误； B．正常情况下未超载时，衔铁被弹簧拉起，K与静触点A接触，电动机正常工作，故B正确； C．因为电磁铁磁性的强弱与电流的大小有关，而电阻串联在控制电路中，根据欧姆定律可知电阻的大小将影响电路中的电流，由此可知电磁铁磁性的强弱与电阻的大小有关，故C错误； D．超载时，随着压力的增大，电路中的电流逐渐增大，电磁铁的磁性逐渐增强，动触点K与静触点B接触，电铃报警，根据欧姆定律可知，此时压敏电阻的阻值减小，故D错误； 故选B。 18．小华设计的电热恒温箱原理电路如图甲所示，热敏电阻R阻值随温度变化的图线如图乙所示。闭合开关S1、S2，开始时触点A与B接触，工作电路开始加热。当电磁铁线圈中电流I ≥60mA时衔铁被吸合，使触点A改与C接触，工作电路切换为保温状态；当箱内温度低于60°C时，线圈中电流I <60mA衔铁被释放，触点A再次与B接触。已知工作电路电压U1=220V，R2=440Ω，保温时功率为100W，线圈电阻不计。 (1)温度升高，热敏电阻阻值__________， 电磁铁线圈中电流__________（均选填“变大”、“变小”或“不变”）； (2)在工作电路中接入一只指示灯（电阻很大，对电路的影响可忽略），要求其仅在保温状态时发光，应将其与______（选填“R1”、“R2”）并联； (3)若该电热恒温箱设定的最高温度为90°C，求定值电阻R0的阻值是________Ω； (4)为能调低箱内最低温度，又保持箱内最高温度不变，以下调节方案中，可行的有________。 A．增大U2 B．增大R0 C．减小U2 D．减小R0 (5)计算工作电路加热时电路消耗的总功率是多少瓦？ 【答案】(1) 变小 变大 (2)R2 (3)300 (4)D (5)1100 【详解】（1）由乙图可知，温度升高时，热敏电阻R的阻值变小，电路中的总电阻变小，电源电压不变，由欧姆定律可知，电磁铁线圈中电流变大。 （2）由题意可知，闭合开关S1、S2，开始时触点A与B接触，工作电路开始加热，则工作电路加热时R2被短接，电路中只有R1工作；当电磁铁线圈中电流I ≥60mA时衔铁被吸合，使触点A改与C接触，工作电路切换为保温状态，则工作电路保温时R1与R2串联。指示灯仅在保温状态时发光，说明指示灯应与R2并联。 （3）由图乙可知，当恒温箱内的温度达到90°C时，热敏电阻的阻值为，电磁铁线圈中电流 控制电路电压为 由图乙可知，当箱内温度为60°C时，热敏电阻的阻值为300Ω，此时控制电路R0与R并联，通过热敏电阻的电流 R0的阻值为 （4）由题意“当箱内温度低于60°C时，线圈中电流I <60mA”衔铁被释放。若要降低恒温箱中的最低温度，则温度低于60°C时衔铁不释放，可让箱内温度更低。衔铁被释放时电流不变，由图乙可知温度降低时R的阻值会变大，则可增大U2或减小R0可控制电路电流不变；当增大控制电路U2电压时，会改变控制的最高温度，所以只能减小R0，故选D。 （5）保温时，R1与R2串联，由可得，电路中的总电阻为 因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，R1的阻值 加热时，电路为R1的简单电路，则工作电路加热时消耗的电功率 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $