2024年中考物理题型专题难点（全国）专题60 电磁继电器问题的综合应用题（教师版）

2024年物理中考二轮复习以题型精炼攻克难点亮点的60个小微专题专题60电磁继电器问题的综合应用题1．如图所示为一恒温箱温控电路，包括工作电路和控制电路两部分。R为热敏电阻（置于恒温箱内），阻值随温度变化的关系如图所示。恒温箱温控电路工作原理是：加热过程中，恒温箱温度升高到一定值时，控制电路中电流会达到一定值，继电器的衔铁被吸合，工作电路停止加热。（1）图中所示状态，电路处于加热还是未加热?（2）恒温箱的温度为100℃时，继电器线圈中的电流达到20mA，衔铁被吸合，此时热敏电阻R消耗的功率是多少?（3）电阻R′有什么作用?【答案】（1）加热。（2）热敏电阻R消耗的功率是0.02W。（3）一是保护电路，二是调节温控箱的控制温度。【解析】(1)图示中的状态，电热丝被接在了220V的电路两端，故电路处于加热状态中；（2）由热敏电阻与温度的关系可得出，温度为100℃时的温度值，再由电流的大小即可计算它消耗的电功率；（3）由于R′是滑动变阻器，故它在电路中的作用是保护电路和调节温控箱的控制温度。2.（2023辽宁营口）某温度自动报警器的原理图如图所示。电磁铁上端为N极，在水银温度计中封入一段金属丝，当温度低于设定温度时，安全指示灯常亮；当温度达到设定温度时，安全指示灯熄灭，电铃发出报警信号。请在括号中标出电源的极性（用“+”或“-”表示），并在虚线框内填入电铃（）和指示灯的电路元件符号。【答案】如图所示。【解析】电磁铁上端为N极，由安培定则可知电流从下端流入，电源的右端是负极，左端是正极，当温度低于设定温度时，水银与金属丝断开，电磁铁断电没有磁性，安全指示灯所在电路接通，指示灯亮，上面虚线框是指示灯，当温度达到设定温度时，水银和金属丝连接，电磁铁通电有磁性，把衔铁吸引下来，电铃所在电路接通，电铃发出报警信号，下面虚线框是电铃，如图所示。3.（2023陕西）小明设计了一个电梯自动报警模拟装置，如图-1所示。在控制电路中，电源电压为12V，为滑动变阻器，为压敏电阻，的阻值大小随压力F的变化关系如图-2所示。闭合开关S1和S2，当压敏电阻受到的压力达到4000N时，电磁铁线圈中的电流为0.1A，此时衔铁被吸下，动触点K与触点A断开，同时与触点B接触，电动机停止工作，报警铃声开始响起。电磁铁线圈的电阻忽略不计。下列说法正确的是（）A.S1闭合时，电磁铁的上端为N极B.压敏电阻受到的压力越大，控制电路中的电流越小C.当电梯自动报警铃声开始响起时，的功率为0.4WD.若控制电路电源电压降低，要保证电梯最大载重不变，应将的滑片P向左移【答案】D【解析】A．由图1可知，电流从通电螺线管的下端接线柱流入，上端流出，根据右手螺旋定则，可知螺线管的上端为S极，故A错误；B．由图2可知，压力越大，R2阻值越小，由欧姆定律可知，控制电路中的电流越大，故B错误；C．由题意知，自动报警铃声开始响起时，控制电路电流为0.1A，此时R2对应阻值为40Ω，由得，R2两端电压为根据串联电路电压规律可知，R1两端的电压为由得，此时R1的功率为故C错误；D．为了保证电梯最大载重不变，即警报响起电流为0.1A，由可知，当电源电压降低，电阻也应降低，结合题意可知，应将的滑片P向左移动，故D正确。故选D。4.如图所示，物理科技小组设计的具有防干烧功能的空气加湿器装置模型，由控制器和加热器组成，可在水量不足时自动停止加热。加热器有高、低两个档位，由开关和加热电阻丝、组成，，；控制电路电压恒定，，为压敏电阻，下方固定一个轻质绝缘形硬质杆，水箱注水后圆柱形浮体竖直上浮，通过形杆对压敏电阻产生压力，所受压力每增加，电阻减小。浮体体积为，质量为。科技小组对加湿器进行测试：向水箱内缓慢注水，当液面上升至浮体体积的浸入水中时，电磁铁线圈中电流为，此时衔铁恰好被吸下，加热器开始工作；当液面上升至浮体体积的浸入水中时，电磁铁线圈中电流为；当水箱注水量达到最大值时，电磁铁线圈中电流为。形硬质杆的质量和电磁铁线圈电阻忽略不计，取，水的密度为，水的比热容为。（1）当加热器处于高档位时，加热所产生的热量全部被的水吸收，水温升高了25℃。求加热器的高档功率和低档功率；（2）求浮体体积的浸入水中时受到的浮力和此时压敏电阻受到的压力；（3）求水箱注水量达到最大值时，浮体浸入水中的体积。【答案】（1）900W，200W；（2）1.5N；（3）【解析】（1）的水吸收的热量为当加热器处于高档位时，加热所产生的热量全部被的水吸收，则高温挡产生的热量为加热器的高档功率根据可知，电源电压一定时，电阻越大，电功率越小，故当开关S闭合时，、并联，总电阻较小，电功率较大，此时为加热挡，加热挡的功率为900W，当开关S断开时，只有工作，电阻较大，处于低温挡，低档功率（2）浮体体积的浸入水中时受到的浮力物体A所受的重力为物体A受到了向下的重力为0.5N，向上的浮力为2N，故杆对A的力是向下的，杆对A的压力为（3）设控制电路的电压为U控，当杆对A的压力为1.5N时，对应压敏电阻的阻值为，则根据串联电路电压规律可以列等式①浮体体积的浸入水中时受到的浮力物体A受到了向下的重力为0.5N，向上的浮力为5N，故杆对A的力是向下的，杆对A的压力为根据所受压力每增加，电阻减小，此时压敏电阻的阻值为此时对应的控制电路的电流为根据串联电路电压规律可以列等式②联立①②可知当当水箱注水量达到最大值时，电磁铁线圈中电流为，则此时总电阻为压敏电阻的阻值为当压敏电阻为50欧姆时，对应的压力为1.5N，此时压敏电阻的阻值为30Ω，则对应的压力为此时物体A的浮力为此时物体A浸入水中的体积5.如图所示为某智能烘干机的简化电路原理图，其工作电路由电压为220V的电源、阻值为55Ω的电热丝R、红灯L和蜂鸣器组成；控制电路由电源U、电磁铁（线圈电阻忽略不计）、开关S、热敏电阻R1和滑动变阻器R2组成；R1的阻值随温度变化的关系如下表所示。当控制电路电流I≥0.05A时，衔铁被吸合，电热丝R停止工作，同时红灯亮蜂鸣器响发出报警信号，表明烘干机内温度过高。温度908066605046403635102040507080100120130（1）电热丝R工作时的电流为多少？（2）电热丝R通电10s产生的热量为多少？（3）已知控制电路的电源电压U=6V，当调节滑动变阻器R2=70Ω时，烘干机内温度至少多高会发出报警信号？【答案】（1）4A；（2）8800J；（3）60℃【解析】（1）由电路图可知，电热丝R工作时，衔铁与工作电路中上触点接触，电热丝R单独连接在工作电路中，其两端电压U工作=220V，由题意可知，电热丝的阻值R=55Ω，根据欧姆定律可以得出，电热丝R工作时的电流为（2）电热丝通电时间为t=10s，由焦耳定律得，电热丝通电10s产生的热量为（3）由控制电路图可知，控制电路的电源电压U=6V，电磁铁、热敏电阻R1和滑动变阻器R2串联在控制电路中，则流过三者的电流相等，不计电磁铁的电阻，电磁铁相当于一条导线，则电路中总电阻为当控制电路电流I≥0.05A时，衔铁被吸合，电热丝R停止工作，同时红灯亮蜂鸣器响发出报警信号，由欧姆定律可知，此时电路中总电阻为此时，滑动变阻器阻值R2=70Ω，则热敏电阻R1的阻值为由欧姆定律可知电路中总电阻越小电流越大，则根据题意只要热敏电阻R1≤50Ω，电路就会发出报警，由题中表格可知，温度越高，热敏电阻R1越小，查询表格数据可知，对应热敏电阻R1=50Ω的温度为60℃，则当调节滑动变阻器R2=70Ω时，烘干机内温度至少为60℃会发出报警信号。6.图甲是某型号能设定加热温度的家用空气炸锅，其简化电路如图乙所示，它是通过电热丝R1来加热空气，从而加热食物，达到设定加热温度后，断开开关。求：（1）将5×10-3kg的空气从20℃加热到200℃需要吸收的热量。c空气取1.0×103J/（kg·℃）；（2）工作电路中电热丝R1与指示灯支路并联。已知R1的额定电压为220V，额定功率为1210W。正常工作时，工作电路的总电流为5.55A，此时指示灯支路消耗的功率；（3）控制电路电源电压恒定，通过调节变阻器R3接入电路的阻值来设置加热温度，电阻R2置于温度监测区域，它的阻值随温度变化的关系如图丙所示。当加热温度设定为150℃，即R3的阻值调为100Ω时，闭合开关S，电磁继电器（不计线圈的电阻）的衔铁被吸下，工作电路接通，开始加热；直到温度达到150℃时，衔铁向上弹起，停止加热。则当R3的阻值调为80Ω时，对应的加热温度设定为多少？【答案】（1）900J；（2）11W；（3）200℃【解析】（1）需要吸收的热量（2）工作电路中电热丝R1与指示灯支路并联，R1的电流为指示灯支路电流为指示灯支路消耗的功率（3）如图乙所示，R2、R3串联在电路中，当温度达到150℃时，如图丙，R2阻值为30Ω，此时总电阻为此时电流为I′，衔铁向上弹起，当R3调为80Ω时，要使衔铁向上弹起，则电流为I′，则总电阻为130ΩR2阻值为查图丙可得，加热温度设定为200℃。答：（1）需要吸收的热量为900J；（2）指示灯支路消耗的功率为11W；（3）加热温度设定为200℃。7.图甲是某小区电梯的结构示意图，它是由轿厢（500kg）、配重（400kg）、滑轮、缆绳、钢丝绳和电动机组成，绳重和摩擦忽略不计。为了安全，电梯设置了超载自动报警系统，如图乙。闭合控制开关，电梯没有超载时，触点与B接触，再闭合运行开关S2，电动机正常工作：超载时（即控制电路中的电流），触点与A接触，电铃发出报警铃声，即使闭合S2，电动机也不工作。控制电路电源电压为12V，电磁铁线圈电阻不计，轿厢内底而压力传感器的阻值与它所受压力F的关系如图丙所示，当受到2000N压力时，与定值电阻的功率之比为。（1）该电梯空载静止时，与轿厢相连的缆绳对轿厢的拉力为______N。（2）用笔画线代替导线，将图乙中的电动机和电铃连入电路。（导线不能交叉）（3）该电梯的最大载重量（轿厢内人和货物的总重）为多少N？（4）若每层楼高度3m，平均每人重600N，该电梯将8人从一楼运送到六楼，求电机牵引轿厢的钢丝绳做的功（此过程作匀速直线运动处理）。【答案】（1）（2）（3）（4）【解析】（1）该电梯空载静止时，与轿厢相连的缆绳对轿厢的拉力等于配重的重力（2）根据电路要求，电铃和电动机应并联，闭合控制开关，电梯没有超载时，压力传感器的电阻较大，控制电路的电阻较大，电磁铁的磁性弱，触点与B接触，再闭合运行开关S2，电动机正常工作；超载时，控制电路的电阻较小，即控制电路中的电流，电磁铁的磁性强，触点与A接触，电铃发出报警铃声，即使闭合S2，电动机也不工作；电路图如图（3）已知，控制电路中R1、R2串联，两电阻的功率解得由图丙可知，时，，由此可得：。载重越大，对轿厢地板压力越大，由图丙可知，阻值越小，控制电路中的总电阻就越小，控制电路的电流时即为不超载时的最大电流，也就是载重量最大；由得；电路中的最小电阻为压敏电阻的最小阻值查看图丙可知，，即电梯的最大载重量（4）8个人的总重力上升的高度轿厢重配重的缆绳对轿厢的拉力匀速直线运动状态即平衡状态，所以有所以钢丝绳做的功为8.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），请完成下列问题：（1）图甲中电磁铁的上端为___________（选填“N极”或“S极”）；（2）加热时电热丝R3的功率为___________；（3）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___________℃；[c水=4.2×103J/（kg•℃），结果保留1位小数]（4）如果将电热水器水温设为60℃，R2的阻值应该调至___________Ω。【答案】（1）S极（2）2200W（3）25.1（4）20【解析】（1）电磁铁是根据电流的磁效应制成的，图甲中电流从电磁铁的上端外侧流入，由安培定则可知，线圈的下端为N极，其上端的磁极为S极。（2）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（3）电路处于加热状态，正常工作1小时，产生热量Q=Pt=2200W×3600s=7.92×106J产生的热量80%被水吸收，则水吸收热量Q吸=80%×Q=80%×7.92×106J=6.336×106J由Q吸=cmΔt变形得，水升高的温度（4）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10Ω，则R2的阻值为R2=R总-R1=30Ω-10Ω=20Ω9.图1是某恒温箱的电路原理图。工作电路电压为220V，电热丝R0的阻值为88Ω；控制电路电源电压为8V，线圈的电阻R1为10Ω，调温电阻R2最大阻值为120Ω；热敏电阻R3的阻值随温度t变化的关系如图2所示。R0和R3均置于恒温箱中，当继电器线圈中的电流达到50mA时，继电器的衔铁会被吸下。求：（1）S闭合时，电磁铁上端是_______极（用字母表示），当恒温箱中温度升高时，线圈中的电流将变_______；（2）恒温箱中温度保持为40℃，R3的阻值为_______Ω，此时R2的阻值为_______Ω；（3）R0工作时，功率为_______W，5min消耗的电能为_______J；（4）该恒温箱能设定的最高温度为多少？【答案】（1）N大（2）12030（3）5501.65×105（4）160℃【解析】（1）S闭合时，电流从电磁铁的上端流入、下端流出，根据安培定则可知，电磁铁上端是N极。由图2可知，当恒温箱中温度升高时，热敏电阻R3的阻值变小，控制电路的总电阻变小，由可知，控制电路的电流变大，则线圈中的电流将变大。（2）由图2可知，恒温箱中温度保持为40℃，热敏电阻R3的阻值R3=120Ω。由题意可知，当继电器线圈中的电流达到I=50mA=0.05A继电器的衔铁会被吸下，此时恒温箱中温度最高，此时控制电路的总电阻为因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，此时R2的阻值为R2=R总-R3-R1=160Ω-120Ω-10Ω=30Ω（3）R0工作时的功率为由可得，5min消耗的电能为W=Pt=550W×5×60s=1.65×105J（4）当恒温箱能设定的温度最高时，热敏电阻R3的阻值最小，而此时控制电路的总电阻为160Ω不变，则热敏电阻R3的最小阻值为R3小=R总-R2大-R1=160Ω-120Ω-10Ω=30Ω由图2可知，该恒温箱能设定的最高温度为160℃。10.小明发现小区、商场等地下停车场入口处的地面要比临街路面高一些。经过调查了解，这是为了避免雨天路上的积水流进地下停车场而采取的措施，当积水过高时还要用沙袋将停车场入口地面垫高，小明与学习小组的同学拟设计一个自动装置、解决积水进入地下停车场的问题，制定了如下项目研究内容：【项目名称】浮体式拦水坝【项目特点】隐藏式、自动化、节能【项目要求】要求一：积水即将没过上行缓坡时，蓄水池蓄水。当蓄水达到一定高度，拦水坝升起。要求二：积水水位降低，拦水坝自动下降。当水位降至路面时，拦水坝下降至底部。【项目设计】（1）结构及原理：如图1甲，参照船闸的结构和原理，地下蓄水池相当于闸室。积水的路面相当于河流的上游，通过进水口下方管道连接起来构成______。如图1乙，当蓄水池中水面逐渐上升至H位置时，拦水坝刚要浮起，在这个过程中拦水坝受到的浮力______（填“变大”、“不变”或“变小”）。如图丙，随着水面继续升高，拦水坝慢慢升起至顶端，此时坝体与蓄水池左侧壁接触紧密，避免蓄水池中的水进入地下停车场。（2）方案评估：同学们经过充分讨论后发现这个设计方案不能满足“项目要求”中的______（填“要求一”或“要求二”），需要进一步改进。（3）设计改进：①如图2，参照原设计结构，增加一个排水管道，排水口与路面相平。要保证积水不能从排水管道流进蓄水池，但蓄水池中的水可以从排水管道排出。这就需要利用单向阀门来控制水流方向，单向阀门只能向一个方向开启，其结构和作用如图3所示。要满足全部项目要求，应在图2虚线框所在的位置安装图3中的______（填“A阀门”或“B阀门”）。②通过调节拦水坝的配重，可改变排水水位的高度，以应对各种积水情况。（4）功能升级：拦水坝升起时车辆不能通行，应在入口处设计一个报警电路。①如图4，虚线位置为拦水坝恰好浮起时蓄水池水面高度H处，金属块A、B、C分别安装在蓄水池侧壁的不同高度上，随着水位的升高，都能与雨水接触较好（雨水可以导电）。其中a、b、c是连接金属块的接线柱、d、e是电磁继电器上的接线柱。②要求：拦水坝不升起时，绿灯亮；拦水坝升起时，红灯亮同时电铃响，起到警示作用。请你根据上述要求选择合适的接线柱，用笔画线代替导线，将电路连接完整。______【项目小结】同学们设计已完成项目要求，更多功能可进一步开发。【答案】（1）连通器变大（2）要求（3）A阀门（4）【解析】（1）地下蓄水池相当于闸室。积水的路面相当于河流的上游，通过进水口下方管道连接起来，构成一个上端开口下部相连通的连通器。当蓄水池中水面逐渐上升至位置时，拦水坝刚要浮起，在这个过程中拦水坝排开液体的体积变大，因而受到的浮力变大。（2）本设计能够自动抬升，却不能自动回复使得拦水坝下降，故不能满足“项目要求”中的要求二；（3）单向阀的作用时使得蓄水池中的水可以从排水管道排出，而不能进入，因而选择阀门，可以向右开启，不能向左开启。（4）拦水坝不升起时，绿灯亮，根据图中可知衔铁没有被吸下，说明控制电路断开，拦水坝升起时，红灯亮同时电铃响，衔铁被吸下，控制电路闭合，因而控制电路必须在水位超限时接通，只能选择a接入电路；衔铁带动动触点移动，相当于开关，根据家庭电路安全要求，开关接火线，则d与火线相连，电路如图所示：11.冬季，汽车后风窗玻璃上常会形成一层薄霜，导致驾驶员无法准确观察后方情况。为保障行车安全，后风窗玻璃装有加热除霜电路。如图甲所示，是某同学设计的模拟汽车后风窗玻璃加热电路，它由控制电路和受控电路组成。控制电路中S接“手动”时，电磁铁A通电吸引衔铁，使触点、接触、受控电路中电热丝工作，对玻璃均匀加热。S接“自动”时，加热过程中，玻璃温度升高至45℃时，触点、恰好脱开，此时控制电路中通过的电流为0.02A。电路中U1=6V，U2=12V，R0=150，R2=0.8Ω，R1为固定在玻璃内的热敏电阻，其温度始终与玻璃温度相同，阻值随温度升高而增大。若电热丝R2所产生的热量完全被玻璃吸收，玻璃质量为9kg，玻璃比热容为（0.8×103J/(kg·℃)）。电磁铁A线圈的电阻忽略不计。(1)开关S接“手动”：①电磁铁A通电时具有磁性，此现象称为电流的______效应，A的上端是______极。②将玻璃从加热至．所需的时间是______？(2)开关S接“自动”。玻璃的温度为15℃和45℃时，控制电路的功率相差了，则时热敏电阻的阻值为______。(3)汽车后风窗玻璃上的电热丝是通过丝网印刷的方式将专用的导电银浆印刷到玻璃的表面烧结制成，如图乙所示，在电压不变的情况下，为增大电热丝的加热功率，请从银浆线的厚度，条数、粗细等方面，提出一种改进措施______。【答案】(1)磁N(2)90(3)其它条件不变时增加银浆线的厚度（或其它条件不变时增加银浆线的条数、或其它条件不变时增加银浆线的横截面积等）。【解析】(1)①电磁铁A通电时具有磁性，此现象称为电流的磁效应，电流从电磁铁的下端流入，用右手握住螺线管，四指指向电流的方向，大拇指指向N极，即A的上端是N极。②玻璃从-5℃加热至45℃时，玻璃吸收的热量因电热丝所产生的热量完全被玻璃吸收，所以，消耗的电能由可得，需要的加热时间(2)由题意可知，玻璃的温度为45℃时，控制电路中通过的电流为0.02A，此时控制电路的功率因热敏电阻的阻值随温度升高而增大，且玻璃的温度为15℃和45℃时，控制电路的功率相差了，所以，15℃时控制电路的功率此时控制电路的总电阻因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，15℃时热敏电阻的阻值：(3)在电压不变的情况下，由可知，为增大电热丝的加热功率，应减小的阻值，因导体的电阻与材料、长度、横截面积有关，且材料一定时，长度越短、横截面积越大，电阻越小，所以，其它条件不变时增加银浆线的厚度，或其它条件不变时增加银浆线的条数，或其它条件不变时增加银浆线的横截面积等。12.（2023福建省）实践小组设计了由厢体、承重板和动滑轮组成的提升重物的装置，示意图如图甲，厢体放置在水平承重板上，承重板的上表面装有压力传感器，装置由电动机提供动力。该装置设计有超载限制系统，如图乙，限制系统中的控制电路电源电压恒为12V，定值电阻R0阻值为200Ω，压力传感器中的力敏电阻RF阻值随压力F压变化的部分数据如下表所示。当控制电路的电流大于0.03A时，电磁铁将衔铁吸下，B、C两个触点断开，电动机停止工作。已知厢体重150N，承重板和滑轮共重100N，忽略绳重、摩擦和电磁铁线圈电阻。F压/N…4006008009001000…RF/Ω…800500300200100…（1）空厢匀速竖直上升时，求绳拉力F的大小；（2）在6s内将空厢匀速竖直提升3m，求拉力F做功的功率；（3）重物放在厢体内，求该装置匀速竖直提升重物的最大机械效率；（4）若要将该装置的最大载重量调小，提出对控制电路的一条调整措施。【答案】（1）125N；（2）125W；（3）75%；（4）减小R0【解析】（1）忽略绳重、摩擦，空厢匀速竖直上升时，绳拉力F的大小（2）绳端移动距离绳拉力F做的功绳拉力F的功率（3）控制电路的最大电流时，载重量最大，控制电路最小总电阻力敏电阻的阻值由表中数据可知，当，压力，即最大载重装置的最大机械效率（4）要将该装置的最大载重量调小，力敏电阻RF阻值会变大，控制电路的电流不变，由可知，电源电压不变，电路的总电阻不变，可以减小R0的阻值。答：（1）空厢匀速竖直上升时，绳拉力F的大小是125N；（2）在6s内将空厢匀速竖直提升3m，拉力F做功的功率是125W；（3）重物放在厢体内，该装置匀速竖直提升重物的最