3.3 拓展-電磁計算（解析版）

【考查知識】電磁繼電器類計算題是中考的熱門題型，利用公式法解答電磁繼電器類計算題的公式為歐姆定律I＝U/R；計算時必須考慮保護電阻的阻值。試題常常利用圖表提供熱敏電阻、壓敏電阻、光敏電阻的信息，解題時應(yīng)注意根據(jù)題中提示，恰當(dāng)利用圖表中的數(shù)據(jù)。1、某校項目化小組同學(xué)設(shè)計并制作了一個電子加熱墊（圖甲），用于冬天時給杯子加熱，它的內(nèi)部電路如圖乙。其中，R1是熱敏電阻，它的阻值會隨溫度的升高而減?。籖2是定值電阻，當(dāng)有電流通過時會產(chǎn)生熱量；L是指示燈，S為定時開關(guān)，連續(xù)工作8小時后會自動斷開，1為動觸點，2、3、4是靜觸點。若水溫低于70℃，只有R2工作，加熱墊處于加熱狀態(tài)；溫度超過70℃時，指示燈L發(fā)光，提示液體溫度較高注意燙手，但仍持續(xù)加熱。已知R2=8Ω，指示燈L的電阻為30Ω。工作電路電壓為12伏，線圈電阻忽略不計。（1）當(dāng)液體溫度低于70℃時，動觸點1與靜觸點___________相連。（2）當(dāng)液體溫度超過70℃時，工作電路中的總電流是多大？___________（3）同學(xué)們發(fā)現(xiàn)溫度超過60℃時，加熱墊上的杯子就已經(jīng)很燙手，出于安全考慮，同學(xué)們希望溫度達到60℃時就能使指示燈發(fā)光，以下方案可行的是___________。A．增大控制電路的電源電壓B．增大工作電路的電源電壓C．增大電磁鐵的線圈匝數(shù)D．減小R2的阻值E.增大銜鐵與電磁鐵間的距離【答案】2

1.9A

AC【解析】（1）水溫低于70℃，只有R2工作，說明工作電路R2為的簡單電路，此時動觸點1與靜觸點2相連。（2）溫度超過70℃時，指示燈L發(fā)光，提示液體溫度較高注意燙手，但仍持續(xù)加熱，說明工作電路中燈泡和定值電阻R2并聯(lián)接入電路，并聯(lián)電路各支路兩端的電壓相等，根據(jù)歐姆定律可得通過燈泡的電流通過定值電阻的電流并聯(lián)電路干路電流等于各支路電流之和，則工作電路中的總電流I=IL+I2=0.4A+1.5A=1.9A（3）AC．電磁鐵的吸合電流不變，若希望溫度達到60℃時就能使指示燈發(fā)光，需要增大控制電路中的電流，根據(jù)歐姆定律可知，可以增大電源電壓來增大電流；在電流不變的情況下，可以通過增加線圈的匝數(shù)來增大電磁鐵的磁性，故AC符合題意；BCD．BD選項中的措施不會改變電磁鐵的磁性；E選項中增大銜鐵與電磁鐵間的距離，使得電磁鐵吸引銜鐵的力減小了，故BDE不符合題意。故選AC。2、圖甲為熱敏電阻的R-t圖象，圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的恒溫箱的簡單溫控電路，繼電器線圈的電阻為150Ω，當(dāng)線圈中電流大于或等于28mA時，繼電器的銜鐵被吸合，為繼電器線圈供電的電池的電壓為6V，圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源。(1)從圖甲中可得50℃時熱敏電阻的阻值為Ω。(2)恒溫箱的加熱器應(yīng)接在A、B端還是C、D端？(3)若恒溫箱內(nèi)的溫度達到100℃時，通過計算分析恒溫箱加熱器是否處于工作狀態(tài)？(4)若在原控制電路中，串聯(lián)接入一個可變電阻，當(dāng)該電阻增大時，所控制的恒溫箱內(nèi)的最高溫度將(填“變大”“不變”或“變小”)?！敬鸢浮?1)90(2)恒溫箱的加熱器應(yīng)接在A、B端。(3)當(dāng)溫度達到100℃時，據(jù)圖甲可知，此時熱敏電阻的阻值是50Ω，繼電器線圈的電阻為150Ω，所以該電路的電流是：I＝eq\f(U,R總)＝eq\f(6V,50Ω＋150Ω)＝0.03A＝30mA>28mA，故恒溫箱加熱器不處于工作狀態(tài)；(4)變大【解析】(1)分析圖甲可知，50℃時熱敏電阻的阻值為90Ω；(2)當(dāng)溫度較低的時候，熱敏電阻的阻值較大，電路中的電流較小，此時繼電器的銜鐵與AB部分連接，此時是需要加熱的，恒溫箱內(nèi)的加熱器要工作，所以恒溫箱內(nèi)的加熱器應(yīng)接在A、B端。(4)據(jù)題意可知，“當(dāng)線圈中電流大于或等于28mA時，繼電器的銜鐵被吸合”即恒溫箱會停止工作，故可知，若在控制電路中串聯(lián)一個電阻后，電路電阻變大，同樣情況下，使得電路電流變小，故控制電路達到28mA時所用的時間會更長，恒溫箱的加熱時間會更長，故恒溫箱內(nèi)的最高溫度會變大。3、有一種電加熱恒溫箱，工作原理如圖a所示．控制電路由電壓為U1=6V的電源、電磁繼電器（線圈電阻不計）、滑動變阻器R0和熱敏電阻R1組成；工作電路由電壓為U2=220V的電源和電阻為R2=48.4Ω的電熱絲組成．當(dāng)控制電路中的電流達到0.05A時，銜鐵被吸下來，觸點處斷開，工作電路停止工作，當(dāng)控制電路中的電流小于0.05A時，銜鐵被彈回，觸點處接通，加熱電路正常工作．熱敏電阻R1的阻值隨溫度變化關(guān)系如圖b所示．(1)工作電路正常工作1min，電熱絲R2產(chǎn)生的電熱是多少？(2)通過調(diào)節(jié)控制電路中滑動變阻器R0接入電路的阻值，就能調(diào)節(jié)恒溫箱中需要設(shè)定的不同溫度，如果恒溫箱的溫度設(shè)定為50℃，求滑動變阻器R0應(yīng)接入電路的阻值．(3)若要提高恒溫箱的設(shè)定溫度，滑動變阻器R0接入電路的阻值應(yīng)調(diào)大還是調(diào)小？【答案】(1)6×104J

(2)40Ω(3)調(diào)大【解析】（1）電熱絲正常工作1分鐘，產(chǎn)生的熱量：；（2）當(dāng)溫度為50℃時，R1=80Ω，在控制電路中，，R2=R總﹣R1=120Ω﹣80Ω=40Ω；（3）若提高恒溫箱的溫度，則R1的電阻減小，因為工作電路正常工作時，控制電流不變，因此控制電路的總電阻不變，R1電阻減小，因此變阻器接入電路的電阻應(yīng)調(diào)大。4、磁感應(yīng)強度B用來描述磁場的強弱，國際單位是特斯拉，符號是“T”。為了探究電磁鐵外軸線上磁感應(yīng)強度的大小與哪些因素有關(guān)，小鷺設(shè)計了如圖甲、圖乙所示的電路，圖甲中電源電壓為9V，R為磁感應(yīng)電阻，其阻值隨磁感應(yīng)強度變化的關(guān)系圖線如圖丙所示。（1）當(dāng)圖乙中S2斷開，圖甲S1閉合時，電流表的示數(shù)為mA。閉合S1和S2，圖乙中滑動變阻器的滑片P向右移動，圖甲中電流表的示數(shù)逐漸減小，說明磁感電阻R處的磁感應(yīng)強度B逐漸。（2）閉合S1和S2，滑片P不動，沿電磁鐵軸線向左移動磁感電阻R，測出R離電磁鐵左端的距離x與對應(yīng)的電流表示數(shù)I，算出R處磁感應(yīng)強度B的數(shù)值如下表所示。請計算x=5cm時，B=T。（3）綜合實驗數(shù)據(jù)可以得出：電磁鐵外軸線上磁感應(yīng)強度隨電磁鐵電流的增大而，離電磁鐵越遠，磁感應(yīng)強度越?！敬鸢浮?0

變大

0.5

增大

小【解析】（1）當(dāng)圖乙S2斷開，圖甲S1閉合時，即磁場強度為零，據(jù)圖丙可知，此時的磁感應(yīng)電阻R=100Ω，則此時圖甲電路中的電流（電流表的示數(shù)）：閉合S1和S2，圖乙中滑動變阻器的滑片P向右移動，變阻器接入電路的電阻變小，電流變大、磁場變強，圖甲中電流表的示數(shù)逐漸減小，說明磁感應(yīng)電阻R的電阻變大，據(jù)此分析可知：磁感電阻R處的磁感應(yīng)強度B逐漸增大；（2）x=5cm時，由表格數(shù)據(jù)可知此時電流表示數(shù)是30mA，由歐姆定律可得，此時磁感應(yīng)電阻的阻值：，由圖丙可知，對應(yīng)的磁感應(yīng)強度B=0.5T；（3）綜合以上實驗數(shù)據(jù)，分析表格數(shù)據(jù)可以得出：電磁鐵外軸線上磁感應(yīng)強度隨電磁鐵電流的增大而增大，離電磁鐵越遠，磁感應(yīng)強度越小。5、有一種“闖紅燈違法證據(jù)模擬記錄器”如圖甲。其工作原理：當(dāng)光控開關(guān)接收到某種顏色光時，開關(guān)自動閉合，且當(dāng)壓敏電阻受到車的壓力，它的阻值變化（變化規(guī)律如圖乙所示）引起電流變化到一定值時，繼電器的銜鐵就被吸下；光控開關(guān)未受到該種光照射自動斷開，銜鐵沒有被吸引，工作電路中的指示燈發(fā)光。已知控制電路電壓為6V，電磁繼電器線圈電阻10Ω，當(dāng)控制電路中電流大于0.06A時，銜鐵被吸引。（1）光控開關(guān)在接收到光時，會自動閉合。（2）質(zhì)量大于或等于kg的車輛違規(guī)時會被拍照記錄。（g取10N/kg）（3）要使質(zhì)量較小的車闖紅燈也能被拍下，可以在控制電路中與壓敏電阻一個電阻。（選填：“并聯(lián)”或“串聯(lián)”）（4）如果某一路段要求時速不超過50km/h，當(dāng)汽車先后通過兩個線圈上方的時間間隔小于0.5s時，拍攝系統(tǒng)才會被激活而拍下超速汽車的照片（如丙圖）．則兩個線圈之間的距離應(yīng)設(shè)計為m（保留到整數(shù)）。【答案】（1）紅；（2）400；（3）并聯(lián)；（4）7【解析】（1）因為電控照相機要自動記錄違規(guī)闖紅燈的情景，所以光控開關(guān)應(yīng)在接收到紅光時，自動閉合；（2）根據(jù)歐姆定律I=UR，電路中的總電阻為：R總=U（3）當(dāng)壓力F越小時，電阻R越大，如果再串聯(lián)一個電阻，根據(jù)串聯(lián)電路中的總電阻等于各串聯(lián)電阻之和，則電路中的總電阻更大，電流會更小，達不到0.06A，電磁鐵不能有效控制銜鐵，則不能達到給違規(guī)車輛拍照的目的，因此需要并聯(lián)。（4）車速v＝50km/h＝50×16、電梯為居民出入帶來很大的便利，出于安全考慮，電梯都設(shè)置超載自動報警系統(tǒng)，其工作原理如圖甲所示已知控制電路的電源電壓U＝9V，保護電阻R1＝100Ω，壓敏電阻R2的阻值隨壓力F大小的變化關(guān)系如圖乙所示，電梯底架自重和電磁鐵線圈的阻值忽略不計，試問：（1）在圖中的控制電路中，電磁鐵上端為其磁場的極，當(dāng)壓敏電阻R2受到的壓力增大時，其阻值減小，控制電路中的電流增大，從而使電磁鐵的磁性增強，銜鐵被電磁鐵吸住，觸點K與觸點接觸，電鈴發(fā)出警報聲。（2）當(dāng)電磁鐵線圈電流達到30mA時，銜鐵剛好被吸住。若每位乘客體重為650N，請計算說明此電梯最多可乘幾個人。（g取10N/kg）（3）若電鈴發(fā)出警報聲條件如（2），需要減小最大載客量，可采取什么措施？【答案】（1）N（北）；B；（2）此電梯最多可乘13個人；（3）需要減小最大載客量，可采取什么措施有：減小R1的阻值或增大電源電壓。【解析】（1）由圖甲可知，電磁鐵中電流的方向從下向上，用右手握住螺線管，讓電流方向與彎曲的四指方向保持一致，大拇指所指的一端為電磁鐵的N極，所以電磁鐵上端為N極（或北極）；當(dāng)壓敏電阻R2受到的壓力增大時，其阻值減小，控制電路中的電流增大，從而使電磁鐵的磁性增強，銜鐵被電磁鐵吸下，觸點K與觸點B接觸，電鈴發(fā)出警報聲；（2）當(dāng)電磁鐵線圈電流達到30mA時，電梯承載的重力最大，由I=UR可得，控制電路的總電阻：R總=UI=9V30×10?3A=300Ω，因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，所以，此時壓敏電阻的阻值：R2＝R總（3）由題意可知，因電鈴發(fā)出警報聲時電磁鐵線圈電流達到30mA不變，①若電源的電壓不變，由I=UR可知，控制電路的總電阻不變，由圖乙可知，當(dāng)需要減小最大載客量即壓敏電阻受到的壓力減小時，壓敏電阻的阻值增大，由電阻的串聯(lián)可知，應(yīng)減小保護電阻R②若保護電阻R1的阻值不變，當(dāng)需要減小最大載客量時，壓敏電阻的阻值增大，電路的總電阻增大，要使電磁鐵線圈電流達到30mA不變，應(yīng)增大電源的電壓。7、如圖甲所示為電磁繼電器和熱敏電阻R1等組成的恒溫箱控制電路，R1處于恒溫箱內(nèi)。電源電壓，電磁繼電器線圈的電阻可不計。圖乙為熱敏電阻的R1-t圖像，且已知在50~150℃范圍內(nèi)，熱敏電阻的阻值隨溫度的變化規(guī)律是為常數(shù)；電阻R2是可變電阻。當(dāng)線圈中的電流達到20mA時，電磁繼電器的銜鐵被吸下，已知此時可變電阻，恒溫箱保持60℃恒溫。圖中的“交流電源”是恒溫箱加熱器的電源。（1）60℃時，熱敏電阻R1的阻值是多少？（2）應(yīng)該把恒溫箱的加熱器接在A、B間還是C、D間？請說明理由；（3）如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持100℃，可變電阻R2的阻值應(yīng)調(diào)為多少？【答案】（1）；（2）見詳解；（3）【解析】（1）當(dāng)溫度為60℃時，控制電路中的總電阻為所以R1的阻值為（2）由圖乙可知，熱敏電阻R1的阻值隨著溫度的升高而減小，當(dāng)線圈中電流達到20mA時，繼電器的銜鐵被吸合，電路應(yīng)斷開，因此，應(yīng)該把恒溫箱的加熱器接在A、B端。（3）如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持100℃，假設(shè)此時熱敏電阻的阻值為，為常數(shù)，則有所以的阻值為可變電阻R2的阻值應(yīng)調(diào)為答：（1）60℃時，熱敏電阻R1的阻值是；（2）由圖乙可知，熱敏電阻R1的阻值隨著溫度的升高而減小，當(dāng)線圈中電流達到20mA時，繼電器的銜鐵被吸合，電路應(yīng)斷開，因此，應(yīng)該把恒溫箱的加熱器接在A、B端；（3）如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持100℃，可變電阻R2的阻值應(yīng)調(diào)為。8、為了比賽的公平公正，小蕓為學(xué)校短跑比賽設(shè)計了一款防搶跑裝置，該裝置安裝在起跑線前，如圖甲所示。丙圖是其工作原理圖：起跑發(fā)令槍發(fā)令前，開關(guān)S1、S2、S3都閉合，K與A端相連，綠燈亮；發(fā)令槍扳機和開關(guān)S2相連動，扣動扳機，槍響同時開關(guān)S2斷開；當(dāng)電流表示數(shù)小于或等于30mA時，在彈簧彈力作用下，K與A端相連，綠燈亮，無人搶跑；當(dāng)電流表示數(shù)大于30mA時，銜鐵被吸下，K與B端相連，紅燈亮同時鈴聲響，有人搶跑。已知兩電路電源電壓均為6V，保持不變，壓力傳感器R的阻值隨所受壓力變化的圖象如圖乙所示，壓板重力不計，電磁鐵線圈電阻不計。則：(1)比賽時，起跑發(fā)令槍發(fā)令前，搶跑同學(xué)踩在壓板上的壓力F為900N時，左端電路電流表讀數(shù)為多少？(2)比賽時，槍聲響起后，若某同學(xué)踩在壓板上的力為1500N時，要使得紅燈不亮，電阻R0至少為多大？【解析】(1)當(dāng)有人搶跑時，對傳感器的壓力為900N，由圖象知，此時壓力傳感器的電阻R′＝100Ω，左端電路電流表讀數(shù)I′＝eq\f(U,R′)＝eq\f(6V,100Ω)＝0.06A。(2)由題意知，紅燈不亮?xí)r的電路最大電流I最大＝30mA＝0.03A，此時電路最小電阻R總＝eq\f(U,I最小)＝eq\f(6V,0.03A)＝200Ω，此圖象知，當(dāng)傳感器受到的壓力是1500N時，此時的電阻R″＝50Ω，保護電阻的最小阻值R0＝R總－R″＝200Ω－50Ω＝150Ω。【解析】（1）已知壓力傳感器受到的壓力，可以確定對應(yīng)的電阻；已知電源電壓和壓力傳感器的電阻，可以得到左端電路電流表讀數(shù)；（2）已知紅燈不亮?xí)r的電路最小電流和電源電壓，可以得到電路最大電阻；已知傳感器受到的壓力確定對應(yīng)的最小電阻；根據(jù)串聯(lián)電路特點得到保護電阻的阻值。9、如圖所示是一種自動測定油面高度的裝置．電源電壓U為6V，R1是最大電阻為30Ω的滑動變阻器，它的金屬滑片P連在杠桿一端，R2是定值電阻，油量表是用量程為0～0.6A的電流表改裝而成．(A、B、C、D四點表示四個接線柱，電磁繼電器線圈電阻忽略不計)(1)當(dāng)油面上升時，電流表示數(shù)變大，則導(dǎo)線M應(yīng)與接線柱相連；當(dāng)油量下降到預(yù)設(shè)位置時，警示燈亮，滑片P剛好在B處，則導(dǎo)線N應(yīng)與接線柱相連。(2)當(dāng)油箱加滿油時，滑片P剛好在A處，電流表的示數(shù)達到最大值，求電阻R2的阻值?！敬鸢浮浚?）AD（2）解：加滿油后，滑動變阻器的阻值為零，則電阻R2的阻值R2＝eq\f(U,I)＝eq\f(6,0.6)Ω＝10Ω【解析】（1）當(dāng)油面上升時，電流表示數(shù)變大，電路中電流增大，由歐姆定律可知，總電阻應(yīng)減小，則滑動變阻器接入電路的電阻應(yīng)減小，由于油面上升時金屬滑片P下移，所以，滑動變阻器一定要接上端的A接線柱，即導(dǎo)線M應(yīng)與A接線柱相連。當(dāng)油量下降到預(yù)設(shè)位置時，滑片P剛好在B處，此時滑動變阻器連入電路的電阻最大，根據(jù)歐姆定律可知油量表所在電路的電流最小，則電磁繼電器線圈磁性最弱，對銜鐵的吸引力最小，則銜鐵會被彈簧拉起與靜觸頭D相連，由于需要接通警示電路，使警示燈亮，所以導(dǎo)線N應(yīng)與D接線柱相連。10、物理學(xué)中常用磁感線來形象地描述磁場，用磁感應(yīng)強度(用字母B表示)來描述磁場的強弱，它的國際單位是特斯拉(符號是T)，磁感應(yīng)強度B越大表明磁場越強；B＝0表明沒有磁場。有一種電阻，它的大小隨磁場強弱的變化而變化，這種電阻叫做磁敏電阻。如圖所示是某磁敏電阻R的阻值隨磁感應(yīng)強度B變化的圖象。為了研究某磁敏電阻R的性質(zhì)，設(shè)計了如圖所示的電路進行實驗，請解答下列問題：(1)當(dāng)S1斷開、S2閉合時，電壓表的示數(shù)為3V，則此時電流表的示數(shù)為A。(2)只閉合S1，通電螺線管的左端為極；閉合S1和S2，移動兩個滑動變阻器的滑片，當(dāng)電流表示數(shù)為0.04A時，電壓表的示數(shù)為6V，由圖象可得，此時該磁敏電阻所在位置的磁感應(yīng)強度為T。(3)實驗中將圖甲中電路電源的正負極對調(diào)，發(fā)現(xiàn)圖乙電路中電壓表和電流表的示數(shù)均不變，這表明：該磁敏電阻的阻值與磁場