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2024年中考物理冲刺（全国通用）压轴题04 电磁继电器核心综合练（原卷版+解析版）
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这是一份2024年中考物理冲刺（全国通用）压轴题04 电磁继电器核心综合练（原卷版+解析版），文件包含压轴题04电磁继电器核心综合练原卷版docx、压轴题04电磁继电器核心综合练解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共47页， 欢迎下载使用。
中考新考法——以电磁继电器为核心的生活应用设计类题目；
常以结合敏感电阻、弹簧、电磁继电器+敏感电阻的形式制作生活仪器；
仪器在极限境况下的相关物理量计算；
为满足某要求（如测量范围、精度）对装置进行调整，通过计算改进方案。
新情景下的电磁感应生活应用设计类题目。
1.电磁铁：内部有铁心的螺线管叫做电磁铁。电磁铁在电磁起重机、电铃、发电机、电动机、自动控制上有着广泛的应用。
2.电磁铁的磁性：
（1）电磁铁磁性的有无，完全可以由通断电来控制。
（2）电磁铁磁性的强弱可以由电流的大小、线圈匝数控制。
3.电磁继电器：
（1）结构：具有磁性的电磁继电器由控制电路和工作电路两部分组成。控制电路包括低压电源、开关和电磁铁，其特点是低电压、弱电流的电路；工作电路包括高压电源、用电器和电磁继电器的触点，其特点是高电压、强电流的电路。
（2）原理：电磁继电器的核心是电磁铁。当电磁铁通电时，把衔铁吸过来，使动触点和静触点接触（或分离），工作电路闭合（或断开）。当电磁铁断电时失去磁性，衔铁在弹簧的作用下脱离电磁铁，切断（或接通）工作电路。从而由低压控制电路的通断，间接地控制高压工作电路的通断，实现远距离操作和自动化控制。电磁继电器的作用相当于一个电磁开关。
分析：电磁继电器是利用低电压、弱电流电路的通断，来间接地控制高电压、强电流电路通断的装置。电磁继电器就是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。
方法转化：把电磁继电器当作开关，把敏感电阻当作滑动变阻器，即可转化到我们压轴题01-02中的多开关、动态电路中去解决。
细节把控：在转化思想解决问题的同时，这类题其实是一类综合信息题，考查学生的综合素养，对整个题目已知信息，包括图像信息，很多隐含条件的挖掘。
目录：
01 电流磁效应的应用
02 电磁继电器与敏感电阻（含图像题综合）
03 新情景中的电磁感应
04 电磁继电器与敏感电阻（计算题）
05 电磁继电器与简单机械（计算题）
06 电磁继电器与浮力综合（计算题）
07 电磁继电器在热学中的应用（计算题）
08 电磁继电器的应用：警报问题（计算题）
09 电磁继电器与交流电图像问题（计算题）
10 电磁继电器的其他应用
11 电磁继电器的综合信息题
01 电流磁效应的应用
1．（2024·河南商丘·一模）人工心脏泵可短时间代替心脏工作，其结构如图所示，线圈AB固定在活塞的柄上S1只能向泵室外侧开启，阀门S2只能向泵室内侧开启。人工心脏泵工作时，以下说法正确的是（ ）
A．线圈AB中应通入大小周期性改变的电流
B．电流从线圈A端流入时，磁铁吸引活塞柄
C．电流从线圈B端流入时，血液将流入泵室
D．人工心脏泵每分钟“跳动”的次数由线圈中电流的大小决定
【答案】B
【详解】A．线圈AB中若通入直流电，活塞只能向一个方向移动，因此要使该装置能维持人体血液循环电流方向要周期性改变，故A错误；
B．电流从线圈A端流入过程中，螺线管左端为S极，活塞左移，故B正确；
C．电流从线圈B端流入过程中，螺线管左端为N极，活塞右移，S2关闭，S1打开，血液从泵室经S1流出，故C错误；
D．图中的线圈移动快慢与交流电的频率有关，与电流大小无关，故D错误。
故选B。
2．（2024·陕西渭南·一模）小林利用“热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小”的性质，设计了判断水温变化的装置，其工作原理如图甲所示，电源（电压恒定不变）、热敏电阻、电磁铁、定值电阻由导线连接成一个串联电路，电磁铁线圈电阻不计，在线圈的上方固定一个弹簧测力计，其下端挂一条形磁体。实验时把热敏电阻放入盛水的烧杯中，水温的变化会引起弹簧测力计示数发生变化。如图乙所示为某次实验中弹簧测力计读数随时间变化的图像。下列说法正确的是（ ）
A．到时间内热敏电阻的阻值变大
B．到时间内水温降低
C．到时间内电压表示数最小
D．到时间内电路中的总功率变小
【答案】D
【详解】由电路图可知，定值电阻与热敏电阻串联，电压表测定值电阻R0两端的电压。
A．由图象可知，t1到t2时间内弹簧测力计示数增大，说明铁块受到磁力增大，线圈中的电流变大，根据欧姆定律可知电路中的总电阻减小，则热敏电阻的阻值减小，故A错误；
B．因热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小，所以t1到t2时间内热敏电阻的阻值减小时，水温升高，故B错误；
C．由图象可知，t2到t3时间弹簧测力计示数不变，说明电路中的电流不变，则热敏电阻两端电压没有改变，根据串联电路的电压特点可知，电压表的示数不变；结合B项分析可知t2时刻水温最高，电路中的电流最大，由U=IR可知定值电阻R两端的电压最大(电压表示数最大)，所以t2到t3时间内电压表的示数最大，故C错误；
D．由图象可知，t3到t4时间内弹簧测力计示数减小，说明铁块受到磁力减小，电路中的电流减小，根据可知，电路中总电功率减小，故D正确。
故选D。
02 电磁继电器与敏感电阻（含图像题综合）
3．（2023·江苏常州·模拟预测）如图所示，是模拟超市里电动扶梯电路，使用扶梯前先要闭合开关，是一个红外传感器，当人靠近到一定距离时，人体辐射的红外线被红外传感器接收，红外传感器阻值减小。下列说法正确的是（ ）
A．电路工作时，电磁铁上端为极
B．当人远离传感器时，传感器阻值减小
C．当人远离传感器时，电磁铁的磁性变弱
D．当人远离传感器时，电动机转速变快
【答案】C
【详解】A．如图，电流从电磁铁的下端进入，根据安培定则可以判断电磁铁的上端是极，下端是极，故A错误；
BCD．闭合开关，控制电路中两电阻串联接入电路，当人靠近到一定距离时，人体辐射的红外线被红外传感器接收，红外传感器阻值减小，总电阻减小，电源电压不变，根据欧姆定律可知电路电流变大，电磁铁的磁性增强，吸引衔铁，动触头和静触头接通，工作电路的定值电阻短路，只有电动机接在电路中，电动机电压变大，电动机转动速度变快。所以，当人远离传感器时，传感器阻值变大，电磁铁的磁性变弱，电动机转速变慢。故C正确，BD错误。
故选C。
4．（2023·陕西·模拟预测）3D打印机是一种可快速打印定型的机器，它的原理是把数据和原料放进3D打印机中，通过逐层打印的方式来构造物体。小明家用的3D打印机所使用的丝材原料是一种易熔易凝的PLA塑料，其比热容c＝1.6×103J/（kg•℃）。其工作电路如图甲所示，其中U1＝9V，电磁铁的线圈电阻为40Ω，当电磁继电器线圈的电流达到100mA时，衔铁被吸下来。下列有关说法正确的是（ ）
A．3D打印机喷头主要是利用了电流的磁效应
B．当电阻R1为30Ω时，要使衔铁能被吸引下来，R2的阻值最多为60Ω
C．若电路中只有3D打印机工作了40min，如图乙所示的家用电能表指示灯闪烁了500次，则该打印机的实际功率为250W
D．100g的PLA塑料从30℃加热到80℃，吸收的热量为12800J
【答案】C
【详解】A．要熔化PLA塑料，则3D打印机喷头主要是利用了电流的热效应，故A错误；
B．电磁继电器线圈的电流达到100mA时，衔铁被吸下来，根据欧姆定律得，电路的总电阻为
根据串联电路电阻特点，R2的阻值最多为
R2＝R总﹣R1﹣R线圈＝90Ω﹣30Ω﹣40Ω＝20Ω
故B错误；
C．图乙中的家用电能表指示灯闪烁了500次，打印机做的功为
打印机的实际功率为
故C正确；
D．100g的PLA塑料从30℃加热到80℃，吸收的热量为
Q吸＝cm（t﹣t0）＝1.6×103J/（kg•℃）×0.1kg×（80℃﹣30℃）＝8000J
故D错误。
故选C。
5．（2023·陕西·中考真题）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0.4W
D．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
【详解】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。
6．（2024·陕西宝鸡·一模）如图甲是某校初中物理创新小组设计的“闯红灯违规模拟记录器”，当光控开关接收到某种颜色光时，开关自动闭合，它的阻值变化规律如图乙所示，已知控制电路电压为6V，继电器线圈电阻10Ω，当控制电路中电流大于0.06A时，衔铁被吸合。下列说法中不正确的是（ ）
A．要记录违规闯红灯的情景，光控开关应在接收到红光时，自动闭合
B．光控开关接收到绿光时，指示灯亮，电控照相机不工作
C．质量小于400kg的车辆违规时不会被拍照记录
D．要使质量较小的车闯红灯也能被拍下，可以在控制电路中串联一个电阻
【答案】D
【详解】AB．因为电控照相机要自动记录违规闯红灯的情景，所以光控开关应在接收到红光时，自动闭合；在接收到绿光时，光控开关断开，指示灯发光，电控照相机不工作，故AB正确，不符合题意；
C．根据欧姆定律
压敏电阻的阻值为
R＝100Ω﹣10Ω＝90Ω
查图可知，当R＝90Ω时，压敏电阻所受的压力F= 4000N，根据G＝mg得
只有质量大于400kg的车辆违规时才会被拍照记录；故C正确，不符合题意；
D．分析图乙可知，当压力F越小时，电阻R越大，如果再串联一个电阻，根据串联电路中的总电阻等于各串联电阻之和，则电路中的总电阻更大，电流会更小，达不到0.06A，电磁铁不能有效控制衔铁，则不能达到给违规车辆拍照的目的，故D错误，符合题意。
故选D。
7．（2023·内蒙古包头·三模）天桥极大方便了行人的出行，阴雨天时空气潮湿，能见度低，路面湿滑，为保证行人上下天桥时的安全，需在天桥入口处设置警示灯。图甲是某同学为此设计的部分模拟电路，电磁铁及触点1固定不动，衔铁可在电磁铁作用下上下运动，带动铜棒OF绕O点运动。该电路中需用到阻值随空气湿度变化的湿敏电阻，将湿敏电阻接在电路中（图中未画出），闭合开关S，当空气湿度小于设定值时，警示灯随湿度变化而自动调整亮度；当空气湿度增大到设定值时，警示灯能不断闪烁。图乙是可供选择的两种湿敏电阻的阻值随湿度变化关系的图像。忽略电磁铁线圈电阻，灯泡阻值不变，以下说法正确的是（ ）
A．应选R1作为该电路的湿敏电阻
B．在M、N、Q三处位置中，湿敏电阻应安装在N处
C．小于设定值时，湿度越小警示灯越亮
D．向左移动滑片P，可使警示灯在较小湿度下实现闪烁
【答案】D
【详解】A．由图乙知，R1的电阻随湿度的增加而增加，R2的电阻随湿度的增加而减小。根据实际情况，当空气潮湿，能见度变低时，警示灯变亮，电路中电流变大，电阻变小，即湿敏电阻随湿度的增加而减小，所以应选R2作为该电路的湿敏电阻，故A错误；
B．由图甲知，当湿度增大，能见度低，湿敏电阻变小，电路的电流增大，电磁铁的磁性变强，将衔铁吸引上去，湿敏电阻安装在M处时，会被短路，电路的电流突然增大，警示灯一下变得很亮起到闪烁的作用，可知湿敏电阻应安装在M处，故B错误；
C．由图乙知，当湿度减小，湿敏电阻变大，根据欧姆定律得，电路的电流变小，所以小于设定值时，湿度越小警示灯越暗，故C错误；
D．向左移动滑片P，电路中电阻变小，电路的电流增大，电磁铁的磁性变强，将衔铁吸引上去，可使警示灯在较小湿度下实现闪烁，故D正确。
故选D。
03 新情景中的电磁感应
8．（2024·湖北孝感·一模）我国第三艘航母“福建舰”装备了先进的电磁弹射系统，如图是一种电磁弹射示意图，滑块被弹射的原理是（ ）
A．电生磁B．磁生电
C．同种电荷相排斥D．磁场对通电导体有力的作用
【答案】D
【详解】由题意可知，电磁弹射器的弹射轨道处于磁场中，当滑块通以电流时，即可受到强大的推力，由此可知其原理是磁场对通电导体有力的作用；故D符合题意，ABC不符合题意。
故选D。
9．（2024·陕西西安·二模）如图-1所示，这是一种自行车上的装置，车前端的灯泡与该装置内部线圈相连，在骑行时自行车的车轮转动带动该装置上端的小轮转动，小轮带动内部的磁铁转动，灯泡便发光照明，图-2是其结构示意图。下列分析正确的是（ ）
A．当车轮反方向转动时灯泡不会发光
B．该装置的原理是法拉第发现的
C．该装置创造了能量，能量不守恒
D．车轮与小轮之间没有摩擦
【答案】B
【详解】A．当车轮反方向转动时，带动内部的磁铁转动，灯泡便发光照明，故A错误；
B．该装置的原理，即电磁感应现象是法拉第发现的，故B正确；
C．该装置将机械能转化为电能，能量守恒，故C错误；
D．车轮与小轮之间有相对运动，有摩擦，故D错误。
故选B。
10．（2024·四川绵阳·二模）图中黑色圆点为闭合回路放在磁场中的线圈的一边的横截面，当它在磁场中旋转一周时，下列说法中正确的是（ ）
A．线圈在位置①③时有感应电流
B．线圈在位置②④时，有感应电流
C．图中感应电流的方向改变一次
D．线圈在所有位置时均有感应电流
【答案】A
【详解】ACD．线圈在位置①③时切割磁感线运动，导体中都有感应电流；线圈在位置①③时，磁感线的方向相同，运动方向不同，得到的感应电流的方向不同，图中感应电流的方向改变两次，故A正确，CD错误；
B．在位置②时沿着磁感线的方向运动，不切割磁感线，导体中没有感应电流，在位置④时逆着磁感线的方向运动，不切割磁感线，导体中没有感应电流，故B错误。
故选A。
04 电磁继电器与敏感电阻（计算题）
11．（2024·福建泉州·一模）图是可自动调节浴室温度的灯暖型浴霸的简易电路图。控制电路中，电源电压为U1，定值电阻R0的阻值为15Ω，热敏电阻R的阻值随温度变化关系如下表所示，电磁继电器线圈电阻不计。工作电路中，电源电压U2恒为220 V，浴霸的两只灯泡均标有“220V 275W”的字样。当通过电磁继电器线圈的电流I达到60mA时，衔铁被吸下，工作电路断开；当通过电磁继电器线圈的电流I≤40mA时，衔铁被释放，工作电路闭合。
（1）求工作电路闭合时，通过工作电路的总电流；
（2）若浴室的温度不能超过40℃，求控制电路电源电压的最小值；
（3）若控制电路电源电压为12V，求浴室温度的调节范围；
（4）为了使浴室的控制温度升高，只增加电磁继电器线圈的匝数，这种方法是否可行？请说明理由。
【答案】（1）2.5A；（2）9.9V；（3）20~36℃；（4）见解析
【详解】解：（1）工作电路闭合时，两灯并联，两灯的工作电压均为额定电压220V，由与并联电路特点得，通过工作电路的总电流
（2）控制电路中Rt、R0、电磁继电器串联，电磁继电器线圈电阻不计。若浴室的温度不能超过40℃，则当热敏电阻的温度为40℃时，衔铁断开，两灯不工作。由表格中数据得，此时热敏电阻Rt电阻为150Ω；当通过电磁继电器线圈的电流I≤40mA时，由欧姆定律与串联电路电压特点得，控制电路电源电压的最小值
（3）若控制电路电源电压为12V，由欧姆定律得，当通过电磁继电器线圈的电流I达到60mA时，衔铁被吸下，工作电路断开，此时控制电路的电阻为
热敏电阻Rt电阻为
由表格中数据得，浴室温度温度为36℃。
当通过电磁继电器线圈的电流I≤40mA时，衔铁被释放，此时控制电路的电阻为
热敏电阻R1电阻为
由表格中数据得，浴室温度温度为20℃，则浴室温度的调节范围为20~36℃。
（4）增加电磁继电器线圈的匝数，其他条件不变时，电磁铁磁性增强，则当控制电路中电流较小时，衔铁就会被吸下，由欧姆定律得，此时控制电路中总电阻较大，R 0阻值不变，则此时热敏电阻的阻值较大，由表格中数据得，浴室温度变小，即当浴室温度较小时，浴霸就停止工作，故无法使浴室的控制温度升高，则这种说法不可行。
答：（1）工作电路闭合时，通过工作电路的总电流2.5A；
（2）若浴室的温度不能超过40℃，控制电路电源电压的最小值9.9V；
（3）若控制电路电源电压为12V，浴室温度的调节范围20~36℃；
（4）见解析。
12．（2024·黑龙江哈尔滨·一模）某电梯简图如图1所示，其部分工作原理如图2所示，R是一个压敏电阻，加在压敏电阻R上的压力增大时，它的阻值减小，当控制电路中的电流达到设定值时超载电铃报警。
（1）动触点K与A、B触点中的哪一个接触时电铃报警？（不用说明理由）
（2）压敏电阻R的阻值随着压力的变化规律如图3所示，控制电路的电源电压为6V，当控制电路中的电流达到0.03A时，衔铁被吸下，报警电铃响起，求此时R的大小及这部电梯设计的最大载重是多少？（电磁铁线圈的电阻不计）
（3）电梯质量300kg，带动电梯升降的电动机上标有“220V；10kW”的字样。当电梯里人和货物的总质量为500kg时，中途匀速运行10s内上升了10m，则此过程电动机将电能转化为机械能的效率是多少？
【答案】（1）B触点；（2）10000N；（3）80%
【详解】解：（1）由图得，B触点与电铃串联，则动触点K与B触点接触时电铃报警。
（2）由图2可知，控制电路电压
当控制电路中的电流为0.03A时，此时由可知，R的大小为
由图3可知，当
时，对应的压力
即电梯的最大载重为10000N。
（3）电梯得到的机械能
由得，电梯消耗的电能
此过程电动机将电能转化为机械能的效率是
答：（1）动触点K与B触点接触时电铃报警；
（2）此时R的大小及这部电梯设计的最大载重是10000N；
（3）此过程电动机将电能转化为机械能的效率是80%。
13．（2024·湖北孝感·一模）科技小组开展设计一款多功能电热锅的项目活动，过程如下：
【明确问题】同学们讨论后认为，电热锅应具有如下功能和标准：
功能1：加热模式额定功率880W；保温模式额定功率88W；额定电压220V；
功能2：电热锅达到设定温度后能自动从加热模式切换到保温模式；
功能3：电热锅从加热模式切换到保温模式的设定温度可调，以实现蒸、煮、炖、焖、烙、煎多种烹饪方式；
【方案设计】根据标准，小组设计了如图甲的方案：
（1）工作电路中加热挡的发热电阻R应设计在 处（选填“a”或“b”）；
（2）为保证加热功率为880W，发热电阻R的阻值应为多大；( )
（3）科技小组选取了一种热敏电阻Rt，其阻值与温度关系见图乙，把它接在控制电路中，可以实现当电热锅内温度达到105℃时，当电流达到0.03A时，电磁铁会吸下衔铁，选用的定值电阻R0阻值应为多大；（电磁铁线圈阻值不计）( )
（4）用这个电热锅在加热模式下将1L温度为12℃的水在标准大气压下烧开，至少需要多长时间[]；( )
【方案评估及改进】
（1）经过讨论，同学们发现以上设计方案无法实现功能3；
（2）为实现功能3，请说出一种改进方法： 。
【答案】 a 55Ω 340Ω 420s 把定值电阻R0改为变阻器，可以调节电阻大小
【详解】（1）[1]电磁继电器本质上是一个开关，如图所示，电磁铁磁性增强，工作电路a；当控制电路电流小，没有吸引衔铁，b处电阻与工作电路断开，可知电磁继电器控制的是电阻R在工作电路中的通断，工作电路中的发热电阻R应设计在a处；
（2）[2]加热功率为P=880W，由，发热电阻R的阻值为
（3）[3]控制电路的电源电压为12V，当电流达到0.03A时，此时控制电路总电阻
当电饭煲内温度达到设定温度105℃时，由图丙可知此时热敏电阻Rt=60Ω，选用的定值电阻阻值
（4）[4]水吸收的热量为
不计热损失时W=Q，加热时间
（5）[5]要电热锅从加热模式切换到保温模式的设定温度可调，即衔铁吸引下来时的电流不同，而温度改变时，则必须要调节定值电阻R0的阻值大小，因而需要把定值电阻R0改为变阻器，可以调节电阻大小。
14．（2023·四川遂宁·中考真题）学校组织学生到射洪市“三五三六”厂参加国防教育活动。同学们被展厅自动大门所吸引，他们发现当人靠近大门时，大门自动打开，如图甲所示。回校后，科技小组利用电磁继电器、人体红外传感器，电动机等元件制作了模拟电路，部分电路如图乙所示。其中电动机铭牌上标有“220V 40W”的字样，控制电路的电源电压U为24V，R1为定值电阻，人体红外传感器的阻值R随人体到大门距离L的变化关系如图丙所示；当电磁铁线圈中的电流为100mA时，衔铁刚好被吸下，触发电动机工作，大门打开。（不计电磁铁线圈的电阻）
（1）开门一次用时3s，请计算开门一次电动机消耗电能多少焦耳？
（2）经测试L＝3m时刚好触发电动机工作，则R1的阻值为多少？
【答案】（1）120J；（2）120Ω
【详解】解：（1）由题可知，开门一次电动机消耗电能为
（2）由图丙可知，当L＝3m时，当电磁铁线圈中的电流为100mA时，衔铁刚好被吸下，触发电动机工作，此时控制电路总电阻为
则在串联电路中R1的阻值为
答：（1）开门一次用时3s，请计算开门一次电动机消耗电能120焦耳；
（2）经测试L＝3m时刚好触发电动机工作，则R1的阻值为120Ω。
05 电磁继电器与简单机械（计算题）
15．（2023·福建·中考真题）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。
（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
【详解】解：（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大机械效率是75%；
（4）若要将该装置的最大载重量调小，减小R0。
16．（2023·湖南衡阳·中考真题）近几年衡阳市进行老旧小区改造，不少多层楼房安装了电梯。图甲是某小区电梯的结构示意图，它由轿厢、配重、滑轮、缆绳、钢丝绳和电动机组成，轿厢质量为400kg，配重质量为300kg，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S1，电梯没有超载时，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），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9V，定值电阻的阻值为30Ω，电磁铁线圈电阻不计，轿厢内底面压力传感器的阻值与它所受压力F的关系如图丙所示。
（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，超载时，图乙中触点将与 点接触（选填“A”或“B”），电铃发出报警铃声；
（2）该电梯某次轿厢内载人和货物的总重为8000N，试通过计算判断电梯是否超载；
（3）如图丁所示是某次电梯上升时的图像，若轿厢内人和货物总重为5000N，求电梯匀速上升运行阶段，电动机牵引轿厢的钢丝绳做功的功率。
【答案】 3000 A 超载 1.2×104W
【详解】（1）[1]该电梯空载静止时，配重和轿厢都处于静止状态，与轿厢相连的缆绳对轿厢的拉力大小等于配重的重力，即
F缆绳=G配重=m配重g=300kg×10N/kg=3000N
[2]由图乙可知，超载时，触点与A接触，电铃接入电路中，电铃发出报警铃声。
（2）[3]该电梯某次轿厢内载人和货物的总重为8000N，轿厢内底面压力传感器受到的压力
F压=8000N
由图丙可知，压敏电阻R2=30Ω，电路中的电流
说明电梯超载。
（3）[4]由图丁可知，电梯匀速上升阶段的速度是2m/s，对轿厢受力分析，轿厢受到三个力的作用：轿厢自身的重力、绳子对轿厢竖直向上的拉力以及钢丝绳对轿厢的拉力，当轿厢匀速直线运动时，受力平衡，轿厢整体的重力
G总= G厢+G = m厢g+G=400kg×10N/kg+5000N=9000N
钢丝绳对轿厢的拉力
F钢=G总- F缆绳=9000N-3000N=6000N
电梯满载匀速运行时，电动机钢丝绳对轿厢拉力的功率
06 电磁继电器与浮力综合（计算题）
17．（2023·湖南岳阳·二模）为节约用水，小华为农场的储水箱设计了一个自动抽水控制装置，如图所示，水箱高为1m，容积为。在空水箱底部竖直放置一重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，控制电路的电源电压，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，工作电路断开泵停止给储水箱抽水。(取)
（1）若水泵的额定功率为440W，正常工作时通过的电流是多少？
（2）储水箱装满水时长方体所受浮力大小为多少？
（3）为了更加安全的工作，小华通过反复试验，只调整R0的大小，使水面离顶部还有0.05m时，水泵停止给水箱抽水，求此时R0的功率。
【答案】（1）2A；（2）200N；（3）
【详解】解：（1）由图可知，水泵正常工作时电压为220V，由可得正常工作时通过的电流是
（2）长方体的体积为
长方体浸没在水中，其排开水的体积为
则长方体受到的浮力为
（3）水面离顶部还有时长方体受到的浮力为
此时压敏电阻受到的压力为
由表可知，压敏电阻，根据欧姆定律可得电路总电阻为
则定值电阻的阻值为
此时的功率为
答：（1）若水泵的额定功率为440W，正常工作时通过的电流是2A；
（2）储水箱装满水时长方体所受浮力大小为200N；
（3）只调整的大小，使水面离顶部还有时，水泵停止给水箱抽水，此时的功率为。
07 电磁继电器在热学中的应用（计算题）
18．（2022·河南洛阳·模拟预测）如图是一款利用电磁继电器设定不同出水温度的电热饮水机原理示意图。工作电路中，电源电压恒为220V，R是加热电阻丝，阻值为48.4Ω。控制电路中，电源电压恒为3V，电磁铁线圈电阻R线为5Ω，Rt是热敏电阻，其阻值与温度的关系式为Rt=5+0.5t（其中Rt单位是Ω，t的单位是℃），R0是用来设定不同出水温度的滑动变阻器。当电磁铁线圈中的电流小于或等于10mA时，衔铁片会弹起，触点分离，饮水器停止加热。[ρ水=1.0×103kg/m3，c水=4.2×103J/(kg⋅℃)】
（1）若将滑动变阻器R0的阻值调为250Ω时，饮水机能将水加热到的最高温度是多少？
（2）饮水机内装有1000mL，初温为20℃的水，将其加热到100℃，用时7min，则水吸收的热量是多少？
（3）上述加热过程中，该饮水机工作电路的加热效率是多少？
【答案】（1）90℃；（2）3.36×105J；（3）80%
【详解】解：（1）饮水机将水加热到最高温度时，衔铁会弹起，触点分离，此时控制电路的电流为
I=10mA=0.01A
此时滑动变阻器R0两端的电压
U0=IR0=0.01A×250Ω=2.5V
热敏电阻Rt两端的电压
Ut=U-U0=3V-2.5V=0.5V
热敏电阻的阻值
据Rt=5+0.5t知，水能加热到的最高温度
（2）饮水机中水的质量
m=ρ水V=1.0×103kg/m3×1000×10-6m3=1kg
水吸收的热量
Q吸=c水m(t1-t0)=4.2×103J/(kg⋅℃)×1kg×(100-20)℃=3.36×105J
（3）上述加热过程中，饮水机消耗的电能
饮水机工作电路的加热效率
答：（1）若将滑动变阻器R0的阻值设为250Ω，饮水机能将水加热到的最高温度是90℃；
（2）水吸收的热量是3.36×105J；
（3）上述加热过程中，该饮水机工作电路的加热效率是80%。
19．（2023·黑龙江齐齐哈尔·模拟预测）小星同学为自家的洗浴电热水器设计了一个自动控制装置，如图所示。R1是一个热敏电阻（置于热水器水中），其阻值随温度的变化关系如表I所示。表Ⅱ是这个电热水器的铭牌。已知继电器线圈电阻R2为10Ω，左边电源的电压U0为6V不变。当继电器线圈R2中的电流增大到某一数值时，继电器的衔铁被吸下，电热水器电路断开；当继电器线圈中的电流减小到某一数值时，继电器的衔铁被释放，电热水器电路闭合，开始工作。
表I：
表Ⅱ：
请解答：（1）正常工作时，电热水器的电阻是多少？
（2）分析表I，热敏电阻的阻值随温度如何变化？
（3）若电热水器内的水温控制在30~60℃之间，求衔铁被吸下、电热水器电路被断开时，继电器线圈中的电流是多少？
（4）电热水器正常工作时，将整箱水从30℃加热到60℃需要多长时间？（c水=4.2×103J/(kg·℃)，不计热损失）
【答案】（1）24.2Ω；（2）热敏电阻的阻值随温度的升高而减小；（3）0.3A；（4）3150s
【详解】解：（1）电热水器的电阻
（2）由表I可知，温度越高，热敏电阻的阻值越小，可以得到热敏电阻的阻值随温度的升高而减小
（3）水温达到60℃时，衔铁被吸下，此时R1=10Ω，因为串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以继电器线圈中的电流
（4）水吸收的热量
Q吸=c水mΔt=4.2×103J/(kg·℃)×50kg×(60℃-30℃)=6.3×106J
不计热损失电热水器消耗的电能
W=Q吸=6.3×106J
电热水器正常工作时，将整箱水从30℃加热到60℃需要的时间
答：（1）正常工作时，电热水器的电阻是24.2Ω；
（2）热敏电阻的阻值随温度的升高而减小；
（3）若电热水器内的水温控制在30~60℃之间，衔铁被吸下、电热水器电路被断开时，继电器线圈中的电流是0.3A；
（4）电热水器正常工作时，将整箱水从30℃加热到60℃需要3150s。
20．（2023·江苏连云港·模拟预测）如图甲是小明制作的防盗报警装置示意图，其中工作电路电源电压，指示灯L的额定电压，定值电阻；控制电路电源电压，磁敏电阻的阻值随其所处位置磁场强度的变化关系如图乙所示，当窗户分别处在轨道A、B、C处时，磁敏电阻所处位置的磁场强度分别为a、b、c，闭合开关和后，当窗户关闭时，指示灯亮，蜂鸣器不工作；当窗户打开一定程度时，指示灯熄灭，蜂鸣器发出警报声。
（1）电磁继电器实则就是电磁铁控制的一种 。
（2）将窗户移至A点时，窗户关闭，闭合开关，指示灯L正常发光，求此时指示灯L消耗的电功率。
（3）已知电磁铁线圈中的电流达到3mA时，电磁铁的衔铁刚好被吸下，指示灯L熄灭，蜂鸣器开始报警。现移动滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为其最大阻值的，当窗户移至轨道B点位置时，蜂鸣器恰好开始报警。若要求窗户移至轨道C点位置时蜂鸣器才开始报警，此时能否通过调节滑动变阻器的阻值来实现？请通过计算加以说明 。（电磁铁线圈电阻忽略不计）
【答案】 开关 不能通过调节滑动变阻器的阻值来实现
【详解】（1）[1]电磁继电器实则就是电磁铁控制的一种开关。
（2）[2]闭合开关，灯泡和串联，灯泡正常发光，其两端的电压为
两端的电压
电路中的电流
灯泡的额定功率
（3）[3]由图乙可知，窗户移至B点和C点时，磁敏电阻的电阻值分别为和，由欧姆定律可得,当窗户移至轨道B点位置时，蜂鸣器恰好开始报警，控制电路中的总电阻
此时滑动变阻器接入电路的阻值
此时滑动变阻器接入电路的阻值为其最大阻值的，所以滑动变阻器的最大阻值为，当窗户移至轨道C点位置时，滑动变阻器接入电路的阻值应该为
但是滑动变阻器的最大阻值为，所以若要求窗户移至轨道C点位置时蜂鸣器才开始报警，此时不能通过调节滑动变阻器的阻值来实现。
21．（2023·山东泰安·中考真题）2023年3月27日是第28个全国中小学生安全教育日，某校开展了安全创意设计比赛活动，物理兴趣小组利用磁性开关S2设计了烟雾报警与自动喷淋联动模拟系统，当烟雾达到一定浓度时触发自动报警喷淋，防范火灾发生。图甲为该模拟系统示意图，Rc为气敏电阻。控制电路中的电流I控≥0.02A时，磁性开关S2动触片被电磁铁吸引与触点a接触，安全指示灯L熄灭，报警喷淋系统同时工作；控制电路中的电流小于0.02A时，动触片被释放，与触点b接触，安全指示灯亮，报警喷淋系统停止工作。已知控制电路电源电压U控大小可调节，电磁铁线圈电阻不计，气敏电阻Rc的阻值与烟雾浓度C的关系如图乙所示，R0为定值电阻。工作电路电源电压U=36V，报警电铃标有“36V 18W”字样。
（1）安全指示灯L标有“0.9W 10Ω”字样（忽略温度对灯丝电阻的影响），要使灯L正常工作，则保护电阻R′的阻值为多大？
（2）报警电铃响时电流表示数为2.5A，喷淋系统工作20s消耗的电能是多少？
（3）通过调节U控大小，可改变该装置对烟雾探测的灵敏度。调至U控1时，触发报警喷淋的最低烟雾浓度C1=8%，电阻R0的功率为0.012W，控制电路消耗的总功率为P控1；将电压增大调至U控2，触发报警喷淋时的最低烟雾浓度为C2，控制电路消耗的总功率为P控2，P控1∶P控2=25∶31，求U控1、U控2和C2的大小。
【答案】（1）110Ω；（2）1440J；（3）U控1=5V，U控2=6.2V，C2=2%
【详解】解：（1）由可得，安全指示灯L的额定电压为
由P=UI可得，安全指示灯L的额定电流为
由电路图可知，安全指示灯L与保护电阻R′串联，由串联电路电阻分压规律可知，L正常工作时，保护电阻R′两端电压为
U′=U-UL=36V-3V=33V
由欧姆定律可得，保护电阻R′的阻值为
（2）由电路图可知，报警电铃与喷淋系统并联，电流表测电路中总电流，报警电铃响时电路中的总电流为I总=2.5A，由P=UI可得，流过报警电铃的电流为
故由并联电路的电流规律可知，流过喷淋系统的电流为
I2=I总-I1=2.5A-0.5A=2A
由P=UI可得，喷淋系统的额定功率为
P2=UI2=36V×2A=72W
由W=Pt可得，喷淋系统工作20s消耗的电能为
W=P2t=72W×20s=1440J
（3）由图乙可知，当C=0时，Rc=300Ω，当C=5%时，Rc=250Ω，故由数学知识可知，Rc与C之间的函数关系式为
Rc=-1000C+300
当C1=8%时，带入可得此时Rc1=220Ω，由题意可知，此时电路中电流为I=0.02A，此时电阻R0的功率为P0=0.012W，故由P=I2R可得，电阻R0的阻值为
由欧姆定律可得，此时电源电压为
U控1=I(R0+Rc1)=0.02A×(30Ω+220Ω)=5V
此时电路消耗的总功率为
P控1=U控1I=5V×0.02A=0.1W
由
P控1∶P控2=25∶31
可得
此时电路中的电流仍为I=0.02A，故由P=UI可得，此时电源电压为
此时电阻R0两端电压为
U0=IR0=0.02A×30Ω=0.6V
由串联电路的电压规律可得，此时气敏电阻两端电压为
Uc2=U控2-U0=6.2V-0.6V=5.6V
则此时气敏电阻的阻值为
带入Rc与C的关系式解得C2=2%。
答：（1）要使灯L正常工作，则保护电阻R′的阻值为110Ω；
（2）报警电铃响时电流表示数为2.5A，喷淋系统工作20s消耗的电能是1440J；
（3）U控1 =5V，U控2 =6.2V，C2=2%。
09 电磁继电器与交流电图像问题（计算题）
22．（2024·广东东莞·一模）如图，某小组设计了图甲所示的汽车转向指示灯电路模型，接通相应指示灯后，该指示灯会亮、暗（微弱发光）交替闪烁发光，电路中电源电压恒为6伏，指示灯规格为“6V；6W”，R0为定值电阻，电磁铁的阻值忽略不计。
（1）若让左转、右转指示灯同时工作，转向开关应与触点 接通（选填“1和2”、“2和3”、“3和4”或“4和5”）；
（2）当转向开关与触点“2和3”接通时，右转指示灯两端实际电压变化规律如图乙所示。当右转指示灯正常发光时，电磁铁 （选填“有”或“无”）磁性，此时R0两端的电压 （选填“等于6V”、“小于6V大于0V”或“等于0V”）；
（3）若图乙中Ux的值为1.5V，则灯泡微弱发光时的指示灯的实际功率为 W，定值电阻R0的阻值为 。（已知指示灯的电阻不变）
【答案】 3和4 有 等于0V 0.375 18Ω
【详解】（1）[1]若让左转、右转指示灯同时工作，应该让两个指示灯同时接入电路，故转向开关应与触点3和4接通。
（2）[2][3]当右转指示灯正常发光时，电磁铁被接通，有电流通过，电磁铁有磁性；此时右转指示灯电压为6V，因为电路中电源电压恒为6伏，根据串联电路电压规律可知，此时R0两端的电压等于0。
（3）[4][5]已知指示灯规格为“6V；6W”，则指示灯的电阻
若Ux的值为1.5V，此时电路电流
则灯泡微弱发光时的指示灯的实际功率
P实=UxI=1.5V×0.25A=0.375W
根据串联电路电压规律可得，定值电阻R0两端的电压
U0=U-UL=6V-1.5V=4.5V
则定值电阻R0的阻值
10 电磁继电器的其他应用
23．（2023·四川资阳·中考真题）夜幕降临，装有自动照明系统的LED灯将城市照得灯火通明。这种LED灯是通过光电转换原理来供电的：白天，太阳能电池板将太阳能转化为电能，通过对蓄电池充电将电能转化为化学能储存起来；夜晚，蓄电池放电，将化学能转化为电能，让路灯实现照明功能；其中，光敏电阻的阻值随光照强度增大而减小，充放电电路的切换由电磁继电器自动实现。该照明系统的电路原理如图所示。②结合上述工作原理，电路原理图中方框内的电器元件是：① 、② 、③ 、④ （选填下列电器元件前的字母代号）。
A．电池 B．蓄电池 C．太阳能电池板 D．LED路灯
【答案】 A D B C
【详解】[1]光敏电阻R与R0串联在控制电路中，控制电路中缺少电源，则①应该是电池。
[2][3][4]当光照强度增强时光敏电阻的阻值减小，电磁铁的电流增大，电磁铁的磁性增强，吸引衔铁，与GH接触，使太阳能转化的化学能储存在蓄电池里；夜晚光照强度小于一定值时，电磁铁的电路中几乎无电流，电磁铁无磁性，衔铁与EF接触，蓄电池释放电能，供路灯工作，则衔铁与GH接触时，蓄电池与太阳能电池板组成闭合回路，且蓄电池充电；当衔铁与EF接触时，蓄电池与LED路灯组成闭合回路，蓄电池放电，则②是LED路灯，③是蓄电池，④是太阳能电池板。
24．（2024·江苏无锡·一模）小华制作的蓄水池水位报警模拟装置如图所示：浮子由铜片E、空心杆F和木块Q构成。在低水位时，触点C、D位于E的正上方h0处，Q的下表面距池底的高度为h。当水位上升到使E与C、D接触后，蜂鸣器R发出忽强忽弱的报警音，报警音的强弱取决于其两端电压大小。电源电压U=6V，定值电阻R0=3Ω，R可视为9Ω的定值电阻，不计其它电阻。
（1）当E与C、D接触时，电路接通，衔铁吸下与触点 接触（选填“A”或“B”），线圈和R0被 （选填“短路”或“断路”）；
（2）在被释放和吸下的过程中，衔铁与A、B的接触时间分别为0.5s和1.5s，不考虑衔铁在A、B之间切换的时间。在未解除报警的情况下，求开始报警后1min内电路所消耗的电能；
（3）Q为边长10cm的正方体，密度为0.6×103kg/m3，h0=10cm，h=22cm，g取10N/kg。不计E、F的质量及E与支架间的摩擦。
①求刚开始报警时水面距池底的高度H ；
②下列措施中，可使①中H值增大的有 。
A．将池中水换为密度更大的液体
B．仅适当减小Q的边长
C．仅适当减小Q的密度
D．仅在空心管F中装入适量沙子
【答案】 B 短路 225J D温度t/°C
16
20
24
28
32
36
40
电阻R1/Ω
300
285
265
243
215
185
150
F压/N
…
400
600
800
900
1000
…
RF/Ω
…
800
500
300
200
100
…
压力
180
185
190
195
200
压敏电阻
18
17
16
14
12
温度t/℃
10
20
30
40
50
60
70
80
90
电阻R/Ω
60
42
30
20
15
10
8
6
5
型号
FED-H50
额定电压
交流220V
最大水量
50kg
频率
50Hz
额定内压
0.75MPa
额定功率
2000W
中考新考法——以电磁继电器为核心的生活应用设计类题目；
常以结合敏感电阻、弹簧、电磁继电器+敏感电阻的形式制作生活仪器；
仪器在极限境况下的相关物理量计算；
为满足某要求（如测量范围、精度）对装置进行调整，通过计算改进方案。
新情景下的电磁感应生活应用设计类题目。
1.电磁铁：内部有铁心的螺线管叫做电磁铁。电磁铁在电磁起重机、电铃、发电机、电动机、自动控制上有着广泛的应用。
2.电磁铁的磁性：
（1）电磁铁磁性的有无，完全可以由通断电来控制。
（2）电磁铁磁性的强弱可以由电流的大小、线圈匝数控制。
3.电磁继电器：
（1）结构：具有磁性的电磁继电器由控制电路和工作电路两部分组成。控制电路包括低压电源、开关和电磁铁，其特点是低电压、弱电流的电路；工作电路包括高压电源、用电器和电磁继电器的触点，其特点是高电压、强电流的电路。
（2）原理：电磁继电器的核心是电磁铁。当电磁铁通电时，把衔铁吸过来，使动触点和静触点接触（或分离），工作电路闭合（或断开）。当电磁铁断电时失去磁性，衔铁在弹簧的作用下脱离电磁铁，切断（或接通）工作电路。从而由低压控制电路的通断，间接地控制高压工作电路的通断，实现远距离操作和自动化控制。电磁继电器的作用相当于一个电磁开关。
分析：电磁继电器是利用低电压、弱电流电路的通断，来间接地控制高电压、强电流电路通断的装置。电磁继电器就是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。
方法转化：把电磁继电器当作开关，把敏感电阻当作滑动变阻器，即可转化到我们压轴题01-02中的多开关、动态电路中去解决。
细节把控：在转化思想解决问题的同时，这类题其实是一类综合信息题，考查学生的综合素养，对整个题目已知信息，包括图像信息，很多隐含条件的挖掘。
目录：
01 电流磁效应的应用
02 电磁继电器与敏感电阻（含图像题综合）
03 新情景中的电磁感应
04 电磁继电器与敏感电阻（计算题）
05 电磁继电器与简单机械（计算题）
06 电磁继电器与浮力综合（计算题）
07 电磁继电器在热学中的应用（计算题）
08 电磁继电器的应用：警报问题（计算题）
09 电磁继电器与交流电图像问题（计算题）
10 电磁继电器的其他应用
11 电磁继电器的综合信息题
01 电流磁效应的应用
1．（2024·河南商丘·一模）人工心脏泵可短时间代替心脏工作，其结构如图所示，线圈AB固定在活塞的柄上S1只能向泵室外侧开启，阀门S2只能向泵室内侧开启。人工心脏泵工作时，以下说法正确的是（ ）
A．线圈AB中应通入大小周期性改变的电流
B．电流从线圈A端流入时，磁铁吸引活塞柄
C．电流从线圈B端流入时，血液将流入泵室
D．人工心脏泵每分钟“跳动”的次数由线圈中电流的大小决定
【答案】B
【详解】A．线圈AB中若通入直流电，活塞只能向一个方向移动，因此要使该装置能维持人体血液循环电流方向要周期性改变，故A错误；
B．电流从线圈A端流入过程中，螺线管左端为S极，活塞左移，故B正确；
C．电流从线圈B端流入过程中，螺线管左端为N极，活塞右移，S2关闭，S1打开，血液从泵室经S1流出，故C错误；
D．图中的线圈移动快慢与交流电的频率有关，与电流大小无关，故D错误。
故选B。
2．（2024·陕西渭南·一模）小林利用“热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小”的性质，设计了判断水温变化的装置，其工作原理如图甲所示，电源（电压恒定不变）、热敏电阻、电磁铁、定值电阻由导线连接成一个串联电路，电磁铁线圈电阻不计，在线圈的上方固定一个弹簧测力计，其下端挂一条形磁体。实验时把热敏电阻放入盛水的烧杯中，水温的变化会引起弹簧测力计示数发生变化。如图乙所示为某次实验中弹簧测力计读数随时间变化的图像。下列说法正确的是（ ）
A．到时间内热敏电阻的阻值变大
B．到时间内水温降低
C．到时间内电压表示数最小
D．到时间内电路中的总功率变小
【答案】D
【详解】由电路图可知，定值电阻与热敏电阻串联，电压表测定值电阻R0两端的电压。
A．由图象可知，t1到t2时间内弹簧测力计示数增大，说明铁块受到磁力增大，线圈中的电流变大，根据欧姆定律可知电路中的总电阻减小，则热敏电阻的阻值减小，故A错误；
B．因热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小，所以t1到t2时间内热敏电阻的阻值减小时，水温升高，故B错误；
C．由图象可知，t2到t3时间弹簧测力计示数不变，说明电路中的电流不变，则热敏电阻两端电压没有改变，根据串联电路的电压特点可知，电压表的示数不变；结合B项分析可知t2时刻水温最高，电路中的电流最大，由U=IR可知定值电阻R两端的电压最大(电压表示数最大)，所以t2到t3时间内电压表的示数最大，故C错误；
D．由图象可知，t3到t4时间内弹簧测力计示数减小，说明铁块受到磁力减小，电路中的电流减小，根据可知，电路中总电功率减小，故D正确。
故选D。
02 电磁继电器与敏感电阻（含图像题综合）
3．（2023·江苏常州·模拟预测）如图所示，是模拟超市里电动扶梯电路，使用扶梯前先要闭合开关，是一个红外传感器，当人靠近到一定距离时，人体辐射的红外线被红外传感器接收，红外传感器阻值减小。下列说法正确的是（ ）
A．电路工作时，电磁铁上端为极
B．当人远离传感器时，传感器阻值减小
C．当人远离传感器时，电磁铁的磁性变弱
D．当人远离传感器时，电动机转速变快
【答案】C
【详解】A．如图，电流从电磁铁的下端进入，根据安培定则可以判断电磁铁的上端是极，下端是极，故A错误；
BCD．闭合开关，控制电路中两电阻串联接入电路，当人靠近到一定距离时，人体辐射的红外线被红外传感器接收，红外传感器阻值减小，总电阻减小，电源电压不变，根据欧姆定律可知电路电流变大，电磁铁的磁性增强，吸引衔铁，动触头和静触头接通，工作电路的定值电阻短路，只有电动机接在电路中，电动机电压变大，电动机转动速度变快。所以，当人远离传感器时，传感器阻值变大，电磁铁的磁性变弱，电动机转速变慢。故C正确，BD错误。
故选C。
4．（2023·陕西·模拟预测）3D打印机是一种可快速打印定型的机器，它的原理是把数据和原料放进3D打印机中，通过逐层打印的方式来构造物体。小明家用的3D打印机所使用的丝材原料是一种易熔易凝的PLA塑料，其比热容c＝1.6×103J/（kg•℃）。其工作电路如图甲所示，其中U1＝9V，电磁铁的线圈电阻为40Ω，当电磁继电器线圈的电流达到100mA时，衔铁被吸下来。下列有关说法正确的是（ ）
A．3D打印机喷头主要是利用了电流的磁效应
B．当电阻R1为30Ω时，要使衔铁能被吸引下来，R2的阻值最多为60Ω
C．若电路中只有3D打印机工作了40min，如图乙所示的家用电能表指示灯闪烁了500次，则该打印机的实际功率为250W
D．100g的PLA塑料从30℃加热到80℃，吸收的热量为12800J
【答案】C
【详解】A．要熔化PLA塑料，则3D打印机喷头主要是利用了电流的热效应，故A错误；
B．电磁继电器线圈的电流达到100mA时，衔铁被吸下来，根据欧姆定律得，电路的总电阻为
根据串联电路电阻特点，R2的阻值最多为
R2＝R总﹣R1﹣R线圈＝90Ω﹣30Ω﹣40Ω＝20Ω
故B错误；
C．图乙中的家用电能表指示灯闪烁了500次，打印机做的功为
打印机的实际功率为
故C正确；
D．100g的PLA塑料从30℃加热到80℃，吸收的热量为
Q吸＝cm（t﹣t0）＝1.6×103J/（kg•℃）×0.1kg×（80℃﹣30℃）＝8000J
故D错误。
故选C。
5．（2023·陕西·中考真题）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0.4W
D．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
【详解】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。
6．（2024·陕西宝鸡·一模）如图甲是某校初中物理创新小组设计的“闯红灯违规模拟记录器”，当光控开关接收到某种颜色光时，开关自动闭合，它的阻值变化规律如图乙所示，已知控制电路电压为6V，继电器线圈电阻10Ω，当控制电路中电流大于0.06A时，衔铁被吸合。下列说法中不正确的是（ ）
A．要记录违规闯红灯的情景，光控开关应在接收到红光时，自动闭合
B．光控开关接收到绿光时，指示灯亮，电控照相机不工作
C．质量小于400kg的车辆违规时不会被拍照记录
D．要使质量较小的车闯红灯也能被拍下，可以在控制电路中串联一个电阻
【答案】D
【详解】AB．因为电控照相机要自动记录违规闯红灯的情景，所以光控开关应在接收到红光时，自动闭合；在接收到绿光时，光控开关断开，指示灯发光，电控照相机不工作，故AB正确，不符合题意；
C．根据欧姆定律
压敏电阻的阻值为
R＝100Ω﹣10Ω＝90Ω
查图可知，当R＝90Ω时，压敏电阻所受的压力F= 4000N，根据G＝mg得
只有质量大于400kg的车辆违规时才会被拍照记录；故C正确，不符合题意；
D．分析图乙可知，当压力F越小时，电阻R越大，如果再串联一个电阻，根据串联电路中的总电阻等于各串联电阻之和，则电路中的总电阻更大，电流会更小，达不到0.06A，电磁铁不能有效控制衔铁，则不能达到给违规车辆拍照的目的，故D错误，符合题意。
故选D。
7．（2023·内蒙古包头·三模）天桥极大方便了行人的出行，阴雨天时空气潮湿，能见度低，路面湿滑，为保证行人上下天桥时的安全，需在天桥入口处设置警示灯。图甲是某同学为此设计的部分模拟电路，电磁铁及触点1固定不动，衔铁可在电磁铁作用下上下运动，带动铜棒OF绕O点运动。该电路中需用到阻值随空气湿度变化的湿敏电阻，将湿敏电阻接在电路中（图中未画出），闭合开关S，当空气湿度小于设定值时，警示灯随湿度变化而自动调整亮度；当空气湿度增大到设定值时，警示灯能不断闪烁。图乙是可供选择的两种湿敏电阻的阻值随湿度变化关系的图像。忽略电磁铁线圈电阻，灯泡阻值不变，以下说法正确的是（ ）
A．应选R1作为该电路的湿敏电阻
B．在M、N、Q三处位置中，湿敏电阻应安装在N处
C．小于设定值时，湿度越小警示灯越亮
D．向左移动滑片P，可使警示灯在较小湿度下实现闪烁
【答案】D
【详解】A．由图乙知，R1的电阻随湿度的增加而增加，R2的电阻随湿度的增加而减小。根据实际情况，当空气潮湿，能见度变低时，警示灯变亮，电路中电流变大，电阻变小，即湿敏电阻随湿度的增加而减小，所以应选R2作为该电路的湿敏电阻，故A错误；
B．由图甲知，当湿度增大，能见度低，湿敏电阻变小，电路的电流增大，电磁铁的磁性变强，将衔铁吸引上去，湿敏电阻安装在M处时，会被短路，电路的电流突然增大，警示灯一下变得很亮起到闪烁的作用，可知湿敏电阻应安装在M处，故B错误；
C．由图乙知，当湿度减小，湿敏电阻变大，根据欧姆定律得，电路的电流变小，所以小于设定值时，湿度越小警示灯越暗，故C错误；
D．向左移动滑片P，电路中电阻变小，电路的电流增大，电磁铁的磁性变强，将衔铁吸引上去，可使警示灯在较小湿度下实现闪烁，故D正确。
故选D。
03 新情景中的电磁感应
8．（2024·湖北孝感·一模）我国第三艘航母“福建舰”装备了先进的电磁弹射系统，如图是一种电磁弹射示意图，滑块被弹射的原理是（ ）
A．电生磁B．磁生电
C．同种电荷相排斥D．磁场对通电导体有力的作用
【答案】D
【详解】由题意可知，电磁弹射器的弹射轨道处于磁场中，当滑块通以电流时，即可受到强大的推力，由此可知其原理是磁场对通电导体有力的作用；故D符合题意，ABC不符合题意。
故选D。
9．（2024·陕西西安·二模）如图-1所示，这是一种自行车上的装置，车前端的灯泡与该装置内部线圈相连，在骑行时自行车的车轮转动带动该装置上端的小轮转动，小轮带动内部的磁铁转动，灯泡便发光照明，图-2是其结构示意图。下列分析正确的是（ ）
A．当车轮反方向转动时灯泡不会发光
B．该装置的原理是法拉第发现的
C．该装置创造了能量，能量不守恒
D．车轮与小轮之间没有摩擦
【答案】B
【详解】A．当车轮反方向转动时，带动内部的磁铁转动，灯泡便发光照明，故A错误；
B．该装置的原理，即电磁感应现象是法拉第发现的，故B正确；
C．该装置将机械能转化为电能，能量守恒，故C错误；
D．车轮与小轮之间有相对运动，有摩擦，故D错误。
故选B。
10．（2024·四川绵阳·二模）图中黑色圆点为闭合回路放在磁场中的线圈的一边的横截面，当它在磁场中旋转一周时，下列说法中正确的是（ ）
A．线圈在位置①③时有感应电流
B．线圈在位置②④时，有感应电流
C．图中感应电流的方向改变一次
D．线圈在所有位置时均有感应电流
【答案】A
【详解】ACD．线圈在位置①③时切割磁感线运动，导体中都有感应电流；线圈在位置①③时，磁感线的方向相同，运动方向不同，得到的感应电流的方向不同，图中感应电流的方向改变两次，故A正确，CD错误；
B．在位置②时沿着磁感线的方向运动，不切割磁感线，导体中没有感应电流，在位置④时逆着磁感线的方向运动，不切割磁感线，导体中没有感应电流，故B错误。
故选A。
04 电磁继电器与敏感电阻（计算题）
11．（2024·福建泉州·一模）图是可自动调节浴室温度的灯暖型浴霸的简易电路图。控制电路中，电源电压为U1，定值电阻R0的阻值为15Ω，热敏电阻R的阻值随温度变化关系如下表所示，电磁继电器线圈电阻不计。工作电路中，电源电压U2恒为220 V，浴霸的两只灯泡均标有“220V 275W”的字样。当通过电磁继电器线圈的电流I达到60mA时，衔铁被吸下，工作电路断开；当通过电磁继电器线圈的电流I≤40mA时，衔铁被释放，工作电路闭合。
（1）求工作电路闭合时，通过工作电路的总电流；
（2）若浴室的温度不能超过40℃，求控制电路电源电压的最小值；
（3）若控制电路电源电压为12V，求浴室温度的调节范围；
（4）为了使浴室的控制温度升高，只增加电磁继电器线圈的匝数，这种方法是否可行？请说明理由。
【答案】（1）2.5A；（2）9.9V；（3）20~36℃；（4）见解析
【详解】解：（1）工作电路闭合时，两灯并联，两灯的工作电压均为额定电压220V，由与并联电路特点得，通过工作电路的总电流
（2）控制电路中Rt、R0、电磁继电器串联，电磁继电器线圈电阻不计。若浴室的温度不能超过40℃，则当热敏电阻的温度为40℃时，衔铁断开，两灯不工作。由表格中数据得，此时热敏电阻Rt电阻为150Ω；当通过电磁继电器线圈的电流I≤40mA时，由欧姆定律与串联电路电压特点得，控制电路电源电压的最小值
（3）若控制电路电源电压为12V，由欧姆定律得，当通过电磁继电器线圈的电流I达到60mA时，衔铁被吸下，工作电路断开，此时控制电路的电阻为
热敏电阻Rt电阻为
由表格中数据得，浴室温度温度为36℃。
当通过电磁继电器线圈的电流I≤40mA时，衔铁被释放，此时控制电路的电阻为
热敏电阻R1电阻为
由表格中数据得，浴室温度温度为20℃，则浴室温度的调节范围为20~36℃。
（4）增加电磁继电器线圈的匝数，其他条件不变时，电磁铁磁性增强，则当控制电路中电流较小时，衔铁就会被吸下，由欧姆定律得，此时控制电路中总电阻较大，R 0阻值不变，则此时热敏电阻的阻值较大，由表格中数据得，浴室温度变小，即当浴室温度较小时，浴霸就停止工作，故无法使浴室的控制温度升高，则这种说法不可行。
答：（1）工作电路闭合时，通过工作电路的总电流2.5A；
（2）若浴室的温度不能超过40℃，控制电路电源电压的最小值9.9V；
（3）若控制电路电源电压为12V，浴室温度的调节范围20~36℃；
（4）见解析。
12．（2024·黑龙江哈尔滨·一模）某电梯简图如图1所示，其部分工作原理如图2所示，R是一个压敏电阻，加在压敏电阻R上的压力增大时，它的阻值减小，当控制电路中的电流达到设定值时超载电铃报警。
（1）动触点K与A、B触点中的哪一个接触时电铃报警？（不用说明理由）
（2）压敏电阻R的阻值随着压力的变化规律如图3所示，控制电路的电源电压为6V，当控制电路中的电流达到0.03A时，衔铁被吸下，报警电铃响起，求此时R的大小及这部电梯设计的最大载重是多少？（电磁铁线圈的电阻不计）
（3）电梯质量300kg，带动电梯升降的电动机上标有“220V；10kW”的字样。当电梯里人和货物的总质量为500kg时，中途匀速运行10s内上升了10m，则此过程电动机将电能转化为机械能的效率是多少？
【答案】（1）B触点；（2）10000N；（3）80%
【详解】解：（1）由图得，B触点与电铃串联，则动触点K与B触点接触时电铃报警。
（2）由图2可知，控制电路电压
当控制电路中的电流为0.03A时，此时由可知，R的大小为
由图3可知，当
时，对应的压力
即电梯的最大载重为10000N。
（3）电梯得到的机械能
由得，电梯消耗的电能
此过程电动机将电能转化为机械能的效率是
答：（1）动触点K与B触点接触时电铃报警；
（2）此时R的大小及这部电梯设计的最大载重是10000N；
（3）此过程电动机将电能转化为机械能的效率是80%。
13．（2024·湖北孝感·一模）科技小组开展设计一款多功能电热锅的项目活动，过程如下：
【明确问题】同学们讨论后认为，电热锅应具有如下功能和标准：
功能1：加热模式额定功率880W；保温模式额定功率88W；额定电压220V；
功能2：电热锅达到设定温度后能自动从加热模式切换到保温模式；
功能3：电热锅从加热模式切换到保温模式的设定温度可调，以实现蒸、煮、炖、焖、烙、煎多种烹饪方式；
【方案设计】根据标准，小组设计了如图甲的方案：
（1）工作电路中加热挡的发热电阻R应设计在 处（选填“a”或“b”）；
（2）为保证加热功率为880W，发热电阻R的阻值应为多大；( )
（3）科技小组选取了一种热敏电阻Rt，其阻值与温度关系见图乙，把它接在控制电路中，可以实现当电热锅内温度达到105℃时，当电流达到0.03A时，电磁铁会吸下衔铁，选用的定值电阻R0阻值应为多大；（电磁铁线圈阻值不计）( )
（4）用这个电热锅在加热模式下将1L温度为12℃的水在标准大气压下烧开，至少需要多长时间[]；( )
【方案评估及改进】
（1）经过讨论，同学们发现以上设计方案无法实现功能3；
（2）为实现功能3，请说出一种改进方法： 。
【答案】 a 55Ω 340Ω 420s 把定值电阻R0改为变阻器，可以调节电阻大小
【详解】（1）[1]电磁继电器本质上是一个开关，如图所示，电磁铁磁性增强，工作电路a；当控制电路电流小，没有吸引衔铁，b处电阻与工作电路断开，可知电磁继电器控制的是电阻R在工作电路中的通断，工作电路中的发热电阻R应设计在a处；
（2）[2]加热功率为P=880W，由，发热电阻R的阻值为
（3）[3]控制电路的电源电压为12V，当电流达到0.03A时，此时控制电路总电阻
当电饭煲内温度达到设定温度105℃时，由图丙可知此时热敏电阻Rt=60Ω，选用的定值电阻阻值
（4）[4]水吸收的热量为
不计热损失时W=Q，加热时间
（5）[5]要电热锅从加热模式切换到保温模式的设定温度可调，即衔铁吸引下来时的电流不同，而温度改变时，则必须要调节定值电阻R0的阻值大小，因而需要把定值电阻R0改为变阻器，可以调节电阻大小。
14．（2023·四川遂宁·中考真题）学校组织学生到射洪市“三五三六”厂参加国防教育活动。同学们被展厅自动大门所吸引，他们发现当人靠近大门时，大门自动打开，如图甲所示。回校后，科技小组利用电磁继电器、人体红外传感器，电动机等元件制作了模拟电路，部分电路如图乙所示。其中电动机铭牌上标有“220V 40W”的字样，控制电路的电源电压U为24V，R1为定值电阻，人体红外传感器的阻值R随人体到大门距离L的变化关系如图丙所示；当电磁铁线圈中的电流为100mA时，衔铁刚好被吸下，触发电动机工作，大门打开。（不计电磁铁线圈的电阻）
（1）开门一次用时3s，请计算开门一次电动机消耗电能多少焦耳？
（2）经测试L＝3m时刚好触发电动机工作，则R1的阻值为多少？
【答案】（1）120J；（2）120Ω
【详解】解：（1）由题可知，开门一次电动机消耗电能为
（2）由图丙可知，当L＝3m时，当电磁铁线圈中的电流为100mA时，衔铁刚好被吸下，触发电动机工作，此时控制电路总电阻为
则在串联电路中R1的阻值为
答：（1）开门一次用时3s，请计算开门一次电动机消耗电能120焦耳；
（2）经测试L＝3m时刚好触发电动机工作，则R1的阻值为120Ω。
05 电磁继电器与简单机械（计算题）
15．（2023·福建·中考真题）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。
（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
【详解】解：（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大机械效率是75%；
（4）若要将该装置的最大载重量调小，减小R0。
16．（2023·湖南衡阳·中考真题）近几年衡阳市进行老旧小区改造，不少多层楼房安装了电梯。图甲是某小区电梯的结构示意图，它由轿厢、配重、滑轮、缆绳、钢丝绳和电动机组成，轿厢质量为400kg，配重质量为300kg，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S1，电梯没有超载时，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），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9V，定值电阻的阻值为30Ω，电磁铁线圈电阻不计，轿厢内底面压力传感器的阻值与它所受压力F的关系如图丙所示。
（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，超载时，图乙中触点将与 点接触（选填“A”或“B”），电铃发出报警铃声；
（2）该电梯某次轿厢内载人和货物的总重为8000N，试通过计算判断电梯是否超载；
（3）如图丁所示是某次电梯上升时的图像，若轿厢内人和货物总重为5000N，求电梯匀速上升运行阶段，电动机牵引轿厢的钢丝绳做功的功率。
【答案】 3000 A 超载 1.2×104W
【详解】（1）[1]该电梯空载静止时，配重和轿厢都处于静止状态，与轿厢相连的缆绳对轿厢的拉力大小等于配重的重力，即
F缆绳=G配重=m配重g=300kg×10N/kg=3000N
[2]由图乙可知，超载时，触点与A接触，电铃接入电路中，电铃发出报警铃声。
（2）[3]该电梯某次轿厢内载人和货物的总重为8000N，轿厢内底面压力传感器受到的压力
F压=8000N
由图丙可知，压敏电阻R2=30Ω，电路中的电流
说明电梯超载。
（3）[4]由图丁可知，电梯匀速上升阶段的速度是2m/s，对轿厢受力分析，轿厢受到三个力的作用：轿厢自身的重力、绳子对轿厢竖直向上的拉力以及钢丝绳对轿厢的拉力，当轿厢匀速直线运动时，受力平衡，轿厢整体的重力
G总= G厢+G = m厢g+G=400kg×10N/kg+5000N=9000N
钢丝绳对轿厢的拉力
F钢=G总- F缆绳=9000N-3000N=6000N
电梯满载匀速运行时，电动机钢丝绳对轿厢拉力的功率
06 电磁继电器与浮力综合（计算题）
17．（2023·湖南岳阳·二模）为节约用水，小华为农场的储水箱设计了一个自动抽水控制装置，如图所示，水箱高为1m，容积为。在空水箱底部竖直放置一重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，控制电路的电源电压，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，工作电路断开泵停止给储水箱抽水。(取)
（1）若水泵的额定功率为440W，正常工作时通过的电流是多少？
（2）储水箱装满水时长方体所受浮力大小为多少？
（3）为了更加安全的工作，小华通过反复试验，只调整R0的大小，使水面离顶部还有0.05m时，水泵停止给水箱抽水，求此时R0的功率。
【答案】（1）2A；（2）200N；（3）
【详解】解：（1）由图可知，水泵正常工作时电压为220V，由可得正常工作时通过的电流是
（2）长方体的体积为
长方体浸没在水中，其排开水的体积为
则长方体受到的浮力为
（3）水面离顶部还有时长方体受到的浮力为
此时压敏电阻受到的压力为
由表可知，压敏电阻，根据欧姆定律可得电路总电阻为
则定值电阻的阻值为
此时的功率为
答：（1）若水泵的额定功率为440W，正常工作时通过的电流是2A；
（2）储水箱装满水时长方体所受浮力大小为200N；
（3）只调整的大小，使水面离顶部还有时，水泵停止给水箱抽水，此时的功率为。
07 电磁继电器在热学中的应用（计算题）
18．（2022·河南洛阳·模拟预测）如图是一款利用电磁继电器设定不同出水温度的电热饮水机原理示意图。工作电路中，电源电压恒为220V，R是加热电阻丝，阻值为48.4Ω。控制电路中，电源电压恒为3V，电磁铁线圈电阻R线为5Ω，Rt是热敏电阻，其阻值与温度的关系式为Rt=5+0.5t（其中Rt单位是Ω，t的单位是℃），R0是用来设定不同出水温度的滑动变阻器。当电磁铁线圈中的电流小于或等于10mA时，衔铁片会弹起，触点分离，饮水器停止加热。[ρ水=1.0×103kg/m3，c水=4.2×103J/(kg⋅℃)】
（1）若将滑动变阻器R0的阻值调为250Ω时，饮水机能将水加热到的最高温度是多少？
（2）饮水机内装有1000mL，初温为20℃的水，将其加热到100℃，用时7min，则水吸收的热量是多少？
（3）上述加热过程中，该饮水机工作电路的加热效率是多少？
【答案】（1）90℃；（2）3.36×105J；（3）80%
【详解】解：（1）饮水机将水加热到最高温度时，衔铁会弹起，触点分离，此时控制电路的电流为
I=10mA=0.01A
此时滑动变阻器R0两端的电压
U0=IR0=0.01A×250Ω=2.5V
热敏电阻Rt两端的电压
Ut=U-U0=3V-2.5V=0.5V
热敏电阻的阻值
据Rt=5+0.5t知，水能加热到的最高温度
（2）饮水机中水的质量
m=ρ水V=1.0×103kg/m3×1000×10-6m3=1kg
水吸收的热量
Q吸=c水m(t1-t0)=4.2×103J/(kg⋅℃)×1kg×(100-20)℃=3.36×105J
（3）上述加热过程中，饮水机消耗的电能
饮水机工作电路的加热效率
答：（1）若将滑动变阻器R0的阻值设为250Ω，饮水机能将水加热到的最高温度是90℃；
（2）水吸收的热量是3.36×105J；
（3）上述加热过程中，该饮水机工作电路的加热效率是80%。
19．（2023·黑龙江齐齐哈尔·模拟预测）小星同学为自家的洗浴电热水器设计了一个自动控制装置，如图所示。R1是一个热敏电阻（置于热水器水中），其阻值随温度的变化关系如表I所示。表Ⅱ是这个电热水器的铭牌。已知继电器线圈电阻R2为10Ω，左边电源的电压U0为6V不变。当继电器线圈R2中的电流增大到某一数值时，继电器的衔铁被吸下，电热水器电路断开；当继电器线圈中的电流减小到某一数值时，继电器的衔铁被释放，电热水器电路闭合，开始工作。
表I：
表Ⅱ：
请解答：（1）正常工作时，电热水器的电阻是多少？
（2）分析表I，热敏电阻的阻值随温度如何变化？
（3）若电热水器内的水温控制在30~60℃之间，求衔铁被吸下、电热水器电路被断开时，继电器线圈中的电流是多少？
（4）电热水器正常工作时，将整箱水从30℃加热到60℃需要多长时间？（c水=4.2×103J/(kg·℃)，不计热损失）
【答案】（1）24.2Ω；（2）热敏电阻的阻值随温度的升高而减小；（3）0.3A；（4）3150s
【详解】解：（1）电热水器的电阻
（2）由表I可知，温度越高，热敏电阻的阻值越小，可以得到热敏电阻的阻值随温度的升高而减小
（3）水温达到60℃时，衔铁被吸下，此时R1=10Ω，因为串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以继电器线圈中的电流
（4）水吸收的热量
Q吸=c水mΔt=4.2×103J/(kg·℃)×50kg×(60℃-30℃)=6.3×106J
不计热损失电热水器消耗的电能
W=Q吸=6.3×106J
电热水器正常工作时，将整箱水从30℃加热到60℃需要的时间
答：（1）正常工作时，电热水器的电阻是24.2Ω；
（2）热敏电阻的阻值随温度的升高而减小；
（3）若电热水器内的水温控制在30~60℃之间，衔铁被吸下、电热水器电路被断开时，继电器线圈中的电流是0.3A；
（4）电热水器正常工作时，将整箱水从30℃加热到60℃需要3150s。
20．（2023·江苏连云港·模拟预测）如图甲是小明制作的防盗报警装置示意图，其中工作电路电源电压，指示灯L的额定电压，定值电阻；控制电路电源电压，磁敏电阻的阻值随其所处位置磁场强度的变化关系如图乙所示，当窗户分别处在轨道A、B、C处时，磁敏电阻所处位置的磁场强度分别为a、b、c，闭合开关和后，当窗户关闭时，指示灯亮，蜂鸣器不工作；当窗户打开一定程度时，指示灯熄灭，蜂鸣器发出警报声。
（1）电磁继电器实则就是电磁铁控制的一种 。
（2）将窗户移至A点时，窗户关闭，闭合开关，指示灯L正常发光，求此时指示灯L消耗的电功率。
（3）已知电磁铁线圈中的电流达到3mA时，电磁铁的衔铁刚好被吸下，指示灯L熄灭，蜂鸣器开始报警。现移动滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为其最大阻值的，当窗户移至轨道B点位置时，蜂鸣器恰好开始报警。若要求窗户移至轨道C点位置时蜂鸣器才开始报警，此时能否通过调节滑动变阻器的阻值来实现？请通过计算加以说明 。（电磁铁线圈电阻忽略不计）
【答案】 开关 不能通过调节滑动变阻器的阻值来实现
【详解】（1）[1]电磁继电器实则就是电磁铁控制的一种开关。
（2）[2]闭合开关，灯泡和串联，灯泡正常发光，其两端的电压为
两端的电压
电路中的电流
灯泡的额定功率
（3）[3]由图乙可知，窗户移至B点和C点时，磁敏电阻的电阻值分别为和，由欧姆定律可得,当窗户移至轨道B点位置时，蜂鸣器恰好开始报警，控制电路中的总电阻
此时滑动变阻器接入电路的阻值
此时滑动变阻器接入电路的阻值为其最大阻值的，所以滑动变阻器的最大阻值为，当窗户移至轨道C点位置时，滑动变阻器接入电路的阻值应该为
但是滑动变阻器的最大阻值为，所以若要求窗户移至轨道C点位置时蜂鸣器才开始报警，此时不能通过调节滑动变阻器的阻值来实现。
21．（2023·山东泰安·中考真题）2023年3月27日是第28个全国中小学生安全教育日，某校开展了安全创意设计比赛活动，物理兴趣小组利用磁性开关S2设计了烟雾报警与自动喷淋联动模拟系统，当烟雾达到一定浓度时触发自动报警喷淋，防范火灾发生。图甲为该模拟系统示意图，Rc为气敏电阻。控制电路中的电流I控≥0.02A时，磁性开关S2动触片被电磁铁吸引与触点a接触，安全指示灯L熄灭，报警喷淋系统同时工作；控制电路中的电流小于0.02A时，动触片被释放，与触点b接触，安全指示灯亮，报警喷淋系统停止工作。已知控制电路电源电压U控大小可调节，电磁铁线圈电阻不计，气敏电阻Rc的阻值与烟雾浓度C的关系如图乙所示，R0为定值电阻。工作电路电源电压U=36V，报警电铃标有“36V 18W”字样。
（1）安全指示灯L标有“0.9W 10Ω”字样（忽略温度对灯丝电阻的影响），要使灯L正常工作，则保护电阻R′的阻值为多大？
（2）报警电铃响时电流表示数为2.5A，喷淋系统工作20s消耗的电能是多少？
（3）通过调节U控大小，可改变该装置对烟雾探测的灵敏度。调至U控1时，触发报警喷淋的最低烟雾浓度C1=8%，电阻R0的功率为0.012W，控制电路消耗的总功率为P控1；将电压增大调至U控2，触发报警喷淋时的最低烟雾浓度为C2，控制电路消耗的总功率为P控2，P控1∶P控2=25∶31，求U控1、U控2和C2的大小。
【答案】（1）110Ω；（2）1440J；（3）U控1=5V，U控2=6.2V，C2=2%
【详解】解：（1）由可得，安全指示灯L的额定电压为
由P=UI可得，安全指示灯L的额定电流为
由电路图可知，安全指示灯L与保护电阻R′串联，由串联电路电阻分压规律可知，L正常工作时，保护电阻R′两端电压为
U′=U-UL=36V-3V=33V
由欧姆定律可得，保护电阻R′的阻值为
（2）由电路图可知，报警电铃与喷淋系统并联，电流表测电路中总电流，报警电铃响时电路中的总电流为I总=2.5A，由P=UI可得，流过报警电铃的电流为
故由并联电路的电流规律可知，流过喷淋系统的电流为
I2=I总-I1=2.5A-0.5A=2A
由P=UI可得，喷淋系统的额定功率为
P2=UI2=36V×2A=72W
由W=Pt可得，喷淋系统工作20s消耗的电能为
W=P2t=72W×20s=1440J
（3）由图乙可知，当C=0时，Rc=300Ω，当C=5%时，Rc=250Ω，故由数学知识可知，Rc与C之间的函数关系式为
Rc=-1000C+300
当C1=8%时，带入可得此时Rc1=220Ω，由题意可知，此时电路中电流为I=0.02A，此时电阻R0的功率为P0=0.012W，故由P=I2R可得，电阻R0的阻值为
由欧姆定律可得，此时电源电压为
U控1=I(R0+Rc1)=0.02A×(30Ω+220Ω)=5V
此时电路消耗的总功率为
P控1=U控1I=5V×0.02A=0.1W
由
P控1∶P控2=25∶31
可得
此时电路中的电流仍为I=0.02A，故由P=UI可得，此时电源电压为
此时电阻R0两端电压为
U0=IR0=0.02A×30Ω=0.6V
由串联电路的电压规律可得，此时气敏电阻两端电压为
Uc2=U控2-U0=6.2V-0.6V=5.6V
则此时气敏电阻的阻值为
带入Rc与C的关系式解得C2=2%。
答：（1）要使灯L正常工作，则保护电阻R′的阻值为110Ω；
（2）报警电铃响时电流表示数为2.5A，喷淋系统工作20s消耗的电能是1440J；
（3）U控1 =5V，U控2 =6.2V，C2=2%。
09 电磁继电器与交流电图像问题（计算题）
22．（2024·广东东莞·一模）如图，某小组设计了图甲所示的汽车转向指示灯电路模型，接通相应指示灯后，该指示灯会亮、暗（微弱发光）交替闪烁发光，电路中电源电压恒为6伏，指示灯规格为“6V；6W”，R0为定值电阻，电磁铁的阻值忽略不计。
（1）若让左转、右转指示灯同时工作，转向开关应与触点 接通（选填“1和2”、“2和3”、“3和4”或“4和5”）；
（2）当转向开关与触点“2和3”接通时，右转指示灯两端实际电压变化规律如图乙所示。当右转指示灯正常发光时，电磁铁 （选填“有”或“无”）磁性，此时R0两端的电压 （选填“等于6V”、“小于6V大于0V”或“等于0V”）；
（3）若图乙中Ux的值为1.5V，则灯泡微弱发光时的指示灯的实际功率为 W，定值电阻R0的阻值为 。（已知指示灯的电阻不变）
【答案】 3和4 有 等于0V 0.375 18Ω
【详解】（1）[1]若让左转、右转指示灯同时工作，应该让两个指示灯同时接入电路，故转向开关应与触点3和4接通。
（2）[2][3]当右转指示灯正常发光时，电磁铁被接通，有电流通过，电磁铁有磁性；此时右转指示灯电压为6V，因为电路中电源电压恒为6伏，根据串联电路电压规律可知，此时R0两端的电压等于0。
（3）[4][5]已知指示灯规格为“6V；6W”，则指示灯的电阻
若Ux的值为1.5V，此时电路电流
则灯泡微弱发光时的指示灯的实际功率
P实=UxI=1.5V×0.25A=0.375W
根据串联电路电压规律可得，定值电阻R0两端的电压
U0=U-UL=6V-1.5V=4.5V
则定值电阻R0的阻值
10 电磁继电器的其他应用
23．（2023·四川资阳·中考真题）夜幕降临，装有自动照明系统的LED灯将城市照得灯火通明。这种LED灯是通过光电转换原理来供电的：白天，太阳能电池板将太阳能转化为电能，通过对蓄电池充电将电能转化为化学能储存起来；夜晚，蓄电池放电，将化学能转化为电能，让路灯实现照明功能；其中，光敏电阻的阻值随光照强度增大而减小，充放电电路的切换由电磁继电器自动实现。该照明系统的电路原理如图所示。②结合上述工作原理，电路原理图中方框内的电器元件是：① 、② 、③ 、④ （选填下列电器元件前的字母代号）。
A．电池 B．蓄电池 C．太阳能电池板 D．LED路灯
【答案】 A D B C
【详解】[1]光敏电阻R与R0串联在控制电路中，控制电路中缺少电源，则①应该是电池。
[2][3][4]当光照强度增强时光敏电阻的阻值减小，电磁铁的电流增大，电磁铁的磁性增强，吸引衔铁，与GH接触，使太阳能转化的化学能储存在蓄电池里；夜晚光照强度小于一定值时，电磁铁的电路中几乎无电流，电磁铁无磁性，衔铁与EF接触，蓄电池释放电能，供路灯工作，则衔铁与GH接触时，蓄电池与太阳能电池板组成闭合回路，且蓄电池充电；当衔铁与EF接触时，蓄电池与LED路灯组成闭合回路，蓄电池放电，则②是LED路灯，③是蓄电池，④是太阳能电池板。
24．（2024·江苏无锡·一模）小华制作的蓄水池水位报警模拟装置如图所示：浮子由铜片E、空心杆F和木块Q构成。在低水位时，触点C、D位于E的正上方h0处，Q的下表面距池底的高度为h。当水位上升到使E与C、D接触后，蜂鸣器R发出忽强忽弱的报警音，报警音的强弱取决于其两端电压大小。电源电压U=6V，定值电阻R0=3Ω，R可视为9Ω的定值电阻，不计其它电阻。
（1）当E与C、D接触时，电路接通，衔铁吸下与触点 接触（选填“A”或“B”），线圈和R0被 （选填“短路”或“断路”）；
（2）在被释放和吸下的过程中，衔铁与A、B的接触时间分别为0.5s和1.5s，不考虑衔铁在A、B之间切换的时间。在未解除报警的情况下，求开始报警后1min内电路所消耗的电能；
（3）Q为边长10cm的正方体，密度为0.6×103kg/m3，h0=10cm，h=22cm，g取10N/kg。不计E、F的质量及E与支架间的摩擦。
①求刚开始报警时水面距池底的高度H ；
②下列措施中，可使①中H值增大的有 。
A．将池中水换为密度更大的液体
B．仅适当减小Q的边长
C．仅适当减小Q的密度
D．仅在空心管F中装入适量沙子
【答案】 B 短路 225J D温度t/°C
16
20
24
28
32
36
40
电阻R1/Ω
300
285
265
243
215
185
150
F压/N
…
400
600
800
900
1000
…
RF/Ω
…
800
500
300
200
100
…
压力
180
185
190
195
200
压敏电阻
18
17
16
14
12
温度t/℃
10
20
30
40
50
60
70
80
90
电阻R/Ω
60
42
30
20
15
10
8
6
5
型号
FED-H50
额定电压
交流220V
最大水量
50kg
频率
50Hz
额定内压
0.75MPa
额定功率
2000W
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