2021年中考物理三轮冲刺过关 专题26 含有电磁继电器的冷门计算题对策（教师版含解析）

2021年中考物理三轮冲刺过关

专题26 含有电磁继电器的冷门计算题对策  

解决专题问题策略

策略1：掌握欧姆定律及其应用

(1)导体中的电流，与导体两端的电压成 正比，与导体的电阻成反比。

(2)公式：I=U/R ，式中单位：I→A；U→V；R→Ω。1安=1伏/欧。

(3)对公式的理解：①公式中的I、U和R必须是在同一段电路中；②I、U和R中已知任意的两个量就可求另一个量；③计算时单位要统一。

(4)欧姆定律的应用

① 同一个电阻，阻值不变，与电流和电压无关, 但加在这个电阻两端的电压增大时，通过的电流也增大。

②当电压不变时，电阻越大，则通过的电流就越小。

③     当电流一定时，电阻越大，则电阻两端的电压就越大。

策略2：知道电磁继电器的本质

实质上是一个利用电磁铁来控制电路的开关。它的作用可实现远距离操作，利用低电压、弱电流来控制高电压、强电流。还可实现自动控制。

中考典型例题解析

【例题1】智能自动化管理是未来社会的发展趋势，如图甲所示为某工作室的自动化光控电路图，其中光敏电阻R的阻值随照度变化的关系如图乙所示(照度表示物体被照明的程度，单位是Ix)。请你回答下列问题：

(1)电磁继电器是利用电流　   　效应工作的，当光照强度增强时，光敏电阻将　   　，控制电路中的电流将　   　(选填“变大”“变小”或“不变”)。长时间使用后，控制电路中的电流将降低，若相同的情况下接通电路，则光照强度　   　。(选填“增强”“减弱”或“不变”)。

(2)当开关S闭合时，光敏电阻上的照度大于或等于0.41x时，警示灯L亮，已知控制电路的电源电压为22V，电磁继电器的线圈电阻为10Ω，此时控制电路中的电流是多大？

(3)若使电流达到0.2A时，光敏电阻上的照度大于或等于0.41x时警示灯L亮，试通过计算说明怎样改装控制电路。(注：可以添加必要的元件)

【答案】(1)磁；变小；变大；增强；

(2)此时控制电路中的电流是0.44A；

(3)可以在控制电路中串联接入一个 60Ω的电阻。

【解析】(1)电磁继电器是利用电流磁效应工作的，当光照强度增强时，由图乙知，光敏电阻将变小，根据电阻的串联，总电阻变小，由欧姆定律可知，控制电路中的电流将变大；

长时间使用后，控制电路中的电流将降低，若在相同的情况下接通电路，需要增大电流，由欧姆定律可知，要减小光敏电阻的阻值，由图乙知，则光照强度增强；

(2)当照度等于 0.4Lx 时，由图知，光敏电阻的阻值R＝40Ω，

根据欧姆定律和电阻的串联可得，此时控制电路中的电流为：

I＝＝═0.44A；

(3)当电流达到 0.2A 时，由欧姆定律可得控制电路中的总电阻：

R总＝＝＝110Ω，

由于此时的总电阻大于原来的总电阻，所以应在控制电路中串联一个电阻；

当照度等于 0.4Lx 时，警示灯L亮，光敏电阻的阻值仍然为R＝40Ω，

根据电阻的串联，串联电阻的阻值：

R串＝R总﹣R光﹣R线＝110Ω﹣40Ω﹣10Ω＝60Ω，

即可以在控制电路中串联接入一个 60Ω的电阻。

【例题2】(2021广西北部湾二模)图甲是温度自动报警器。控制电路中，电源电压U控=5V，热敏电阻R2的阻值与温度的关系如图20乙所示；工作电路中，灯泡L标有“9V  0.3A”的字样，R4为电子嗡鸣器，它的电流达到某一固定值时就会发声报警，其阻值R4=10Ω。在R2温度为20℃的情况下，小明依次进行如下操作：闭合开关S1和S2，灯泡L恰好正常发光，此时R0的电功率为P0；将R1的滑片调到最左端时，继电器的衔铁刚好被吸下，使动触点与下方静触点接触；调节R3的滑片，当R3与R4的电压之比U3：U4=4:1时，电子嗡鸣器恰好能发声，此时R0的电功率为，。已知电源电压、灯丝电阻都不变，线圈电阻忽略不计。求：

(1)灯泡L的额定功率；

(2)当衔铁刚好被吸下时，控制电路的电流；

(3)将报警温度设为50℃时，R1接入电路的阻值；

(4)工作电路的电源电压Ux。

【答案】见解析。

【解析】(1)灯泡L的额定功率为

 P额=U额×I额=9V×0.3A=2.7W

(2)当衔铁刚好被吸下时，变阻器R1接入电路的阻值刚好为0

由图乙知温度为20℃时R2的阻值为R2=25Ω

控制电路的电流为

(3)当将报警温度设为50℃时，由图乙知，R2的阻值变为=10Ω，

  此时控制电路的电流仍然为I=0.2A

  由得R1接入电路的阻值为

（2）当继电器的衔铁还没被吸下时，电路中的电流为I额=0.3A，则有；

当继电器的衔铁被吸下时，

设此时电路的电流为I，则有；

由即可求得I=0.2A，

此时

而，则得U3=8V

因为，所以得，

即有，

即

解得Ux=12V

临门一脚预测练

1．如图所示是某温控装置的简化电路图，工作电路由电压为220V的电源和阻值R＝88Ω的电热丝组成；控制电路由电源、电磁铁(线圈电阻R0＝20Ω)、开关、滑动变阻器R2(取值范围0～80Ω)和热敏电阻R1组成；R1阻值随温度变化的关系如下表所示，当控制电路电流I≥50mA时，衔铁被吸合切断工作电路；当控制电路电流I≤40mA时，衔铁被释放接通工作电路。

(1)工作电路正常工作时，R在1min内产生的热量是多少？

(2)当温度为60℃，滑动变阻器R2＝50Ω时，衔铁恰好被吸合，控制电路的电源电压是多少？

(3)若控制电路电源电压不变，此装置可控制的温度最大范围是多少？

(4)要想要该装置所控制的最高温度降低一些，请分析说明如何改变R2的阻值。

【答案】(1)工作电路正常工作时，R在1min内产生的热量是3.3×104J；

(2)当温度为60℃，滑动变阻器R2＝50Ω时，衔铁恰好被吸合，控制电路的电源电压是6V；

(3)若控制电路电源电压不变，此装置可控制的温度最大范围是35℃～80℃；

(4)要想要该装置所控制的最高温度降低一些，应减小R2的最大阻值。

【解析】(1)工作电路由电压为220V的电源和阻值R＝88Ω的电热丝组成，

则R在1min内产生的热量：

Q＝t＝×1×60s＝3.3×104J；

(2)当温度为60℃时，由表格数据可知R1＝50Ω，

已知此时滑动变阻器R2＝50Ω，则控制电路的总电阻为：

R＝R1+R2+R0＝50Ω+50Ω+20Ω＝120Ω，

此时衔铁恰好被吸合，则控制电路的电流I＝50mA＝0.05A，

由欧姆定律可得，控制电路的电源电压：

U＝IR＝0.05A×120Ω＝6V；

(3)当控制电路电流I≥50mA时，衔铁被吸合切断工作电路，由欧姆定律可得，控制电路的总电阻最大为：

R大＝＝＝120Ω，

滑动变阻器R2(取值范围0～80Ω)的最大电阻为80Ω，根据串联电阻的规律，热敏电阻R1的阻值最小(此时温度最高)：

R1＝R大﹣R2﹣R0＝120Ω﹣80Ω﹣20Ω＝20Ω，由表中数据知可控制的最高温度为80℃；

当控制电路电流I≤40mA时，衔铁被释放接通工作电路，由欧姆定律，控制电路的总电阻最小为：

R小＝＝＝150Ω，

滑动变阻器R2的最小电阻为0时，根据串联电阻的规律，热敏电阻R1的阻值最大(此时温度最低)：

R′1＝150Ω﹣20Ω＝130Ω，由表中数据知可控制的最低温度为35℃；

所以，若控制电路电源电压不变，此装置可控制的温度最大范围是35℃～80℃；

(4)要想要该装置所控制的最高温度降低一些，即热敏电阻R1的阻值增大，因吸合时的电流不变，由欧姆定律可知，控制电路的总电阻不变，故应减小R2的最大阻值。

2．(2021山东泰安一模)某电热水器具有加热和保温功能，其工作原理如图甲所示。其中控制电路中的电磁铁线圈电阻不计，R为热敏电阻，热敏电阻中允许通过的最大电流Ig＝15mA，其阻值R随温度变化的规律图象如图乙所示，电源电压U恒为6V，当电磁铁线圈中的电流I＞8mA时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点a、b接触，加热电路接通：当电磁铁线圈中的电流I≤8mA时，继电器上方触点c接触，保温电路接通，热敏电阻R和工作电路中的三只电阻丝R1、R2、R3，均置于储水箱中，U2＝220V，加热时的功率P加热═2200W，保温时的功率P保温＝110W，加热效率η＝90%，R2＝2R1，水的比热容，c水＝4.2×103J/(kg•℃)，水箱内最低温度为0℃。

(1)为使控制电路正常工作，保护电阻R0的阻值至少为多大？若R0为该值，试求热水器刚开始保温时水的温度。

(2)电阻丝R1、R2、R3的阻值分别为多少欧姆？

(3)该热水器在加热状态下，将44kg、20℃的水加热到50℃需要多少时间？

【答案】(1)为使控制电路正常工作，保护电阻R0的阻值至少为450Ω；

若R0为该值，热水器刚开始保温时水的温度为70℃。

(2)电阻丝R1、R2、R3的阻值分别为33Ω、66Ω、374Ω；

(3)该热水器在加热状态下，将44kg、20℃的水加热到50℃需要2800s。

【解析】(1)由题意可知，热敏电阻中允许通过的最大电流I0＝15mA，电源电压U1＝6V，

控制电路中最小值是R总小＝＝＝400Ω，

当水箱内最低温度为0℃时，热敏电阻阻值最小，R最小，R最小＝100Ω。

保护电阻R0的最小值，保护电阻阻值至少为R0＝R总小﹣R最小＝400Ω﹣100Ω＝300Ω，

热水器刚开始保温时，控制电路中的总电阻R总＝＝＝750Ω，

热敏电阻的阻值为：R＝R总﹣R最小＝750Ω﹣300Ω＝450Ω，

由图乙可知，此时水温为70℃；

(2)由题意和电路图知：衔铁被吸下时，R1、R2并联，电热水器处于加热状态，

P加热＝+＝2200W，且R2＝2R1，

所以+＝2200W，

＝2200W，

＝2200W，

解得：R1＝33Ω，R2＝2R1＝2×33Ω＝66Ω；

根据题意可知，电磁继电器上方触点和触点c接通时，电热水器处于保温状态，则由电路图知，此时R2、R3串联，

根据电阻的串联特点和欧姆定律可得保温功率：

P保温＝＝110W，即＝110W，

解得：R3＝374Ω；

(3)水吸收的热量：Q吸＝cm(t﹣t0)＝4.2×103J/(kg•℃)×44kg×(50℃﹣20℃)＝5.544×106J：

根据热效率公式η＝可得，

加热电路消耗的能量：W＝＝＝6.16×106J，

加热时间：t＝＝＝2800s。

3．(2021四川内江一模)如图甲所示，是某科技小组的同学们设计的恒温箱电路图，它包括工作电路和控制电路两部分，用于获得高于室温、控制在定范围内的“恒温”。工作电路中的加热器正常工作时的电功率为1.0kW；控制电路中的电阻R'为滑动变阻器，R为置于恒温箱内的热敏电阻，它的阻值随温度变化的关系如图乙所示，继电器的电阻R0为10Ω．当控制电路的电流达到0.04A时，继电器的衔铁被吸合；当控制电路中的电流减小到0.024A时，衔铁被释放，则：

(1)正常工作时，加热器的电阻值是多少？

(2)当滑动变阻器R为390Ω时，恒温箱内可获得的最高温度为150℃，如果需要将恒温箱内的温度控制在最低温度为50℃那么，R′的阻值为多大？

【答案】(1)正常工作时，加热器的电阻值是48.4Ω；

(2)R′的阻值为90Ω。

【解析】(1)根据P＝得

正常工作时，加热器的电阻值R＝＝＝48.4Ω；

(2)由乙图知，当最高温度为150℃时，热敏电阻的阻值R1＝200Ω，

控制电路电流I1＝0.04A

由欧姆定律得U＝I1(R0+R′+R1)＝0.04A×(10Ω+390Ω+200Ω)＝24V；

恒温箱内的温度控制在最低温度为50℃时，热敏电阻的阻值R2＝900Ω，

控制电路电流I2＝0.024A

控制电路总电阻R总＝＝＝1000Ω，

此时滑动变阻器的阻值R′＝R总﹣R0﹣R2＝1000Ω﹣10Ω﹣900Ω＝90Ω。

4.为响应宁波市政府提出的“创建海绵型城市”的号召，小科设计了如图所示的市政自动排水装置模型，控制电路由电压为12V、最大容量为100Ah的蓄电池供电，蓄电池用“发电玻璃”制成的太阳能电板充电。为定值电阻，R为压敏电阻，压敏电阻通过杠杆ABO与圆柱形浮体相连，AB：BO=4：1，压敏电阻的阻值随压力变化的关系如下表。(压板、杠杆和硬质连杆的质量及电磁铁线圈电阻忽略不计，所用绿灯、红灯及排水泵的额定电压均为220V)

按照设计要求，当水位上升到浮体刚好全部浸入水中时，压敏电阻受到压力为360N，通过电磁铁线圈的电流为100mA，排水泵启动；当水位回落到浮体只有体积浸入水中时，杠杆ABO仍处于水平位置，线圈中电流为30mA，排水泵停止工作，则小科应选择重力为多大的浮体？

【答案】应选择重力为8N的浮体。

【解析】控制电路中R与R0串联，由表格数据知压力为360N压敏电阻的阻值，由此根据串联电路特点和欧姆定律计算R0的阻值，由杠杆平衡条件计算浮体浸没时A端受力，并表示出此时浮体受到的浮力；同理再表示出浮体浸入水中时的浮力，联立方程计算出浮体重力；

当浮体刚好浸没时，压敏电阻受到压力为360N，由表中数据知，此时压敏电阻的阻值R=80Ω，

控制电路中R与R0串联，控制电路中的电流I=100mA=0.1A，

由串联电路特点和欧姆定律可得，定值电阻的阻值：

R0=R总﹣R=﹣R=﹣80Ω=40Ω，

设此时连杆对A端的作用力为FA，压敏电阻对B处的作用力为FB，

已知AB：BO=4：1，则AO：BO=5：1，

根据杠杆的平衡条件有：FA×LOA=FB×LOB，

则：FA==360N×=72N，

因为力的作用是相互的，所以A端对浮体向下的压力：FA'=FA=72N，

由力的平衡条件可得，此时浮体受到的浮力：F浮=G+FA'=G+72N﹣﹣﹣①

当浮体只有体积浸入水中时，由阿基米德原理可得此时的浮力：F浮'=F浮，

此时控制电路中电流为30mA=0.03A，由串联电路特点和欧姆定律可得，此时压敏电阻的阻值：

R'=R总'﹣R0=﹣40Ω=360Ω，

由表中数据知，压敏电阻受到压力FB'=120N，

由杠杆平衡条件有：FA'×LOA=FB'×LOB，

所以：FA'==120N×=24N，

同理可得，此时浮体受到的浮力：F浮'=G+FA'，

即：F浮=G+24N﹣﹣﹣②

解①②可得：F浮=80N，G=8N；

所以，应选择重力为8N的浮体。

5．如图所示电路，是某学校楼道自动控制照明系统，已知控制电路电源电压U=4.5V，电磁继电器线圈电阻R1=5Ω，滑动变阻器R2最大阻值25Ω．R3是一光敏电阻，其阻值随“光照度E”的增大而减小，且成反比，其具体关系如下表所示(光照度E的单位是：勒克斯，符号Lx；光越强，光照度越大)。当线圈中电流减小至I0=90mA时，电磁继电器衔铁被弹簧拉起，启动照明系统，利用该装置可以实现当光照度低至某一设定值E0时，照明系统内照明灯自动工作。

(1)根据表格中数据写出光敏电阻的阻值R3与光照度E的函数关系式。

(2)闭合开关，把滑片移到最右端(b端)，求照明系统启动时的光照度E0是多少？如果光照度E为2Lx时并保持1min不变，这段时间内R2消耗的电能是多少？

【答案】见解析。

【解析】(1)由表格数据可知，

光照度与光敏电阻R3阻值的乘积：

E×R3=0.5lx×60Ω=1lx×30Ω=1.5lx×20Ω=2lx×15Ω=2.5lx×12Ω=3lx×10Ω=30lxΩ，

即R3=；

(2)闭合开关S，将滑片P移至b端，变阻器接入电路中的电阻最大，

由题可知，当线圈中电流减小至I0=90mA=0.09A时，电磁继电器衔铁被弹簧拉起，启动照明系统，

所以，电路中的总电阻：

R总===50Ω；

因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，

所以，R3的阻值：

R3=R总﹣R1﹣R2=50Ω﹣5Ω﹣25Ω=20Ω，

由表格数据可知，当R3=20Ω时，E0的值为1.5lx；

由表格知当E=2Lx时，此时光敏电阻的阻值：R3′=15Ω，

因启动照明系统的条件不变(启动照明系统时，控制电路中的电流恒为0.09A)，则控制电路中的总电阻不变，所以，R2接入电路的电阻：

R2′=R总﹣R1﹣R3′=50Ω﹣5Ω﹣15Ω=30Ω；

1min内R2消耗的电能：W=I2Rt=(0.09A)2×30Ω×60s=14.48J

6．新冠肺炎疫情，极大的影响了人们的生活和身体健康。而大多数新冠肺炎患者会发现发热、咳嗽等症状，于是进入各种公共场所必须测量体温，如图甲是某中学为初三学生开学准备的红外线测温仪，红外线测温仪是通过对物体自身辐射的红外能量的测量，准确地测定物体表面温度的仪器。当同学们从它前面经过时就可以快速测量出体温。测温仪的电路原理图如图乙所示。左右两个电源电压均为9V，是阻值为10Ω的定值电阻， R1是热敏电阻，其阻值会随着温度的改变而改变。当人体体温高于37.3℃时，红灯亮发出报警。R1随人体温度辐射的红外线变化关系如表中数据。

(1)电路中的作用是_________，从测温仪前面通过的同学体温越高，电流表的示数______；

(2)当体温是36.5℃时，求电流表的示数________？

(3)小张同学经过测温仪时，电流表示数显示0.36A，计算说明测温仪是否会发出报警_______。

【答案】保护电路    越大    0.33A    见解析   

【解析】(1)电路中如果没有R0，会造成电路中的电流过大，烧坏电流表，R0可以保护电路。

由表中数据可知，从测温仪前面通过的同学体温越高，R1的电阻越小，电路的总电阻越小，由I=可知通过电路的电流越大，电流表的示数越大。

(2)由表中数据可知，当体温是36.5℃时，R1的电阻R1=17Ω

电流表的示数

I=≈0.33A

(3)小张同学经过测温仪时，电流表示数显示0.36A，电路的总电阻

R总==25Ω

R1的阻值

=R总-R0=25Ω-10Ω=15Ω

由表格数据得人体温度为37.5℃，超过37.3℃，所以会发出报警。