物理中考30个特色重点专题再巩固(三轮复习查缺补漏)专题29含有电磁继电器的电学综合问题(原卷版+解析)

这是一份物理中考30个特色重点专题再巩固(三轮复习查缺补漏)专题29含有电磁继电器的电学综合问题(原卷版+解析)，共15页。试卷主要包含了16×106J，等内容，欢迎下载使用。

1. 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。
2. 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？
3. 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）。（ ）
4. （2022江苏无锡）家用食具消毒柜是对家庭餐具进行消毒、烘干生活健康器具。某品牌消毒柜的电路原理图如图所示，下表是它的部分参数，消毒电路由S1、紫外线灯管L、发热管R1、温控开关K组成，K开始时处于闭合状态，当柜内温度超过120℃时断开，当温度降到120℃以下时自动闭合，烘干电路由S2、发热管R2、电磁继电器开关组成，其中R2正常工作时的功率为烘干功率，烘干时，当电磁铁线圈中的电流达到0.02A，衔铁被吸起，触点D、E断开：当电磁铁线圈中电流减小到0.01A，衔铁被释放，触点D、E重新接触，使烘干温度维持在55℃～85℃控制电路电压U=6V，R3是定值电阻，RT是热敏电阻，其温度与消毒柜内温度相同，阻值随温度升高而减小，电磁铁线圈的电阻忽略不计。
某次使用时，将餐具放人消毒柜内，关闭好柜门，将插头插人家庭电路的插座中，电压为220V。闭合开关S、S1，对餐具消毒15min；断开开关S1，闭合S、S2、S3，再烘干60min。
（1）若为该消毒柜写一份使用时的安全注意事项，其中错误的是__________
A.禁止用潮湿的手操作
B.消毒柜的金属外壳不需要接地
C.消毒时切勿将塑料等不耐高温的食具靠近R1
D.严禁在无保护条件下，直视正在工作中的紫外线灯管
（2）烘干期间，当消毒柜内温度为55℃时，控制电路中RT的阻值为500Ω，则当消毒柜内温度为85℃时，RT的阻值为多少__________？
（3）若本次消毒、烘干电路实际消耗的电能为，其中，消毒时，L和R1同时正常工作时通过消毒电路的总电流为1A；烘干时，R2实际工作时间为总烘干时间的20%。则R1=____________Ω，R1实际工作时间为__________min。
5．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？额定电压
220V
紫外线灯管功率
20W
烘干功率
500W
烘干温度
55℃-85℃
2023年物理中考30个特色与重点专题再巩固（三轮复习查缺补漏全国通用）
专题29 含有电磁继电器的电学综合问题
1. 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
2. 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130Ω
R2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℃。
3. 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
4. （2022江苏无锡）家用食具消毒柜是对家庭餐具进行消毒、烘干生活健康器具。某品牌消毒柜的电路原理图如图所示，下表是它的部分参数，消毒电路由S1、紫外线灯管L、发热管R1、温控开关K组成，K开始时处于闭合状态，当柜内温度超过120℃时断开，当温度降到120℃以下时自动闭合，烘干电路由S2、发热管R2、电磁继电器开关组成，其中R2正常工作时的功率为烘干功率，烘干时，当电磁铁线圈中的电流达到0.02A，衔铁被吸起，触点D、E断开：当电磁铁线圈中电流减小到0.01A，衔铁被释放，触点D、E重新接触，使烘干温度维持在55℃～85℃控制电路电压U=6V，R3是定值电阻，RT是热敏电阻，其温度与消毒柜内温度相同，阻值随温度升高而减小，电磁铁线圈的电阻忽略不计。
某次使用时，将餐具放人消毒柜内，关闭好柜门，将插头插人家庭电路的插座中，电压为220V。闭合开关S、S1，对餐具消毒15min；断开开关S1，闭合S、S2、S3，再烘干60min。
（1）若为该消毒柜写一份使用时的安全注意事项，其中错误的是__________
A.禁止用潮湿的手操作
B.消毒柜的金属外壳不需要接地
C.消毒时切勿将塑料等不耐高温的食具靠近R1
D.严禁在无保护条件下，直视正在工作中的紫外线灯管
（2）烘干期间，当消毒柜内温度为55℃时，控制电路中RT的阻值为500Ω，则当消毒柜内温度为85℃时，RT的阻值为多少__________？
（3）若本次消毒、烘干电路实际消耗的电能为，其中，消毒时，L和R1同时正常工作时通过消毒电路的总电流为1A；烘干时，R2实际工作时间为总烘干时间的20%。则R1=____________Ω，R1实际工作时间为__________min。
【答案】 （1）B （2）200Ω （3） 242 6
【解析】（1）A．生活中水是导体，用湿手去触碰电器容易触电，所以禁止用潮湿的手操作，故A正确，A不符合题意；
B．在电器漏电时，接地线可以将金属外壳所带的电荷导入地下，所以为了安全，消毒柜的金属外壳需要接地，故B错误，B符合题意；
C．由于R1是发热管，所以在工作时温度较高，如果塑料等不耐高温的食具靠近R1，塑料可能会熔化并产生有害物质，所以不应将塑料等不耐高温的食具靠近R1，故C正确，C不符合题意；
D．紫外线对眼睛有一定刺激和伤害作用，长时间的紫外线照射，可能会使眼睛发生病变，所以严禁在无保护条件下，直视正在工作中的紫外线灯管，故D正确，D不符合题意。
故选B。
（2）由题意可知，烘干温度在55℃时，此时控制电路的电流为0.01A，则控制电路的总电阻
则R1的阻值
当消毒柜内温度为85℃时，此时电路中电流为0.02A，则此时电路的总电阻
此时RT的阻值为
（3）消毒时，通过紫外线灯的电流
则R1的阻值
烘干时，R2实际工作时间为总烘干时间的20%，则烘干消耗的电能
则本次消毒消耗的电能
消毒的总功率
消毒时紫外线灯消耗的电能
则R1消耗的电能
R1的电功率
则R1实际工作时间为
5．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。
额定电压
220V
紫外线灯管功率
20W
烘干功率
500W
烘干温度
55℃-85℃