初中物理电磁继电器的组成、原理和特点计算题

硫化镉 $\left(\mathit{CdS}\right)$是一种光敏材料，其电阻值 $R$随光照强度 $E(E$越大表示光照越强，其国际单位为 $\mathit{cd})$的变化如图2所示。某展览厅（如图1所示）为保护展品。采用这种材料设置了调光天窗。当外界光照较强时，启动电动卷帘适时调整进光量；当外界光照较弱时，自动启动节能灯给予补光。调光天窗的电路原理如图3所示， $R_0$为定值电阻， $R$为 $\mathit{CdS}$电阻， $P$为电磁铁，其线圈电阻 $R_P$为 $10\Omega$，当电流达到 $0.06A$时能吸合衔铁。已知电源电压 $U_1=12V$， $U_2=220V$，则：

（1）图2中 $R$随光照强度 $E$变大而　　（选填“增大”或“减小” $)$。

（2）图3中的 $L$代表的是并联安装在展厅内的10盏“ $220V10W$”节能灯，这些节能灯同时正常工作4小时，共消耗电能　　 $\mathit{kW}·h$。

（3）若要缩短节能灯点亮的时间，可换用阻值较　　（选填“大”或“小” $)$的 $R_0$。

（4）当外界光照强度达到 $1\mathit{cd}$时，电动卷帘便开始工作，求 $R_0$的阻值。

某次旅游，密闭大巴内坐满了游客，司机忘了打开换气设备，时间一久，车内二氧化碳浓度上升，令人头晕脑胀。为此，小明设计了车载自动换气设备

（一 $)$小明找来二氧化碳气敏电阻 $R_x$，其电阻值与空气中二氧化碳浓度关系如表格所示，其中二氧化碳浓度为0时， $R_x$阻值模糊不清，他对该电阻阻值进行测量

二氧化碳浓度 $/\%$	0	5	10	15	20	25	30
$R_x/\Omega$		28	22	17	13	10	8

小明把空气通过氢氧化钠溶液，得到二氧化碳浓度为0的空气，并收集于集气瓶中，再将 $R_x$置于其中

（1）图甲电源电压恒为 $6V$，请以笔画导线完成电路图剩余部分的连接。要求，滑片 $P$向 $B$端移动时，电压表、电流表的示数都变大

（2）开关 $S$闭合前，滑片 $P$应移至　　（选填“ $A$”或“ $B$” $)$端。

（3）闭合开关 $S$，发现电流表无示数，电压表有示数。电路某一故障可能为　　。

$A$、 $S$断路 $B$、 $R^{\text{'}}$断路 $C$、 $R_x$短路 $D$、 $R_x$断路

（4）排除故障后，移动滑片 $P$，电压表、电流表示数如图乙所示，二氧化碳为0时， $R_x$的阻值为　　 $\Omega$

（5）请在丙图中画出 $R_x$阻值与空气中二氧化碳浓度的关系图像

（二 $)$小明利用电磁继电器设计车载自动换气设备，如图丁所示，控制电路，恒为 $6V$的蓄电池，开关 $S$，定值电阻 $R_0$，二氧化碳气敏电阻 $R_x$，电磁继电器的线圈电阻不计，线圈电流大于 $0.1A$时衔铁被吸下，线圈电流小于 $0.1A$衔铁被弹回，受控电路包括，恒为 $24V$的蓄电池，额定电压均为 $24V$的绿灯、红灯、换气扇。

（6）请以笔画线完成电路连接，要求：闭合开关 $S$，周围空气中二氧化碳浓度小于 $8\%$时，绿灯亮；大于 $8\%$时，红灯亮且换气扇正常工作。

（7）定值电阻 $R_0$的阻值应为　　 $\Omega$。

如图所示是一种自动测定油面高度的装置，电源电压 $U$为 $6V$， $R_1$是最大电阻为 $30\Omega$的滑动变阻器，它的金属滑片 $P$连在杠杆一端， $R_2$是定值电阻，油量表是用量程为 $0~0.6A$的电流表改装而成。 $(\mathit{ABCD}$四点表示四个接线柱，电磁继电器线圈电阻忽略不计）

（1）当油面上升时，电流表示数变大，则导线 $M$应与　　接线柱相连；当油量下降到预设位置时，警示灯亮，滑片 $P$刚好在 $B$处，则导线 $N$应与　　接线柱相连。

（2）当油箱加满油时，滑片 $P$刚好在 $A$处，电流表的示数达到最大值，求电阻 $R_2$的阻值。

（3）在滑片滑动的过程中，求滑动变阻器 $R_1$的最大功率。

某次旅游，密闭大巴内坐满了游客，司机忘了打开换气设备，时间一久，车内二氧化碳浓度上升，令人头晕脑胀。为此，小明设计了车载自动换气设备

（一 $)$小明找来二氧化碳气敏电阻 $R_x$，其电阻值与空气中二氧化碳浓度关系如表格所示，其中二氧化碳浓度为0时， $R_x$阻值模糊不清，他对该电阻阻值进行测量

二氧化碳浓度 $/\%$	0	5	10	15	20	25	30
$R_x/\Omega$		28	22	17	13	10	8

小明把空气通过氢氧化钠溶液，得到二氧化碳浓度为0的空气，并收集于集气瓶中，再将 $R_x$置于其中

（1）图甲电源电压恒为 $6V$，请以笔画导线完成电路图剩余部分的连接。要求，滑片 $P$向 $B$端移动时，电压表、电流表的示数都变大

（2）开关 $S$闭合前，滑片 $P$应移至　　（选填“ $A$”或“ $B$” $)$端。

（3）闭合开关 $S$，发现电流表无示数，电压表有示数。电路某一故障可能为　　。

$A$、 $S$断路 $B$、 $R^{\text{'}}$断路 $C$、 $R_x$短路 $D$、 $R_x$断路

（4）排除故障后，移动滑片 $P$，电压表、电流表示数如图乙所示，二氧化碳为0时， $R_x$的阻值为　　 $\Omega$

（5）请在丙图中画出 $R_x$阻值与空气中二氧化碳浓度的关系图像

（二 $)$小明利用电磁继电器设计车载自动换气设备，如图丁所示，控制电路，恒为 $6V$的蓄电池，开关 $S$，定值电阻 $R_0$，二氧化碳气敏电阻 $R_x$，电磁继电器的线圈电阻不计，线圈电流大于 $0.1A$时衔铁被吸下，线圈电流小于 $0.1A$衔铁被弹回，受控电路包括，恒为 $24V$的蓄电池，额定电压均为 $24V$的绿灯、红灯、换气扇。

（6）请以笔画线完成电路连接，要求：闭合开关 $S$，周围空气中二氧化碳浓度小于 $8\%$时，绿灯亮；大于 $8\%$时，红灯亮且换气扇正常工作。

（7）定值电阻 $R_0$的阻值应为　　 $\Omega$。

某同学设计一种“机动车违规拍摄系统”。该系统通过拍照来记录机动车闯红灯或超载两种违规情况。请你选择下列 $\underset{一}{\cdot }\underset{种}{\cdot }\underset{方}{\cdot }\underset{法}{\cdot }$完成电路设计并算出相应答案。（如两种方法都做，以第一种记分）

方法一	方法二
器材：照相机电源 $E_1$、电控照相机；恒为 $12V$的控制电路电源 $E_2$、光控开关 $S_1$（红灯亮时断开；红灯灭时闭合）、压敏电阻 $R_1$（电阻随压力的变化关系如图所示），电磁继电器（线圈的电阻为 $20\Omega$，当线圈中电流大于 $0.06A$时衔铁被吸下，当线圈中电流小于 $0.06A$时衔铁被弹回）	器材：照相机电源 $E_1$、电控照相机；恒为 $12V$的控制电路电源 $E_2$、光控开关 $S_1$（红灯亮时闭合；红灯灭时断开）、压敏电阻 $R_2$（电阻随压力的变化关系如图所示），电磁继电器（线圈的电阻为 $20\Omega$，当线圈中电流大于 $0.06A$时衔铁被吸下，当线圈中电流小于 $0.06A$时衔铁被弹回）
设计要求：红灯亮时，电控照相机工作，红灯灭时，电控照相机停止工作，当压敏电阻受到车的压力超过某一特定值时，电控照相机再次工作	设计要求：红灯亮时，电控照相机工作，红灯灭时，电控照相机停止工作，当压敏电阻受到车的压力超过某一特定值时，电控照相机再次工作
（1）请以笔画线代替导线完成电路连接。 （2）绿灯亮时，只有车重超过 　　 $N$的车辆才会被拍照。	（2）请以笔画线代替导线完成电路连接。 （2）绿灯亮时，只有车重超过 　　 $N$的车辆才会被拍照。

图甲是一款深受人们喜爱的便携式充电喷雾小风扇（部分参数如表），具有只扇风不喷雾和既扇风又喷雾两档工作状态。

喷雾小风扇部分参数
输出电压	$4V$
喷雾功率	$4W$
出风功率	$4W$
电池容量	$6000\mathit{mAh}$

（1）图乙是小风扇喷雾时水位自动报警器的工作原理图，当水箱内的水位较低时，红灯亮报警，请结合图说明其工作原理。　　。

（2）小风扇在只扇风状态下工作10分钟消耗的电能是多少？

（3）商家宣称此款小风扇充满电后，在喷雾状态下可持续工作5小时，通过计算判断他们的官宣与实际是否相符。

如图甲为某型号豆浆机示意图，将黄豆和清水放入杯体，经过如图乙“三次加热、二次打浆”的工序，可制作可口的豆浆。

（1）若豆浆机“加热”时功率为1000瓦，“打浆”时功率为200瓦。则按图乙工序完成一次豆浆制作，需消耗多少电能？

（2）为了防止豆浆过少导致“干烧”和豆浆过多导致“溢浆”，小明设计了如图丙所示的电路， $L_a$、 $L_b$是两个完全相同的电磁铁， $R_a$和 $R_b$分别是安装在“防溢浆”水位和“防干烧”水位下方的压敏电阻，其阻值随压力的增大而减小。只有当豆浆液面处在“防干烧”和“防溢浆”水位之间时，电热丝才能工作。（假设电磁铁对衔铁的吸引力不会随距离的改变而改变，不考虑衔铁的弹力和重力）

①当液面高度为 $h_0$时，闭合电路中的开关 $S$，电磁铁 $L_a$吸住衔铁，此时压敏电阻的阻值分别为 $R_a\text{'}$和 $R_b\text{'}$，请比较两者的大小关系：　 $R_a\text{'}<R_b\text{'}$　。

②已知压敏电阻 $R_a$的阻值随液面高度 $h$的变化曲线如图丁所示，请结合 $R_a$的变化曲线画出压敏电阻 $R_b$的阻值随液面高度 $h$变化的大致曲线，并在图中横坐标上标出“防干烧”水位 $h_1$和“防溢浆”水位 $h_2$。

人们对自我保健越来越关注。图甲为某品牌足浴盆及相关参数。其内部电路可分为工作电路和控制电路两部分（如图乙所示）。闭合总开关 $S$，当足浴盆有水注人到一定量时压控开关 $S_1$， $S_2$就会自动闭合，此时 $R_1$、 $R_2$会同时工作，加热至 ${40}^{°}\text{C}$时，控制电路中的电磁铁会将衔铁吸合，自动进入保温模式。

（1）图乙的工作电路中，处于保温状态时，工作的电阻是　　。压控开关 $S_1$的作用是防止　　，达到保护电路的目的。

（2）控制电路中电磁铁线圈的电阻为100欧，为电磁铁供电的电池电压为6伏， $R_x$为热敏电阻，阻值随温度变化关系可由图丙中的某条曲线表示。当线圈中的电流大于或等于20毫安时，控制电路中继电器的衔铁被吸合，则 $R_x$阻值随温度变化的曲线为图丙中的　　。

（3）求 $R_2$的阻值

（4）在一次使用过程中，加热时间为5分钟，保温时间为20分钟，则整个过程中消耗了多少电能？

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 $100\mathit{Ah}$的蓄电池供电，蓄电池用“发电玻璃”制成的太阳能电板充电。 $R_0$为定值电阻， $R$为压敏电阻，压敏电阻通过杠杆 $\mathit{ABO}$与圆柱形浮体相连， $\mathit{AB}:\mathit{BO}=4:1$，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 $220V)$

压敏电阻受到的压力 $F/N$	60	120	180	240	300	360	420	480	$\dots$
压敏电阻 $R$阻值 $/\Omega$	500	360	260	180	120	80	65	55	$\dots$

（1）当水位在安全位置以下时绿灯亮，排水泵不工作；当水位达到安全位置上限时红灯亮，同时排水泵正常工作。请按要求完成图中工作电路的连接。

（2）“发电玻璃”光电转化率接近 $18\%$．要求在 $5h$内对控制电路的蓄电池充满电，则选用的“发电玻璃”面积至少为　　 $m^2$．（太阳能辐射到每平方米地面上的平均功率按 $1000W$计算，计算结果精确到 $0.1m^2)$

（3）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 $100\mathit{mA}$，排水泵启动；当水位回落到浮体只有 $\frac{2}{5}$体积浸入水中时，硬质杠杆 $\mathit{ABO}$仍处于水平位置，线圈中电流为 $30\mathit{mA}$，排水泵停止工作，则小科应选择重力为多大的浮体？

（4）在实际调试过程中，小科发现水位已达到安全位置上限，但排水装置还未启动。如果在其他条件保持不变的前提下，要使排水装置符合设计要求，应该将与压敏电阻相连的压板向　　（填“左”或“右“ $)$移动。

人们对自我保健越来越关注。图甲为某品牌足浴盆及相关参数。其内部电路可分为工作电路和控制电路两部分（如图乙所示）。闭合总开关 $S$，当足浴盆有水注人到一定量时压控开关 $S_1$， $S_2$就会自动闭合，此时 $R_1$、 $R_2$会同时工作，加热至 ${40}^{°}\text{C}$时，控制电路中的电磁铁会将衔铁吸合，自动进入保温模式。

（1）图乙的工作电路中，处于保温状态时，工作的电阻是　　。压控开关 $S_1$的作用是防止　　，达到保护电路的目的。

（2）控制电路中电磁铁线圈的电阻为100欧，为电磁铁供电的电池电压为6伏， $R_x$为热敏电阻，阻值随温度变化关系可由图丙中的某条曲线表示。当线圈中的电流大于或等于20毫安时，控制电路中继电器的衔铁被吸合，则 $R_x$阻值随温度变化的曲线为图丙中的　　。

（3）求 $R_2$的阻值

（4）在一次使用过程中，加热时间为5分钟，保温时间为20分钟，则整个过程中消耗了多少电能？

如图所示为某兴趣小组为学校办公楼空调设计的自动控制装置，R是热敏电阻，其阻值随温度变化关系如下表所示。已知继电器的线圈电阻R₀＝10Ω，左边电源电压为6V恒定不变。当继电器线圈中的电流大于或等于15mA时，继电器的衔铁被吸合，右边的空调电路正常工作。

温度t／℃	0	5	10	15	20	25	30	35	40
电阻R／Ω	600	550	500	450	420	390	360	330	300

(1)请说明该自动控制装置的工作原理。
(2)计算说明该空调的启动温度是多少？
(3)为了节省电能，将空调启动温度设定为30℃，控制电路中需要串联多大的电阻？
(4)改变控制电路的电阻可以给空调设定不同的启动温度，除此之外，请你再提出一种方便可行的调节方案。

电梯为居民出入带来很大的便利，小明家住6楼，放学后，乘电梯回家．
（1）若小明的体重为500N，脚与电梯地面的总接触面积为0.05m²，则小明对电梯地面的压强为多少？
（2）若电梯在20s内将小明匀速提升15m，在此过程中，电梯上升的速度是多少？电梯对小明做了多少功？电梯对小明做功的功率为多少？
小明又查阅资料，了解到出于安全考虑，电梯都设置超载自动报警系统，其工作原理如图甲所示，电路由工作电路和控制电路组成，在工作电路中，当电梯没有超载时，触点K与触点A接触，闭合开关S，电动机正常工作；当电梯超载时，触点K与触点B接触，电铃发出报警铃声，闭合开关S，电动机不工作．在控制电路中，已知电源电压U＝6V，保护电阻R₁＝100Ω，电阻式压力传感器（压敏电阻）R₂的阻值随压力F大小的变化情况如图乙所示，电梯底架自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计．
（3）在控制电路中，当压敏电阻R₂受到的压力F增大时，其阻值减小，从而使电磁铁的磁性________（填“增强”“减弱”或“不变”）．
（4）若电磁铁线圈中的电流达到20mA时，衔铁刚好被吸住，电铃发出警报声．当该电梯厢内站立总质量为1000kg的乘客时，试通过计算说明电梯是否超载．（g取10N／kg）

如图是小强设计的一种汽车油量表装置，R₁是粗细均匀的弧形滑动变阻器（两端黑点表示接线柱），金属滑片P做成一根可以绕O点转动的杠杆，另一端通过一根可以自由转动的轻杆和浮标相连，油量表是用量程为3V的电压表改装而成，要求它的示数随汽油液面的下降而减小，当继电器线圈中电流I≥0.5A时，提示灯亮表示油量不足，电源电压U=6V，汽油密度ρ_汽=0.7×10³kg/m³，线圈电阻不计．

（1）为达到上述要求，只需在图中加一根导线即可，请在图中用笔画线完成电路；
（2）完成电路后，小强进行电路调试，已知当油箱加满时（汽油体积为V₁），滑片P在A处，R₁接入电路的阻值为10Ω，为使此时油量表指针指在3V处，电阻箱R₂应调至多大？
（3）调试结束后，当汽油消耗至提示灯刚亮时，求此时R₁的电功率；
（4）某加油站在汽油中掺入一种与汽油能够相溶的有机物后进行销售（ρ_有机物=0.97×10³kg/m³），若将此种汽油加入该油箱，当油量表显示已满时，油箱内所加这种汽油的体积V₂  V₁（选填“＞”、“＜”或“=”），理是                                                                          ．

随着人民生活水平的不断提高，汽车已经走进我们的家庭．小林的爸爸最近也购买了一辆轿车．
(1)通过查看说明书得知轿车车身质量为1725kg．当车上载有195kg的人和物品时，车轮与地面的总接触面积为4.0×10^—2m2，试求轿车对地面的压强(g取10N/kg)．
(2)请在图甲中用笔画线代替导线将汽车的启动原理图连接完整．
说明：当钥匙插入仪表板上的钥匙孔并转动(相当于闭合开关)，电动机工作，启动轿车；电磁铁的工作电压小于电动机的工作电压
(3)若轿车以90kW的恒定功率启动做直线运动，运动过程中受到的阻力不变，运动的速度v与时间t的关系如图乙所示．则在0—5s时间内，轿车发动机做功多少焦？轿车运动过程中受到的阻力是多少牛？

实验次数	1	2	3	4	5
速度／(km·h^—1)	40	60	80	100	120
制动距离／m	8	18		50	72

 (4)通过测量获得轿车以不同速度行驶时对应的制动距离(即从操纵制动刹车到车停下来的距离)，数据如下表所示：根据表中数据所反映的规律可知，当轿车为80km/h时对应的制动距离为多少米？