人教版物理九年级第二十章电磁继电器专题计算（高难度）

试卷更新日期：2021-12-07 类型：竞赛测试

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一、计算题

1. 如图甲所示，是一种电加热恒温箱的简化工作原理电路图。工作电路由电压U₀=220V的电源和阻值为R₀=88Ω的电热丝组成。控制电路是由电压U₁=7.5V的电源、开关、电磁继电器（线圈电阻不计）、电阻箱R₁（可取值范围为0~120Ω）和热敏电阻R_t组成的，热敏电阻R_t的阻值随温度变化的关系如图乙所示。当控制电路的电流达到50mA时，衔铁才吸合，从而切断右边工作电路，停止加热。

(1)、由乙图可知热敏电阻R_t的阻值随温度的升高怎样变化？

(2)、求工作电路中电热丝R₀工作时的电流和工作5min产生的热量。

(3)、如果恒温箱的温度设定为60℃则电阻箱R₁应取多大阻值。

(4)、该恒温箱可设定的最高温度是多少。

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2. 某家用电热水器，其工作模式和相关参数如下表。如图为电热水器的原理图，包括工作电路和控制电路两部分，通过电磁继电器自动控制电热水器实现加热状态和保温状态的档位变换。R₀、R₁为电热丝，R₂为滑动变阻器，R为热敏电阻（置于电热水器内），其阻值随温度的升高而减小。红灯、绿灯是电热水器工作时的指示灯，忽略指示灯对电路的影响。

型号	LWI.Z20-19
电源	AD220V50Hz
加热功率	800W
保温功率	40W
水容量	1.0L

(1)、分析说明当绿灯亮时，电热水器处于保温状态还是加热状态？

(2)、工作时，若要提高电热水器的保温温度，如何调节保护电阻R₂的滑片？

(3)、R₁工作时的电阻是多大？

(4)、电热水器处于加热状态时，工作4.2min，可使1L水的温度升高40℃。则该电热水器的效率是多少？[

c_{水} = 4.2 \times 10^{3} J / (k g \cdot ℃)

。计算结果保留一位小数]

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3. 为了比赛的公平公正，小芸为学习短跑比赛设计了一款防抢跑装置，该装置安装在起跑线前，如图甲所示，丙图是其工作原理图，起跑发令枪发令前，开光S₁、S₂、S₃都闭合，K与A端相连，绿灯亮；发令枪扳机和开关S₂相连接，扣动扳机，枪响同时开关S₁断开；当电流表示数小于或等于30mA时，在弹簧测力作用下，K与A端相连，绿灯亮，无人抢跑；当电流表示数大于30mA时，衔铁被吸下，K与B端相连，红灯亮同时铃声响，有人抢跑。
已知两电路电源电压均为6V，保持不变，压力传感器R的阻值随所受压力变化的图象如图乙所示，压板重力不计，电磁铁线圈电阻不计。

(1)、起跑发令枪发令前，开关S₁、S₂、S₃都闭合，压力传感器R压板上无人（压力F＝0N）时，左端电路消耗的电功率为多少？

(2)、比赛时，起跑发令枪发令前，抢跑同学踩在压板上的压力F为900N时，左端电路电流表读数为多少？

(3)、比赛时，枪声响起后，若某同学踩在压板上的力为1500N时，要使得红灯不亮，电阻R₀至少为多大？

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4. 如图是某饮水器的原理图。饮水器的容器内有密封绝缘的电阻丝R₁和热敏电阻R₂ ，只要水平到过如图所示的位置，接触开关S₁就会导通。继电器开关S₂的作用是当饮水器内的水加热至沸腾后能自动切断加热电路。

(1)、已知电热丝R₁的阻值为24.2Ω，求饮水器的正常加热功率。

(2)、当热水在加热的过程中，继电器开关中电磁铁的右端为极，为了使继电器开关S₂在饮水器内的水加热至沸腾后能自动切断加热电路，R_x必须选用阻值随温度升高而的热敏电阻。若想降低饮水器加热的最高温度，可将滑动变阻器R₂的滑片向调节。

(3)、已知该饮水器容积为l0L，当只有饮水器接入电路中时，它将水从20℃加热到l00℃用时16min，同时通过电能表观察到饮水器消耗了1kW•h的电能。试求该饮水器加热过程中的热效率。（水的比热容c＝4.2×10³J/（kg•℃）；水的密度ρ＝1.0×10³kg/m³）

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5. 小明在研究性学习活动中，查阅到一种热敏电阻的阻值随温度变化的规律如下表，并将该型号的热敏电阻应用于如图所示由“控制电路”和“工作电路”组成的恒温箱电路中。“控制电路”由热敏电阻R₁、电磁铁（线圈阻值R₀ = 50Ω）、电源U₁、开关等组成，当线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合，右边工作电路则断开；“工作电路”由工作电源U₂（U₂= 10V）、发热电阻R₂（R₂ = 5Ω）、导线等组成。问：

(1)、工作电路工作时的电流为多大？电阻R₂的发热功率为多大？

(2)、若发热电阻R₂需提供1.2×10⁴J的热量，则工作电路要工作多长时间（不计热量的损失）？

(3)、若恒温箱的温度最高不得超过50℃，则控制电路的电源电压U₁最小值为多大？

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6.
图1为某电梯的简图，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表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？

(2)、压敏电阻R的阻值随着压力的变化规律如图3所示，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N？（电磁铁线圈的电阻不计）

(3)、电梯自重300kg，带动电梯升降的电动机M上标有“220V、10kW”的字样．当电梯载重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？

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7. 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？

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8. 某兴趣小组设计了如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，指示灯的规格为“6V 3W”，R0为定值电阻，电磁铁线圈及衔铁的阻值忽略不计。

(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)、当动触点A和静触点B相碰在一起时，电阻R₀处于状态。（选填“通路”、“开路”、“短路”）

(3)、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。已知当右转指示灯微弱发光时，其两端实际电压为U_x ，消耗的实际功率为额定功率的 $\frac{1}{25}$ 。
求：①右转指示灯闪烁交替工作30秒消耗的电能。②定值电阻R₀的阻值。（指示灯的电阻不变）

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9. 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

R_{0}

=20Ω）、开关、滑动变阻器

R_{2}

（取值范围0~80Ω）和热敏电阻

R_{1}

组成；

R_{1}

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。

温度/℃	90	80	66	60	50	46	40	36	35	34
$R_{1}$ /Ω	10	20	40	50	70	80	100	120	130	150

(1)、工作电路正常工作时，产生的热量是多少？

(2)、当温度为60℃，滑动变阻器

R_{2}

=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

R_{2}

的阻值。

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二、综合题

10. 如图－1为某校物理小组设计的具有加热和保温功能的电热器内部简化电路。R_t为热敏电阻，阻值随温度升高而减小。R₁、R₂、R₃均为电热丝，且R₁＝R₂＝400Ω。闭合开关S₁、S₂ ，电热器开始加热。

(1)、控制电路中，电磁铁的上端是极。

(2)、加热时，动触点与上方静触点b、c接通，工作电路的总功率是多少？

(3)、电磁铁对衔铁的吸引力F与控制电路中电流I的关系如图－2所示。当电磁铁对衔铁的吸引力为1N时，动触点a与下方静触点d接通，进入保温状态，此时热敏电阻R_t的阻值是多少？（电磁铁线圈电阻不计）

(4)、保温状态下，R₁的功率为64W，则工作电路30s消耗的电能是多少？

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11. 小明利用实验室的电磁继电器、热敏电阻R₁、可变电阻器R₂等器件设计了一个恒温箱控制电路，如图所示．如图乙是小明通过实验测得的R₁的阻值随温度变化的关系曲线．

(1)、电磁继电器中电磁铁上端是（选填“N”或“S”）极．

(2)、当温度较低时，电磁铁的磁性较，触点开关（选填“接通”或“断开”）．

(3)、电磁继电器的电源两端电压U＝6 V，电磁继电器线圈的电阻可不计，通过实验测得当电流为30 mA时，电磁继电器的衔铁被吸合．若可变电阻器R₂的电阻值设定为150 Ω 时，恒温箱温度可达到℃．当可变电阻器R₂的电阻变大时，恒温箱设定的温度将变（选填“高”或“低”）．

(4)、如果要使恒温箱内预设的温度可调节范围是90 ℃～150 ℃，可供选择的可变电阻器R2的电阻值有如下的几种，你选择________．

A、0～100 Ω B、0～200 Ω C、0～1 000 Ω D、0～1 500 Ω

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12. 电梯为居民出入带来很大的便利，小明家住某小区某栋6楼，放学后，乘电梯回家：

(1)、若小明的体重为500 N，脚与电梯地面的总接触面积为0.05 m² ，则小明对电梯地面的压强为Pa.

(2)、若电梯在20 s内将小明匀速提升15 m，在此过程中，电梯上升的速度是m/s；电梯对小明做了J功，电梯对小明做功的功率为W.

(3)、小明又查阅资料，了解到出于安全考虑，电梯都设置了超载自动报警系统，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=6 V，保护电阻R₁=100 Ω，电阻式压力传感器(压敏电阻)R₂的阻值随压力F大小变化如图乙所示，电梯底架自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计.
①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”).
②若电磁铁线圈电流达到20 mA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1 000 kg的乘客时，试通过计算说明电梯是否超载 ?(g取10 N/kg)

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13. 图为小颖同学设计的电热水器的原理图，该电热水器具有加热、保温功能。图中电磁继电器(线圈电阻不计)、热敏电阻R、保护电阻R₀、电压恒为6V的电源U₁、导线等组成控制电路。当电磁铁线圈中的电流I<10mA时，继电器上方触点和触点c接通；当电磁铁线圈中的电流I≥10mA时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点和触点a、b接通。热敏电阻中允许通过的最大电流I₀＝15mA，其电阻R随温度变化的规律如图，热敏电阻和加热电路中的三只电阻R₁、R₂、R₃均置于储水箱中。已知R₁＝33Ω、R₂＝66Ω、R₃＝154Ω、U₂＝220V。

(1)、衔铁被吸下时，加热电路的总电阻是多大?

(2)、保温状态下，若加热电路的发热功率等于热水器散热功率的80％，求10分钟内热水器散失的热量；

(3)、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，衔铁刚好被吸下时储水箱中水温是多少?

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14. 阅读短文，回答问题．
电动平衡车
电动平衡车，又称体感车是一种时尚代步工具，它利用车体内部的陀螺仪和加速度传感器，来检测车体姿态的变化，并利用伺服控制系统，精确地驱动左右两个电动机进行相应的调整，以保持系统的平衡．电动平衡车采用站立式驾驶方式，通过身体重心和操控杆控制车体运行，采用锂电池组作为动力来源驱动左右两个电动机行驶．下表为某品牌电动平衡车部分技术参数．

(1)、如图甲所示，科技兴趣小组为平衡车设计的转向指示灯电路．电路中电源电压恒为6V，指示灯L₁、L₂的规格均为“6V 6W”，R₀为定值电阻，电磁铁线圈及衔铁的阻值忽略不计，不考虑指示灯电阻随温度的变化，当单刀双掷开关S与“1”接通后，左转指示灯L₁会亮暗交替闪烁．在上述过程中，左转指示灯L₁两端实际电压U_L随时间，变化规律如图乙所示．

①当单刀双掷开关S与“2”接通时，电磁铁中有电流通过，右转指示灯L₂发光（选填“较亮”或“较暗”）．接着，衔铁被吸下，触点A与B接通，电磁铁和电阻R₀被短路，右转指示灯L₂发光（选填“较亮”或“较暗”）．此时，由于电磁铁中没有电流通过，衔铁被弹簧拉上去，触点A与B分离，电磁铁中又有电流通过，随后电磁铁又将衔铁吸下，如此循环，右转指示灯L₂会亮暗交替闪烁.
②单刀双掷开关S与“1”接通，触点A与B分离时，电磁铁上端是极，定值电阻R₀的阻值为Ω．
③在单刀双掷开关S与“l”接通情况下，左转指示灯L₁亮暗交替闪烁工作10min，则整个电路消耗的电能为J．

(2)、若小明体重是88kg，他驾驶电动平衡车在水平路面上以18km/h的速度匀速行驶时，受到的阻力是人与车总重的0.1倍，当耗能为锂电池总储存能量的50%时，则每个电动机的平均输出功率为W，平衡车行驶的路程是km．（锂电池的总储存能量=锂电池的能量密度×锂电池的总质量）

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15. 科技小组为灯暖型浴霸（一种取暖用的电器）设计了一个可自动控制温度的装置。如图甲所示，控制电路电压U₁恒为6V，继电器线圈的电阻R₀为10Ω，定值电阻R₁为20Ω，热敏电阻R₂的阻值随温度变化的图像如图乙所示；工作电路电压U₂恒为220V，安装两只标有“220V 385W”的灯泡。闭合开关S，当继电器线圈中的电流大于或等于50mA时，继电器的衔铁被吸合，工作电路断开。

(1)、工作电路工作时，A端应与（选填“B”或“C”）端相连接；

(2)、工作电路工作时的总电流为多大？

(3)、浴室里控制的温度t₀为多高？

(4)、为使利用R₂控制的浴室温度t₀高低可调，需要对控制电路进行改进，请在图丙的虚线框内画出改进后的部分电路添加的器材需说明规格要求。

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16. 电梯为居民出入带来很大的便利．小明家住某小区某栋6楼，放学后乘电梯回家．小明查阅资料，了解到出于安全考虑，电梯都设置了超载自动报警系统，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，动触点K与静触点A接触，闭合开关S，电动机正常工作．当电梯超载时，动触点K与静触点B接触，电铃发出报警铃声，即使闭合开关S，电动机也不工作．在控制电路中，已知电源电压 $U =6V$ ，保护电阻 $R_{1} = 100Ω$ ，电阻式压力传感器（压敏电阻） $R_{2}$ 的阻值随压力F大小变化如图乙所示．电梯自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计．（g取10N/kg）

(1)、在控制电路中，当压敏电阻 $R_{2}$ 受到的压力F增大时，电磁铁的磁性（选填“增强”、“减弱”或“不变”）．

(2)、某次电梯正常运行时，测得通过电磁铁线圈的电流为10mA，则此时电梯载重为多少？

(3)、若电磁铁线圈电流达到20mA时，刚好接触静触点B，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？

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17. 图甲为热敏电阻的R-t图象，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的恒温箱的简单温控电路，继电器线圈的电阻为130欧，当线圈中电流大于或等于30毫安时，继电器的衔铁被吸合，为继电器线圈供电的电池的电压为6伏，图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。

(1)、从图甲中可得热敏电阻的阻值随温度升高而。

(2)、恒温箱的加热器应接在A，B端还是C，D端？

(3)、根据题中给出的数据，请通过计算分析出恒温箱内的最高温度为多少度？

(4)、若要能比较方便调节恒温箱内的最高温度，可以对控制电路做怎样的改进？

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18. 电梯为居民出入带来很大的便利，小明家住某小区某栋6楼，放学后乘电梯回家。小明查阅资料，了解到出于安全考虑，电梯都设置了超载自动报警系统，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，动触点 K 与静触点 A 接触，闭合开关S，电动机正常工作；当电梯超载时，动触点 K 与静触点B接触，电铃发出报警铃声，即使闭合开关S，电动机也不工作。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大小变化如图乙所示，电梯自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计。

(1)、在控制电路中，当压敏电阻 R2 受到的压力 F 增大时，电磁铁的磁性（选填“增强”、“减弱”或“不变”）。

(2)、若小明的体重为400N，他站在静止的电梯上，脚与电梯地面的总接触面积为0.04m2，则此时小明对电梯地面的压强为多少？

(3)、某次电梯正常运行时，测得通过电磁铁线圈的电流为10mA，则此时电梯载重为多少？

(4)、若电磁铁线圈电流达到 20mA 时，刚好接触静触点B，电铃发出警报声。当该电梯厢内站立总质量为 1 000kg 的乘客时，试通过计算说明电梯是否超载？（g取10N/kg）

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19. 某同学利用热敏电阻为家中灯暖型“浴霸”（用电灯取暖的用电器）设计了一个温度可自动控制的装置，如图甲所示．“控制电路”中的热敏电阻R1的阻值随温度变化的曲线如图乙所示．电磁铁线圈可看成阻值为20Ω的纯电阻R0，“浴霸”共安装有2盏标有“220V，440W”的灯泡，当电磁铁线圈中电流大于或等于50mA时，继电器的衔铁被吸合，使“浴霸”电路断开；当线圈中的电流小于或等于40mA时，继电器的衔铁被释放，使“浴霸”电路闭合．
求：

(1)、若浴室中的温度不得超过40℃，则控制电路的电源电压U1最小值是多少？

(2)、若电源U1电压恒定为12V，则将此装置放在浴室内，浴室内温度可控制在多大范围内？

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20. 目前随着城市建筑越来越高，楼内部都安装了电梯，方便居民出入．某栋楼内电梯的相关技术参数如下表．为了安全，电梯都设置了超载自动报警系统，其工作原理如图所示：
功率
25kW
最大载客量
10人

(1)、由图可知，当电梯人数增多时，压敏电阻R₂受到的压力增大，阻值减小，则控制电路的电流增大，从而使电磁铁的磁性（选填“增强”或“减弱”）．当电梯超载时，触电K与触电（选填“A”或“B”）接触，电铃发出报警铃声．

(2)、电梯在使用过程中，若控制电路中的定值电阻R₁被短接，则该电梯自动报警系统会出现什么异常？．

(3)、某开放商称：此电梯是快速电梯，它能在10s内将10个成年人从1层匀速升高到14层．若每个人的体重约为600N，每层楼高3m，电梯上升时需要克服摩擦及系统自重共计2000N．请你通过计算说明开发商的话是否可信？

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功率	25kW
最大载客量	10人

人教版物理九年级第二十章 电磁继电器专题计算（高难度）

一、计算题

二、综合题

人教版物理九年级第二十章电磁继电器专题计算（高难度）