初中物理电磁继电器的组成、原理和特点试题

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。

问题解决 $--$设计“超重报警器”：

小雨想利用电磁继电器自制一种“超重报警器”。要求：当物重达到 $150N$时，电铃响报警，反之绿灯亮显示正常。他找来以下器材：电磁继电器（部分电路已接好），轻质硬刻度尺、电铃、绿灯、滑轮各一个，线绳和导线若干，一根轻质硬弹簧，一端已经固定，另一端连接触点 $P$，弹簧的最大伸长量与触点 $P$、 $M$之间的距离相等，弹簧能承受的最大拉力为 $50N$。

请利用上述器材帮小雨制作“超重报警器”在虚线框中完成装置设计，并简述工作过程。

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？

随着时代的发展和社会的进步，小轿车已经逐步进入普通百姓的家庭。去年寒假，小明家新买了一辆国产小轿车，当天天气晴朗，爸爸带他一起去试车，小明拿着汽车使用说明书想要了解汽车的功能。

（1）说明书上提到该汽车上的导航系统采用的是令国人骄傲的北斗导航系统，该系统通过　       　（选填“超声波”或“电磁波”）实现卫星和汽车之间的信号传输。

（2）汽车启动后，爸爸不小心碰到了方向盘旁边的一个手柄，导致玻璃水喷到前挡风玻璃的外侧，雨刮器自动工作，刮去了玻璃水。小明想，这么冷的天，玻璃水为什么不会凝固呢？应该是这款玻璃水的凝固点比普通水的凝固点　        　（选填“高”或“低”）的缘故。

（3）爸爸刚把车开出不久，车窗上出现了“哈气”，雨刮器　       　（选填“能”或“不能”）将“哈气”快速刮去。

（4）车内空调既能调节温度，又能调节风速，还能调节出风口的吹风方向。小明结合所学知识判断，如果要快速提高车内整体温度，除了调节好温度和风速之外，出风口最好是向　        　（选填“上”或“下”）吹暖风。

（5）说明书上提到了“驾驶员疲劳提示”的功能，小明经仔细阅读说明书得知，在高速公路上行驶时，汽车会智能地分析出司机的疲劳程度。如果发现司机打瞌睡，车内会立即响起警报声警示司机。如果司机连续驾驶达到 $2h$，仪表盘上会亮起一盏提示灯，提示司机休息。

①小明回家后，根据说明书对这个功能的介绍，设计了一个“驾驶员疲劳提示”的模拟电路，如图所示。当司机打瞌睡时，相当于只有开关 $S_1$闭合，铁片被电磁铁 $A$吸引向左偏，电铃响起（相当于警报声响起）：当司机连续驾驶达到 $2h$时，相当于只有开关 $S_2$闭合，铁片被电磁铁 $B$吸引向右偏，灯泡亮起（相当于提示灯亮起）。图中虚线框内电源的一端已经与铁片相连，还有一根导线没有画出，请你用笔画线代替导线，完成模拟电路的设计。

②小明按照设计，正确连接电路，上述功能均已在测试中实现。但由于两个电磁铁完全相同，在开关 $S_1$和 $S_2$同时闭合时，两个电磁铁吸引铁片的力也相同，导致铁片处于原中间位置静止不动，虚线框内电路无法接通，电铃和灯泡都不工作。这相当于司机连续驾驶 $2h$的同时又恰好打瞌睡，但警报系统不工作，无法起到警示作用。结合学过的“电磁铁磁性强弱与哪些因素有关”的知识，小明只在原电路中又连入了一个阻值合适的定值电阻，就解决了这个问题。请你在后面横线处写出这个定值电阻是与哪个电磁铁如何连接的：　                                         　。

小明去超市，当他站在电梯上时电梯运动较快，走下电梯后发现电梯运动会变慢。小明通过自主学习了解其电路如图所示（R是一个压敏电阻），他分析：当人走下电梯后，压敏电阻的阻值增大，则电磁铁的磁性变      （选填“强”、“弱”），衔铁与触点      (选填“1”、“2”)接触，电动机的转速变     （选填“大”、“小”）。

如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．当S1断开、S2断开时，红灯亮

B．当S1断开、S2闭合时，绿灯亮

C．当S1闭合、S2断开时，绿灯亮

D．当S1、S2均闭合时，绿灯亮

如图所示是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的原理示意图．其中，R是光敏电阻，光敏电阻的阻值R随光照强度的增强而减小．白天，通过太阳能电池板与蓄电池回路将太阳能转化为化学能储存在大容量蓄电池内．傍晚，当光照强度小于一定值时，通过蓄电池与LED回路释放蓄电池的化学能，路灯开始工作．请用笔画线将电路原理图连接完整，使工作电路能正常工作（与触点的接线只能接在静触点上，图中已给出静触点D、E、F、G的四根引线，连线不能交叉）．

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）

电磁继电器在各种自动化装置中有很多应用，街道路灯自动控制就是其应用之一。如图所示为模拟电路，其中A为电磁继电器，B为照明电路，C为路灯，D为光敏电阻(白天光照强时，电阻变小，电磁铁磁性较强；夜晚光照弱时，电阻变得很大，电磁铁几乎无磁性)，请你将电路连接完整，达到白天灯熄、夜晚灯亮的效果。(连线时导线不能交叉)

小明利用光敏电阻受到光照时电阻变小的特性，设计了一个如图所示的自动控制电路，要求光暗时灯亮，光亮时灯灭，在实际调试时发现灯始终亮，而光敏电阻和其他元件都正常．下列调节能使控制电路达到要求的是（　　）

A．减少电磁铁线圈的匝数

B．抽出电磁铁的铁芯

C．滑动变阻器的滑片P向左移

D．减小控制电路的电源电压