初中物理电磁继电器的组成、原理和特点综合题

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。

如图甲是周小平同学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格所示。已知继电器的线圈电阻R₀为10 Ω，左边电源电压为6 V恒定不变。电流表0—30 mA量程接入电路，图14-5-11乙是电流表表盘。当继电器线圈中的电流大于或等于15 mA时，继电器的衔铁被吸合，右边空调电路正常工作。
        
甲                                      乙
(1)该同学将电流表改成了温度表，通过计算并标出表盘上25 ℃的位置；
(2)为了节省电能，使温度达到30 ℃时空调才能启动制冷，电路中要串联多大的电阻?
(3)为了给空调设定不同的启动温度，请你提出一种可行的、调节方便的措施。(改变电阻除外)

小明根据所学的电学知识，想设计一个汽车超载自动报警电路．他查阅了相关资料了解到压敏电阻是阻值随压力变化而变化的元件，并了解到压敏电阻在生活中的一种应用——压力传感器．压力传感器受到的压力越大，输出的电压就越大，用它可以称量汽车的重．某压力传感器输出电压与压力的关系如下表：

小明利用该压力传感器和电阻箱R＇(最大电阻999.9Ω)及部分其它器材设计了图甲所示的电路，闭合开关S，当线圈中电流大于或等于20mA时，电磁继电器的衔铁被吸合．已知继电器线圈的电阻为25Ω，继电器电路的电源电压由传感器的输出电压U提供．(假设U不受继电器电路影响)

(1)根据表格中数据，请在图乙给定的坐标系中描绘出压力传感器的输出电压随压力变化的图像；
(2)当压力增加到一定程度时，电铃报警，说明汽车超载，则图甲中电铃应接在    (选填“A、B”或“C、D”)两端；
(3)小明希望压力大于或等于2.4×10⁵N时，启动报警系统，则电阻箱R＇的电阻应调节到多大?
(4)要使该装置报警，汽车的最小重力为多少?

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）

（2014·金华）小明设计了一个道路限载报警器（图甲），R₀是变阻器，R是压敏电阻。R的电阻大小随压力大小变化关系如图乙。当超载车辆通过压敏电阻时，限载报警器就会报警。

（1）调试好电路，闭合开关S₁和S₂，当超载车辆通过时，限载报警器会      （填“灯亮”、“铃响”）
（2）一般交通主干道的抗压能力比村道路要强得多。若把村道路限载报警器应用到主干道，就要适当调高报警的限载重量，下列操作可行的是       （填编号）。

A．把变阻器R0的滑片适当左移

B．把电源1的电压适当增大

C．把弹簧AB的A端适当左移

D．把电磁铁C适当右移

阅读短文，回答问题：
新型发热材料——PTC
PTC是一种新型的半导体陶瓷材料，它以钛酸钡为主，渗入多种物质后加工而成，目前家用的陶瓷暖风器、陶瓷电热水壶等就是用这种材料做成的。
PTC有一个根据需要设定的温度，低于这个温度时，其电阻随着温度的升高而减小，高于这个温度时，电阻值则随着温度的升高而增大，我们把这个设定的温度叫“居里点温度”，用PTC材料制成的电热器具有发热、控温双重功能，应用十分广泛。
⑴ 家用固体电热灭蚊器就使用PTC陶瓷电热元件，图为其电阻随温度变化的图像，由图可知，该PTC材料的居里点温度为___________℃。

⑵ 家用固体电热灭蚊器工作时的温度基本恒定在165℃左右，若它的温度高于165℃，电阻____________，功率__________，使其温度____________（以上均填变化情况）；反之，也能自动调节。因此用PTC材料制成的电热器具有自动调节功能。
⑶ 某同学利用PTC电阻设计了一个“过热自动报警电路”：将PTC电阻安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，指示灯亮；当环境温度超过PTC电阻的居里点温度时，由于电阻变化，导致电磁铁磁性减弱，使警铃响。请帮他将图所示的电路连接完整。

⑷ 你认为该“过热自动报警电路”的设计或在使用过程中有何不足？（指出一点即可）

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)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．
(2)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____ ___J，轿车运动过程中受到的阻力是__  _____N．
(3) 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：

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

根据表中数据所反映的规律可知，当轿车速度为80km/h时对应的制动距离是 ▲ m．

小明根据所学的电学知识，想设计一个汽车超载自动报警电路．他查阅了相关资料了解到压敏电阻是阻值随压力变化而变化的元件，并了解到压敏电阻在生活中的一种应用——压力传感器．压力传感器受到的压力越大，输出的电压就越大，用它可以称量汽车的重．某压力传感器输出电压与压力的关系如下表：

小明利用该压力传感器和电阻箱R＇(最大电阻999.9Ω)及部分其它器材设计了图甲所示的电路，闭合开关S，当线圈中电流大于或等于20mA时，电磁继电器的衔铁被吸合．已知继电器线圈的电阻为25Ω，继电器电路的电源电压由传感器的输出电压U提供．(假设U不受继电器电路影响)

(1)根据表格中数据，请在图乙给定的坐标系中描绘出压力传感器的输出电压随压力变化的图像；
(2)当压力增加到一定程度时，电铃报警，说明汽车超载，则图甲中电铃应接在    (选填“A、B”或“C、D”)两端；
(3)小明希望压力大于或等于2.4×10⁵N时，启动报警系统，则电阻箱R＇的电阻应调节到多大?
(4)要使该装置报警，汽车的最小重力为多少?