专题3　电磁计算（解析版）

2020-2021学年八年级科学下册培优微专题速学速练专题3电磁计算类型之一温度自动控制 1类型之二压力自动控制 3类型之三光照自动控制 6类型之四磁感应强度 7类型之五油量表型题 9【考查知识】电磁继电器类计算题是中考的热门题型，利用公式法解答电磁继电器类计算题的公式为欧姆定律I＝U/R；计算时必须考虑保护电阻的阻值。试题常常利用图表提供热敏电阻、压敏电阻、光敏电阻的信息，解题时应注意根据题中提示，恰当利用图表中的数据。类型之一温度自动控制【方法归纳】①分析图象知道热敏电阻的阻值随温度变化而变化的情况；②根据欧姆定律分析电路中总电阻、电流、局部电压的变化。【常考题型】1．【中考·杭州】图甲为热敏电阻的R­t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150Ω，当线圈中电流大于或等于28mA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6V，图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。(1)从图甲中可得50℃时热敏电阻的阻值为______Ω。(2)恒温箱的加热器应接在A、B端还是C、D端？(3)若恒温箱内的温度达到100℃时，通过计算分析恒温箱加热器是否处于工作状态？(4)若在原控制电路中，串联接入一个可变电阻，当该电阻增大时，所控制的恒温箱内的最高温度将________(填“变大”“不变”或“变小”)。解：(1)90(2)恒温箱的加热器应接在A、B端。(3)当温度达到100℃时，据图甲可知，此时热敏电阻的阻值是50Ω，继电器线圈的电阻为150Ω，所以该电路的电流是：I＝eq\f(U,R总)＝eq\f(6V,50Ω＋150Ω)＝0.03A＝30mA>28mA，故恒温箱加热器不处于工作状态；(4)变大【解析】(1)分析图甲可知，50℃时热敏电阻的阻值为90Ω；(2)当温度较低的时候，热敏电阻的阻值较大，电路中的电流较小，此时继电器的衔铁与AB部分连接，此时是需要加热的，恒温箱内的加热器要工作，所以恒温箱内的加热器应接在A、B端。(4)据题意可知，“当线圈中电流大于或等于28mA时，继电器的衔铁被吸合”即恒温箱会停止工作，故可知，若在控制电路中串联一个电阻后，电路电阻变大，同样情况下，使得电路电流变小，故控制电路达到28mA时所用的时间会更长，恒温箱的加热时间会更长，故恒温箱内的最高温度会变大。2．【中考·海南】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Rt组成的，热敏电阻Rt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Rt的阻值随温度的升高而________(填“增大”“不变”或“减小”)。(2)如果恒温箱的温度设定为60℃，则电阻箱R1应取多大阻值？(3)该恒温箱可设定的最高温度是多少？【解】(1)由乙图可知，当温度升高时，热敏电阻Rt的阻值减小，即热敏电阻Rt的阻值随温度的升高而减小。(2)由图象可知，当恒温箱的温度设定为60℃时，热敏电阻Rt的阻值Rt＝80Ω，此时控制电路的电流I＝50mA＝0.05A时，衔铁才吸合，从而切断右边工作电路，停止加热，则控制电路总电阻R总＝eq\f(U1,I)＝eq\f(7.5V,0.05A)＝150Ω，电阻箱R1应取的阻值R1＝R总－Rt＝150Ω－80Ω＝70Ω。(3)由图乙可知，当恒温箱可设定的温度最高时，热敏电阻Rt的阻值最小，由于控制电路的电源电压和衔铁的吸合电流不变，则电路总电阻不变，要使热敏电阻Rt的阻值最小，电阻箱R1接入电路的阻值应最大，即R1′＝120Ω，由第(3)问可知，控制电路总电阻R总＝150Ω，则热敏电阻Rt的阻值Rt＝R总－R1′＝150Ω－120Ω＝30Ω，由图乙可知，当热敏电阻Rt的阻值为30Ω，恒温箱可设定的最高温度是150℃。类型之二压力自动控制【方法归纳】①电磁继电器一般由电磁铁、衔铁、弹簧片、触点等组成的，其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成．电磁继电器还可以实现远距离控制和自动化控制．只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合．当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放．这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的．对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”．②压力自动控制中，当压敏电阻受到的压力F增大时，其阻值减小，根据欧姆定律可知电路中电流的变化，再根据电磁铁中电流变化时磁性变化判断此时电磁铁的磁性的变化。③电路中，超载自动报警系统实质就是电磁继电器的应用，电梯超载时，衔铁被电磁铁吸住，触点1与触点2接触，电铃工作电路接通。④压力的大小通过电路中电流的大小表现出来，用到了转换法。【常考题型】3．【中考·宜昌】随着城市建筑越来越高，楼内都安装了电梯，方便居民出入。某楼的电梯的相关参数如下表，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：由图可知，当电梯所载人数增多时，压敏电阻R2所受的压力增大，阻值减小，则控制电路的电流增大，从而使电磁铁的磁性________(填“增强”或“减弱”)，当电梯超载时，触点K与触点________(填“A”或“B”)接触，电铃发出报警铃声。功率25kW最大载客量10人(2)电梯在使用过程中，若控制电路中的R1被短路，则该超载自动报警系统会出现什么异常？答：_____________________________________________________________。【答案】(1)增强；B(2)没有达到最大载客量就会报警【解析】（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，电路中的总电阻减小，根据欧姆定律可知，电路中的电流变大，电流增大时电磁铁的磁性增强；电梯超载时，压敏电阻R2受到的压力F增大时，其阻值减小，控制电路中的电流增大，从而使电磁铁的磁性增强，磁性达到一定程度时，衔铁被电磁铁吸住，触点K与触点B接触，电铃报警，电梯不工作。（2）电梯在使用过程中，若控制电路中的定值电阻R1被短接，则在乘客并不超重的情况下，电磁铁所在电路电流也会较大，磁性较强，会使得衔铁被电磁铁吸住，触点K与触点B接触，电铃报警。4．【中考·永州】为了比赛的公平公正，小芸为学校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，开关S1、S2、S3都闭合，K与A端相连，绿灯亮；发令枪扳机和开关S2相连动，扣动扳机，枪响同时开关S2断开；当电流表示数小于或等于30mA时，在弹簧弹力作用下，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。则：(1)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？(2)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？解：(1)当有人抢跑时，对传感器的压力为900N，由图象知，此时压力传感器的电阻R′＝100Ω，左端电路电流表读数I′＝eq\f(U,R′)＝eq\f(6V,100Ω)＝0.06A。(2)由题意知，红灯不亮时的电路最大电流I最大＝30mA＝0.03A，此时电路最小电阻R总＝eq\f(U,I最小)＝eq\f(6V,0.03A)＝200Ω，此图象知，当传感器受到的压力是1500N时，此时的电阻R″＝50Ω，保护电阻的最小阻值R0＝R总－R″＝200Ω－50Ω＝150Ω。【解析】（1）已知压力传感器受到的压力，可以确定对应的电阻；已知电源电压和压力传感器的电阻，可以得到左端电路电流表读数；（2）已知红灯不亮时的电路最小电流和电源电压，可以得到电路最大电阻；已知传感器受到的压力确定对应的最小电阻；根据串联电路特点得到保护电阻的阻值。5.【中考·郴州】小明乘电梯时，发现电梯超载会自动报警。喜好钻研的他对电梯的电路图进行了研究，并设计了以下探究实验，如图甲所示。电源电压恒定不变，R0为定值电阻。用杯中水量调节压敏电阻受到力的大小，通过压敏电阻的电流与受到压力大小的关系如图乙所示：(1)图甲中R0的作用是________。(2)分析图乙I－F图象可知：压敏电阻Rx受到的压力增大时，通过它的电流也增大，Rx的阻值________(填“变大”“变小”或“不变”)；当压力增大到一定程度时，触点K与________接触，电铃响，实现自动报警。(3)某电梯超载报警的Rx－F图象如图丙所示，空载时电梯厢对Rx的压力F1等于电梯厢的重力，当压力F2＝1×104N时，电梯报警，则此电梯限载________人。(设每人质量约为50kg)(4)下列与此实验研究方法相同的是________。A．探究通过导体的电流与导体两端电压关系时，控制导体电阻不变B．用光线描述光的传播路径C．用电磁铁吸引大头针的多少表示它的磁性强弱D．2个5Ω的电阻串联，相当于1个10Ω的电阻【答案】（1）保护电路(2)变小；B（3）12(4)C【解析】（2）在控制电路中，当压敏电阻Rx受到的压力F增大时，其阻值减小，电路中的总电阻减小，电路中的电流变大，电磁铁的磁性增强。当压力增大到一定程度时，即电梯超载时，压敏电阻Rx阻值足够小，控制电路中的电流足够大，使电磁铁的磁性达到一定程度时，衔铁被电磁铁吸住，触点K与触点B接触，电铃报警，电梯不工作。（3）由图丙知：空载时电梯厢对Rx的压力F1等于电梯厢的重力，大小为F1＝4×103N时；当压力F2＝1×104N时超载，电梯报警，故电梯中人的重力G人＝F2－F1＝1×104N－4×103N＝6×103N，一个人的重力G1＝mg＝50kg×10N/kg＝500N，电梯限载的人数N＝eq\f(G人,G1)＝12。（4）题中压力的大小通过电路中电流的大小反映，用到了转换法。类型之三光照自动控制【方法归纳】此类题型需根据光敏电阻阻值随着光强的变化而变化情况。【常考题型】6．如图所示是小明利用光敏电阻为居民楼门口设计的一种智能照明电路。L为“220V22W”的照明灯，天暗时自动发光，天亮时自动熄灭。控制电路中，电源由两节干电池串联而成，电压为2.8V，R1是阻值为10Ω的定值电阻。R2为光敏电阻，其阻值会随着光强的变化而变化。(1)当电压表示数为2.1V时，光敏电阻的阻值为多大？(电磁铁A的线圈电阻忽略不计)(2)若控制电路的电源换成两节新的干电池，照明灯L有没有可能在白天就发光？请说明理由。【答案】（1）30Ω(2)如解析【解析】(1)当电压表的示数为2.1V时，R1两端的电压U1＝U0－U2＝2.8V－2.1V＝0.7V，I1＝eq\f(U1,R1)＝eq\f(0.7V,10Ω)＝0.07A，此时光敏电阻的阻值R2＝eq\f(U2,I1)＝eq\f(2.1V,0.07A)＝30Ω。(2)如果控制电路的电源换成两节新的干电池，电压为3V，比2.8V高，则控制电路中的电流增大，电磁铁的磁性增强，吸引衔铁向下运动，受控电路上方的触点开关断开，所以照明灯L没有可能在白天就发光。(合理即可)类型之四磁感应强度【方法归纳】利用安培定则判断通电螺线管的磁极；已知磁敏电阻两端电压和通过的电流，可以得到磁敏电阻的阻值；由磁敏电阻的阻值，利用图象可以得到磁感应强度。【常考题型】7.物理学中常用磁感线来形象地描述磁场，用磁感应强度(用字母B表示)来描述磁场的强弱，它的国际单位是特斯拉(符号是T)，磁感应强度B越大表明磁场越强；B＝0表明没有磁场。有一种电阻，它的大小随磁场强弱的变化而变化，这种电阻叫做磁敏电阻。如图所示是某磁敏电阻R的阻值随磁感应强度B变化的图象。为了研究某磁敏电阻R的性质，设计了如图所示的电路进行实验，请解答下列问题：(1)当S1断开、S2闭合时，电压表的示数为3V，则此时电流表的示数为________A。(2)只闭合S1，通电螺线管的左端为________极；闭合S1和S2，移动两个滑动变阻器的滑片，当电流表示数为0.04A时，电压表的示数为6V，由图象可得，此时该磁敏电阻所在位置的磁感应强度为________T。(3)实验中将图甲中电路电源的正负极对调，发现图乙电路中电压表和电流表的示数均不变，这表明：该磁敏电阻的阻值与磁场的________无关。(4)实验中通过改变滑动变阻器R1连入电路中的阻值来改变磁敏电阻所在位置的磁感应强度，从而改变电流表的示数。若让滑动变阻器R1的滑片P向右移动，此时电流表的示数将________(填“变大”“变小”或“不变”)。请你再提供一种改变磁感应强度的方法：___________________。【答案】(1)0.03(2)S；0.3（3）方向(4)变大；改变通电螺线管线圈的匝数【解析】(1)当S1断开时，甲图中磁感应强度为零，由图象可知乙图中磁敏电阻阻值R＝100Ω，S2闭合，此时电路电流I＝eq\f(U,R)＝eq\f(3V,100Ω)＝0.03A。(2)只闭合S1，利用安培定则可知通电螺线管左端为S极。闭合S1和S2，当电流表示数为0.04A时，电压表的示数为6V，磁敏电阻的阻值R′＝eq\f(U′,I′)＝eq\f(6V,0.04A)＝150Ω，由图象可知150Ω阻值对应的磁感应强度为0.3T。只闭合S1，利用安培定则可知通电螺线管左端为S极。闭合S1和S2，当电流表示数为0.04A时，电压表的示数为6V，磁敏电阻的阻值R′＝eq\f(U′,I′)＝eq\f(6V,0.04A)＝150Ω，由图象可知150Ω阻值对应的磁感应强度为0.3T。(3)将图甲中电源的正负极对调，磁场方向就会对调，但图乙电路中电压表和电流表示数均不变，这表明该磁敏电阻的阻值与磁场的方向无关。(4)滑动变阻器R1的滑片P向右移动时，接入电路的电阻变大，磁感应强度就会变小，通过读图象发现磁敏电阻阻值变小，则电流表的示数将变大；通过改变通电螺线管线圈的匝数和改变甲图电源电压都可以改变磁感应强度。8．【中考·福州】磁场的强弱可用磁感应强度(B)表示，单位为特斯拉(T)．小华设计了磁感应强度测量仪，如图为其原理