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【中考主线·名师攻略】中考科学二轮题型解读与强化训练
专题07 电与力结合综合分析问题
简单电路与力学基础结合：常以基本的串联或并联电路为基础，结合物体的受力分析。涉及电路中的电流、电压、电阻的计算，以及利用二力平衡等知识求解物体所受的力。如在一个简单的串联电路中，已知电源电压和电阻阻值，计算出电路中的电流，同时分析与电路中某一元件相连的物体在水平面上静止时所受的摩擦力等。
通电螺线管与简单机械结合：常出现通电导线在磁场中受力与杠杆、滑轮等简单机械的组合。结合磁场对通电导线的作用和简单机械的省力、费力原理等知识。
常考题型：欧姆定律与力的结合、电磁继电器与力的结合、电动机与力的结合。
本册资料习题均选自：中考真题、最新模拟题、联考题、名校模拟题等...
1、审题
仔细阅读题目，圈出关键信息，如已知的电量、电压、电流、电阻、力的大小、物体的质量、运动状态等。明确题目所描述的物理情境，判断是电路与简单机械结合，还是通电导线在磁场中与力学的结合等。
2、分析
电路分析：确定电路的连接方式，分析电路中电流的路径，判断电表测量的对象，根据题目条件判断电路中电阻、电流、电压的变化情况。
受力分析：对物体进行受力分析，画出受力示意图，明确物体受到哪些力的作用，判断物体的受力状态是平衡还是非平衡。若物体处于平衡状态，根据二力平衡或多力平衡条件列出等式；
找出联系：找到电学量和力学量之间的联系，例如通过电流的变化引起电磁铁磁性的变化，从而导致对物体的吸引力变化；或者物体的运动导致电路中电阻变化，进而影响电流、电压等。
3、解题
根据分析过程，选择合适的公式进行计算。如果是力的平衡问题，根据平衡条件列方程求解；如果涉及电路计算，根据欧姆定律、电功率公式等进行计算。对于综合性较强的问题，可能需要分步计算，先求出一些中间量，再逐步求解最终答案。计算过程中要注意单位的统一。
01 电磁铁
1、电磁铁的特点
（1）磁性的有无可通过通断电流来控制；
（2）磁极的极性可通过改变电流的方向来实现；
（3）磁性的强弱可通过改变电流大小、线圈的匝数来控制。
2、电磁铁在实际生活中的应用
（1）对磁性材料有力的作用。主要应用在电铃、电磁起重机、电磁刹车装置和许多自动控制装置上；
（2）产生强磁场。现代技术上很多地方需要的强磁场都是由电磁铁提供的，如磁浮列车、磁疗设备、测量仪器以及研究微观粒子的加速器等。
例题展示
1．（2025 杭州一模）小科在医院看到一种输液报警器，如图甲所示。当管内药液流完时，电铃发声。报警器内部有一可变电阻，当输液管内有液体时电阻大，无液体时电阻小，电路如图乙所示。则当开关闭合，报警器电路工作时，以下分析合理的是（　　）
A．药液输完时，电流表示数变小
B．药液输完时，电压表示数变小
C．药液输完时，电铃中的电磁铁磁性最强
D．药液未输完时，电铃不响是因为没有电流通过
【答案】C
【分析】输液管内有液体时，电阻大，无液体时电阻小，根据欧姆定律判断电路中的电流表示数、电铃两端的电压表示数变化，根据影响电磁铁磁性大小的因素；根据电路图和欧姆定律分析电铃不响的原因。
【解答】解：
由电路图可知，可变电阻与电铃串联，电压表并联在电铃两端，电流表测电路中的电流，
由题意知，当药液输完时，警报器内的电阻较小，药液未输完时，警报器内的电阻较大；
AB、当药液输完时，警报器内的电阻变小，电路中的总电阻变小，由I可知，电路中的电流变大，即电流表示数变大，根据U＝IR可知，电铃两端的电压变大，即电压表示数变大，故AB错误；
C、由A知，药液输完时，电路中的电流最大，电铃中的电磁铁磁性最强，故C正确；
D、药液未输完时，警报器内的电阻较大，总电阻较大，电路中电流较小，电铃不响，并不是因为没有电流，而是因为电流较小造成的，故D错误。
故选：C。
【点评】本题考查了欧姆定律和电功率公式的应用，能够根据题干信息判断出警报器内电阻的变化，根据电阻的变化判断出电路中电流的变化，是解题的关键。
2．（2023 下城区校级二模）按如图电路进行实验，每次总观察到电磁铁A吸引大头针的数目比电磁铁B多。关于此实验的有关叙述错误的一项是（　　）
A．此现象说明影响电磁铁磁性强弱的一个因素是线圈匝数
B．利用此装置无法研究电流大小对电磁铁磁性强弱的影响
C．如图所示的电路中，闭合开关，电磁铁B的上端为北极
D．对调电源正负极再次实验电磁铁B的磁场方向也会改变
【答案】B
【分析】（1）影响电磁铁磁性的强弱与电流的大小和线圈的匝数，电流越大、线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强；
（2）开关闭合后，根据电流方向利用安培定则可判断螺线管的磁极；
（3）电磁铁的磁场方向与电流方向有关。
【解答】解：A、由图知，A、B两电磁铁串联，所以通过A、B两电磁铁的电流相等；A的线圈匝数明显比B的线圈匝数多，实验观察到电磁铁A吸引大头针的数目比乙多，所以此实验说明电磁铁的磁性强弱与线圈匝数有关，故A正确；
B、对同一个电磁铁A（或B）分析，通过调节滑动变阻器滑片位置，改变电路电流，可以发现电磁铁A（或B）每次吸引的大头针数量不同，由此利用此装置可以研究电流大小对电磁铁磁性强弱的影响，故B错误；
C、由图知，电流从螺线管的上端流入、下端流出，根据安培定则可知，电磁铁B的上端为北极，故C正确；
D、对调电源正负极，则电磁铁线圈中的电流方向发生改变，则再次实验电磁铁B的磁场方向也会改变，故D正确。
故选：B。
【点评】本题考查了影响电磁铁磁性强弱和磁场方向的因素，以及安培定则的运用，难度一般。
3．（2024 鹿城区校级三模）某同学设计了一个利用电磁铁起升道闸杆的模拟装置。当车牌识别成功相当于图中开关S闭合，电磁铁有磁性，吸引铁柱，道闸杆绕O点顺时针转动，闸杆升起。下列有关说法正确的是（　　）
A．若车牌识别成功，图中电磁铁的上端为N极
B．改变电源正负极，该模拟装置仍能正常工作
C．小灯泡L与滑动变阻器的连接方式为并联
D．滑动变阻器的滑片P向下移动后，栏杆更容易抬起
【答案】B
【分析】（1）根据安培定则判定电磁铁的极性；
（2）根据电磁继电器的原理进行分析；
（3）电路元件逐个顺次连接的方式叫串联，电路元件并列连接的方式叫并联；
（4）影响电磁铁磁性强弱的影响因素：电流大小、线圈匝数、有无铁芯。
【解答】解：A、由图知，电流从电磁铁的下端流入，上端流出，根据安培定则可知，电磁铁的上端为S极，故A错误；
B、改变电源正负极，电磁铁中的电流方向改变，电磁铁的磁极改变，但对铁柱的吸引力不变，因此该模拟装置仍能正常工作，故B正确；
C、小灯泡L与滑动变阻器的连接方式为串联，故C错误；
D、滑动变阻器的滑片P向上调整后，阻值变小，电源电压不变，根据I可知，电路的电流变大，电磁铁的磁性增强，栏杆更容易抬起，故D错误。
故选：B。
【点评】此题考查了电磁铁磁性强弱的影响因素、安培定则、电路连接方式，稍有难度，但仍属基础题目。
4．（2024 西湖区校级二模）小张家所在的住宅区每栋单元的楼梯口都安装了防盗门，其门锁原理图如图所示，图中只画出了其中一家住户的控制开关S．该门锁的工作过程是：楼上的人闭合控制开关S，门锁上的电磁铁通电后吸引卡入右侧门扣中的衔铁，门可打开。关于该门锁，下列说法中正确的是（　　）
A．该门锁利用了电生磁的原理来工作的
B．电流周围的磁场是假想的物理模型
C．闭合开关S后，电磁铁的右端为N极
D．该单元的各住户控制门锁的开关是串联的
【答案】A
【分析】电磁铁的特点就是通电时具有磁性，断电时失去磁性。
【解答】解：A、该门锁利用了电生磁的原理来工作的正确，当电流通过螺线管时，螺线管有磁性；
B、电流周围的磁场是实实在在存在的故B错误；
C、根据安培定则，闭合开关S后，电磁铁的右端为S极；
D、该单元的各住户控制门锁的开关是并联的互不影响。
故选：A。
【点评】电磁铁的实例应用，一般都有个弹簧，电磁铁通电具有磁性吸引衔铁，电磁铁断电失去磁性，衔铁就受弹簧的弹力作用。
举一反三
1．（2023 上城区二模）小金发现“门禁“是通过开关控制门锁，研究后知道，门上的电磁锁由电磁铁A和金属块B构成（如图甲），工作原理图如图乙所示，电磁铁通电时，A、B相互吸引，门被锁无法推开。电磁铁断电时，A、B不吸引，门可以被推开。下列说法正确的是（　　）
A．甲图中电磁铁的原理是电磁感应
B．乙图中开关闭合，电磁铁A的右端为S极
C．对“门禁”的工作原理进行分析，能判断B没有磁性
D．将金属块B靠近小磁针，小磁针一定不会发生偏转
【答案】C
【分析】（1）电磁铁的工作原理是电流的磁效应；
（2）根据安培定则判定电磁铁的磁极；
（3）（4）磁铁能吸引铁、钴、镍等物质。
【解答】解：
A、甲图中电磁铁通电后具有磁性，其工作原理是电流的磁效应，故A错误；
B、乙图中开关闭合，根据安培定则可知，电磁铁A的右端为N极，故B错误；
C、电磁铁通电时，A、B相互吸引，门被锁无法推开。电磁铁断电时，A、B不吸引，门可以被推开，由于电磁铁的中间是铁芯，断电时B不吸引A，所以B没有磁性，故C正确；
D、将金属块B靠近小磁针，根据磁体的特点可知，小磁针可能会发生偏转，故D错误。
故选：C。
【点评】本题考查了电磁铁在生活中的应用、安培定则的应用、磁体的特点，属于基础题。
2．（2024 杭州模拟）如图为项目学习小组的同学自制的漂浮式指南针。铜片、锌片和食盐水溶液共同组成了“盐水电池”。铜片是盐水电池的正极，锌片是负极。下列说法正确的是（　　）
A．通电螺线管A端为N极
B．通电螺线管静止时B端指向地理南方
C．电子从铜片经螺线管流到锌片
D．通电螺线管外C点的磁场方向向左
【答案】D
【分析】根据电源的正负极判定螺线管中电流的方向，根据安培定则判定螺线管的极性；
在磁体的外部，磁感线是从磁体的N极出来回到磁体的S极的；
电子定向移动的方向与电流的方向相反。
【解答】解：A、铜片是“盐水电池”的正极，锌片是负极，则螺线管中的电流是从右端流入的，根据安培定则可知，通电螺线管的B端为N极，A端为S极，故A错误；
B、静止时通电螺线管由于受到地磁场的作用，B端指向地理北方，故B错误；
C、电路中电流的方向是从铜片经过螺线管流向锌片；电子定向移动的方向与电流的方向相反，所以电子定向移动的方向是从锌片经螺线管流向铜片，故C错误；
D、在磁体的外部，磁感线是从磁体的N极出发回到磁体的S极的，即C点的磁场方向是向左的，故D正确。
故选：D。
【点评】安培定则共涉及三个方向：电流方向、磁场方向、线圈绕向，知道其中的两个可以确定第三个。
3．（2025 浙江模拟）人工心脏是一种使用机械或生物机械手段部分或完全替代自然心脏给人体供血的辅助装置，主要由血泵、驱动装置、监控系统、能源四个部分构成。如图所示的人工心脏血泵中，阀门S1仅向泵室外侧开启，阀门S2仅向泵室内侧开启。
（1）为了维持人体的血液循环，该装置线圈间所接电源应为 　交流电　 （选填“直流电”或“交流电”）。
（2）为使血液流入泵室，应开启阀门S2，并使电流从线圈的 　A　 （选填“A”或“B”）端流入。
【答案】（1）交流电；（2）A。
【分析】交流发电机产生的感应电流的大小和方向在周期性地变化，这样的电流叫做交变电流。
根据磁极间的相互作用，可判断出通电螺线管的磁极，再根据安培定则判断出电流的方向从而找到电源的正负极。
【解答】解：（1）因为人体血液循环是一个连续的过程，心脏需要不断地收缩和舒张来推动血液流动。该人工心脏血泵通过线圈与磁体的相互作用带动活塞运动，从而实现抽血和送血功能。当线圈接入交流电时，电流方向会周期性改变，使得电磁铁的磁极也周期性变化，从而与左侧永磁体产生周期性的吸引和排斥力，带动活塞做往复运动，模拟心脏的收缩和舒张，维持人体的血液循环。而直流电只能使电磁铁产生固定的磁极，无法实现活塞的往复运动。
（2）当电流从线圈的A端流入时，根据安培定则，可判断出电磁铁左端为S极，由于左侧磁体的右端为N极，异名磁极相互吸引，活塞被向左拖动，此时活塞筒内的压强减小，小于外界大气压，在大气压的作用下，阀门S1闭合，阀门S2打开，血液流入泵室。
故答案为：（1）交流电；（2）A。
【点评】本题考查了交流电有概念，安培定则以及磁极间的相互作用。
02 电磁继电器
电磁继电器的电路包括低压控制电路、高压工作电路两部分，如图所示：
控制电路接通时，电磁铁产生磁性吸下衔铁，动、静触点接触，接通工作电路；控制电路断开时，电磁铁失去磁性，在弹簧作用下释放衔铁，动、静触点分离，工作电路断开。从而通过控制电路的通断来控制工作电路的通断。
例题展示
1．（2024 鄞州区模拟）小宁为某养鸡场设计了简易恒温箱系统，如图所示。控制电路由电磁继电器、滑动变阻器R1，热敏电阻R2（安装在恒温箱内，阻值随温度升高而显著减小）、低压电源等组成。加热电路由电源、电热丝R3和R4等组成。调好R1阻值，闭合开关S1、S2，箱内温度升高到设定值后即在小范围内波动。下列说法正确的是（　　）
A．通电线圈上端是S极
B．R3阻值小于R4阻值
C．温度升高时，电磁铁磁性减弱
D．要升高恒温箱控制的温度，可将R1的阻值稍微调小一些
【答案】B
【分析】（1）利用安培定则分析；
（2）闭合开关S2，电阻R3与R4并联，恒温箱内的电路总电阻减小，电流变大，开始加热；随着恒温箱内温度升高，热敏电阻R2阻值减小，控制电路内电流变大，电磁铁的磁性增强，电磁开关被吸下；恒温箱内电路总电阻会变得非常大，恒温箱内电路加热结束，据此分析电阻的大小关系；
（3）若将R1的阻值稍微调小一些，则控制电路里面的电流会更大一点，电磁铁的磁性会变强，控制开关被吸合的时间延长，会使恒温箱内需要再次启动加热时间延长，据此分析作答。
【解答】解：
A、利用安培定则分析可知，通电线圈上端是N极，故A错误；
BC、由电路图可知，温度升高时，阻值减小，电流变大，电磁铁磁性增强，吸引衔铁，使R4电路接通，此时恒温箱处于保温状态；温度降低时，电磁铁磁性减弱，衔铁在左侧弹簧作用下被拉起，使R3电路接通，此时恒温箱处于加热状态；因加热功率大于保温功率，且电源电压不变，由P，可知R3阻值小于R4阻值，故B正确，C错误；
D、根据欧姆定律可知，电磁铁吸引衔铁时的电流不变，控制电路电源电压不变，控制电路的总电阻不变，将R1的阻值稍微调小一些，根据电阻的串联可知热敏电阻R2的阻值变大，因热敏电阻R2的阻值随温度升高而显著减小，故恒温箱控制的温度将降低，故D错误。
故选：B。
【点评】本题考查了电磁继电器的应用，知道电磁继电器起着开关作用，知道恒温箱内电路的加热原理。
2．（2024 杭州模拟）如图甲所示的“聪明电梯”在有、无人乘坐时会以不同的速度运行，这样可以节约用电。图乙所示是其控制电路图，R是一个压敏电阻，其阻值随压力的增大而减小。当所有人走出电梯后，则图中电磁铁的磁性将 　减弱　 （选填“增强”、“减弱”或“不变”），电动机的转速将 　变慢　 （选填“变快”、“变慢”或“不变”）。
【答案】见试题解答内容
【分析】本题中有两个电路，左侧为压敏电压与电磁铁串联，右侧为电机控制电路，当衔铁与触点1接触时，R1与电机串联，当衔铁与触点2接触时，电阻断路，电机中电流增大。
【解答】解：
当人从电梯上走下后，压力减小，则压敏电阻R的阻值增大，左侧控制电路中的电流减小，电磁铁磁性变弱，则衔铁被拉起，与触点1接触，此时电动机与电阻R1 串联，通过电动机的电流减小，电动机的转速变慢。
故答案为：减弱；变慢。
【点评】本题考查应用物理知识解决实际问题的能力，在本题中应认清电路的构造联系所学知识进行解答。
3．（2025 杭州一模）专家提示：室内最佳空气湿度值范围是45%至50%。如图所示是某家用空气加湿装置的自动控制电路，R1是一个湿敏电阻，其阻值随湿度的变化关系见表，定值电阻R0为120欧，电磁铁线圈电阻不计，控制电路电源的电压U0为6伏且保持不变，加湿装置铭牌上有“220V 40W”字样。
空气湿度（%） 10 20 30 40 50 60 70 80 90
电阻R1阻值（欧） 300 220 160 110 80 60 45 30 20
（1）加湿装置正常工作5分钟消耗的电能是多少？
（2）当室内湿度超过50%，继电器衔铁将被电磁铁 　吸合　 （填“吸合”或“松开”）。此时控制电路消耗的电功率是多少？
（3）若将图中电流表改装成湿度计，表盘的相关刻度值转化为对应的湿度值。该湿度计的刻度值分布是否均匀？并说明理由。
【答案】（1）加湿装置正常工作5分钟消耗的电能为12000J；
（2）吸合；此时控制电路消耗的电功率为0.18W；
（3）该湿度计的刻度值分布不均匀，因为空气湿度均匀变化时，对应的电流变化却不均匀。
【分析】（1）用W＝P额t计算加湿装置正常工作5分钟消耗的电能；
（2）当室内湿度超过50%，已高于室内最佳空气湿度值范围，因此，空气加湿装置要停止工作；先用R＝R0+R1计算出控制电路中总电阻，再用P计算出控制电路消耗的电功率；
（3）通过空气湿度的均匀变化，计算出对应的电流是否均匀变化，即可判断湿度计的刻度值分布是否均匀变化。
【解答】解：（1）加湿装置正常工作5分钟消耗的电能：W＝P额t＝40W×5×60s＝12000J；
（2）当室内湿度超过50%，已高于室内最佳空气湿度值范围，因此，继电器衔铁应被电磁铁吸合，工作电路断开，空气加湿装置要停止工作；
由表可知，当室内湿度为50%时，湿敏电阻R1＝80Ω，
根据串联电路中电阻特点，控制电路中总电阻：R＝R0+R1＝120Ω+80Ω＝200Ω，
此时控制电路消耗的电功率：P0.18W；
（3）图中电流表的电流：I，
根据上式可知，空气湿度变大，R1阻值变小，对应电流变大，
当空气湿度由10%变为20%时，对应电流的变化：ΔI13.36×10﹣3A，
当空气湿度由20%变为30%时，对应电流的变化：ΔI23.78×10﹣3A，
ΔI1≠ΔI2，故湿度计的刻度值分布不均匀。
答：（1）加湿装置正常工作5分钟消耗的电能为12000J；
（2）吸合；此时控制电路消耗的电功率为0.18W；
（3）该湿度计的刻度值分布不均匀，因为空气湿度均匀变化时，对应的电流变化却不均匀。
【点评】本题考查了欧姆定律、电功、电功率等知识，是一道综合性较强的试题，难点是判断湿度计的刻度值分布是否均匀变化，由于涉及复合函数的关系，可使用简单的枚举法，即通过空气湿度的均匀变化，计算出对应的电流是否均匀变化。
4．（2024 温州模拟）某展览厅（如图甲所示）为保护展品，设置了调光天窗，当外界光照较强时，能启动电动卷帘适时调整进光量；当外界光照较弱时，能自动启动节能灯给予补光。调光天窗的电路原理如图乙所示，R0为定值电阻，R为光敏电阻，其中R的电阻值随光照强度的变化如图丙所示，光照强度的国际单位为勒克斯（lx）；P为电磁铁，其线圈电阻忽略不计，当电流达到0.04A时能吸合衔铁B。图乙中的M、N，其中一处是节能灯，另一处是电动卷帘。已知电源电压U1＝12V，U2＝220V，则：
（1）电磁铁P下端为 　N　 极（选填“N”或“S”）。
（2）图中的N处用电器应为 　电动卷帘　 （选填“节能灯”或“电动卷帘”）。
（3）当外界光照强度达到150lx时，电动卷帘便开始工作，求R0的阻值。
（4）当外界光照强度达到400lx时，求光敏电阻R的功率。
【答案】（1）N；（2）电动卷帘；
（3）R0的阻值为210Ω；
（4）当外界光照强度达到400lx时，光敏电阻R的功率为0.075W。
【分析】（1）根据安培定则判定螺线管的极性；
（2）结合题意分析M处的用电器；
（3）当外界光照强度达到150lx时，由图丙可知此时光敏电阻的阻值R＝90Ω，当电动卷帘便开始工作，电磁铁能吸合衔铁的电流I＝0.04A，由欧姆定律求出控制电路的总电阻，根据串联电路电阻规律可知R0的阻值；
（4）当外界光照强度达到200lx时，由图丙可知此时光敏电阻的阻值R′＝70Ω，由欧姆定律得控制电路的电流，根据P＝I2R得出光敏电阻R的功率。
【解答】解：（1）开关S闭合时，电磁铁中一端的电流方向是向左的，根据安培定则可知，电磁铁P的下端为N极；
（2）当外界光照较强时，光敏电阻阻值小，控制电路电流大，电磁铁磁性较强，吸引衔铁，动触点与A接触，能启动电动卷帘适时调整进光量，则图中的N处为电动卷帘；用电器应为当外界光照较弱时，光敏电阻阻值大，控制电路电流小，电磁铁磁性较弱，衔铁弹回，动触点与B接触，能动启动节能灯给予补光，则M处接节能灯；
（3）当外界光照强度达到150lx时，由图丙可知此时光敏电阻的阻值R＝90Ω，
当电动卷帘便开始工作，电磁铁能吸合衔铁的电流I＝0.04A，
由欧姆定律得，控制电路的总电阻：R总300Ω，
根据串联电路电阻规律可知，R0的阻值：R0＝R总﹣R＝300Ω﹣90Ω＝210Ω；
（4）当外界光照强度达到400lx时，由图丙可知此时光敏电阻的阻值R′＝30Ω，由欧姆定律得．此时控制电路中的电流，
光敏电阻R的功率P＝I′2R′＝（0.05A）2×30Ω＝0.075W。
答：（1）N；（2）电动卷帘；
（3）R0的阻值为210Ω；
（4）当外界光照强度达到400lx时，光敏电阻R的功率为0.075W。
【点评】本题考查欧姆定律的应用和电能、电功率的计算，关键是从图中得出有用信息。
举一反三
1．（2024 滨江区二模）生态鱼缸需要足够的光照，为了补偿光照，小滨设计了如图所示的智能补光电路，光暗时灯L自动补光，自然光较亮时灯L自动熄灭，R1为定值电阻，R2为光敏电阻。已知灯L无法照射到电阻R2，下列说法正确的是（　　）
A．闭合开关S，电磁铁上端为S极
B．自然光照强度降低时，电磁铁的磁性减弱
C．R2的阻值随自然光照强度的减弱而增大
D．当自然光照强度增大时，电压表示数变大
【答案】AD
【分析】由图知，在控制电路中定值电阻R1和光敏电阻R2串联，电压表测量光敏电阻R2两端的电压；
（1）根据安培定则判定电磁铁的极性；
（2）根据电磁铁的工作原理即可判断自然光照强度降低时电磁铁的磁性变化；
（3）根据电磁铁的磁性变化判断出控制电路中的电流变化，然后根据欧姆定律即可判断控制电路中的电阻的变化；
（4）R2的阻值随光照强度的增大而减小，根据光照强度的变化判定光敏电阻的阻值变化；根据串联分压的规律可知R2两端电压的变化（即电压表示数的变化）。
【解答】解：由图知，在控制电路中定值电阻R1和光敏电阻R2串联，电压表测量光敏电阻R2两端的电压；
A、由图可知，电流从电磁铁的上端流入、下端流出，根据安培定则可知，电磁铁的上端为S极，其下端为N极，故A正确；
B、由于光暗时灯L自动补光，自然光较亮时灯L自动熄灭，则当自然光照强度降低时电磁铁上端的衔铁需要在电磁铁的磁力作用下吸下来，使工作电路闭合，所以，自然光照强度降低时，电磁铁的磁性增强，故B错误；
C、由于自然光照强度降低时，电磁铁的磁性需要增强，即控制电路中电流变大，根据I可知电路中的电阻减小，则R2的阻值减小，所以，R2的阻值随自然光照强度的减弱而减小，故C错误；
D、已知R2的阻值随光照强度的增大而增大，则当光照强度增大时，R2的阻值变大，根据串联分压的规律可知，R2两端的电压变大，即电压表示数变大，故D错误。
故选：AD。
【点评】本题一道以光敏电阻变化引起的动态电路分析，关键要明确电磁继电器的工作原理，熟练应用欧姆定律即可正确解题，属于动态电路分析的典型题目，有一定难度。
2．（2025 浙江模拟）智能家居已经悄然走入我们的生活，智能扫地机器人（如图甲）可通过灰尘传感器自动寻找灰尘清扫，通过电动机旋转产生高速气流将灰尘等吸入集尘盒；图乙为其自动开始扫地的工作原理图，当地面灰尘增多，使空气的透光程度减弱，使照射到光敏电阻上的光照强度减弱，改变电磁铁的磁性，从而达到自动控制工作。控制电路电源电压U为4.5伏，定值电阻R0＝12欧，R为光敏电阻，其阻值随光照强度E（单位cd）的变化如图丙所示，如表为其部分工作参数（注：电池容量指工作电流与工作总时间的乘积，电磁铁线圈电阻忽略不计）。
额定工作电压 12伏
额定功率 30瓦
电池总容量 2.5安时
待机指示灯额定功率 6瓦
（1）白天，当机器人光敏电阻上的光照强度为3cd时，它就会开始扫地。求此时控制电路中R0两端的电压。
（2）为了能使扫地机器人长时间扫地，电动机不能过热工作，可通过其自带的智能开关将工作电路设定为扫地30分钟，然后待机6分钟，如此循环工作。求扫地机器人扫地30分钟再待机6分钟共消耗的电能大小。
（3）小明若想让家里的地面灰尘更少，他应该对扫地机器人的控制电路如何改进 　增大R0的阻值　 。
【答案】（1）此时控制电路中R0两端的电压是3V；
（2）消耗的总电能为5.616×104J；
（3）增大R0的阻值
【分析】（1）由图可知控制电路中R与R0串联，由图丙可知此时控制电路中光敏电阻的阻值，根据串联电路电阻规律结合欧姆定律求出控制电路中的电流，再求出R0两端的电压；
（2）根据W＝UIt计算机器人充满电时储存的电能，根据表格及公式W＝Pt，求出机器人扫地30min消耗的电能和待机6min消耗的电能，两者之和即为一次扫地30min和待机6min消耗的总电能；
（3）若想家里地面灰尘更少，光敏电阻光照强度变强，光敏电阻的阻值变小，根据电源电压不变及总电阻不变，再由串联电路的电阻特点，可知如何改进电路。
【解答】解：（1）白天，当机器人光敏电阻上的光照强度为3cd时，它就会开始扫地，由图丙可知，此时光敏电阻R为6.0Ω，此时控制电路中的电流为：
I0.25A，
所以此时控制电路中R0两端的电压为：
U0＝IR0＝0.25A×12Ω＝3V；
（2）由表格可知，机器人充满电时储存的电能为：
W＝UIt＝12V×2.5A×3600s＝1.08×105J，
扫地30min消耗的电能为：
W1＝P1t1＝30W×30×60s＝5.4×104J，
待机6min消耗的电能为：
W2＝P2t2＝6W×6×60s＝2.16×103J，
扫地30min和待机6min消耗的总电能为：
W3＝5.4×104J+2.16×103J＝5.616×104J；
（3）小明若想让家里的地面灰尘更少，他应该用阻值较大的电阻替换定值电阻R0，因为机器人开始工作时的电流不变，电源电压不变，则机器人开始工作时控制电路的总电阻不变，当家里的地面灰尘更少时，照射到光敏电阻上的光照强度增强，光敏电阻R的阻值减小，要使机器人工作时控制电路的总电阻不变，应增大R0的阻值。
答：（1）此时控制电路中R0两端的电压是3V；
（2）消耗的总电能为5.616×104J；
（3）增大R0的阻值。
【点评】本题考查了电磁继电器工作原理及串联电路的特点和欧姆定律，电功公式的综合应用。
3．（2024 台州一模）某同学设计了一种能让太阳能电池板自动朝向阳光的控制电路，如图甲所示，控制电路由对比电路和转向电路两部分组成。R1、R3是分别检测左、右两侧光照强度的光敏电阻，其阻值均随光照强度增强而减小。若一侧光照偏暗，则转向电路中电动机M会带动太阳能电池板和对比电路一起转向光亮一侧，直到左右两侧光照强度平衡。
该同学在某光照强度下调试控制电路时，滑动变阻器R4；的滑片由最下端向上移动的过程中，两电表示数变化情况如图乙所示。对比电路中，电源电压U恒定，L1、L2线圈电阻不计。
（1）根据台州的地理位置，正午时太阳能电池板的正面朝 　南　 （填“东”、“南”、“西”或“北”）。
（2）滑动变阻器R4的最大阻值是多少？
（3）调试控制电路的过程中，对比电路右侧支路消耗的最小电功率是多少？
（4）请你解释说明：当右侧光照偏暗时，控制电路转动太阳能电池板的工作过程。
【答案】（1）南；
（2）滑动变阻器R4的最大阻值是40Ω；
（3）调试控制电路的过程中，对比电路右侧支路消耗的最小电功率是2.4W；
（4）当右侧光照偏弱时，R3大于R1，通过线圈L2的电流较小，左侧电磁铁的磁性较强，衔铁被左侧的电磁铁吸过去，动触头接通左转电源，转向电动机M会带动太阳能电池板转向阳光，直到左右两侧光照强度平衡，衔铁和动触头居中，电动机M不动。
【分析】（1）在地球的北半球时，所以太阳能电池板正面应向南；
（2）由图乙知电路中的最小电流为：I最小＝0.2A，电压表的最大示数为：U4大＝8V，
由欧姆定律算出滑动变阻器的最大阻值；
（3）由图乙知当滑片在最下端和最上端时电压表和电流表的示数，由串联电路电压的规律和欧姆定律表示出电源电压，根据电源电压相等列等式算出电源电压和R3的阻值；
根据P最小＝UI最小算出电路消耗的最小功率；
（4）根据题中信息分析解答当右侧光照偏暗时，控制电路转动太阳能电池板的工作过程。
当右侧光照偏弱时，R3大于R1，通过线圈L2的电流较小，左侧电磁铁的磁性较强，衔铁被左侧的电磁铁吸过去，动触头接通左转电源，转向电动机M会带动太阳能电池板转向阳光，直到左右两侧光照强度平衡，衔铁和动触头居中，电动机M不动。
【解答】解：（1）台州在北半球，正午时太阳能电池板的正面朝南；
（2）由图乙知电路中的最小电流为：I最小＝0.2A，电压表的最大示数为：U4大＝8V，
由欧姆定律可得，滑动变阻器的最大阻值：R440Ω；
（3）当滑片在最下端时滑动变阻器接入电路的电阻最大，电源电压：U＝I最小R3+U4大＝0.2A×R3+8V﹣﹣﹣﹣①
由图乙可知当电流表示数为0.5A时，电压表的示数为2V，
同理可得电源电压：U＝I3R3+U4＝0.5A×R3+2V﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
由①②两式解得：R3＝20Ω，U＝12V；
电路消耗的最小功率：P最小＝UI最小＝12V×0.2A＝2.4W；
（4）当右侧光照偏弱时，R3大于R1，通过线圈L2的电流较小，左侧电磁铁的磁性较强，衔铁被左侧的电磁铁吸过去，动触头接通左转电源，转向电动机M会带动太阳能电池板转向阳光，直到左右两侧光照强度平衡，衔铁和动触头居中，电动机M不动。
答：（1）南；
（2）滑动变阻器R4的最大阻值是40Ω；
（3）调试控制电路的过程中，对比电路右侧支路消耗的最小电功率是2.4W；
（4）当右侧光照偏弱时，R3大于R1，通过线圈L2的电流较小，左侧电磁铁的磁性较强，衔铁被左侧的电磁铁吸过去，动触头接通左转电源，转向电动机M会带动太阳能电池板转向阳光，直到左右两侧光照强度平衡，衔铁和动触头居中，电动机M不动。
【点评】本题考查了欧姆定律和电功率公式的应用，根据电源电压相等列等式算出电源电压和R3的电阻是解题的关键。
03 非纯电阻电路功率的分析与计算
1、电动机的功率和效率
（1）电动机的输入功率是电动机消耗的总功率：P入=P总=UI=P出+P热
（2）电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率：P热=I2r=P入-P热
（3）电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率：P出=P入-P热=IU-I2r=Fv
（4）电动机的效率：η=P出/P入
2、串、并联电路的总功率
（1）串联电路：P总=UI=（U1+U2+U3+…）I=P1+P2+P3+
（2）并联电路：P总=UI=U（I1+I2+I3+…）=P1+P2+P3+
从能量转化的角度看,无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各部分消耗的功率之和。
注意事项
①电动机不转动时
无机械能输出，电能全部转化为内能，不转的时候是用来求线圈内阻r；
∴W电=Q；P电=P热=I2R。
②电动机正常工作时
a. 电流做功是所消耗的总能量W电=UIt；电流做功的功率P电=UI；
b. 工作时所产生的热能Q=W热=I2rt；其发热功率P=I2r；
c. 所转化的机械能 W机=W电-W热=UIt-I2rt；转化的机械能功率P机=P电-P热=UI-I2r。
例题展示
1．（2024 游仙区模拟）某建筑工地用如图1所示的装置提升重物A，电动机拉动绳子的功率保持不变，电动机对绳子的拉力F与绳子自由端的移动速度v的关系如图2所示。当重物A以0.1m/s的速度匀速上升时，滑轮组的机械效率为80%。不计绳重与摩擦，g取10N/kg。下列分析与计算正确的是（　　）
A．重物A的质量为60kg
B．电动机对绳子的拉力为600N
C．匀速提升108kg的重物B时，重物B在30s上升的高度为1.5m
D．若电动机拉动绳子的功率减小，滑轮组的机械效率降低
【答案】C
【分析】（1）根据滑轮组装置确定绳子股数，由图2确定绳子的拉力F，利用η求出重物A的重力，根据G＝mg求出重物A的质量；
（2）根据PFv求出电动机功率，不计绳重与摩擦，利用F（G+G动）求出动滑轮重；利用F（G+G动）求出匀速提升108kg的重物B时的拉力F'，根据PFv求出重物B移动的速度，据此分析；
（3）机械效率是有用功跟总功的比值；功率是指机械在单位时间内做功多少。
【解答】解：AB、由图1可知，n＝3，当重物A以0.1m/s的速度匀速上升时，绳子自由端的移动速度为v绳＝nv物＝3×0.1m/s＝0.3m/s，由图2可知，F＝200N，
根据η可知，重物A的重力为：
G＝ηnF＝80%×3×200N＝480N，
则重物A的质量为：
m48kg，故AB错误；
C、电动机的功率为：
PFv绳＝200N×0.3m/s＝60W；
不计绳重与摩擦，根据F（G+G动）可知，动滑轮重为：
G动＝nF﹣G＝3×200N﹣480N＝120N；
当匀速提升108kg的重物B时的拉力F'为：
F'（G'+G动）（m'g+G动）（108kg×10N/kg+120N）＝400N，
因电动机拉动绳子的功率保持不变，重物B移动的速度为：
vB0.05m/s，
则重物B在30s上升的高度为：
h＝vBt＝0.05m/s×30s＝1.5m，故C正确；
D、电动机拉动绳子的功率减小，说明电动机拉动绳子做功慢，跟滑轮组的机械效率的高低没有直接的关系，故D错误。
故选：C。
【点评】本题考查了功率公式和滑轮组拉力公式以及滑轮组机械效率公式的应用，明确滑轮组绳子的有效股数是关键。
2．（2024秋 镇海区期末）小科用迷你电动机制成了一台升降机模型，如图。电路中直流电动机的线圈电阻为2Ω，R0是阻值为10Ω的定值电阻，电源电压保持24V不变，闭合开关S，当电动机正常工作时，匀速提升重为10N的物体，此时电压表示数为14V。（忽略温度对电阻的影响）
（1）电动机正常工作时，通过它的电流是 　1A　 。
（2）电动机正常工作时，R0的电功率是 　10　 W。
（3）若电动机正常工作5s，可使物体上升的高度是 　6m　 。
【答案】（1）1A；（2）10；（3）6m。
【分析】（1）根据由图可知，电动机和R0串联，电压表测量电动机两端的电压，根据串联电路的电压特点求出R0两端的电压，根据欧姆定律求出电路中的电流，即电动机正常工作时，通过它的电流；
（2）根据P＝UI求出电动机正常工作时，R0的电功率；
（3）根据W＝UIt求出电动机正常工作5s消耗的电能，根据Q＝I2Rt求出电动机电动机正常工作5s产生的热量，根据W有用＝W﹣Q求出电动机正常工作5s对物体所做的功，根据W＝Gh求出物体上升的高度。
【解答】解：（1）根据由图可知，电动机和R0串联，电压表测量电动机两端的电压，
根据串联电路的电压特点可知，R0两端的电压：U0＝U﹣UM＝24V﹣14V＝10V，
根据串联电路的电流特点和欧姆定律可知，电动机正常工作时，通过它的电流：IM＝I01A；
（2）电动机正常工作时，R0的电功率：P0＝U0I0＝10V×1A＝10W；
（3）电动机正常工作5s消耗的电能：WM＝UMIMt＝14V×1A×5s＝70J，
电动机电动机正常工作5s，线圈产生的热量：QRMt＝（1A）2×2Ω×5s＝10J，
则电动机正常工作5s对物体所做的功：W有用＝WM﹣Q＝70J﹣10J＝60J，
由W＝Gh可知，物体上升的高度：h6m。
故答案为：（1）1A；（2）10；（3）6m。
【点评】本题考查串联电路的特点、欧姆定律、电功公式、电功率公式以及功的公式的应用，是一道综合题，有一定的难度。
3．（2024秋 浙江期末）玻璃是由炽热的玻璃液体冷却后形成的。受油滴能在水面均匀分布开来的启发，科研人员发明了一种制取平板玻璃的方法。其主要过程是让玻璃液体浮于某溶液表面上，冷凝后用真空吸盘吊运，如图所示。
（1）该方法的关键是能否找到会浮起玻璃液体的一种溶液，你认为这种溶液应具备的物理特征是　密度比玻璃液体的密度大、沸点比玻璃液体温度高　 （写出一点即可）。
（2）已知一块平板玻璃质量为50kg，电动机工作时，两端的电压为220V，通过它的电流为4A，对滑轮组的钢绳的拉力为400N，在10s内将上述玻璃板提升1m，求在此过程中：（均写出计算过程）
①克服玻璃板重力做的功。
②滑轮组的机械效率。
③电动机线圈的电阻。
【答案】（1）密度比玻璃液体的密度大、沸点比玻璃液体温度高；（2）①500J；②62.5%；③50Ω。
【分析】（1）根据物质的密度、沸点等特性进行分析；
（2）①根据功的公式进行计算；
②根据机械效率进行计算；
③根据电动机的能量转化和焦耳定律进行计算。
【解答】解：（1）密度比玻璃液体的密度大、沸点比玻璃液体温度高；
（2）①平板玻璃的重力为：G＝mg＝50kg×10N/kg＝500N；
克服玻璃板的重力做的功：W有＝Gh＝500N×1m＝500J；
②对滑轮组做的总功：W总＝Fs＝400N×2m＝800J；
所以滑轮组的机械效率为：；
③电动机工作时消耗的电能为：
W＝UIt＝220V×4A×10s＝8800J
则转化的内能为：
Q＝W﹣W有＝8800J﹣800J＝8000J；
根据焦耳定律Q＝I2Rt得：
电动机线圈的电阻为：。
故答案为：（1）密度比玻璃液体的密度大、沸点比玻璃液体温度高；（2）①500J；②62.5%；③50Ω。
【点评】本题考查的是功和效率的计算；会利用焦耳定律进行计算。
举一反三
1．（2024秋 温州期末）电梯是高层建筑中上下楼的重要工具，主要由电动机、曳引轮、导向轮、轿厢、配重及钢缆组成。曳引轮和导向轮固定在楼顶支架上。钢缆一侧连接轿厢，另一侧连接配重。电动机通过转动曳引轮来拉动钢缆，通过调整曳引轮的转向来改变轿厢的运动方向。配重的使用能降低电动机的能耗。
（1）根据电梯的工作原理，判断导向轮的滑轮类型是 　定滑轮　 。
（2）若轿厢达到最大乘客量1000千克，并匀速上升25米，则该过程轿厢对乘客做功 　2.5×105　 焦。
（3）在轿厢上升过程中，使用配重能减少电动机消耗电能，请分析原因。 　使用配重使电动机能提供的拉力小于轿厢和乘客的总重力，可以减小电动机的输出功率，从而减小电动机消耗电能　 。
【答案】（1）定滑轮；（2）2.5×105；（3）使用配重使电动机能提供的拉力小于轿厢和乘客的总重力，可以减小电动机的输出功率，从而减小电动机消耗电能。
【分析】（1）轴的位置不同：定滑轮的轴的位置是固定不动的，动滑轮轴的位置则会与被拉物体一起运动；
（2）根据G＝mg和W＝Gh计算轿厢对乘客做的功；
（3）由图分析轿厢受到情况知，电动机能提供的拉力小于轿厢和乘客的总重力，据此分析解答。
【解答】解：（1）由题知，电梯的工作原理导向轮位置固定不变，所以是定滑轮；
（2）轿厢达到最大乘客量时，乘客的重力：
G＝mg＝1000kg×10N/kg＝104N，
轿厢对乘客做功：
W＝Gh＝104N×25m＝2.5×105J；
（3）轿厢上升过程中，受到竖直向下的重力，竖直向上的有电动机提供向上拉力和配重提供的拉力，这样电动机能提供的拉力小于轿厢和乘客的总重力，可以减小电动机的输出功率，从而减小电动机消耗电能，达到节能的目的。
故答案为：（1）定滑轮；（2）2.5×105；（3）使用配重使电动机能提供的拉力小于轿厢和乘客的总重力，可以减小电动机的输出功率，从而减小电动机消耗电能。
【点评】本题以电梯为情景考查重力和功的计算公式的应用，难度不大。
2．（2024 上城区校级三模）近年来国产电动汽车发展迅猛，如图为某型号电动汽车，其电池容量为450A h，输出电压为100V。当电动机工作时，把电能的80%转化为机械能，之后需重新充电。（已知
（1）该汽车以额定功率9.6kW在水平公路上匀速行驶，当速度为36km/h时，求所受平均阻力。
（2）该汽车充满电后，在9.6kW的额定功率下最多可以匀速行驶多长时间？
（3）实际行驶过程中，使用空调、内部线路电阻发热等而让电能转化为机械能的效率降低。若把以上电阻等效为一个定值电阻，该电阻发热的功率为1000W，通过电阻的电流为5A，则该定值电阻的阻值为多大？
（4）燃油汽车把汽油燃烧放出的能量转化为机械能的效率为25%。与燃油汽车相比电动汽车内部的电池充满一次电来提供机械能，燃油汽车需要燃烧多少千克的汽油？（结果保留一位小数）
【答案】（1）当速度为36km/h时，汽车所受平均阻力为960N；
（2）该汽车充满电后，在9.6kW的额定功率下最多可以匀速行驶3.75h；
（3）该定值电阻的阻值为40Ω；
（4）与燃油汽车相比电动汽车内部的电池充满一次电来提供机械能，燃油汽车需要燃烧11.3kg的汽油。
【分析】（1）因为汽车匀速行驶，牵引力等于阻力，根据PFv求出汽车受到的阻力；
（2）根据W＝UIt求出电池储存的电能，利用η求出电能转化的机械能，根据P求出行驶的时间；
（3）根据P＝I2R求出定值电阻的阻值；
（4）根据效率公式求出燃油完全燃烧需要放出的热量，根据Q放＝mq求出需要完全燃烧汽油的质量。
【解答】（1）汽车的速度v＝36km/h＝10m/s，汽车的功率为P＝9.6kW＝9600W，因为汽车匀速行驶，牵引力等于阻力，由PFv可得：
f＝F960N；
（2）电池的总电能为：
W＝UIt＝100V×450A×3600s＝1.62×108J，
根据η可知，电能转化的机械能为：
W机＝ηW＝80%×1.62×108J＝1.296×108J，
由P可得，行驶时间为：
t1.35×104s＝3.75h；
（3）由P＝I2R可得，定值电阻的阻值为：
R40Ω；
（4）由η可知，燃油完全燃烧需要放出的热量：
Q放5.184×108J，
需要完全燃烧汽油的质量为：
m11.3kg。
答：（1）当速度为36km/h时，汽车所受平均阻力为960N；
（2）该汽车充满电后，在9.6kW的额定功率下最多可以匀速行驶3.75h；
（3）该定值电阻的阻值为40Ω；
（4）与燃油汽车相比电动汽车内部的电池充满一次电来提供机械能，燃油汽车需要燃烧11.3kg的汽油。
【点评】本题是一道力热综合题，主要考查功和功率公式、效率公式、燃料完全燃烧放热公式以及电功和电功率公式的应用，题目综合性较强，有一定的难度。
3．（2023 宁波模拟）如图为某汽车起重机利用卷扬机打捞水中的物体A的示意图。物体A的体积为0.8m3，重力为2×104N，从水底以0.1m/s的恒定速度竖直向上提升至离开水面一定高度，浸没在水中时，拉力F的功率为1500W。（钢丝绳能够承受的拉力足够大，且不计钢丝绳重和摩擦，g取10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3）求：
（1）如图所示状态时，物体A受到的浮力和拉力；
（2）浸没时，滑轮组的机械效率；
（3）动滑轮重G动；
（4）当物体A离开水面至一定高度的过程中，电动机的功率。
【答案】（1）浸没时，物体A受到的浮力和拉力分别为8000N、1.2×104N；
（2）浸没时，滑轮组的机械效率为80%；
（3）动滑轮重为3000N；
（4）当物体A离开水面至一定高度的过程中，电动机的功率为2300W。
【分析】（1）物体A浸没时排开水的体积等于物体A的体积，利用阿基米德原理求物体A受到的浮力；知道物体的重力，物体A受到的拉力等于重力减去浮力；
（2）已知物体A浸没水中时功率，由图知，n＝3，电动机拉绳的速度等于物体A上升速度的3倍，利用PFv求电动机的牵引力，此时滑轮组的机械效率η；
（3）不计绳重、滑轮轴摩擦及水的阻力，F牵（F拉+G动），据此求出动滑轮重力；
（4）物体离开水面后，F牵′（G+G动），再利用P＝Fv求电动机的牵引功率。
【解答】解：（1）物体A浸没时受到的浮力：
F浮＝ρ水gV排＝ρ水gV＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.8m3＝8000N，
物体A受到的拉力：
F拉＝G﹣F浮＝2×104N﹣8000N＝1.2×104N；
（2）物体A浸没水中时功率P1＝1500W，
由图知，n＝3，电动机拉绳的速度：
v＝3v物＝3×0.1m/s＝0.3m/s，
由PFv可得电动机的牵引力：
F牵5000N，
此时滑轮组的机械效率：
η80%；
（3）不计绳重、滑轮轴摩擦及水的阻力，F牵（F拉+G动），则动滑轮重力：
G动＝nF牵﹣F拉＝3×5000N﹣1.2×104N＝3000N；
（4）物体离开水面后，F牵′（G+G动）（2×104N+3000N），
电动机的牵引功率：
P2＝F牵′v（2×104N+3000N）×0.3m/s＝2300W。
答：（1）浸没时，物体A受到的浮力和拉力分别为8000N、1.2×104N；
（2）浸没时，滑轮组的机械效率为80%；
（3）动滑轮重为3000N；
（4）当物体A离开水面至一定高度的过程中，电动机的功率为2300W。
【点评】本题综合考查了阿基米德原理、功率公式、机械效率公式的应用，要知道物体浸没水中时滑轮组的机械效率η。
4．（2024秋 余姚市月考）太阳能、风能等新能源并网发电由于不同时间光照强度和风力强度的变化，会导致瞬时发电功率变化，从而导致发电量和用电量不匹配而冲击电网，为解决这一问题，新型储能新技术正在不断涌现，比如锂离子电池储能、压缩空气储能、飞轮储能、重力储能等。其中重力储能具备安全、长寿命、长时储能等优点，如图所示为其中一种重力储能技术：当电力过剩时，用起重机将混凝土块从低处吊到高处，将电能转化成混凝七块的重力势能；当电力不足时，将混凝土块从高处放到低处，通过发电机将重力势能转化为电能，起重机中的电动机可以在横杆上移动，每一个混凝土块质量为35吨，回答下列问题。（电动机重、动滑轮重、绳重及摩擦均不计）
（1）图乙是起重机X、Y挂钩上的钢丝绳穿绳简化示意图，为了吊起一个混凝土块，钢丝绳能承受的拉力不得小于多少牛？
（2）若此时起重机X正吊起一个混凝土块，且中心点距中心杆的距离为18m，起重机Y中心点距中心杆的距离为30m并连接地面的混凝土块C，此时杠杆恰好平衡，则此刻混凝土块C对地面的压力是多少N？
（3）江苏省如东100MWh重力储能项目是全球首个百兆瓦级的重力储能项目。在用电需求较低的时候，电动机和发电机为升降系统提供动力，该系统将重达35吨的混泥土块拖到空中100米的高度，一旦需要能量，再降低混泥土块用于发电，若降低100米，发电效率为85%，本次操作有多少机械能转化为电能？
【答案】（1）吊起一个混凝土块，钢丝绳能承受的拉力不得小于1.75×105N；
（2）此刻混凝土块C对地面的压力是1.4×105N；
（3）本次操作有2.975×107J机械能转化为电能。
【分析】（1）已知每一个混凝土块质量，根据G＝mg计算混凝土块的重力，由图乙可知该装置为动滑轮，由于电动机重、动滑轮重、绳重及摩擦均不计，根据FG计算钢丝绳能承受的最小拉力；
（2）杠杆恰好平衡时根据杠杆平衡条件可得FXLX＝FYLY，代入数据计算可得FY，根据F＝G﹣FY可得混凝土块C对地面的压力；
（3）根据W＝Gh计算降低100米重力做功可知本次操作有多少机械能转化为电能。
【解答】解：（1）每一个混凝土块质量为：m＝35t＝35×103kg＝3.5×104kg，
则混凝土块的重力：G＝mg＝3.5×104kg×10N/kg＝3.5×105N，
由图乙可知该装置为动滑轮，由于电动机重、动滑轮重、绳重及摩擦均不计，则钢丝绳能承受的最小拉力为：；
（2）杠杆恰好平衡时，FX＝G＝3.5×105N，LX＝18m，LY＝30m，
根据杠杆平衡条件可得FXLX＝FYLY，则：FY2.1×105N，
根据力的合成可得混凝土块C对地面的压力：F＝G﹣FY＝3.5×105N﹣2.1×105N＝1.4×105N；
（3）降低100米，重力做功为：W＝Gh＝3.5×105N×100m＝3.5×107J，
因发电效率为85%，则本次操作可发电为：W′＝W×85%＝3.5×107J×85%＝2.975×107J。
答：（1）吊起一个混凝土块，钢丝绳能承受的拉力不得小于1.75×105N；
（2）此刻混凝土块C对地面的压力是1.4×105N；
（3）本次操作有2.975×107J机械能转化为电能。
【点评】本题考查重力公式、杠杆平衡条件、做功公式、效率公式的灵活运用。
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【中考主线·名师攻略】中考科学二轮题型解读与强化训练
专题07 电与力结合综合分析问题
简单电路与力学基础结合：常以基本的串联或并联电路为基础，结合物体的受力分析。涉及电路中的电流、电压、电阻的计算，以及利用二力平衡等知识求解物体所受的力。如在一个简单的串联电路中，已知电源电压和电阻阻值，计算出电路中的电流，同时分析与电路中某一元件相连的物体在水平面上静止时所受的摩擦力等。
通电螺线管与简单机械结合：常出现通电导线在磁场中受力与杠杆、滑轮等简单机械的组合。结合磁场对通电导线的作用和简单机械的省力、费力原理等知识。
常考题型：欧姆定律与力的结合、电磁继电器与力的结合、电动机与力的结合。
本册资料习题均选自：中考真题、最新模拟题、联考题、名校模拟题等...
1．（2024 嘉兴一模）如图是拍摄机动车闯红灯的工作原理示意图。光控开关接收到红灯发出的光会自动闭合，压力开关受到机动车的压力会闭合，摄像系统在电路接通时可自动拍摄违章车辆。下列有关说法正确的是（　　）
A．只要光控开关接收到红光，摄像系统就会自动拍摄
B．机动车只要驶过埋有压力开关的路口，摄像系统就会自动拍摄
C．若将光控开关和压力开关并联，也能起到相同的作用
D．只有光控开关和压力开关都闭合时，摄像系统才会自动拍摄
【答案】D
【分析】（1）只有在红灯亮的期间，光控开关才闭合，若此时车辆违规闯红灯行驶时，会压上压力开关，压力开关受到机动车的压力会闭合；
（2）光控开关和压力开关都闭合后，电磁铁中有电流通过，产生磁性，电磁铁会将衔铁吸下，使摄像系统所在的电路接通，摄像机会对违规车辆进行拍照。
【解答】解：（1）分析题意可知，只有光控开关和压力开关都闭合时，摄像系统才会自动拍摄，因此A和B两个选项的说法是错误的；
（2）分析可见，光控开关和压力开关是相互牵制，相互影响的，因此这两个开关只能串联，不能并联，所以C选项的说法也是错误的。
故选：D。
【点评】（1）要使摄像系统工作，要同时具备两个条件：红灯亮起，光控开关因接受红光而闭合；车辆要违规行驶，压上压力开关，两个条件同时具备，缺一不可。
（2）此题也是电磁继电器在生活中的应用，明白它的工作原理是解决问题的关键。
2．（2024 临安区一模）如图所示是某同学设计的汽车尾气中CO排放量的检测电路．当CO浓度高于某一设定值时，电铃发声报警。图中气敏电阻R1的阻值随一氧化碳浓度的增大而减小。下列说法正确的是（　　）
A．电铃应该在A和B之间
B．当一氧化碳浓度升高，电磁铁磁性减弱
C．用久后，电源电压U1会减小，报警时一氧化碳最低浓度比设定值低
D．为使检测电路在一氧化碳浓度更低时报警，可将R2控制电路的滑片向上移
【答案】D
【分析】（1）（2）由题知气敏电阻R1阻值随CO浓度的增大而减小，由欧姆定律得出CO浓度升高时控制电路中电流的变化，根据影响电磁铁磁性强弱的因素可知电磁铁磁性的变化，结合电路分析电铃应接在什么位置；
（3）用久后，电源电压U1会减小，由欧姆定律可知，只有当R1阻值变小时，控制电路才能达到衔铁被吸下的最小电流，据此分析；
（4）在CO浓度更低时，气敏电阻R1阻值更大，因衔铁被吸下时的最小电流不变，由欧姆定律和电阻的串联分析滑片的移动方向。
【解答】解：AB、当CO浓度升高时，气敏电阻R1的阻值减小，控制电路的总电阻减小，电源电压不变，由欧姆定律可知控制电路中的电流增大，所以电磁铁的磁性增强；当CO浓度高于某一设定值时，衔铁被吸下，电铃发声报警，所以电铃应接在C和D之间，故AB错误；
C、用久后，电源电压U1会减小，由欧姆定律可知，只有当R1阻值变小时，控制电路才能达到衔铁被吸下的最小电流，结合题意可知报警时CO最小浓度比设定值高，故C错误；
D、在CO浓度更低时，气敏电阻R1阻值更大，因衔铁被吸下时的最小电流不变，由欧姆定律和电阻的串联可知I，在电源电压不变时，应减小变阻器R2的阻值，所以应将R2的滑片向上移，故D正确。
故选：D。
【点评】理解电磁继电器的工作原理，知道影响电磁铁磁性强弱的因素，运用欧姆定律判断电路中电流的变化，可解答此题。
3．（2024 宁波一模）小科同学在医院看到一个自动输液报警器，如图1所示。闭合开关，当输液报警器处输液管中有药液流过，绿灯亮，无药液流过，喇叭报警，小科运用自己所学知识和查找的资料设计了一个类似的自动输液报警器，如图2所示，如图3是光敏电阻阻值随光照强度变化的关系图，以下说法正确的选项是（　　）
A．电磁铁的上端是S极
B．输液管中没有药液流过时，控制电路线圈中的电流变大
C．当输液管内有药水时，LED灯发出的光将被会聚到光敏电阻上，衔铁吸下
D．调试时，输液管中有无药液流过都会报警，可减小线圈匝数改进
【答案】C
【分析】A.运用安培定则判断电磁铁上端的磁极；
B.当控制电路线圈中的电流变小时，电磁铁的磁性减弱，衔铁与上端的静触点接触，喇叭报警，警示输液管中没有药液流过；
C.根据图乙中光敏电阻的阻值与光照强度的关系，结合电磁继电器的工作原理分析；
D.在线圈匝数不变时，通过电磁铁的电流越大，电磁铁的磁性越强。
【解答】解：由图2知，控制电路是由定值电阻R和光敏电阻组成的串联电路，当控制电路中电流减小，电磁铁磁性减弱，衔铁在弹簧的作用下向上弹起，使动触点与上端的静触点接触，喇叭报警；
A.运用安培定则可知，电磁铁的上端是 N极，故A错误；
B.输液管中没有药液流过时，喇叭报警，说明衔铁与上端的静触点接触，电磁铁的磁性减弱，控制电路线圈中的电流应该是变小的，故B错误；
C.当输液管内有药水时，LED灯发出的光将被会聚到光敏电阻上，由图乙知光照强度增大，光敏电阻的阻值减小，控制电路电流增大，电磁铁磁性增强，衔铁会被吸下，故C正确；
D.调试时，输液管中有无药液流过都会报警，说明电磁铁的磁性较弱，换用电阻更小的R0，可以增大线圈中的电流从而增强电磁铁的磁性，故D错误；
故选：C。
【点评】本题是电磁继电器的应用，考查了串联电路的特点和欧姆定律的应用等知识，掌握电磁继电器的工作原理是关键。
4．（2024 滨江区二模）如图为某学生用所做的升降电梯模型模拟电梯的工作情况，电动机的拉力为F，动滑轮重为5N，在10s内将重20N的轿箱连同内部5N的物品一起匀速升高了1m，忽略绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　）
A．与电动机相连的绳端移动的速度为0.2m/s
B．与电动机相连的绳端拉力大小为12.5N
C．拉力F做功的功率为1.5W
D．滑轮组的机械效率为83.3%
【答案】A
【分析】（1）根据滑轮组装置确定绳子股数，利用v绳＝nv物求出绳子自由端移动的速度；
（2）忽略绳重和摩擦，根据F（G+G箱+G动）求出与电动机相连的绳端拉力大小；
（3）根据PFv绳求出拉力F做功的功率；
（4）根据η求出该滑轮组的机械效率。
【解答】解：A、由图可知，n＝2，绳子自由端移动的速度为：
v绳＝nv物0.2m/s，故A正确；
B、忽略绳重和摩擦，与电动机相连的绳端拉力大小为：
F（G+G箱+G动）（5N+20N+5N）＝15N，故B错误；
C、拉力F做功的功率为：
PFv绳＝15N×0.2m/s＝3W，故C错误；
D、该滑轮组的机械效率为：
η100%≈16.7%，故D错误。
故选：A。
【点评】本题考查了做功公式、功率公式和滑轮组拉力公式以及滑轮组机械效率公式的应用，明确额外功和滑轮组绳子的有效股数是关键。
5．（2023 鄞州区一模）如图甲所示，用由一个动滑轮和两个定滑轮组成的滑轮组，提升吊篮C及其中的货物A和电动机B。启动电动机，它所提供的拉力F随时间t的变化关系如图乙所示，吊篮上升的速度v和上升的高度h随时间t变化的关系分别如图丙和丁所示。若一切摩擦和绳重均可忽略不计，在1s～2s内，滑轮组的机械效率为90%，则下列说法中正确的是（　　）
A．在0～1s内，电动机提供的拉力所做的功为1100J
B．在1s～2s内，电动机提供的拉力的功率为1500W
C．在0～3s内，电动机提供的拉力的功率为1275W
D．动滑轮重为100N
【答案】A
【分析】（1）由图乙知，在0～1s内，电动机提供的拉力，由图丁知，吊篮上升上升的高度，根据s＝nh和W＝Fs计算拉力所做的功；
（2）从乙图中找出1～2s内对应的拉力，由丁图找出对应的物体上升的高度h，根据W＝Fnh就可以计算出拉力做的功，再根据P计算电动机提供的拉力的功率；
（3）由图乙知，0～3s内电动机提供的拉力，由丙图知，1～3s内吊篮匀速上升，求出吊篮2∽3s上升的高度h，根据W＝Fnh就可以计算出拉力做的功，再根据P计算电动机提供的拉力的功率；
（4）已知在1s～2s内，滑轮组的机械效率为90%，一切摩擦和绳重均可忽略不计，根据η、F（G+G动）可以计算出动滑轮重。
【解答】解：
A、由图乙知，在0～1s内，电动机提供的拉力F1＝550N，由图丁知，0～1s内吊篮上升上升的高度h1＝0.5m，
由图甲知，承担重物绳子的段数n＝4，所以s1＝4h1，
拉力所做的功：W1＝F1nh1＝550N×4×0.5m＝1100J，故A正确；
B、由图知，在1～2s内，电动机提供的拉力F2＝500N，由丁图知这段时间吊篮升高的高度h2＝1.5m﹣0.5m＝1m，
则s2＝4h2＝4×1m＝4m，
则拉力F做的功W2＝F2s2＝500N×4m＝2000J，
功率：P22000W，故B错误；
C、由乙图知，在1～3s内对应的拉力F＝500N，
由丙图知，1～3s内吊篮匀速上升，2∽3s升高的高度h3＝v3t3＝1m/s×1s＝1m，则s3＝4h3＝4×1m＝4m，
则拉力F做的功W3＝Fs3＝500N×4m＝2000J，
在0～3s内拉力做的总功为W＝1100J+2000J+2000J＝5100J，
功率P1700W；故C错误；
D、在1s～2s内，滑轮组的机械效率为90%，
η，
即：90% ①
一切摩擦和绳重均可忽略不计，F（G+G动），
即：500N（G+G动） ②
联立①②解得，G动＝200N，G＝1800N，故D错误。
故选：A。
【点评】本题考查了滑轮组特点、绳端拉力、功和功率以及机械效率的计算，能从图象获取每秒内绳端拉力、物体的速度、物体上升高度是解题的关键。
6．（2025 浙江模拟）如图所示，小明利用电磁继电器设计了一个水位自动报警装置。当水位未达到金属块M时，灯泡不亮。水位达到金属块M时，灯泡亮，则接线柱C应与 　B　 （选填“A”或“B”）相连，已知灯泡的规格为“12V 6W”，灯泡正常发光时的电流是 　0.5　 A。通电1min，灯泡消耗的电能是 　360　 J。
【答案】见试题解答内容
【分析】（1）由图可知，当水位未达到金属块M时，控制电路开路无电流，电磁铁无磁性，不能吸引衔铁，此时灯泡不亮，说明工作开路；当水位达到金属块M时，控制电路通电，电磁铁有磁性，吸引衔铁，灯泡亮，说明电路接通；据此可知工作电路的连接情况；
（2）根据P＝UI求出灯泡正常发光时的电流；根据W＝Pt求出通电1min，灯泡消耗的电能。
【解答】解：由图可知，当水位未达到金属块M时，控制电路开路无电流，电磁铁无磁性，不能吸引衔铁，此时灯泡不亮，则接线柱C与A没有连接；
当水位达到金属块M时，控制电路通电，电磁铁有磁性，吸引衔铁，灯泡亮，说明电路接通，则接线柱C应该与B连接；
由P＝UI可知，灯泡正常发光时的电流：I0.5A；
通电1min，灯泡消耗的电能：W＝Pt＝6W×1×60s＝360J。
故答案为：B；0.5；360。
【点评】本题考查电磁继电器的工作原理、电功率公式以及电功公式的应用，能正确分析电路是接通的关键。
7．（2024 温州一模）如图为某科学兴趣小组设计的温度自动报警器部分电路示意图，当温度上升至设定值t0时，通过电路中指示灯亮灭交替闪烁起到报警功能。（线圈、衔铁和温度计中水银的电阻均忽略不计）
（1）为了实现报警功能，应将指示灯串联在电路中 　A　 点。（用图中的字母表示）
（2）若电路中干电池电压为1.5伏，电池的容量为3安 时，可供规格为“1.5伏，1瓦”指示灯正常发光 　4.5　 小时。
【答案】（1）A；（2）4.5
【分析】（1）电源的两端被导线相连，则电源会被短路；
（2）根据p求出时间的大小。
【解答】解：（1）线圈、衔铁和温度计中水银的电阻均忽略不计，根据图示可知，当指示灯串联在B或C位置时，当温度上升至设定值t0时，电路接通，此时电源会被短路，所以指示灯只能接在A处，电路接通，通过指示灯有电流，灯泡发光，此时电磁铁具有磁性，吸引衔铁，使得动触点和静触点分离，电路中无电流，指示灯不发光，电磁铁失去磁性，衔铁回到原位置，使得动触点和静触点接触，电路接通，指示灯发光，从而实现指示灯亮灭交替闪烁；
（2）干电池电压为1.5伏，电池的容量为3安 时，则电池储存的电能为：W＝UIt＝1.5V×3安 时＝4.5W 时；
指示灯正常发光的时间为：t4.5h。
故答案为：（1）A；（2）4.5
【点评】本题考查了电磁继电器的工作过程、电功率计算公式的应用，难度不大。
8．（2024 西湖区校级模拟）某电热水器的电路包括控制电路和工作电路两部分，可通过电磁继电器自动控制，实现加热与保温挡位变换。其电路图如图所示，其中R1、R2为电热丝，R3为滑动变阻器，R为热敏电阻（置于电热水器水箱内），其阻值随温度的升高而减小。开关S1和S2可同时闭合或断开，红灯和绿灯是电热水器工作状态指示灯，红灯亮表示加热状态，绿灯亮表示保温状态。
（1）要确保电热水器正常工作，工作电路中接线柱的连接应是 　B　 （选填字母）。
A.①连②、③连④
B.①连③、②连④
C.①连④、②连③
（2）电热丝的电阻值R1　＜　 （选填“＞”“＝”或“＜”）R2。
（3）正常工作时，电热水器能将水加热到100℃（一个标准大气压下）后自动切换为保温挡。若想让电热水器将水加热到90℃后自动切换为保温挡，应将滑动变阻器的滑片向 　左　 （选填“左”或“右”）移至适当位置。
【答案】（1）B；（2）＜；（3）左。
【分析】（1）温度较低时，热敏电阻阻值较大，通过继电器中线圈的电流较小，衔铁被断开，①连③，工作电路处于加热状态，红灯亮，温度较高时，热敏电阻阻值较小，通过继电器中线圈的电流较大，衔铁被吸引，②与④连接，加热电路断开，处于保温状态；
（2）加热时，只有R1工作，保温时只有只有R2工作，由此判断电阻大小；
（3）控制电路R、R3串联，温度降低，R热敏电阻其阻值变大，结合串联电路电压规律，判断变阻器移动方向。
【解答】解：（1）温度较低时，热敏电阻阻值较大，通过继电器中线圈的电流较小，衔铁被断开，①连③，工作电路处于加热状态，红灯亮，温度较高时，热敏电阻阻值较小，通过继电器中线圈的电流较大，衔铁被吸引，②与④连接，加热电路断开，处于保温状态，故选B；
（2）加热时，只有R1工作，保温时，只有只有R2工作，根据P可知，P1＞P2时，R1＜R2；
（3）水加热到100℃时，控制电路工作，设此时R0＝R+R3，若使水加热到90℃时，控制电路工作，此时R0＝R'+R'3，因为热敏电阻R阻值随温度的升高而减小，
故R'＞R，则R3＜R'3，即滑动变阻器滑片向左移动。
故答案为：（1）B；（2）＜；（3）左。
【点评】本题考查了理解电磁继电器的工作特点、确定不同状态下工作电路的结构是关键。
9．（2024秋 杭州校级期末）在学习了电路的相关知识后，某项目化学习小组制作了一个体重秤，图甲是其电路结构图，R0为定值电阻，秤盘下方的电阻R为压敏电阻，其阻值随所受压力大小的变化关系图像如图乙所示。已知电源电压为6V保持不变，电压表量程0～3V，电流表量程0～0.6A。
（1）现要将电表改装为体重显示屏，要求体重越大，电表示数越大；你会选择哪个电表进行改装 　电流表　 （选填“电压表”或“电流表”）。
（2）当R0＝20Ω，电压表的示数为2V，则站在体重秤上人的重力为 　1000　 牛。
（3）保持体重秤的结构和电表量程不变，若想增大称量范围，可采取的改进方法有 　减小电源电压　 。
【答案】（1）电流表；（2）1000；（3）减小电源电压。
【分析】由电路图可知，压敏电阻R与定值电阻R0串联，电流表测电路中的电流，电压表测压敏电阻R两端的电压；
（1）体重越大时，压敏电阻受到的压力越大，由图乙可知压敏电阻R的阻值变化，根据串联电路的特点和欧姆定律分析电流表和电压表示数的变化；
（2）当R0＝20Ω，电压表的示数为2V，由串联电路的电压特点求出定值电阻两端的电压，根据欧姆定律求出电路中的电流，再根据欧姆定律求出压敏电阻的阻值，根据图像确定此时的压力，从而可知人的体重；
（3）保持体重秤的结构和电表量程不变，电流表量程0～0.6A，根据电流表示数最大为0.6A时，所测体重最大；要增大称量范围，即压敏电阻受到的压力更大，其阻值更小，由欧姆定律分析可采取的改进方法。
【解答】解：由图甲可知，压敏电阻R与定值电阻R0串联，电流表测电路中的电流，电压表测压敏电阻R两端的电压；
（1）体重越大时，压敏电阻受到的压力越大，由图乙可知压敏电阻R的阻值越小，则电路的总电阻越小，电路中的电流越大，由串联分压原理可知压敏电阻R两端的电压越小，即电压表的示数越小，定值电阻R0的电压越大，故电流表可以作为显示屏；
（2）当R0＝20Ω，电压表的示数为UR＝2V，
定值电阻R0两端的电压：U0＝U﹣UR＝6V﹣2V＝4V，
此时电路中的电流：I＝IR＝I00.2A，
此时压敏电阻的阻值：R10Ω；
根据乙图可知，此时压力F＝1000N；根据压力的大小等于重力，则站在体重秤上人的重力为1000N；
（3）保持体重秤的结构和电表量程不变，电流表量程0～0.6A，根据电流表示数最大为0.6A时，所测体重最大（即所测体重最大时，电路中电流保持0.6A不变）；要增大称量范围，即压敏电阻受到的压力更大，其阻值更小，由欧姆定律可知，应减小电源电压。
答：（1）电流表；（2）1000；（3）减小电源电压。
【点评】本题考查了串联电路的特点和欧姆定律的应用，属于中档题。
10．（2024秋 临海市校级月考）为解决老年人的出行困难，许多老旧小区加装了电梯并设置了超载自动报警系统，其工作原理如图甲所示。控制电路中的电流增大，电磁铁的磁性增强，当电磁铁线圈电流增大至20毫安时，衔铁被电磁铁吸住，电铃发出警报声，电梯超载；压敏电阻阻值与受到的压力关系如图乙所示。
（1）由乙图可知，压敏电阻R2的阻值随压力的增大而 　减小　 。
（2）已知控制电路的电源电压U为8伏，保护电阻R为200欧。若该电梯厢内乘客总质量为800千克时，通过计算说明电梯是否超载。（电梯底架自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计）
（3）如果想要降低电梯的限载质量，应该如何改动控制电路 　减小保护电阻R1的大小　 （写出一种方法即可）。
【答案】（1）减小；
（2）电梯没有超载；
（3）减小保护电阻R1的大小。
【分析】（1）根据图乙进行分析；
（2）根据欧姆定律和串联电路的特点计算报警时的电阻大，对照图象确定报警压力，若该电梯厢内乘客总质量为800千克时，计算出人的总重力与电梯的载重值进行比较。
（3）根据报警电流不变，电路的总电阻不变分析。
【解答】解：（1）从乙图可知，压敏电阻R2的阻值随压力的增大而减小；
（2）控制电路中的设定电流为20mA＝0.02A，由欧姆定律得，控制电路超载时的总电阻为：
R总400Ω，
控制电路中两电阻串联，由串联电路中的电阻规律知：R总＝R1+R2，则R2＝R总﹣R1＝400Ω﹣200Ω＝200Ω，
由图乙知，R2＝200Ω时，电梯的载重为9000N，当该电梯厢内乘客总质量为800千克时，电梯厢内乘客总重力为：G＝mg＝800kg×10N/kg＝8000N＜9000N，说明电梯没有超载。
（3）根据报警电流不变，电源电压不变时，电路的总电阻不变，降低电梯的限载质量，增大了压敏电阻大小，故减小保护电阻R1的大小。
故答案为：（1）减小；
（2）电梯没有超载；
（3）减小保护电阻R1的大小。
【点评】本题考查了电磁继电器和欧姆定律等相关知识，题目综合性强，难度较大。
11．（2024 富阳区一模）如图甲是某款无接触式的热风干手器，手伸向出风口时可吹出温度为35℃～45℃的热风，内部电路由控制电路和工作电路两部分构成，简化电路如图乙所示，控制电路中R为光敏电阻。已知该款干手器工作电路的额定功率为1100W，加热电阻丝阻值为48.4Ω，请你综合应用所学知识解答下列问题：
（1）手伸入舱内时光敏电阻R的阻值 　减小　 （选填“增大”“不变”或“减小”），衔铁被吸下，工作电路开始工作。
（2）该款无接触式的热风干手器正常工作时加热电阻丝的功率为多少W？
（3）在额定电压下正常工作时，烘干一次手用时10s，则烘干一次手的过程中消耗的电能全部转化为内能，能使多少kg的水温度升高5℃。[c水＝4.2×103J/（kg ℃）]
【答案】（1）减小；
（2）该款无接触式的热风干手器正常工作时加热电阻丝的功率为1000W；
（3）烘干一次手的过程中消耗的电能全部转化为内能，能使0.52kg的水温度升高5℃。
【分析】（1）手伸入舱内，衔铁被吸下，工作电路开始工作，说明电路中的电流增大，导致电磁铁的磁性增强，根据欧姆定律和电阻的串联可知电阻R的阻值变化；
（2）利用并联电路的电压特点和P＝UI求出加热电阻丝的电功率；
（3）根据Q吸＝W＝Pt求出水吸收的热量，根据Q吸＝cmΔt求出水的质量。
【解答】解：（1）手伸入舱内，衔铁被吸下，工作电路开始工作，说明电路中的电流增大，导致电磁铁的磁性增强，由I可知，控制电路的总电阻减小，则电阻R的阻值减小；
（2）根据乙图知，工作电路中，加热电阻与电动机并联，加热电阻丝的功率：P热1000W；
（3）由P可知，烘干一次手的过程中消耗的电能为W＝Pt＝1100W×10s＝11000J，
根据题意可知，水吸收的热量Q吸＝W＝11000J，
消耗的电能全部转化为内能，则可加热水的质量为：m0.52kg。
答：（1）减小；
（2）该款无接触式的热风干手器正常工作时加热电阻丝的功率为1000W；
（3）烘干一次手的过程中消耗的电能全部转化为内能，能使0.52kg的水温度升高5℃。
【点评】本题考查并联电路的特点、欧姆定律、电功率公式、电功公式以及吸热公式的应用，属于电热综合题，有一定的难度。
12．（2024春 嵊州市期末）为了节约用水，很多地方建有雨水蓄水池，下雨时，雨水通过专用管道流入蓄水池。未蓄满水时灯泡发光；当达到警戒水位时，控制电路中电流为60mA，衔铁刚好被吸合，工作电路会启动排水泵，将水排出，保证蓄水池的安全。图甲是蓄水池水位监测及排水电路的简化示意图。已知控制电路的电源电压保持3V不变，电阻R是定值电阻，线圈阻值忽略不计，压敏电阻RF装在蓄水池底部的压力传感器中，其阻值与蓄水池内水位深度的关系如图乙所示。
（1）通电后，螺线管上端为 　S　 （选填“N”或“S”）极。
（2）当蓄水池中未蓄水时，电流表的示数为40mA，求R的阻值。
（3）达到警戒水位时，水位深度为多少米？
（4）要想增大蓄水池的警戒水位深度，可对原控制电路做出的改进是 　更换定值电阻R，选用大于45Ω小于50Ω的定值电阻　 。
【答案】（1）S；（2）R的阻值为45Ω；（3）达到警戒水位时，水位深度2米；（4）更换定值电阻R，选用大于45Ω小于50Ω的电阻。
【分析】（1）由安培定则判断通电螺线管磁性；
（2）未蓄时压敏电阻的阻值已知，此时电流表的示数已知，求出此时控制的总电阻，总电阻减去压敏电阻就是R的阻值；
（3）根据到达警戒水位时的电流，可求出此时控制电路的总电阻，R的电阻已知，可求出此时RF，通过乙图可知水深；
（4）增大蓄水池的警戒水位深度，就要减小RF，因为RF等于警戒时的总电阻减去定值电阻R，这样可适当增大定值电阻R的阻值；
【解答】解：（1）由安培定则可知螺线管上端为S极；
（2）未蓄时压敏电阻的阻值RF＝30Ω，此时电流表示数I＝40mA，控制电路的总电阻75Ω，所以R＝R总﹣RF＝75Ω﹣30Ω＝45Ω；
（3）到达警戒水位时的电流I1＝60mA，此时控制电路中的总电阻R总150Ω，所以RF＝R总1﹣R＝50Ω﹣45Ω＝5Ω，从乙图可知此时水深2m；
（4）增大蓄水池的警戒水位深度，就要减小RF，RF＝R总1﹣R，所以可适当增大定值电阻R，可选用大于45Ω小于50Ω的电阻；
故本题答案为：（1）S；（2）R的阻值为45Ω；（3）达到警戒水位时，水位深度2米；（4）更换定值电阻R，选用大于45Ω小于50Ω的电阻。
【点评】本题考查了电磁继电器控制电路控制蓄水池水位的原理。
13．（2025 东阳市模拟）有一种电加热恒温箱，工作原理如图a所示，控制电路由电压U1＝6V的电源、电磁继电器（线圈电阻R额＝20Ω）、滑动变阻器R0（50Ω 1A）和热敏电阻R1组成。工作电路由电压为U2＝220V的电源、阻值为48.4Ω的电热丝R2组成。当控制电路中的电流达到0.05A时，衔铁被吸下来，触点处断开，工作电路停止工作，当控制电路中的电流小于0.05A时，衔铁被弹回，触点处接通，加热电路正常工作。热敏电阻R1的阻值随温度变化关系如图b所示。
（1）分析图b可知，热敏电阻R1的阻值随温度的升高而 　减小　 。
（2）工作电路正常工作1min，求电热丝R2产生的热量。
（3）通过调节控制电路中滑动变阻器R0接入电路的阻值，就能调节恒温箱中需要设定的不同温度，则恒温箱能够设定的最高温度值是多少？（写出解答过程）
（4）若要提高恒温箱能够设定的最高温度值，请说出两种改进方法：　减小U1的值或增大R0的最大阻值　 。
【答案】（1）减小；（2）电热丝R2产生的热量为6×104；
（3）通过调节控制电路中滑动变阻器R0接入电路的阻值，就能调节恒温箱中需要设定的不同温度，则恒温箱能够设定的最高温度值是80℃；
（4）减小U1的值或增大R0的最大阻值。
【分析】（1）由图b直接得出热敏电阻R1的阻值与温度的关系；
（2）工作电路正常工作1min，根据Q＝W＝UItt求出电热丝R2产生的电热；
（3）由题意可知，控制电路的电压和电磁铁吸合时的电流，根据欧姆定律求出电路中的总电阻，根据热敏电阻R1的阻值随温度的升高而减小可知，R1的阻值最小时，恒温箱达到能够设定的最高温度值，而R0的阻值最大时R1的阻值最小，根据电阻的串联求出R1的最小阻值，根据图b可知恒温箱能够设定的最高温度值；
（4）由图b可知，要提高恒温箱的设定温度，就要减小热敏电阻的阻值，据此进行解答。
【解答】解：（1）由图b可知，热敏电阻R1的阻值随温度的升高而减小；
（2）工作电路正常工作1min，电热丝R2产生的电热：
Q＝Wt60s＝6×104J；
（3）由题意可知，控制电路的电压U1＝6V，恒温箱达到设定的最高温度时，控制电路中的电流为I1＝0.05A，
由I可得，电路的总电阻：
R总120Ω，
因热敏电阻R1的阻值随温度的升高而减小，
所以，R1的阻值最小时，恒温箱达到能够设定的最高温度值，
当R0的阻值最大时，R1的阻值最小，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以，R1的最小阻值：
R1小＝R总﹣R线﹣R0大＝120Ω﹣20Ω﹣50Ω＝50Ω，
由图b可知，恒温箱能够设定的最高温度值是80℃；
（4）由图b可知，要提高恒温箱的设定温度，就要减小热敏电阻的阻值，
当电源的电压和电磁铁吸合时的电流不变时，要减小热敏电阻的阻值，应增大R0的最大阻值；
当电磁铁吸合时的电流和R0的最大阻值不变时，要减小热敏电阻的阻值，应减小控制电路的电压U1等。
答：（1）减小；（2）电热丝R2产生的热量为6×104；
（3）通过调节控制电路中滑动变阻器R0接入电路的阻值，就能调节恒温箱中需要设定的不同温度，则恒温箱能够设定的最高温度值是80℃；
（4）减小U1的值或增大R0的最大阻值。
【点评】本题考查了电热公式和串联电路特点以及欧姆定律的应用等，从图象中获取有用的信息和明白电加热恒温箱的工作原理是关键。
14．（2024 东阳市二模）我省实施“清凉工程”。某校共36个班级，现每个班级各安装一台空调，空调制冷额定功率为3000瓦。
（1）为了让空调能正常使用，需对线路进行改造。请解释：线路改造时换用更粗电线或为空调电路设置独立的线路的原因。
（2）若36个班级同时使用空调，以制冷额定功率工作1小时计，空调共消耗多少电能？
（3）为使教室内温度控制在一定范围内，研习小组设计并安装了如图甲的自动控制模拟电路。R1为热敏电阻，阻值随温度变化如图乙所示；R0是阻值为30欧的定值电阻；线圈电阻忽略不计。工作原理：电磁继电器电流大于等于0.2A时，衔铁下吸；当电流小于0.2A时，衔铁自动弹回。当温度达到34℃时，空调会自动开始工作。
求：该套装置设定教室的温度范围。
【答案】（1）使用大功率空调会使线路电流增大，细电线，电阻大，根据焦耳定律，相同时间产热多，能耗大且容易导致导线烧毁，甚至造成火灾：电线粗，电阻小，产热小，能耗少保证电路安全，不易烧毁。
（2）若36个班级同时使用空调，以制冷额定功率工作1小时计，空调共消耗108kW h的电能。
（3）该套装置设定教室的温度范围是26℃～34℃。
【分析】（1）大功率用电器正常工作时，电路中的电流较大，根据焦耳定律，相同时间内产生的热量较多。
（2）根据W＝Pt进行计算。
（3）根据欧姆定律进行计算。
【解答】解：（1）使用大功率空调会使线路电流增大，细电线，电阻大，根据焦耳定律，相同时间产热多，能耗大且容易导致导线烧毁，甚至造成火灾：电线粗，电阻小，产热小，能耗少保证电路安全，不易烧毁。
（2）若36个班级同时使用空调，以制冷额定功率工作1小时计，空调共消耗的电能为：W＝Pt＝3kW×36×1h＝108kW h；
（3）由图乙可知，此时温度为34℃；根据欧姆定律可知：；
磁继电器电流大于等于0.2A时，衔铁下吸；当电流小于0.2A时，衔铁自动弹回，所以有：
此时电路中的电流为：；
根据并联电路的电流规律有：I1＝I﹣I0＝0.2A﹣0.1A＝0.1A；
此时热敏电阻的阻值为：，由图乙可知，此时温度为26℃综上所述，温度范围为26℃～34℃。
答：（1）使用大功率空调会使线路电流增大，细电线，电阻大，根据焦耳定律，相同时间产热多，能耗大且容易导致导线烧毁，甚至造成火灾：电线粗，电阻小，产热小，能耗少保证电路安全，不易烧毁。
（2）若36个班级同时使用空调，以制冷额定功率工作1小时计，空调共消耗108kW h的电能。
（3）该套装置设定教室的温度范围是26℃～34℃。
【点评】本题考查的是电磁继电器的基本原理；会利用欧姆定律、电能公式和焦耳定律进行分析和计算。
15．（2025春 象山县校级月考）如图甲是一种新型吊运设备的简化模型示意图，虚线框里是滑轮组（未画出），滑轮组绳子的自由端由额定电压为220V的电动机拉动，定滑轮的轴固定在B点。在一次作业中，吊运设备匀速竖直提升物体时，绳子自由端的拉力为312.5N，此时滑轮组的机械效率为80%，被提升的物体上升的速度为0.24m/s，电动机做的功跟时间的变化关系如乙图所示。不考滑轮组绳子的质量、滑轮与轴和绳子间的摩擦。
（1）求此次作业中被提升物体的重力；
（2）此次作业中，电动机的输入电流为1.5A，求电动机工作时每秒钟产生的热量；
（3）第二次作业中，利用该设备以相同的速度匀速提升重为2000N的物体，求作用在绳子自由端的拉力。
【答案】见试题解答内容
【分析】（1）由图像可知t＝5s时电动机做的功，已知滑轮组的机械效率，根据η100%得出做的有用功；
已知被提升的物体上升的速度，由速度公式求出物体5s上升的高度；
根据W＝Gh求出被提升提升物体的重力；
（2）已知电动机的输入电流和工作时的电压，根据W＝UIt得出电动机工作5s消耗的电能；
由Q＝W﹣W电动机得出电动机工作5s产生的热量，从而得出电动机工作时每秒钟产生的热量；
（3）在第一次作业中，根据W＝Fs得出绳子自由端在5s内移动的距离；由s＝nh得出吊动滑轮的绳子股数，根据W额外＝W电动机﹣W有用得出额外功，因不考滑轮组绳子的质量、滑轮与轴和绳子间的摩擦，故克服动滑轮重力做的功为额外功的唯一来源，根据功的公式得出动滑轮的重力，根据F′求出第二次作业中的拉力大小。
【解答】解：（1）由图像知，t＝5s时电动机做的功：W电动机＝1500J，
因此时滑轮组的机械效率为80%，根据η100%，
故做的有用功：
W有用＝W总×η＝1500J×80%＝1200J；
被提升的物体上升的速度为0.24m/s，由速度公式v，物体5s上升的高度：
h＝vt＝0.24m/s×5s＝1.2m；
根据W＝Gh，被提升提升物体的重力：
G1000N；
（2）电动机的输入电流为1.5A，电动机工作5s消耗的电能：
W＝UIt＝220V×1.5A×5s＝1650J，
电动机工作5s产生的热量：
Q＝W﹣W电动机＝1650J﹣1500J＝150J，
电动机工作时每秒钟产生的热量为30J；
（3）在第一次作业中，绳子自由端的拉力为312.5N，由W＝Fs，绳子自由端在5s内移动的距离：
s4.8m；
吊动滑轮的绳子股数：n4，
W额外＝W电动机﹣W有用＝1500J﹣1200J＝300J；
不考滑轮组绳子的质量、滑轮与轴和绳子间的摩擦，故克服动滑轮重力做的功为额外功的唯一来源，动滑轮的重力：
G动250N；
不考滑轮组绳子的质量、滑轮与轴和绳子间的摩擦，第二次作业中，拉力：
F′562.5N。
答：（1）此次作业中被提升物体的重力为1000N；
（2）此次作业中，电动机的输入电流为1.5A，电动机工作时每秒钟产生的热量为30J；
（3）第二次作业中，利用该设备以相同的速度匀速提升重为2000N的物体，作用在绳子自由端的拉力为562.5N。
【点评】本题为力、电综合题，考查速度公式、功的公式、效率公式、作用在绳子自主端拉力的公式的运用，关键是从图中获取有效的信息。
16．（2024 绍兴模拟）根据电动扶梯“有人乘时运行较快，无人乘时运行较慢”的特点，项目化学习小组设计了它的工作电路如图甲。该电路由“控制电路”和“工作电路”两部分组成，其中“控制电路”由压敏电阻R、滑动变阻器R1电磁铁、电压为9伏的电源U1等组成，压敏电阻的阻值与所受压力的变化关系如图乙；“工作电路”由电源、电动机、定值电阻等组成。无人乘时电动扶梯以较慢的速度运行，当控制电路的电流增大到设定值10毫安，衔铁被吸下，电动机功率增大，电动扶梯运行速度变快。（电磁铁线圈电阻忽略不计）
（1）请将图甲中“工作电路”补充完整，使电路设计能满足实际工作情况的需要。
（2）根据图乙，压敏电阻所受的压力F增大，压敏电阻R的阻值将 　减小　 （选填“增大”、“不变”或“减小”）。
（3）若滑动变阻器R1接入电路的阻值为300欧，某次运行时，通过电磁铁线圈的电流恰好达到10毫安，则此时电动扶梯载重为多少？
（4）在保持设定电流10毫安不变的情况下，若要使自动扶梯在更小的载重下就能实现快速运行，如何改进？（写出一点改进意见）
【答案】（1）如图；（2）减小；（3）电动扶梯载重为400N；（4）①减小电路的总电阻，即滑动变阻器R1接的滑片向左移动；②增大电源电压。
【分析】（1）根据压力的大小判定控制电路中电流的大小；有人乘坐时，电梯运行快，说明电路中的电流大；无人乘时运行较慢，说明电路中的电流小；根据串联电路的电阻关系分析电路的连接方式；
（2）根据图乙得出结论；
（3）根据电路中的电流和电阻R1的阻值，利用欧姆定律计算出压敏电阻的阻值，结合图乙，找出电动扶梯受到的压力，重力与压力相同，即可求出电动扶梯载重；
（4）要求质量更小的人站上电梯就能使其较快运行，此时的压力变小，电路的总电阻变大，由于吸合电流不变，则需要增大电路中的电流，据此分析。
【解答】解：（1）有人乘坐时，压力大，则压敏电阻的阻值小，根据欧姆定律可知，控制电路中的电流变大，电磁铁磁性增强，衔铁被吸下；工作电路中的电梯运行快，说明工作电路中的电流大，根据欧姆定律可知，电路中的电阻小，故应该只让电动机接入电路；
无人乘时，压力小，则压敏电阻的阻值大，根据欧姆定律可知，控制电路中的电流变小，电磁铁磁性减弱，衔铁被拉起；无人乘时运行较慢，说明工作电路中的电流小，根据欧姆定律可知，电路的总电阻大，则电动机和定值电阻串联，如图所示：
；
（2）根据图像乙可知，当压力增大时，压敏电阻的阻值变小，即压敏电阻的阻值随压力的增大而减小；
（3）控制电路中，定值电阻R1与压敏电阻R串联，且R1＝300Ω，通过电磁铁线圈的电流恰好达到10毫安，即I＝10mA＝0.01A，根据欧姆定律，此时电路中的总电阻为：
R总
根据串联电路中电阻的规律，此时压敏电阻阻值为：
R＝R总﹣R1＝900Ω﹣300Ω＝600Ω
由图乙可知，此时压敏电阻的阻值为600Ω时，对电梯的压力为：
F＝400N；
对电梯的压力也就是电动扶梯的载重，因此电动扶梯载重为：
G＝F＝400N。
（4）要求质量更小的人站上电梯就能使其较快运行，质量变小，重力变小，则对电梯的压力变小，根据图甲可知，此时力敏电阻的阻值变大，控制电路的总电阻变大，根据欧姆定律可知，电路中的电流变小，由于吸合电流不变，要使此时的电流达到吸合电流，则需要增大电路中的电路，故采取的方法是：①减小电路的总电阻，即滑动变阻器R1接的滑片向左移动；②增大电源电压。
故答案为：（1）如图；（2）减小；（3）电动扶梯载重为400N；（4）①减小电路的总电阻，即滑动变阻器R1接的滑片向左移动；②增大电源电压。
【点评】本题考查了欧姆定律的应用、电路图的连接、电磁继电器的工作原理，明确串联电路的特点是解题的关键。
17．（2024秋 杭州校级月考）图甲是海上打捞平台装置示意图，使用电动机和滑轮组将实心物体A从海底竖直向上始终以0.05m/s的速度匀速吊起，图乙是物体A所受拉力F随时间t变化的图像（不计摩擦、水的阻力及绳重，忽略动滑轮受到的浮力，）。物体A完全浸没在水中时，滑轮组的机械效率为80%，请解答下列问题：
（1）物体A完全浸没时受到的浮力为多少？
（2）动滑轮的重力为多少？
（3）求当电动机物体A完全离开水面后，滑轮组的机械效率是多少？
【答案】（1）物体A完全浸没时受到的浮力为1×104N；
（2）动滑轮的重力为5000N；
（3）当物体A完全离开水面后，滑轮组的机械效率是85.7%。
【分析】（1）当物体在水中时，排开水的体积不变、受到水的浮力不变，拉力较小，拉力F1＝G﹣F浮；当物体露出水面时，拉力较大，拉力F2＝G；据此求物体受到的浮力；
（2）不计摩擦、水的阻力及绳重，物体A完全浸没在水中时滑轮组的机械效率η，据此求动滑轮体重力；
（3）当物体A完全离开水面后，滑轮组的机械效率η′，据此求出物体A完全离开水面后，滑轮组的机械效率。
【解答】解：（1）当物体浸没在水中时，由于物体受到水的浮力，所以此时滑轮组对物体的拉力较小，由图乙可知，此时滑轮组对物体的拉力F1＝2×104N，
当物体完全露出水面后，拉力较大，由图乙可知，此时滑轮组对物体的拉力F2＝G＝3×104N，
则物体浸没在水中时受到的浮力：
F浮＝G﹣F1＝3×104N﹣2×104N＝1×104N；
（2）不计摩擦、水的阻力及绳重，物体A完全浸没在水中时，滑轮组对物体的拉力F1做的功为有用功，此时滑轮组的机械效率为：
解得：G轮＝5000N；
（3）当物体A完全离开水面后，滑轮组的机械效率为：
η′100%≈85.7%。
答：（1）物体A完全浸没时受到的浮力为1×104N；
（2）动滑轮的重力为5000N；
（3）当物体A完全离开水面后，滑轮组的机械效率是85.7%。
【点评】本题考查了称重法求浮力和滑轮组机械效率公式的应用，利用好题图、从中获取有用信息是关键。
18．（2024 浙江模拟）如图甲所示是某兴趣小组设计的家庭燃气报警器电路示意图，其中电源电压保持恒定，R1是由气敏材料制成的传感器，其阻值与燃气（主要成分为甲烷）的浓度的关系如下表：R2为滑动变阻器通过移动滑片P的位置来设定燃气报警值：两个小灯泡的额定功率均为6W均能正常工作，该报警器初始设置在3%的燃气浓度报警，此时电流表的读数为0.3A，电磁铁A恰好能将衔铁B吸下（电磁铁线圈阻值忽略不计）
R1阻值与天然气的关系
燃气浓度 传感器阻值Ω
0% 55
2% 33
4% 23
6% 20
（1）报警器报警时，　L1　 灯亮。（选填“L1”或“L2”）
（2）该报警器初始设置在3%的燃气浓度报警，测试时，报警器传感器始终处于3%的燃气中，闭合开关S，滑动变阻器滑片P从一端移到另一端，测得电压表示数U与电流表示数的关系如图乙所示，则该报警器在待机时（燃气浓度为0%）消耗的总电功率为多少？
（3）若想让上述报警器在燃气浓度达到2%时就报警，那么该如何调节滑动变阻器，并请简述其中的科学原理。
【答案】见试题解答内容
【分析】（1）报警器报警时，电磁铁A恰好能将衔铁B吸下，由图甲可知发光的灯泡；
（2）由甲电路图可知，控制电路中R1、R2串联，电压表测R2两端的电压，电流表测电路中的电流，当R2接入电路中的电阻为零时，电路中的电流最大，根据图乙读出电路中的电流，根据欧姆定律表示出电源的电压；该报警器初始设置在3%的燃气浓度报警，电路图的电流I＝0.3A时，电压表的示数U2＝3V，根据欧姆定律求出变阻器接入电路中的电阻，根据电阻的串联和欧姆定律表示出电源的电压，然后联立等式即可求出电源的电压和R1的阻值；由表格数据可知，该报警器在待机时，气敏电阻的阻值，根据电阻的串联和P＝UI求出控制电路消耗的总功率，然后加上L2的电功率即为总功率；
（3）要使在燃气浓度达到2%时就报警，此时的电流为0.3A，由表格数据可知气敏电阻的阻值，根据欧姆定律求出电路中的总电阻，利用电阻的串联求出滑动变阻器接入电路中的电阻。
【解答】解：（1）报警器报警时，电磁铁A恰好能将衔铁B吸下，由图甲可知，L1灯亮；
（2）由甲电路图可知，控制电路中R1、R2串联，电压表测R2两端的电压，电流表测电路中的电流，
当R2接入电路中的电阻为零时，电路中的电流最大，图乙可知，I大＝0.4A，
由I可得，电源的电压：
U＝I大R1＝0.4A×R1﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
该报警器初始设置在3%的燃气浓度报警，电路图的电流I＝0.3A时，电压表的示数U2＝3V，
则变阻器接入电路中的电阻：
R210Ω，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以，电源的电压：
U＝I（R1+R2）＝0.3A×（R1+10Ω）﹣﹣﹣﹣﹣②
由①②可得：U＝12V，R1＝30Ω，
由表格数据可知，该报警器在待机时，气敏电阻的阻值R1′＝55Ω，
则控制电路消耗的总功率：
P控制2.2W，
该报警器在待机时消耗的总电功率：
P＝P控制+PL2＝2.2W+6W＝8.2W；
（3）要使在燃气浓度达到2%时就报警，此时的电流为0.3A，气敏电阻的阻值R1″＝33Ω，
此时电路中的总电阻：
R40Ω，
则滑动变阻器接入电路中的电阻：
R2′＝R﹣R1″＝40Ω﹣33Ω＝7Ω。
答：（1）L1；
（2）该报警器在待机时消耗的总电功率为8.2W；
（3）上述报警器在燃气浓度达到2%时就报警，调节滑动变阻器接入电路中的电阻为7Ω；
当燃气浓度达到2%时，R1和R2的总电阻达到40Ω，电路中的电流达到0.3A，报警器报警。
【点评】本题考查了电磁继电器的使用和串联电路的特点、欧姆定律、电功率公式的应用，从表格和图象中获取有用的信息以及明白报警器的工作特点是关键。
19．（2024春 洞头区期中）近年来，温州将游泳项目纳入体育中考。若同学在练习游泳时没有做好热身，可能会发生溺水的危险。为此某科学兴趣小组开展制作防溺水装置的项目化学习。
【项目名称】制作自动防溺水手环。
【相关资料】如图甲是智能识别防溺水手环装置的示意图，当心跳传感器检测到人体脉搏心率大于100次/分钟，同时装置达到设定的水深h时，系统即判定为溺水，立即启动气囊救生装置，打开液体气瓶对救生气囊充气，带动人体浮出水面。
【方案设计】小组同学讨论后，利用磁性开关和压敏电阻对防溺水手环的智能识别电路部分进行设计，要求当磁性达到一定值时，气囊救生装置中的磁性开关自动闭合。
（1）【器材选择】根据上述要求，该兴趣小组的同学从实验室选择所需器材，其中，电源电压U1恒为2伏，滑动变阻器规格为“2安 100欧”，磁性开关是一种常开型开关如图乙，该开关在没有外力作用的情况下处于打开状态，当有人拨动开关按钮或由自动装置控制开关拨动时，开关闭合。要想实现防溺水手环的功能，他们选择的压敏电阻R1的阻值大小随压力大小变化的图像应为 　D　 。
A.B.
C.D.
（2）【项目调试】该组同学组装好电路后开始测试，闭合开关S，发现当压敏电阻受到的压力为5N时，气囊救生装置开始工作，已知滑动变阻器Rp＝40Ω，计算此时使磁性开关刚闭合时电流为多大？（心跳传感器与电磁铁的电阻忽略不计） 　0.02A　 （写出具体的计算过程）。
（3）【项目评价与反思】若在实际操作过程中发现该气囊救生装置不到限定深度h便启动了，可以如何改进电路？　增大滑动变阻器的电阻或减小电源电压　 （任写两种方法）。
【答案】（1）D；（2）0.02A；（3）增大滑动变阻器的电阻或减小电源电压。
【分析】（1）根据压力增大时，磁性增强，说明电路中的电流变大分析；
（2）根据图像确定电阻大小，根据串联电路的特点和欧姆定律计算电流；
（3）开关闭合时磁性不变，电路中的电流不变，结合欧姆定律和串联电路的特点分析。
【解答】解：（1）当磁性达到一定值时，气囊救生装置中的磁性开关自动闭合，说明深度增大时，压力增大，磁性增强，电路中电流增大，故电压减小，符合题意是D。
（2）当压敏电阻受到的压力为5N时，根据D图压敏电阻R1＝60Ω，滑动变阻器Rp＝40Ω，电路的总电阻R＝R1+Rp＝40Ω+60Ω＝100Ω；
电路中的电流I0.02A；
（3）若在实际操作过程中发现该气囊救生装置不到限定深度h便启动了，说明压敏电阻较大时，电流达到了动作电流，故应减小电流，即增大滑动变阻器的电阻或减小电源电压。
故答案为：（1）D；（2）0.02A；（3）增大滑动变阻器的电阻或减小电源电压。
【点评】本题考查串联电路的特点和欧姆定律的应用，属于中档题。
20．（2025 上城区校级模拟）入冬，温度骤降。为了避免鱼缸中的热带鱼抵抗不了低温，老师发布任务要求。
设计一款自动加热装置放在鱼缸中，并将相关指标设计了量表（如表所示）
评价指标 10分 5分 0分
加热效率 加热功率大于30W 加热功率在15﹣30W之间 加热功率小于15W
自动化 能在低温时自动加热，高温时自动断开 能在低温时自动加热，但高温时无法自动断开 无法自动加热
小科利用电磁铁设计以下电路，在工作电路中电源电压U0为12V，电热丝电阻R0为6Ω；控制电路中电源电压U1为6V，电磁铁对衔铁的吸引力在不同电流和不同距离下的大小关系如图乙所示，Rx为热敏电阻，阻值随水温的变化规律如图丙所示，电磁铁和衔铁的阻值忽略不计：
（1）请通过计算分析小科的设计在加热效率指标上所得分数。
（2）针对自动化指标，小科的设计能达到10分。当温度降到一定值，衔铁被吸起，工作电路连通，开始加热；当温度上升到一定值，衔铁自动掉落，工作电路断开，停止加热。若小科选择的衔铁质量为0.5千克，请计算小科该设计能保证鱼缸的最低温度为多少。
（3）若小科想利用该装置，使鱼缸的最高水温稍微提高一些，可以采取以下措施 　增大控制电路的电源电压U1　 。（写出一点即可）
【答案】（1）小科的设计在加热效率指标上所得分数为5分；
（2）小科该设计能保证鱼缸的最低温度为9℃；
（3）增大控制电路的电源电压U1（或在控制电路中并联一个电阻，或增加电磁铁线圈的匝数，或缩短衔铁与静触头之间的距离，或减小衔铁的质量）。
【分析】（1）根据P＝UI求出小义的设计电路的加热功率，结合量表分析回答；
（2）根据G＝mg求出衔铁的重力，当衔铁被吸起时，由图乙确定电路中的电流，根据欧姆定律求出Rx的阻值，利用图丙确定鱼缸的最低温度；
（3）根据图乙可知吸引力增大时控制电路中电流变化量的变化，根据欧姆定律可知热敏电阻阻值变化量的变化，结合图丙可知温度变化量的变化。
【解答】解：（1）在工作电路中电源电压U0为12V，电热丝电阻R0为6Ω，则加热功率为：P24W，
由量表可知，小科的设计在加热效率指标上所得分数为5分；
（2）衔铁的重力为：G＝mg＝0.5kg×10N/kg＝5N；
当电磁铁距衔铁s＝4cm，温度降到一定值，衔铁被吸起，此时电磁铁对衔铁的吸引力F＝G＝5N，由图乙可知，控制电路中的电流为0.4A，此时控制电路中电流较大，由欧姆定律可知热敏电阻Rx的阻值较小，结合图像可知此时鱼缸的温度较低；
则Rx的阻值为：Rx15Ω，由图丙可知，此时鱼缸的温度为9℃，即小科该设计能保证鱼缸的最低温度为9℃；
（3）利用该装置，使鱼缸的最高水温稍微提高一些，即温度上升到原来的最高水温时，衔铁不会自动掉落，说明与之前相比电磁铁的磁性增强了，根据影响电磁铁磁性强弱的因素可知，可以增大控制电路中的电流（结合欧姆定律可知，可以增大控制电路的电源电压U1、在控制电路中并联一个电阻），也可以增加电磁铁线圈的匝数，根据图乙可知还可以缩短衔铁与静触头之间的距离，当然也可以减小衔铁的质量。
答：（1）小科的设计在加热效率指标上所得分数为5分；
（2）小科该设计能保证鱼缸的最低温度为9℃；
（3）增大控制电路的电源电压U1（或在控制电路中并联一个电阻，或增加电磁铁线圈的匝数，或缩短衔铁与静触头之间的距离，或减小衔铁的质量）。
【点评】本题考查欧姆定律、电功率公式和电磁铁的应用，从题中准确获取信息是关键。
21．（2024 鹿城区校级二模）某型号电开水器既能加热煮水，又能贮水保温。其结构示意图如图甲所示，电路原理图如图乙所示。
【电路简介】
工作电路：冷水由进水口进入煮水箱，当水位达到设定高度后，浮球浮起，带动连杆和活塞转动，堵住进水口，同时开关S2自动闭合，煮水箱中的电热丝R1开始加热。水沸腾后经出水管溢出到贮水箱，煮水箱水位下降，进水口打开，开始进水，同时S2自动断开。重复上述过程，直至贮水箱中的水量达到设定值，由贮水箱中的电热丝R2加热保温。
控制电路：电磁铁La和Lb完全相同，当通过的电流增大到I吸时，衔铁K1、K2被吸起；当通过的电流减小到Ⅰ放时，衔铁K1、K2被释放，I吸＞Ⅰ放；压敏电阻RP可感知贮水箱中的水量，其阻值随水量的增大而减小；热敏电阻Rr可感知贮水箱中的水温，其阻值随水温的增大而减小。
（1）在图甲中，浮球、连杆和活塞这一整体属于简单机械中的 　杠杆　 。
（2）在某次调试过程中，小明监测并记录30分钟内通过A点的电流大小，见表。已知R1＜R2，工作电路电源电压为220伏，则在这30分钟内，电热丝R1消耗的电能为多少焦？
时间 前10分钟 中间10分钟 后10分钟
电流 10安 10秒钟电流为零，50秒钟电流为10安；如此反复进行。 15秒钟电流为3安，45秒钟电流为零；如此反复进行。
（3）请结合图甲、乙说明随着煮水箱中的水不断沸腾溢出到贮水箱后，该电开水器能实现自动贮水保温的工作原理。 　贮水箱贮水工作原理：是通过煮水箱中的水不断沸腾溢流到贮水箱，当贮水箱的水量到达设定值时，压敏电阻的阻值Rr较小小，控制电路中的RP支路的电流达到I吸，衔铁K1被吸起，切断加热电阻R1的工作回路，停止煮水箱水的溢流；
贮水箱保温工作原理：当贮水箱水温较高时，热敏电阻的阻值较小，控制电路RT支路中的电流到达I吸，衔铁K2吸起，贮水箱保温电路切断，当贮水箱中的水温较低时，热敏电阻的阻值变大，控制电路中RT支路中的电流达到I放，贮水箱保温电路接通，电阻R2工作，进行贮水箱保温　 。
【答案】（1）杠杆；（2）电热丝R1消耗的电能是2.42×106；（3）见解答。
【分析】（1）当水位高时，浮球受到浮力的作用上浮，以O为支点，活塞下移堵住进水口，浮球、连杆和活塞组成简单的杠杆；
（2）消耗的电能W＝IUt计算，在前20分钟工作电流I为10A，工作时间1100s，后10min工作电流为3A，由R1＜R2可知，后10minR2在工作，R1未工作；
（3）贮水箱贮水工作原理：是通过煮水箱中的水不断沸腾溢流到贮水箱，当贮水箱的水量到达设定值时，通过控制电路中切断加热电路，停止水的溢流实现的；
贮水箱保温工作原理：当贮水箱水温较高时，通过控制电路，切断保温电路R2的工作回路，当贮水箱温度较低时，通过控制电路接通保温电路工作。
【解答】解：（1）当水位高时，浮球受到浮力的作用上浮，以O为支点，活塞下移堵住进水口，故浮球、连杆和活塞整体是简单机械的杠杆；
（2）测试中30分钟，电阻丝R1消耗的电能W＝I1Ut＝10A×220V×（600s+50s×10）＝2.42×106J；
（3）贮水箱贮水工作原理：是通过煮水箱中的水不断沸腾溢流到贮水箱，当贮水箱的水量到达设定值时，压敏电阻的阻值Rr较小，控制电路中的RP支路的电流达到I吸，衔铁K1被吸起，切断加热电阻R1工作回路，停止煮水箱水的溢流；
贮水箱保温工作原理：当贮水箱水温较高时，热敏电阻的阻值较小，控制电路RT支路中的电流到达I吸，衔铁K2被吸起，贮水箱保温电路切断，当贮水箱中的水温较低时，热敏电阻的阻值变大，控制电路RT支路中的电流达到I放，贮水箱保温电路接通，电阻R2工作，进行贮水箱保温。
故答案为：（1）杠杆；（2）电热丝R1消耗的电能是2.42×106；（3）见解答。
【点评】本题考查了杠杆原理，电能的计算，电开水器的工作原理。
22．（2024 宁波模拟）如图甲是一台速印机，小明在使用速印机时候常常遇到下列问题：当备用纸槽上纸张较多时，不容易发生卡纸，当备用纸槽上纸张较少时，容易发生卡纸，且印刷速度较小时卡纸机率较小。为此，小明设想在备用纸张较多时高速印刷，备用纸张较少时低速印刷。图乙是小明设计的电路原理图，工作电路电压为220伏，M1、M2是两台额定功率不同的电动机，电动机工作时带动机体内的滚筒转动，从而完成“进纸”、“印刷”等操作，电动机转速越大，印刷速度也越快，具体参数见表格。在控制电路中，R0是保护电阻，阻值为10欧，电源电压为6伏，Rx是安装在备用纸槽底部的压敏电阻，其阻值与受到纸张的压力关系如图丙。印刷时先闭合S2，后闭合S1。当控制电路中的电流大于或等于0.2安时，衔铁被吸引。
电动机型号 额定功率（瓦） 额定电流（安） 线圈电阻（欧） 印刷速度（秒/张）
M1 220 1 40 0.2
M2 110 0.5 25 0.5
（1）当备用纸槽放置总质量为2千克的张纸时，刚启动印刷时参加工作的电动机是 　M1　 。
（2）假设在某次印刷中，备用纸槽中纸张数从500张减小到100张纸，求该次印刷过程中电动机消耗的总电能。（纸张规格相同，每500张质量为2千克）
（3）老师提醒：电动机卡住不动时，会产生大量热，导致烧坏电机，甚至可能引起火灾，小明设计的电路缺少防过热保护措施。若在第（2）题印刷过程中，刚印了80张纸时，就发生卡纸，导致正在工作的电动机卡住不动。求在电动机卡住1分钟内，该电动机产生的热量。
【答案】（1）M1；（2）该次印刷过程中电动机消耗的总电能W＝P1t1+P2t2＝220W×40s+110W×100s＝1.98×104J；（3）电动机不转时，电能转化为内能，故Q＝I2Rt60s＝7.26×104J；
【分析】（1）由丙图可知压力为12N、Rx＝20Ω时，求出控制电路电流，当备用纸槽放置总质量为2千克时，由丙图可知压力变大，Rx变小，由欧姆定律推导出电流变大，判断出衔铁被吸引；
（2）由控制电路中的电流为0.2A，求出电动机转数的临界的压力大小，并转化为试卷张数，相应求出时间，并由表格可求出电能的大小；
（3）电动机不转，此时电能全部转化为内能，需用焦耳定律计算。
【解答】解：（1）Rx＝20Ω时，控制电路中的电流I0.2A，当备用纸槽放置总质量为2千克的张纸时压敏电阻所受压力F＝G＝mg＝2kg×10N/kg＝20N＞12N，由图丙可知Rx＜20Ω，故此时电流I＞0.2A，衔铁被吸引，工作电路接通电动机M1；
（2）由第一问可知，Rx＝20Ω时，控制电路中的电流I0.2A，由丙图可知，纸张的压力F＝12N，故可求出纸张的重量G＝F＝12N，m1.2kg；
由，n＝300张；
即剩余纸张数300张以上M1工作，剩余纸张数300张以下M2工作；
M1工作时间：t1＝（500﹣300）张×0.2s/张＝40s；
M2工作时间：t2＝（300﹣100）张×0.5s/张＝100s；
该次印刷过程中电动机消耗的总电能W＝P1t1+P2t2＝220W×40s+110W×100s＝1.98×104J；
（3）电动机不转时，电能转化为内能，故Q＝I2Rt60s＝7.26×104J；
故答案为：（1）M1；（2）该次印刷过程中电动机消耗的总电能W＝P1t1+P2t2＝220W×40s+110W×100s＝1.98×104J；（3）电动机不转时，电能转化为内能，故Q＝I2Rt60s＝7.26×104J；
【点评】该题需要灵活掌握电磁继电器控制的原理，及对压敏电阻的压力、电阻图像的识别，需要的能力较强。
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专题07 电与力结合综合分析问题
简单电路与力学基础结合：常以基本的串联或并联电路为基础，结合物体的受力分析。涉及电路中的电流、电压、电阻的计算，以及利用二力平衡等知识求解物体所受的力。如在一个简单的串联电路中，已知电源电压和电阻阻值，计算出电路中的电流，同时分析与电路中某一元件相连的物体在水平面上静止时所受的摩擦力等。
通电螺线管与简单机械结合：常出现通电导线在磁场中受力与杠杆、滑轮等简单机械的组合。结合磁场对通电导线的作用和简单机械的省力、费力原理等知识。
常考题型：欧姆定律与力的结合、电磁继电器与力的结合、电动机与力的结合。
本册资料习题均选自：中考真题、最新模拟题、联考题、名校模拟题等...
1、审题
仔细阅读题目，圈出关键信息，如已知的电量、电压、电流、电阻、力的大小、物体的质量、运动状态等。明确题目所描述的物理情境，判断是电路与简单机械结合，还是通电导线在磁场中与力学的结合等。
2、分析
电路分析：确定电路的连接方式，分析电路中电流的路径，判断电表测量的对象，根据题目条件判断电路中电阻、电流、电压的变化情况。
受力分析：对物体进行受力分析，画出受力示意图，明确物体受到哪些力的作用，判断物体的受力状态是平衡还是非平衡。若物体处于平衡状态，根据二力平衡或多力平衡条件列出等式；
找出联系：找到电学量和力学量之间的联系，例如通过电流的变化引起电磁铁磁性的变化，从而导致对物体的吸引力变化；或者物体的运动导致电路中电阻变化，进而影响电流、电压等。
3、解题
根据分析过程，选择合适的公式进行计算。如果是力的平衡问题，根据平衡条件列方程求解；如果涉及电路计算，根据欧姆定律、电功率公式等进行计算。对于综合性较强的问题，可能需要分步计算，先求出一些中间量，再逐步求解最终答案。计算过程中要注意单位的统一。
01 电磁铁
1、电磁铁的特点
（1）磁性的有无可通过通断电流来控制；
（2）磁极的极性可通过改变电流的方向来实现；
（3）磁性的强弱可通过改变电流大小、线圈的匝数来控制。
2、电磁铁在实际生活中的应用
（1）对磁性材料有力的作用。主要应用在电铃、电磁起重机、电磁刹车装置和许多自动控制装置上；
（2）产生强磁场。现代技术上很多地方需要的强磁场都是由电磁铁提供的，如磁浮列车、磁疗设备、测量仪器以及研究微观粒子的加速器等。
例题展示
[例题1]（2025 杭州一模）小科在医院看到一种输液报警器，如图甲所示。当管内药液流完时，电铃发声。报警器内部有一可变电阻，当输液管内有液体时电阻大，无液体时电阻小，电路如图乙所示。则当开关闭合，报警器电路工作时，以下分析合理的是（　　）
A．药液输完时，电流表示数变小
B．药液输完时，电压表示数变小
C．药液输完时，电铃中的电磁铁磁性最强
D．药液未输完时，电铃不响是因为没有电流通过
[例题2]（2023 下城区校级二模）按如图电路进行实验，每次总观察到电磁铁A吸引大头针的数目比电磁铁B多。关于此实验的有关叙述错误的一项是（　　）
A．此现象说明影响电磁铁磁性强弱的一个因素是线圈匝数
B．利用此装置无法研究电流大小对电磁铁磁性强弱的影响
C．如图所示的电路中，闭合开关，电磁铁B的上端为北极
D．对调电源正负极再次实验电磁铁B的磁场方向也会改变
[例题3]（2024 鹿城区校级三模）某同学设计了一个利用电磁铁起升道闸杆的模拟装置。当车牌识别成功相当于图中开关S闭合，电磁铁有磁性，吸引铁柱，道闸杆绕O点顺时针转动，闸杆升起。下列有关说法正确的是（　　）
A．若车牌识别成功，图中电磁铁的上端为N极
B．改变电源正负极，该模拟装置仍能正常工作
C．小灯泡L与滑动变阻器的连接方式为并联
D．滑动变阻器的滑片P向下移动后，栏杆更容易抬起
[例题4]（2024 西湖区校级二模）小张家所在的住宅区每栋单元的楼梯口都安装了防盗门，其门锁原理图如图所示，图中只画出了其中一家住户的控制开关S．该门锁的工作过程是：楼上的人闭合控制开关S，门锁上的电磁铁通电后吸引卡入右侧门扣中的衔铁，门可打开。关于该门锁，下列说法中正确的是（　　）
A．该门锁利用了电生磁的原理来工作的
B．电流周围的磁场是假想的物理模型
C．闭合开关S后，电磁铁的右端为N极
D．该单元的各住户控制门锁的开关是串联的
举一反三
1．（2023 上城区二模）小金发现“门禁“是通过开关控制门锁，研究后知道，门上的电磁锁由电磁铁A和金属块B构成（如图甲），工作原理图如图乙所示，电磁铁通电时，A、B相互吸引，门被锁无法推开。电磁铁断电时，A、B不吸引，门可以被推开。下列说法正确的是（　　）
A．甲图中电磁铁的原理是电磁感应
B．乙图中开关闭合，电磁铁A的右端为S极
C．对“门禁”的工作原理进行分析，能判断B没有磁性
D．将金属块B靠近小磁针，小磁针一定不会发生偏转
2．（2024 杭州模拟）如图为项目学习小组的同学自制的漂浮式指南针。铜片、锌片和食盐水溶液共同组成了“盐水电池”。铜片是盐水电池的正极，锌片是负极。下列说法正确的是（　　）
A．通电螺线管A端为N极
B．通电螺线管静止时B端指向地理南方
C．电子从铜片经螺线管流到锌片
D．通电螺线管外C点的磁场方向向左
3．（2025 浙江模拟）人工心脏是一种使用机械或生物机械手段部分或完全替代自然心脏给人体供血的辅助装置，主要由血泵、驱动装置、监控系统、能源四个部分构成。如图所示的人工心脏血泵中，阀门S1仅向泵室外侧开启，阀门S2仅向泵室内侧开启。
（1）为了维持人体的血液循环，该装置线圈间所接电源应为 　 　（选填“直流电”或“交流电”）。
（2）为使血液流入泵室，应开启阀门S2，并使电流从线圈的　 （选填“A”或“B”）端流入。
02 电磁继电器
电磁继电器的电路包括低压控制电路、高压工作电路两部分，如图所示：
控制电路接通时，电磁铁产生磁性吸下衔铁，动、静触点接触，接通工作电路；控制电路断开时，电磁铁失去磁性，在弹簧作用下释放衔铁，动、静触点分离，工作电路断开。从而通过控制电路的通断来控制工作电路的通断。
例题展示
[例题1]（2024 鄞州区模拟）小宁为某养鸡场设计了简易恒温箱系统，如图所示。控制电路由电磁继电器、滑动变阻器R1，热敏电阻R2（安装在恒温箱内，阻值随温度升高而显著减小）、低压电源等组成。加热电路由电源、电热丝R3和R4等组成。调好R1阻值，闭合开关S1、S2，箱内温度升高到设定值后即在小范围内波动。下列说法正确的是（　　）
A．通电线圈上端是S极
B．R3阻值小于R4阻值
C．温度升高时，电磁铁磁性减弱
D．要升高恒温箱控制的温度，可将R1的阻值稍微调小一些
[例题2]（2024 杭州模拟）如图甲所示的“聪明电梯”在有、无人乘坐时会以不同的速度运行，这样可以节约用电。图乙所示是其控制电路图，R是一个压敏电阻，其阻值随压力的增大而减小。当所有人走出电梯后，则图中电磁铁的磁性将　 　（选填“增强”、“减弱”或“不变”），电动机的转速将　 　（选填“变快”、“变慢”或“不变”）。
[例题3]（2025 杭州一模）专家提示：室内最佳空气湿度值范围是45%至50%。如图所示是某家用空气加湿装置的自动控制电路，R1是一个湿敏电阻，其阻值随湿度的变化关系见表，定值电阻R0为120欧，电磁铁线圈电阻不计，控制电路电源的电压U0为6伏且保持不变，加湿装置铭牌上有“220V 40W”字样。
空气湿度（%） 10 20 30 40 50 60 70 80 90
电阻R1阻值（欧） 300 220 160 110 80 60 45 30 20
（1）加湿装置正常工作5分钟消耗的电能是多少？
（2）当室内湿度超过50%，继电器衔铁将被电磁铁 　 　（填“吸合”或“松开”）。此时控制电路消耗的电功率是多少？
（3）若将图中电流表改装成湿度计，表盘的相关刻度值转化为对应的湿度值。该湿度计的刻度值分布是否均匀？并说明理由。
[例题4]（2024 温州模拟）某展览厅（如图甲所示）为保护展品，设置了调光天窗，当外界光照较强时，能启动电动卷帘适时调整进光量；当外界光照较弱时，能自动启动节能灯给予补光。调光天窗的电路原理如图乙所示，R0为定值电阻，R为光敏电阻，其中R的电阻值随光照强度的变化如图丙所示，光照强度的国际单位为勒克斯（lx）；P为电磁铁，其线圈电阻忽略不计，当电流达到0.04A时能吸合衔铁B。图乙中的M、N，其中一处是节能灯，另一处是电动卷帘。已知电源电压U1＝12V，U2＝220V，则：
（1）电磁铁P下端为 　 　 极（选填“N”或“S”）。
（2）图中的N处用电器应为 　 　 （选填“节能灯”或“电动卷帘”）。
（3）当外界光照强度达到150lx时，电动卷帘便开始工作，求R0的阻值。
（4）当外界光照强度达到400lx时，求光敏电阻R的功率。
举一反三
1．（2024 滨江区二模，双选）生态鱼缸需要足够的光照，为了补偿光照，小滨设计了如图所示的智能补光电路，光暗时灯L自动补光，自然光较亮时灯L自动熄灭，R1为定值电阻，R2为光敏电阻。已知灯L无法照射到电阻R2，下列说法正确的是（　　）
A．闭合开关S，电磁铁上端为S极
B．自然光照强度降低时，电磁铁的磁性减弱
C．R2的阻值随自然光照强度的减弱而增大
D．当自然光照强度增大时，电压表示数变大
2．（2025 浙江模拟）智能家居已经悄然走入我们的生活，智能扫地机器人（如图甲）可通过灰尘传感器自动寻找灰尘清扫，通过电动机旋转产生高速气流将灰尘等吸入集尘盒；图乙为其自动开始扫地的工作原理图，当地面灰尘增多，使空气的透光程度减弱，使照射到光敏电阻上的光照强度减弱，改变电磁铁的磁性，从而达到自动控制工作。控制电路电源电压U为4.5伏，定值电阻R0＝12欧，R为光敏电阻，其阻值随光照强度E（单位cd）的变化如图丙所示，如表为其部分工作参数（注：电池容量指工作电流与工作总时间的乘积，电磁铁线圈电阻忽略不计）。
额定工作电压 12伏
额定功率 30瓦
电池总容量 2.5安时
待机指示灯额定功率 6瓦
（1）白天，当机器人光敏电阻上的光照强度为3cd时，它就会开始扫地。求此时控制电路中R0两端的电压。
（2）为了能使扫地机器人长时间扫地，电动机不能过热工作，可通过其自带的智能开关将工作电路设定为扫地30分钟，然后待机6分钟，如此循环工作。求扫地机器人扫地30分钟再待机6分钟共消耗的电能大小。
（3）小明若想让家里的地面灰尘更少，他应该对扫地机器人的控制电路如何改进 　。
3．（2024 台州一模）某同学设计了一种能让太阳能电池板自动朝向阳光的控制电路，如图甲所示，控制电路由对比电路和转向电路两部分组成。R1、R3是分别检测左、右两侧光照强度的光敏电阻，其阻值均随光照强度增强而减小。若一侧光照偏暗，则转向电路中电动机M会带动太阳能电池板和对比电路一起转向光亮一侧，直到左右两侧光照强度平衡。
该同学在某光照强度下调试控制电路时，滑动变阻器R4；的滑片由最下端向上移动的过程中，两电表示数变化情况如图乙所示。对比电路中，电源电压U恒定，L1、L2线圈电阻不计。
（1）根据台州的地理位置，正午时太阳能电池板的正面朝 　 　 （填“东”、“南”、“西”或“北”）。
（2）滑动变阻器R4的最大阻值是多少？
（3）调试控制电路的过程中，对比电路右侧支路消耗的最小电功率是多少？
（4）请你解释说明：当右侧光照偏暗时，控制电路转动太阳能电池板的工作过程。
03 非纯电阻电路功率的分析与计算
1、电动机的功率和效率
（1）电动机的输入功率是电动机消耗的总功率：P入=P总=UI=P出+P热
（2）电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率：P热=I2r=P入-P热
（3）电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率：P出=P入-P热=IU-I2r=Fv
（4）电动机的效率：η=P出/P入
2、串、并联电路的总功率
（1）串联电路：P总=UI=（U1+U2+U3+…）I=P1+P2+P3+
（2）并联电路：P总=UI=U（I1+I2+I3+…）=P1+P2+P3+
从能量转化的角度看,无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各部分消耗的功率之和。
注意事项
①电动机不转动时
无机械能输出，电能全部转化为内能，不转的时候是用来求线圈内阻r；
∴W电=Q；P电=P热=I2R。
②电动机正常工作时
a. 电流做功是所消耗的总能量W电=UIt；电流做功的功率P电=UI；
b. 工作时所产生的热能Q=W热=I2rt；其发热功率P=I2r；
c. 所转化的机械能 W机=W电-W热=UIt-I2rt；转化的机械能功率P机=P电-P热=UI-I2r。
例题展示
[例题1]（2024 游仙区模拟）某建筑工地用如图1所示的装置提升重物A，电动机拉动绳子的功率保持不变，电动机对绳子的拉力F与绳子自由端的移动速度v的关系如图2所示。当重物A以0.1m/s的速度匀速上升时，滑轮组的机械效率为80%。不计绳重与摩擦，g取10N/kg。下列分析与计算正确的是（　　）
A．重物A的质量为60kg
B．电动机对绳子的拉力为600N
C．匀速提升108kg的重物B时，重物B在30s上升的高度为1.5m
D．若电动机拉动绳子的功率减小，滑轮组的机械效率降低
[例题2]（2024秋 镇海区期末）小科用迷你电动机制成了一台升降机模型，如图。电路中直流电动机的线圈电阻为2Ω，R0是阻值为10Ω的定值电阻，电源电压保持24V不变，闭合开关S，当电动机正常工作时，匀速提升重为10N的物体，此时电压表示数为14V。（忽略温度对电阻的影响）
（1）电动机正常工作时，通过它的电流是　 　。
（2）电动机正常工作时，R0的电功率是　 　W。
（3）若电动机正常工作5s，可使物体上升的高度　 　。
[例题3]（2024秋 浙江期末）玻璃是由炽热的玻璃液体冷却后形成的。受油滴能在水面均匀分布开来的启发，科研人员发明了一种制取平板玻璃的方法。其主要过程是让玻璃液体浮于某溶液表面上，冷凝后用真空吸盘吊运，如图所示。
（1）该方法的关键是能否找到会浮起玻璃液体的一种溶液，你认为这种溶液应具备的物理特征是　 　 （写出一点即可）。
（2）已知一块平板玻璃质量为50kg，电动机工作时，两端的电压为220V，通过它的电流为4A，对滑轮组的钢绳的拉力为400N，在10s内将上述玻璃板提升1m，求在此过程中：（均写出计算过程）
①克服玻璃板重力做的功。
②滑轮组的机械效率。
③电动机线圈的电阻。
举一反三
1．（2024秋 温州期末）电梯是高层建筑中上下楼的重要工具，主要由电动机、曳引轮、导向轮、轿厢、配重及钢缆组成。曳引轮和导向轮固定在楼顶支架上。钢缆一侧连接轿厢，另一侧连接配重。电动机通过转动曳引轮来拉动钢缆，通过调整曳引轮的转向来改变轿厢的运动方向。配重的使用能降低电动机的能耗。
（1）根据电梯的工作原理，判断导向轮的滑轮类型是 　 　 。
（2）若轿厢达到最大乘客量1000千克，并匀速上升25米，则该过程轿厢对乘客做功 　 　 焦。
（3）在轿厢上升过程中，使用配重能减少电动机消耗电能，请分析原因。
2．（2024 上城区校级三模）近年来国产电动汽车发展迅猛，如图为某型号电动汽车，其电池容量为450A h，输出电压为100V。当电动机工作时，把电能的80%转化为机械能，之后需重新充电。（已知q汽油=4.6×107J/kg）
（1）该汽车以额定功率9.6kW在水平公路上匀速行驶，当速度为36km/h时，求所受平均阻力。
（2）该汽车充满电后，在9.6kW的额定功率下最多可以匀速行驶多长时间？
（3）实际行驶过程中，使用空调、内部线路电阻发热等而让电能转化为机械能的效率降低。若把以上电阻等效为一个定值电阻，该电阻发热的功率为1000W，通过电阻的电流为5A，则该定值电阻的阻值为多大？
（4）燃油汽车把汽油燃烧放出的能量转化为机械能的效率为25%。与燃油汽车相比电动汽车内部的电池充满一次电来提供机械能，燃油汽车需要燃烧多少千克的汽油？（结果保留一位小数）
3．（2023 宁波模拟）如图为某汽车起重机利用卷扬机打捞水中的物体A的示意图。物体A的体积为0.8m3，重力为2×104N，从水底以0.1m/s的恒定速度竖直向上提升至离开水面一定高度，浸没在水中时，拉力F的功率为1500W。（钢丝绳能够承受的拉力足够大，且不计钢丝绳重和摩擦，g取10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3）求：
（1）如图所示状态时，物体A受到的浮力和拉力；
（2）浸没时，滑轮组的机械效率；
（3）动滑轮重G动；
（4）当物体A离开水面至一定高度的过程中，电动机的功率。
4．（2024秋 余姚市月考）太阳能、风能等新能源并网发电由于不同时间光照强度和风力强度的变化，会导致瞬时发电功率变化，从而导致发电量和用电量不匹配而冲击电网，为解决这一问题，新型储能新技术正在不断涌现，比如锂离子电池储能、压缩空气储能、飞轮储能、重力储能等。其中重力储能具备安全、长寿命、长时储能等优点，如图所示为其中一种重力储能技术：当电力过剩时，用起重机将混凝土块从低处吊到高处，将电能转化成混凝七块的重力势能；当电力不足时，将混凝土块从高处放到低处，通过发电机将重力势能转化为电能，起重机中的电动机可以在横杆上移动，每一个混凝土块质量为35吨，回答下列问题。（电动机重、动滑轮重、绳重及摩擦均不计）
（1）图乙是起重机X、Y挂钩上的钢丝绳穿绳简化示意图，为了吊起一个混凝土块，钢丝绳能承受的拉力不得小于多少牛？
（2）若此时起重机X正吊起一个混凝土块，且中心点距中心杆的距离为18m，起重机Y中心点距中心杆的距离为30m并连接地面的混凝土块C，此时杠杆恰好平衡，则此刻混凝土块C对地面的压力是多少N？
（3）江苏省如东100MWh重力储能项目是全球首个百兆瓦级的重力储能项目。在用电需求较低的时候，电动机和发电机为升降系统提供动力，该系统将重达35吨的混泥土块拖到空中100米的高度，一旦需要能量，再降低混泥土块用于发电，若降低100米，发电效率为85%，本次操作有多少机械能转化为电能？
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专题07 电与力结合综合分析问题
简单电路与力学基础结合：常以基本的串联或并联电路为基础，结合物体的受力分析。涉及电路中的电流、电压、电阻的计算，以及利用二力平衡等知识求解物体所受的力。如在一个简单的串联电路中，已知电源电压和电阻阻值，计算出电路中的电流，同时分析与电路中某一元件相连的物体在水平面上静止时所受的摩擦力等。
通电螺线管与简单机械结合：常出现通电导线在磁场中受力与杠杆、滑轮等简单机械的组合。结合磁场对通电导线的作用和简单机械的省力、费力原理等知识。
常考题型：欧姆定律与力的结合、电磁继电器与力的结合、电动机与力的结合。
本册资料习题均选自：中考真题、最新模拟题、联考题、名校模拟题等...
1．（2024 嘉兴一模）如图是拍摄机动车闯红灯的工作原理示意图。光控开关接收到红灯发出的光会自动闭合，压力开关受到机动车的压力会闭合，摄像系统在电路接通时可自动拍摄违章车辆。下列有关说法正确的是（　　）
A．只要光控开关接收到红光，摄像系统就会自动拍摄
B．机动车只要驶过埋有压力开关的路口，摄像系统就会自动拍摄
C．若将光控开关和压力开关并联，也能起到相同的作用
D．只有光控开关和压力开关都闭合时，摄像系统才会自动拍摄
2．（2024 临安区一模）如图所示是某同学设计的汽车尾气中CO排放量的检测电路．当CO浓度高于某一设定值时，电铃发声报警。图中气敏电阻R1的阻值随一氧化碳浓度的增大而减小。下列说法正确的是（　　）
A．电铃应该在A和B之间
B．当一氧化碳浓度升高，电磁铁磁性减弱
C．用久后，电源电压U1会减小，报警时一氧化碳最低浓度比设定值低
D．为使检测电路在一氧化碳浓度更低时报警，可将R2控制电路的滑片向上移
3．（2024 宁波一模）小科同学在医院看到一个自动输液报警器，如图1所示。闭合开关，当输液报警器处输液管中有药液流过，绿灯亮，无药液流过，喇叭报警，小科运用自己所学知识和查找的资料设计了一个类似的自动输液报警器，如图2所示，如图3是光敏电阻阻值随光照强度变化的关系图，以下说法正确的选项是（　　）
A．电磁铁的上端是S极
B．输液管中没有药液流过时，控制电路线圈中的电流变大
C．当输液管内有药水时，LED灯发出的光将被会聚到光敏电阻上，衔铁吸下
D．调试时，输液管中有无药液流过都会报警，可减小线圈匝数改进
4．（2024 滨江区二模）如图为某学生用所做的升降电梯模型模拟电梯的工作情况，电动机的拉力为F，动滑轮重为5N，在10s内将重20N的轿箱连同内部5N的物品一起匀速升高了1m，忽略绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　）
A．与电动机相连的绳端移动的速度为0.2m/s
B．与电动机相连的绳端拉力大小为12.5N
C．拉力F做功的功率为1.5W
D．滑轮组的机械效率为83.3%
5．（2023 鄞州区一模）如图甲所示，用由一个动滑轮和两个定滑轮组成的滑轮组，提升吊篮C及其中的货物A和电动机B。启动电动机，它所提供的拉力F随时间t的变化关系如图乙所示，吊篮上升的速度v和上升的高度h随时间t变化的关系分别如图丙和丁所示。若一切摩擦和绳重均可忽略不计，在1s～2s内，滑轮组的机械效率为90%，则下列说法中正确的是（　　）
A．在0～1s内，电动机提供的拉力所做的功为1100J
B．在1s～2s内，电动机提供的拉力的功率为1500W
C．在0～3s内，电动机提供的拉力的功率为1275W
D．动滑轮重为100N
6．（2025 浙江模拟）如图所示，小明利用电磁继电器设计了一个水位自动报警装置。当水位未达到金属块M时，灯泡不亮。水位达到金属块M时，灯泡亮，则接线柱C应与　 　（选填“A”或“B”）相连，已知灯泡的规格为“12V 6W”，灯泡正常发光时的电流是　 　A。通电1min，灯泡消耗的电能是 　 　 J。
7．（2024 温州一模）如图为某科学兴趣小组设计的温度自动报警器部分电路示意图，当温度上升至设定值t0时，通过电路中指示灯亮灭交替闪烁起到报警功能。（线圈、衔铁和温度计中水银的电阻均忽略不计）
（1）为了实现报警功能，应将指示灯串联在电路中 　 　 点。（用图中的字母表示）
（2）若电路中干电池电压为1.5伏，电池的容量为3安 时，可供规格为“1.5伏，1瓦”指示灯正常发光 　 　 小时。
8．（2024 西湖区校级模拟）某电热水器的电路包括控制电路和工作电路两部分，可通过电磁继电器自动控制，实现加热与保温挡位变换。其电路图如图所示，其中R1、R2为电热丝，R3为滑动变阻器，R为热敏电阻（置于电热水器水箱内），其阻值随温度的升高而减小。开关S1和S2可同时闭合或断开，红灯和绿灯是电热水器工作状态指示灯，红灯亮表示加热状态，绿灯亮表示保温状态。
（1）要确保电热水器正常工作，工作电路中接线柱的连接应是 　 　 （选填字母）。
A.①连②、③连④ B.①连③、②连④ C.①连④、②连③
（2）电热丝的电阻值R1　 　 （选填“＞”“＝”或“＜”）R2。
（3）正常工作时，电热水器能将水加热到100℃（一个标准大气压下）后自动切换为保温挡。若想让电热水器将水加热到90℃后自动切换为保温挡，应将滑动变阻器的滑片向 　 　 （选填“左”或“右”）移至适当位置。
9．（2024秋 杭州校级期末）在学习了电路的相关知识后，某项目化学习小组制作了一个体重秤，图甲是其电路结构图，R0为定值电阻，秤盘下方的电阻R为压敏电阻，其阻值随所受压力大小的变化关系图像如图乙所示。已知电源电压为6V保持不变，电压表量程0～3V，电流表量程0～0.6A。
（1）现要将电表改装为体重显示屏，要求体重越大，电表示数越大；你会选择哪个电表进行改装 　 　 （选填“电压表”或“电流表”）。
（2）当R0＝20Ω，电压表的示数为2V，则站在体重秤上人的重力为 　 　 牛。
（3）保持体重秤的结构和电表量程不变，若想增大称量范围，可采取的改进方法有 　 　 。
10．（2024秋 临海市校级月考）为解决老年人的出行困难，许多老旧小区加装了电梯并设置了超载自动报警系统，其工作原理如图甲所示。控制电路中的电流增大，电磁铁的磁性增强，当电磁铁线圈电流增大至20毫安时，衔铁被电磁铁吸住，电铃发出警报声，电梯超载；压敏电阻阻值与受到的压力关系如图乙所示。
（1）由乙图可知，压敏电阻R2的阻值随压力的增大而 　 　 。
（2）已知控制电路的电源电压U为8伏，保护电阻R为200欧。若该电梯厢内乘客总质量为800千克时，通过计算说明电梯是否超载。（电梯底架自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计）
（3）如果想要降低电梯的限载质量，应该如何改动控制电路　 （写出一种方法即可）。
11．（2024 富阳区一模）如图甲是某款无接触式的热风干手器，手伸向出风口时可吹出温度为35℃～45℃的热风，内部电路由控制电路和工作电路两部分构成，简化电路如图乙所示，控制电路中R为光敏电阻。已知该款干手器工作电路的额定功率为1100W，加热电阻丝阻值为48.4Ω，请你综合应用所学知识解答下列问题：
（1）手伸入舱内时光敏电阻R的阻值 　 　 （选填“增大”“不变”或“减小”），衔铁被吸下，工作电路开始工作。
（2）该款无接触式的热风干手器正常工作时加热电阻丝的功率为多少W？
（3）在额定电压下正常工作时，烘干一次手用时10s，则烘干一次手的过程中消耗的电能全部转化为内能，能使多少kg的水温度升高5℃。[c水＝4.2×103J/（kg ℃）]
12．（2024春 嵊州市期末）为了节约用水，很多地方建有雨水蓄水池，下雨时，雨水通过专用管道流入蓄水池。未蓄满水时灯泡发光；当达到警戒水位时，控制电路中电流为60mA，衔铁刚好被吸合，工作电路会启动排水泵，将水排出，保证蓄水池的安全。图甲是蓄水池水位监测及排水电路的简化示意图。已知控制电路的电源电压保持3V不变，电阻R是定值电阻，线圈阻值忽略不计，压敏电阻RF装在蓄水池底部的压力传感器中，其阻值与蓄水池内水位深度的关系如图乙所示。
（1）通电后，螺线管上端为 　 　 （选填“N”或“S”）极。
（2）当蓄水池中未蓄水时，电流表的示数为40mA，求R的阻值。
（3）达到警戒水位时，水位深度为多少米？
（4）要想增大蓄水池的警戒水位深度，可对原控制电路做出的改进是 　 　 。
13．（2025 东阳市模拟）有一种电加热恒温箱，工作原理如图a所示，控制电路由电压U1＝6V的电源、电磁继电器（线圈电阻R额＝20Ω）、滑动变阻器R0（50Ω 1A）和热敏电阻R1组成。工作电路由电压为U2＝220V的电源、阻值为48.4Ω的电热丝R2组成。当控制电路中的电流达到0.05A时，衔铁被吸下来，触点处断开，工作电路停止工作，当控制电路中的电流小于0.05A时，衔铁被弹回，触点处接通，加热电路正常工作。热敏电阻R1的阻值随温度变化关系如图b所示。
（1）分析图b可知，热敏电阻R1的阻值随温度的升高而 　 　 。
（2）工作电路正常工作1min，求电热丝R2产生的热量。
（3）通过调节控制电路中滑动变阻器R0接入电路的阻值，就能调节恒温箱中需要设定的不同温度，则恒温箱能够设定的最高温度值是多少？（写出解答过程）
（4）若要提高恒温箱能够设定的最高温度值，请说出两种改进方法：　 　 。
14．（2024 东阳市二模）我省实施“清凉工程”。某校共36个班级，现每个班级各安装一台空调，空调制冷额定功率为3000瓦。
（1）为了让空调能正常使用，需对线路进行改造。请解释：线路改造时换用更粗电线或为空调电路设置独立的线路的原因。
（2）若36个班级同时使用空调，以制冷额定功率工作1小时计，空调共消耗多少电能？
（3）为使教室内温度控制在一定范围内，研习小组设计并安装了如图甲的自动控制模拟电路。R1为热敏电阻，阻值随温度变化如图乙所示；R0是阻值为30欧的定值电阻；线圈电阻忽略不计。工作原理：电磁继电器电流大于等于0.2A时，衔铁下吸；当电流小于0.2A时，衔铁自动弹回。当温度达到34℃时，空调会自动开始工作。
求：该套装置设定教室的温度范围。
15．（2025春 象山县校级月考）如图甲是一种新型吊运设备的简化模型示意图，虚线框里是滑轮组（未画出），滑轮组绳子的自由端由额定电压为220V的电动机拉动，定滑轮的轴固定在B点。在一次作业中，吊运设备匀速竖直提升物体时，绳子自由端的拉力为312.5N，此时滑轮组的机械效率为80%，被提升的物体上升的速度为0.24m/s，电动机做的功跟时间的变化关系如乙图所示。不考滑轮组绳子的质量、滑轮与轴和绳子间的摩擦。
（1）求此次作业中被提升物体的重力；
（2）此次作业中，电动机的输入电流为1.5A，求电动机工作时每秒钟产生的热量；
（3）第二次作业中，利用该设备以相同的速度匀速提升重为2000N的物体，求作用在绳子自由端的拉力。
16．（2024 绍兴模拟）根据电动扶梯“有人乘时运行较快，无人乘时运行较慢”的特点，项目化学习小组设计了它的工作电路如图甲。该电路由“控制电路”和“工作电路”两部分组成，其中“控制电路”由压敏电阻R、滑动变阻器R1电磁铁、电压为9伏的电源U1等组成，压敏电阻的阻值与所受压力的变化关系如图乙；“工作电路”由电源、电动机、定值电阻等组成。无人乘时电动扶梯以较慢的速度运行，当控制电路的电流增大到设定值10毫安，衔铁被吸下，电动机功率增大，电动扶梯运行速度变快。（电磁铁线圈电阻忽略不计）
（1）请将图甲中“工作电路”补充完整，使电路设计能满足实际工作情况的需要。
（2）根据图乙，压敏电阻所受的压力F增大，压敏电阻R的阻值将 　 　 （选填“增大”、“不变”或“减小”）。
（3）若滑动变阻器R1接入电路的阻值为300欧，某次运行时，通过电磁铁线圈的电流恰好达到10毫安，则此时电动扶梯载重为多少？
（4）在保持设定电流10毫安不变的情况下，若要使自动扶梯在更小的载重下就能实现快速运行，如何改进？（写出一点改进意见）
17．（2024秋 杭州校级月考）图甲是海上打捞平台装置示意图，使用电动机和滑轮组将实心物体A从海底竖直向上始终以0.05m/s的速度匀速吊起，图乙是物体A所受拉力F随时间t变化的图像（不计摩擦、水的阻力及绳重，忽略动滑轮受到的浮力，ρ水=1.0×103kg/m3，g=10N/kg）。物体A完全浸没在水中时，滑轮组的机械效率为80%，请解答下列问题：
（1）物体A完全浸没时受到的浮力为多少？
（2）动滑轮的重力为多少？
（3）求当电动机物体A完全离开水面后，滑轮组的机械效率是多少？
18．（2024 浙江模拟）如图甲所示是某兴趣小组设计的家庭燃气报警器电路示意图，其中电源电压保持恒定，R1是由气敏材料制成的传感器，其阻值与燃气（主要成分为甲烷）的浓度的关系如下表：R2为滑动变阻器通过移动滑片P的位置来设定燃气报警值：两个小灯泡的额定功率均为6W均能正常工作，该报警器初始设置在3%的燃气浓度报警，此时电流表的读数为0.3A，电磁铁A恰好能将衔铁B吸下（电磁铁线圈阻值忽略不计）
R1阻值与天然气的关系
燃气浓度 传感器阻值Ω
0% 55
2% 33
4% 23
6% 20
（1）报警器报警时，　 　 灯亮。（选填“L1”或“L2”）
（2）该报警器初始设置在3%的燃气浓度报警，测试时，报警器传感器始终处于3%的燃气中，闭合开关S，滑动变阻器滑片P从一端移到另一端，测得电压表示数U与电流表示数的关系如图乙所示，则该报警器在待机时（燃气浓度为0%）消耗的总电功率为多少？
（3）若想让上述报警器在燃气浓度达到2%时就报警，那么该如何调节滑动变阻器，并请简述其中的科学原理。
19．（2024春 洞头区期中）近年来，温州将游泳项目纳入体育中考。若同学在练习游泳时没有做好热身，可能会发生溺水的危险。为此某科学兴趣小组开展制作防溺水装置的项目化学习。
【项目名称】制作自动防溺水手环。
【相关资料】如图甲是智能识别防溺水手环装置的示意图，当心跳传感器检测到人体脉搏心率大于100次/分钟，同时装置达到设定的水深h时，系统即判定为溺水，立即启动气囊救生装置，打开液体气瓶对救生气囊充气，带动人体浮出水面。
【方案设计】小组同学讨论后，利用磁性开关和压敏电阻对防溺水手环的智能识别电路部分进行设计，要求当磁性达到一定值时，气囊救生装置中的磁性开关自动闭合。
（1）【器材选择】根据上述要求，该兴趣小组的同学从实验室选择所需器材，其中，电源电压U1恒为2伏，滑动变阻器规格为“2安 100欧”，磁性开关是一种常开型开关如图乙，该开关在没有外力作用的情况下处于打开状态，当有人拨动开关按钮或由自动装置控制开关拨动时，开关闭合。要想实现防溺水手环的功能，他们选择的压敏电阻R1的阻值大小随压力大小变化的图像应为　 。
A. B.
C. D.
（2）【项目调试】该组同学组装好电路后开始测试，闭合开关S，发现当压敏电阻受到的压力为5N时，气囊救生装置开始工作，已知滑动变阻器Rp＝40Ω，计算此时使磁性开关刚闭合时电流为多大？（心跳传感器与电磁铁的电阻忽略不计）（写出具体的计算过程）。
（3）【项目评价与反思】若在实际操作过程中发现该气囊救生装置不到限定深度h便启动了，可以如何改进电路？（任写两种方法）。
20．（2025 上城区校级模拟）入冬，温度骤降。为了避免鱼缸中的热带鱼抵抗不了低温，老师发布任务要求。
设计一款自动加热装置放在鱼缸中，并将相关指标设计了量表（如表所示）
评价指标 10分 5分 0分
加热效率 加热功率大于30W 加热功率在15﹣30W之间 加热功率小于15W
自动化 能在低温时自动加热，高温时自动断开 能在低温时自动加热，但高温时无法自动断开 无法自动加热
小科利用电磁铁设计以下电路，在工作电路中电源电压U0为12V，电热丝电阻R0为6Ω；控制电路中电源电压U1为6V，电磁铁对衔铁的吸引力在不同电流和不同距离下的大小关系如图乙所示，Rx为热敏电阻，阻值随水温的变化规律如图丙所示，电磁铁和衔铁的阻值忽略不计：
（1）请通过计算分析小科的设计在加热效率指标上所得分数。
（2）针对自动化指标，小科的设计能达到10分。当温度降到一定值，衔铁被吸起，工作电路连通，开始加热；当温度上升到一定值，衔铁自动掉落，工作电路断开，停止加热。若小科选择的衔铁质量为0.5千克，请计算小科该设计能保证鱼缸的最低温度为多少。
（3）若小科想利用该装置，使鱼缸的最高水温稍微提高一些，可以采取以下措施　 　。（写出一点即可）
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21．（2024 鹿城区校级二模）某型号电开水器既能加热煮水，又能贮水保温。其结构示意图如图甲所示，电路原理图如图乙所示。
【电路简介】
工作电路：冷水由进水口进入煮水箱，当水位达到设定高度后，浮球浮起，带动连杆和活塞转动，堵住进水口，同时开关S2自动闭合，煮水箱中的电热丝R1开始加热。水沸腾后经出水管溢出到贮水箱，煮水箱水位下降，进水口打开，开始进水，同时S2自动断开。重复上述过程，直至贮水箱中的水量达到设定值，由贮水箱中的电热丝R2加热保温。
控制电路：电磁铁La和Lb完全相同，当通过的电流增大到I吸时，衔铁K1、K2被吸起；当通过的电流减小到Ⅰ放时，衔铁K1、K2被释放，I吸＞Ⅰ放；压敏电阻RP可感知贮水箱中的水量，其阻值随水量的增大而减小；热敏电阻Rr可感知贮水箱中的水温，其阻值随水温的增大而减小。
（1）在图甲中，浮球、连杆和活塞这一整体属于简单机械中的 　 　 。
（2）在某次调试过程中，小明监测并记录30分钟内通过A点的电流大小，见表。已知R1＜R2，工作电路电源电压为220伏，则在这30分钟内，电热丝R1消耗的电能为多少焦？
时间 前10分钟 中间10分钟 后10分钟
电流 10安 10秒钟电流为零，50秒钟电流为10安；如此反复进行。 15秒钟电流为3安，45秒钟电流为零；如此反复进行。
（3）请结合图甲、乙说明随着煮水箱中的水不断沸腾溢出到贮水箱后，该电开水器能实现自动贮水保温的工作原理。 　 　 。
22．（2024 宁波模拟）如图甲是一台速印机，小明在使用速印机时候常常遇到下列问题：当备用纸槽上纸张较多时，不容易发生卡纸，当备用纸槽上纸张较少时，容易发生卡纸，且印刷速度较小时卡纸机率较小。为此，小明设想在备用纸张较多时高速印刷，备用纸张较少时低速印刷。图乙是小明设计的电路原理图，工作电路电压为220伏，M1、M2是两台额定功率不同的电动机，电动机工作时带动机体内的滚筒转动，从而完成“进纸”、“印刷”等操作，电动机转速越大，印刷速度也越快，具体参数见表格。在控制电路中，R0是保护电阻，阻值为10欧，电源电压为6伏，Rx是安装在备用纸槽底部的压敏电阻，其阻值与受到纸张的压力关系如图丙。印刷时先闭合S2，后闭合S1。当控制电路中的电流大于或等于0.2安时，衔铁被吸引。
电动机型号 额定功率（瓦） 额定电流（安） 线圈电阻（欧） 印刷速度（秒/张）
M1 220 1 40 0.2
M2 110 0.5 25 0.5
（1）当备用纸槽放置总质量为2千克的张纸时，刚启动印刷时参加工作的电动机是　 　。
（2）假设在某次印刷中，备用纸槽中纸张数从500张减小到100张纸，求该次印刷过程中电动机消耗的总电能。（纸张规格相同，每500张质量为2千克）
（3）老师提醒：电动机卡住不动时，会产生大量热，导致烧坏电机，甚至可能引起火灾，小明设计的电路缺少防过热保护措施。若在第（2）题印刷过程中，刚印了80张纸时，就发生卡纸，导致正在工作的电动机卡住不动。求在电动机卡住1分钟内，该电动机产生的热量。

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