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专题07 电与力结合综合分析问题
目 录
01 题型综述
02 解题攻略
提分秘籍
知识点一、电磁铁
知识点二、电磁继电器
知识点三、非纯电阻电路功率的分析与计算
典例剖析
题型1欧姆定律与力的结合
题型2电磁继电器与力的结合
题型3电动机与力的结合
03 巩固练习
01题型综述
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。
02解题攻略
一、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。
二、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。
三、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。
【提分秘籍】
知识点一、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。
知识点二、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。
知识点三、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所以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
【典例剖析】
题型1欧姆定律与力的结合
（2025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 。
如图甲、乙所示，某科技小组自制了一个测量水的深度的装置，它由测量头和控制盒构成，测量头的测量面是一个涂有绝缘漆的面积为2cm2的压敏电阻R1，R1的电阻随水对它的压力F的变化关系如图丙所示，控制盒内有一个定值电阻R0和一个最大阻值为90Ω的滑动变阻器R2，电源电压保持不变，通过电路调节，可使控制盒的功率达最大值Pm，科技小组通过控制盒的功率最小值和Pm的比值来标记水的深度，不计导线的电阻，电压表的量程为0﹣3V．科技小组在确保电路安全的情况下，进行如下的操作：ρ水＝1.0×103kg/m3；g取10N/kg）
（1）R1未放入水中时，闭合S，断开S1，将R2的滑片移至最上端。此时电压表示数达到最大值，R0的电功率为P0，求：R1未放入水中时的电阻为 Ω。
（2）测量头放到水下深度h1＝10m时，闭合S，断开S1，将R2的滑片移至某一位置时，R0的电功率为P0′，电路的总功率为P总，R1的电功率为P已知P0：P0′＝9：4，P总：P1＝6：1，求：此时R0两端的电压为 V。
（3）测量头放到水下深度h2＝3m时。调节电路，控制盒的最小功率与Pm的比值为 。
（2025 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。 。
题型2电磁继电器与力的结合
（2023春 滨江区校级期中）智能扫地机器人（如图甲）可通过灰尘传感器自动寻找清扫灰尘，通过电动机旋转、产生高速气流将灰尘等吸入集尘盒。图乙为其部分工作原理图，控制电路电源电压U为4.5V，定值电阻R0＝12Ω，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。
（1）当地面灰尘增多，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，B触头与静触头 （选填“A”或“C”）接触，则电动机工作；反之指示灯亮，从而达到自动控制的目的。
（2）若电压表示数小于等于3V时，电动机开始工作。求电压表示数为3V时，光照强度为多少？
（3）若要增加光照强度，电动机仍在电压表示数≤3V时开始工作，你可以怎么做？（请写出两种方法）
（2025秋 北仑区期末）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）
（2025 江北区一模）如图甲所示是某项目化小组模拟自动灌注的模型示意图，该装置可分为灌注装置和运输装置两部分。通过运输装置中的传送带将空杯运输到灌注台，灌注装置在控制电路的控制下，使线圈1定时吸引衔铁将工作电路接通，喷头向杯中注入果汁。灌注台下方有压敏电阻R2，其阻值随压力F的变化情况如图乙所示，空杯、传送带、灌注台对R2的压力均忽略不计。当通过线圈2的电流大于或等于0.2A时，电动机内部开关闭合，传送带将带着装有果汁的杯子移动至接收台。
（1）当果汁灌入杯中时，通过线圈2的电流将 。
（2）运输装置中，电源电压U3＝1.2V，线圈2电阻不计。若R3的阻值为2Ω，求该情况下每杯至少可灌注多少克的果汁。
（3）为使喷头可以间断性喷射，控制电路的电源电压U1呈图丙周期性变化，线圈1电阻不计，当通过线圈1的电流I≥0.5A时，电磁继电器衔铁被吸下，喷头喷射果汁，已知喷头每秒喷出果汁质量为200g。若每次灌注240g果汁，为使灌果汁的过程可连续且稳定地进行，则应调节R1的阻值为多少欧？
题型3电动机与力的结合
（2025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是 。
（2025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。
（2025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。 。
（2025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？
03巩固练习
1． 如图所示，开关闭合后，使导体ab左右运动，灵敏电流表的指针随之偏转，人们根据此现象制成了（　　）
A．电磁铁 B．电动机 C．发电机 D．电磁继电器
2．如图所示的电吉它主要由“拾音器”和“音箱”组成，拾音器上装有磁铁和线圈。拨动钢弦，让其振动，导线中产生不同频率的电流，该电流经放大后通过音箱中的扬声器而发声。下列与“拾音器”工作原理相同的装置是（　　）
A．发电机 B．电磁铁 C．电磁继电器 D．电动机
3．法拉第发现的电磁感应现象，使人类从蒸汽机时代步入了电气化时代。下列电器设备中，根据电磁感应原理制成的是
A．电磁继电器 B．电磁铁 C．电动机 D．发电机
4．如图所示是某保密室的防盗报警电路，当有人闯入保密室时会使开关 S 闭合．下列说法正确的是
A．电磁继电器与发电机工作原理相同
B．电磁继电器与电动机工作原理相同
C．电磁铁工作时，上端为 N 极
D．当有人闯入保密室时，b 灯亮
5．很多商场都安装了自动扶梯，这种电梯没人和有人时运行的速度会发生变化，其简易电路如图所示，R是一个压敏电阻，其阻值随压力的增大而减小。下列说法正确的是（　　）
A．控制电路中的电磁铁上端为S极
B．人走上电梯后，衔铁与触点2接触，电梯运行速度加快
C．人走下电梯后，电动机的额定功率变小，电动机转速变慢
D．人走下电梯后，电磁继电器控制电路中的电流增大
6．下图是电流表的内部结构示意图，当电流通过线圈时，通电线圈在磁场中受力转动从而带动指针偏转，下列与电流表工作原理相同的是（　　）
A．电磁铁 B．电动机 C．发电机 D．电磁继电器
7．如图是电流表的内部结构示意图。当电流通过线圈时，通电线圈在磁场中转动从而带动指针偏转。下列选项与电流表工作原理相同的是（　　）
A．电磁铁 B．电动机 C．电磁继电器 D．发电机
8．某商场的智能扶手电梯的原理图如图所示，压敏电阻R的阻值随压力的增大而减小。电梯上无乘客时，电动机转动变慢，使电梯运动变慢；电梯上有乘客时，电动机转动变快，使电梯运动变快。下列说法正确的是（　　）
A．电磁铁上端是N极 B．继电器与电动机原理相同
C．有乘客时电动机的功率增大 D．无乘客时衔铁与触点2接触
9．校园科技节举行智能潜水器项目比赛。某小组按要求制作了柱形潜水器，它的底面积封S1=0.0I m2，高h=0.15m，密度ρ2=0.6x103 kg/m3。潜水器内部密封有智能电磁铁和传感器，漂浮在装有水、足够高的圆柱形容器中，容器置于水平铁板上，如图所示。已知水的密度为1.0X103kg/m3，g取10N/kg
（1）潜水器的质量是多少
（2）水对潜水器底部的压强是多少
（3）若容器底面积S2=0.03 m2，水深h=0.3 m。该小组模拟比赛过程如下：启动潜水器，其内部开关闭合，传感器自动测出潜水器底部到水面的距离x，并自动调整电磁铁电流，改变潜水器与铁板间的吸力F的大小，使潜水器缓慢匀速下沉，完全浸入水中后，继续保持F随x 变化的关系，加速下沉直至容器底；在容器底停留片刻后，调整电磁铁电流，保持潜水器缓慢匀速上浮回到原出发处。通过计算，求出潜水器下潜到达容器底时吸力F的大小，并简线要说明潜水器上升过程中吸力F随潜水器底部到水面距离x的变化情况。
10．如图所示，压敏电阻器是一种具有非线性伏安特性的电阻器件.其导电性能介于导体和绝缘体之间.如图甲是压敏电阻R1的阻值随压力F变化的关系图像.如图乙所示是用压敏电阻R1设计的一种“自动限重器”，该装置由控制电路和工作电路组成，其主要元件有电磁维电器、货物装软机(实质是电动机)、压敏电阻R1和定值电阻R2等，当货架承受的压力达到限定值，电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品.已知控制电路的电源电压U=6V， 电磁继电器线圈的阻值R=20Ω， 定值电阻R2=100Ω
（1）压敏电阻材料是　 　(选填“绝缘体”“超导体”或“半导体”)，电动机与图丙中工作原理相同的是　 　。
（2）当货架没有装货物时货架的质量忽略不计，电磁继电器中的电磁铁下端为　 　(选填“N”或“S”)极，控制电路通电 10min，则电路中将产生　 　 J的热量.
（3）当电磁继电器线圈中的电流大小为30mA 时衔铁被吸下，则货架能承受的最大压力 　 　N；为了调节货架能承受的最大压力，可调整控制电路的电源电压，若需要控制货架能承受的最大压力为1000N， 则替换的电源电压为　 　 V.
11．阅读下列材料，回答问题：
3D打印
3D打印机是一种可快速成型的机器，原理是把数据和原料放进3D打印机中，通过逐层打印的方式来构造物体，热融技术是添加打印丝材到打印喷头，加热到190℃~230℃，熔化后从喷头挤出细细的料丝，液体在铜头管道中流动会受到较大的阻力，3D打印属于增材制造，精度越高速度越慢。某家用级别3D打印机所使用的丝材主要是ABS和PLA塑料，当在给ABS塑料进行加热的时候，它就会逐渐变软变稀再变成液体；而PLA塑料加热到一定温度时直接从固体变成液体的。1图所示是某型号3D打印机，表格为其部分技术参数：
型号 XXX 成形技术 热融
额定电压 220V 额定输入功率 250W
最大打印速度 80mm/s 工作噪音 50dB~60dB
净重 25kg 喷嘴最高工作温度 250℃
（1）2图是打印机电路示意图，当打印机正常工作时，电磁铁的上方为　 　（选填“N”或“S”）极；
（2）下列说法中错误的是（　　）
A．打印丝材ABS塑料是非晶体，而PLA塑料是晶体
B．该打印机工作工作1min，放出热量1.5×104J
C．打印喷头主要利用电流的热效应工作的
D．打印机工作时发出的声音不会对人的听力造成损伤
（3）3D打印机正常工作时的电流大约是　 　A（计算结果保留1位小数），打印喷头工作时主要用了电流的　 　效应；
（4）不同的打印丝材温度要求是有差异的，利用温度传感器可实现对打印喷头温度的精确测量。2图中，U1＝9V，电磁铁的线圈电阻忽略不计，当电磁继电器线圈的电流达到100mA时，衔铁被吸下来。3图是温度传感器R1阻值随温度变化的图像，当滑动变阻器R2接入电路中的电阻为60Ω时，喷头的温度最高可达到　 　℃。要使打印丝料能熔化，滑动变阻器的滑片可以　 　（选填“不”“向左”或“向右”）移动。
12．阅读短文，完成填空。
电磁继电器与扫地机器人
某智能扫地机器人（如图 1）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。围2为其部分工作原理图，指示灯电阻为10Ω，定值电阻R0=12Ω，R为光敏电阻，其阻值随光照强度E（单位cd）的变化如围3所示。下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）：
工作电路电压 电池总容量 额定功率 工作噪音 控制电路电压
12 伏 2.5Ah（安时） 30 瓦 <50dB（分贝） 4.5V
（1）当清扫到一定程度，地面灰尘减少，使照射到光敏电阻上的光照强度增强，则电磁铁磁性　 　（选填“增强”、“不变”或“减弱”），动触点 B将与　 　（选填“A”或“C”）触头接触，此时工作电路中的电流为　 　A：
（2）检测发现该品牌扫地机器人在光照强度恰好为3cd时电动机开始工作，即是电压表示数等于　 　V 时，电动机开始工作；
（3）当剩余电量减为电池总容量的10%时，机器人会主动寻找充电器充电，充满电后电池储存的电能为　 　J；在充满电后到主动寻找充电器期间的电池总容量能够持续供应该机器人正常工作　 　小时。
13．图甲为微型5脚电磁继电器，其体积小巧，规格为“5V 0.12W”，在生活中有着广泛的使用。小明利用此继电器给家中的网络设备设计了一个自动电源备份电路。当主电源意外断电时，备用电源将能自动接替工作至主电源恢复。图乙虚线框内为微型继电器的内部结构。1、2脚与电磁铁的线圈相连，3、4、5脚分别与静触点c、d及动触点e相连。
（1）计算出该继电器正常工作时线圈中电流为多大？若网络设备的主电源电压为12V，S闭合后，继电器正常工作时，限流电阻R0的消耗功率为多少瓦特？
（2）使用过程中，小明发现当线圈电流小于正常值时也能吸引衔铁，使触点e、c接触，但电流太小电磁铁磁性太 　 　，触点间压力太小，触点接触不良，网络设备无法工作。如图丙所示，小明拆开外壳用刻度尺对继电器转动部件进行了测量，则转动轴O到衔铁b的距离为 　 　cm。
（3）电磁铁无磁性时，ed接触，为了保证e与d接触时有足够的压力，弹簧对a点的拉力为0.5N。电磁铁有磁性时，ec接触，此时弹簧对a点的拉力为0.7N。则为了保证ec接触时的压力与ed接触时的压力相同，电磁铁有磁性时对衔铁b的吸引力至少为多大？
14．音乐喷泉是集声光电技术于一体的装置，它通过电脑采集音乐的声音频率特征，并将其转化为控制信号，控制水泵喷出水柱，形成喷泉。如图甲为控制喷泉工作的模拟电路，控制电路电源电压，呈周期性变化（如图乙所示），定值电阻，E为具有特殊功能的电子元件，当时，电路中没有电流通过；当时，E两端电压恒为6V，当线圈中通过的电流时，电磁继电器衔铁被吸下，水泵启动喷水。
（1）图甲中水泵主要部件是电动机，下列四幅图中与电动机工作原理相同的是（　　）
A．电磁起重机 B．通电后，磁针转
C．扬声器 D．动圈式话筒
（2）喷泉喷出水柱在空中形成水雾，这水雾在空中飞舞　 　（选填：“属于”或“不属于”）分子扩散现象；
（3）t＝3s时，线圈中通过的电流是　 　A；
（4）当控制电路电源电压为　 　V时，电磁继电器衔铁刚好被吸下水泵启动喷水.此时，电阻的功率为　 　W；
（5）已知水泵每秒可喷出水的体积为，在0~6s内，水泵喷水的总质量为　 　kg。请在图丙中画出0~12s水泵喷水的总质量m随时间t的变化曲线。　 　
15．如图是一种水位自动报警器的原理图。水位没有到达金属块A，绿灯亮：水位到达金属块A时，红灯亮。问：
（1）报警器的核心部件是电磁铁，只有当电磁铁中的线圈有电流时才能有磁性，并且电流越大，磁性越　 　；如果在电磁铁的线圈中插入铁芯，电磁铁的磁性会增　 　；
（2）水位没有达到金属块A时，电磁铁　 　（选填“有”或“没有”）电流流过；
（3）在实际应用中，我们可以把抽水机与图中的　 　灯　 　联，这样可以实时了解抽水机的工作情况；
（4）为了确保报警器正常工作，水的　 　（选填“导电性”或“绝缘性）要好。
16．某智能扫地机器人（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。图乙为其部分工作原理图，R为光敏电阻，其阻值随光照强度增大而减小。下表为其部分工作参数：（注：电池总容量5.0Ah是指在额定电压下以电流5.0A时可工作1小时）
额定电压 12V 额定功率 30W
电池总容量 5.0Ah 工作噪音 <50dB
（1）图乙中电磁铁是根据丹麦物理学家　 　发现的电流磁效应工作的。
（2）接通电源，机器人工作，当清扫到一定程度，地面灰尘减少，使照射到光敏电阻上的光照强度增强，通过电磁铁的电流将　 　（选填“增强”“不变”或“减弱”），则电磁铁磁性　 　（选填“增强”“不变”或“减弱”），动触头B将与定触头　 　（选填“A”或“C”）接触。
（3）充满电后电池储存的电能为　 　J；充满电后最多可以供扫地机器人工作　 　h。
17．小明设计了一种“自动限重器”，如图（甲）所示。该装置由控制电路和工作电路组成，其主要元件有电磁继电器、货物装载机（实质是电动机）、压敏电阻R1和滑动变阻器R2等。压敏电阻R1的阻值随压力F变化的关系如图（乙）所示。当货架承受的压力达到限定值，电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品。已知控制电路的电源电压U＝6V，电磁继电器线圈的阻值R＝10Ω。请你解答下列问题：
（1）由图（乙）中的图像可知，随着压力F的增大，压敏电阻R1的阻值将　 　；
（2）用笔画线代替导线将图（甲）的电路连接完整；
（3）电磁继电器中的电磁铁上端为　 　极（选填“N”或“S”）；
（4）随着控制电路电流的增大，电磁铁的磁性将　 　，当电磁继电器线圈中的电流大小为30mA时，衔铁被吸下。若货架能承受的最大压力为800N，则所选滑动变阻器R2的最大阻值至少为　 　Ω。
18．某家用电热水器，其工作模式和相关参数如下表。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挡位变换。为电热丝，为滑动变阻器，为热敏电阻（置于电热水器内），其阻值随温度的升高而减小。
型号 电源 加热功率 保温功率 水容量
LELZ20-19 AD220V 800W
（1）由图可知，闭合开关时，电磁继电器的上端为　 　（选填“N”或“S”）极；当电热丝和同时工作时电热水器处于　 　（选填“加热”或“保温”）挡。
（2）该电热器正常工作时，求：
①电热丝的阻值；
②电热水器处于加热状态时，工作可使水的温度升高则该电热水器的效率是多少？
（3）电热水器工作时，若需要提高其保温温度，下列措施可行的是______。
A．将滑动变阻器的滑片向右移
B．减小电磁继电器线圈匝数
C．将电磁继电器左端弹簧更换为劲度系数更大的弹簧
D．增大控制电路的电源电压
19．小明学习“电和磁”的相关知识时，完成了下列两组实验。
（1）在探究电流与磁场的关系实验中：如图甲，闭合开关的瞬间，观察到小磁针会偏转，该实验说明　 　；
（2）将螺线管安装在一块有机玻璃板上，连入电路中。在板面上均匀地洒满铁屑，闭合开关并轻敲玻璃板面，观察到铁屑分布情况如图乙所示。铁屑的分布情况与　 　磁体周围铁屑的分布情况相似。若只改变螺线管中的电流方向，铁屑分布情况　 　（选填“会”或“不会”）改变；
（3）下列选项中与以上原理相同的是________。（填字母）
A．电磁继电器 B．动圈式话筒 C．扬声器
（4）用如图丙所示的装置研究电磁感应：保持导体AB不动，使蹄形磁体快速向上运动，电流表指针　 　（选填“不会”或“会”）偏转；
（5）通过实验我们还发现：感应电流方向不仅与导体运动方向有关，还与　 　有关；
（6）利用电磁感应原理工作的装置有________。（填字母）
A．电铃 B．扬声器 C．电磁起重机 D．动圈式话筒
20．电与磁之间存在着相互联系，彰显物理现象的对称、统一之美。
（1）如图所示，利用干电池、导线和小磁针进行实验。通电后小磁针发生偏转，断电后小磁针复位，实验表明　 　。
（2）如图甲所示，将直导线绕成螺线管形状，将其安装在有机玻璃板上，连入电路。硬纸板上均匀地撒满铁屑，螺线管周围放置若干枚小磁针。
①闭合开关，轻敲玻璃板，观察到铁屑的分布规律，同时观察到小磁针发生偏转，说明通电螺线管周围存在　 　。铁屑的分布情况与　 　磁体周围铁屑的分布情况相似。此时，如果移走小磁针，该结论　 　（选填“仍成立”或“不成立”）；
②小磁针的作用是指示该点的磁场　 　。观察图乙小磁针的指向，可知螺线管的右端是　 　（选填“N”或“S”）极。接下来将电源的正负极对调，这是为了进一步判断通电螺线管的极性与　 　的关系。
（3）在螺线管中插入软铁棒，可以制成电磁铁，下列设备中没有用到电磁铁的是________。
A．电磁继电器 B．电磁起重机 C．电炉 D．电铃
21．实验小组的同学进行电磁学实验。
（1）在如图甲所示的实验中，当闭合开关后，可以观察到磁场中金属棒ab在导轨上运动，这说明磁场对通电导体　 　，　 　是利用这一原理工作的；（选填“发电机”或“电动机”）
（2）若只将磁体的两极对调，接通电源，观察到金属棒ab向相反的方向运动，说明力的方向与　 　方向有关；
（3）在如图乙所示的实验中，闭合开关，保持蹄形磁体不动，若使导体AB沿水平方向运动，则电流表指针将发生偏转。与此现象原理相同的是　 　（选填“话筒”或“扬声器”）；
（4）根据图丙所示的情境可得出结论：电流一定时，　 　。电磁铁磁性越强。
22．学校物理实验小组的同学进行电磁学实验。请你帮他们完善以下内容。
（1）如图甲，当闭合开关，磁场中金属棒ab在导轨上运动，这说明磁场对　 　有力的作用。若只将电源的两极对调，接通电源，金属棒ab向相反的方向运动，说明力的方向与导体的　 　方向有关；
（2）如图乙，闭合开关，水平桌面上的蹄形磁体保持不动，若使导体AB沿　 　（选填“竖直”或“水平”）方向运动，则电流表指针将发生偏转，与此现象原理相同的是　 　（选填“动圈式话筒”或“动圈式扬声器”）；
（3）根据图丙的实验图，对比M、N两电磁铁，可得到实验结论：当电流相同时，　 　越多，电磁铁磁性越强。实验中，大头针下端都是分开的，原因是同名磁极，相互　 　。
（4）根据图丙的实验图，滑动变阻器滑片P向　 　（选填“左”或“右”）滑，MN电磁铁的磁性会增强。
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专题07 电与力结合综合分析问题
目 录
01 题型综述
02 解题攻略
提分秘籍
知识点一、电磁铁
知识点二、电磁继电器
知识点三、非纯电阻电路功率的分析与计算
典例剖析
题型1欧姆定律与力的结合
题型2电磁继电器与力的结合
题型3电动机与力的结合
03 中考练场
01题型综述
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。
02解题攻略
一、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。
二、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。
三、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。
【提分秘籍】
知识点一、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。
知识点二、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。
知识点三、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所以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
【典例剖析】
题型1欧姆定律与力的结合
（2025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 。
【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。
如图甲、乙所示，某科技小组自制了一个测量水的深度的装置，它由测量头和控制盒构成，测量头的测量面是一个涂有绝缘漆的面积为2cm2的压敏电阻R1，R1的电阻随水对它的压力F的变化关系如图丙所示，控制盒内有一个定值电阻R0和一个最大阻值为90Ω的滑动变阻器R2，电源电压保持不变，通过电路调节，可使控制盒的功率达最大值Pm，科技小组通过控制盒的功率最小值和Pm的比值来标记水的深度，不计导线的电阻，电压表的量程为0﹣3V．科技小组在确保电路安全的情况下，进行如下的操作：ρ水＝1.0×103kg/m3；g取10N/kg）
（1）R1未放入水中时，闭合S，断开S1，将R2的滑片移至最上端。此时电压表示数达到最大值，R0的电功率为P0，求：R1未放入水中时的电阻为 Ω。
（2）测量头放到水下深度h1＝10m时，闭合S，断开S1，将R2的滑片移至某一位置时，R0的电功率为P0′，电路的总功率为P总，R1的电功率为P已知P0：P0′＝9：4，P总：P1＝6：1，求：此时R0两端的电压为 V。
（3）测量头放到水下深度h2＝3m时。调节电路，控制盒的最小功率与Pm的比值为 。
【解答】解：
（1）R1未放入水中时，受到的水的压力为0，由图像可知，此时R1＝30Ω；
（2）R1未放入水中时，由图知，闭合S，断开S1，将R2的滑片移至最上端，此时R0、R1串联，电压表示数达到最大值3V，
由串联电路特点和欧姆定律可得，电路中电流：I①，
测量头放到水下深度h1＝10m时，R1受到压力：
F＝pS＝ρghS＝1.0×103kg/m3×10N/kg×10m×2×10﹣4m2＝20N，
由图像知，此时压敏电阻R1的阻值为R1'＝10Ω，
此时，闭合S，断开S1，将R2的滑片移至某一位置时，R0、R2、R1串联，
由P＝I2R有：，可得：R总＝60Ω，
电路中电流：I'②，
，所以，
由①②可得：，解得：R0＝10Ω，
当闭合S，断开S1，将R2的滑片移至最上端，电压表示数达到最大值3V，
此时电路中电流：I＝I00.3A，
所以：I'I0.3A＝0.2A，
所以测量头在水深10m时，R0两端的电压为：U0'＝I'R0＝0.2A×10Ω＝2V；
（3）由串联电路特点和欧姆定律可得，电源电压：
U＝I（R0+R1）＝0.3A×（10Ω+30Ω）＝12V，
当两开关都闭合时，压敏电阻R1被短路，R0、R2串联，当电压表示数最大时电流最大，此时控制盒两端的电压最大为U控大＝U＝12V，
电路中最大电流：I最大0.3A，
所以控制盒的功率达最大值：
Pm＝U控大I最大＝12V×0.3A＝3.6W；
测量头放到水下深度h2＝3m时，R1受到压力：
F'＝p'S＝ρghS＝1.0×103kg/m3×10N/kg×3m×2×10﹣4m2＝6N，
由图像知，此时压敏电阻R1的阻值为R1″＝20Ω，
①当变阻器R2连入阻值最大时，控制电路的总电阻最大为R控＝R0+R2大＝10Ω+90Ω＝100Ω，电流最小，P控有最小值，
则：P控最小1＝（）2×R控＝（）2×100Ω＝1W；
②当电压表示数为3V时，即U0最大＝3V时，电流中电流最大，则I最大0.3A，
此时R1两端的电压：U1＝I最大R1″＝0.3A×20Ω＝6V，
控制盒两端的电压：U控＝U﹣U1＝12V﹣6V＝6V，
此时控制盒功率：P控最小2＝U控I最大＝6V×0.3A＝1.8W，
因P控最小1＜P控最小2，故P控最小＝1W；
所以控制盒的最小功率与Pm的比值为1W：3.6W＝5：18。
故答案为：（1）30；（2）2；（3）5：18。
（2025 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。 。
【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。
题型2电磁继电器与力的结合
（2023春 滨江区校级期中）智能扫地机器人（如图甲）可通过灰尘传感器自动寻找清扫灰尘，通过电动机旋转、产生高速气流将灰尘等吸入集尘盒。图乙为其部分工作原理图，控制电路电源电压U为4.5V，定值电阻R0＝12Ω，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。
（1）当地面灰尘增多，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，B触头与静触头 （选填“A”或“C”）接触，则电动机工作；反之指示灯亮，从而达到自动控制的目的。
（2）若电压表示数小于等于3V时，电动机开始工作。求电压表示数为3V时，光照强度为多少？
（3）若要增加光照强度，电动机仍在电压表示数≤3V时开始工作，你可以怎么做？（请写出两种方法）
【解答】解：（1）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，光敏电阻变大，电流变小，磁性减弱，弹簧将衔铁拉起，B触头与静触头A接触，电动机工作，反之，指示灯亮，从而达到自动控制的目的。
（2）由图乙可知，控制电路中，光敏电阻与定值电阻串联，电压表测量定值电阻两端电压；
电压表示数为3V时，定值电阻R0的电流为：I0.25A；
光敏电阻两端的电压：U′＝U﹣U0＝4.5V﹣3V＝1.5V，
光敏电阻的电阻：R6Ω，由图丙可知，当光敏电阻的电阻为6Ω时，光照强度为3cd；
（3）由图丙可知，当光照强度增强时，光敏电阻的阻值变小，在R0不变时，由串联分压的规律可知光敏电阻分得的电压变小，若要电动机仍在电压表示数≤3V时开始工作，由串联电路的电压特点可知应减小电源电压；
当光照强度增强时，光敏电阻的阻值变小，若电源电压不变，仍要电动机在电压表示数≤3V时开始工作，则此时光敏电阻分得电压不变，由分压规律可得，因R的阻值减小，则应减小R0的阻值才能满足要求，即更换阻值更小的定值电阻。
（2025秋 北仑区期末）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）
【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）当衔铁质量增大时，由G＝mg可知，其重力增大，电磁铁对衔铁的吸引力也增大，由图乙可知，此时控制电路中吸合和释放时的电流变化量也增大，由欧姆定律可知，热敏电阻的阻值变化量也增大，由图丙可知，水温的变化量也增大，即增大衔铁质量，可以增大水温的变化范围。
（2025 江北区一模）如图甲所示是某项目化小组模拟自动灌注的模型示意图，该装置可分为灌注装置和运输装置两部分。通过运输装置中的传送带将空杯运输到灌注台，灌注装置在控制电路的控制下，使线圈1定时吸引衔铁将工作电路接通，喷头向杯中注入果汁。灌注台下方有压敏电阻R2，其阻值随压力F的变化情况如图乙所示，空杯、传送带、灌注台对R2的压力均忽略不计。当通过线圈2的电流大于或等于0.2A时，电动机内部开关闭合，传送带将带着装有果汁的杯子移动至接收台。
（1）当果汁灌入杯中时，通过线圈2的电流将 。
（2）运输装置中，电源电压U3＝1.2V，线圈2电阻不计。若R3的阻值为2Ω，求该情况下每杯至少可灌注多少克的果汁。
（3）为使喷头可以间断性喷射，控制电路的电源电压U1呈图丙周期性变化，线圈1电阻不计，当通过线圈1的电流I≥0.5A时，电磁继电器衔铁被吸下，喷头喷射果汁，已知喷头每秒喷出果汁质量为200g。若每次灌注240g果汁，为使灌果汁的过程可连续且稳定地进行，则应调节R1的阻值为多少欧？
【解答】解：（1）运输装置控制电路中，R2、R3串联接入电路，
由乙图可知压敏电阻的阻值随压力的增大而减小，
串联电路总电阻等于各部分电阻之和，果汁灌入杯中时，电路总电阻变小，根据欧姆定律可知通过线圈2的电流将变大；
（2）闭合开关，R2、R3串联接入电路，当线圈电流大于0.2A时，可使延时开关接通，此时串联电路总电阻：R6Ω，
串联电路总电阻等于各部分电阻之和，则R2的阻值：R2＝R﹣R3＝6Ω﹣2Ω＝4Ω，
由乙图可知力敏电阻受到的压力为3N，则G＝F＝3N，
单次灌注液体的质量：m0.3g＝300g；
（3）喷头每秒喷出液体质量为200g，某次液体灌注的标准为240g，则喷灌时间为1.2s，
灌注装置控制电路中，由图丙可知电压在1.8s内由0V增大到18V，又由18V减小到0V，所以0.3s～0.9s～1.5s时间段内电源电压为6V～18V～6V，故在该时间段内喷头喷射液体，
当线圈中通过的电流I≥0.5安时，电磁继电器衔铁被吸下，则R1的阻值：R112Ω。
题型3电动机与力的结合
（2025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是 。
【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。
（2025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。
【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。
（2025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。 。
【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。
（2025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？
【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。
03巩固练习
1． 如图所示，开关闭合后，使导体ab左右运动，灵敏电流表的指针随之偏转，人们根据此现象制成了（　　）
A．电磁铁 B．电动机 C．发电机 D．电磁继电器
【答案】C
【知识点】电磁感应
【解析】【解答】根据图像，是电磁感应现象装置，导体切割磁感线时，电路中产生感应电流，制成了发电机，C符合题意。
故答案为：C.
【分析】闭合电路的部分导体切割磁感线，产生电流，是发电机的工作原理。
2．如图所示的电吉它主要由“拾音器”和“音箱”组成，拾音器上装有磁铁和线圈。拨动钢弦，让其振动，导线中产生不同频率的电流，该电流经放大后通过音箱中的扬声器而发声。下列与“拾音器”工作原理相同的装置是（　　）
A．发电机 B．电磁铁 C．电磁继电器 D．电动机
【答案】A
【知识点】电磁铁的构造和原理；电磁继电器的组成、原理和特点；直流电动机的构造原理与工作过程；发电机的构造和原理
3．法拉第发现的电磁感应现象，使人类从蒸汽机时代步入了电气化时代。下列电器设备中，根据电磁感应原理制成的是
A．电磁继电器 B．电磁铁 C．电动机 D．发电机
【答案】D
【知识点】直流电动机的构造原理与工作过程
【解析】【解答】A、电磁继电器的内部主要有一个电磁铁构成，故是利用电流的磁效应的原理，故A错误。
B、电磁铁是利用电流的磁效应，故B错误。
C、电动机的前提是供电，结果是产生运动，利用通电导体在磁场中受力的原理，故C错误。
D、发电机的前提是运动，结果是产生电流，利用电磁感应现象原理，故D正确。
故答案为：D。
【分析】电磁感应现象原理的内容是：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，会产生感应电流。
4．如图所示是某保密室的防盗报警电路，当有人闯入保密室时会使开关 S 闭合．下列说法正确的是
A．电磁继电器与发电机工作原理相同
B．电磁继电器与电动机工作原理相同
C．电磁铁工作时，上端为 N 极
D．当有人闯入保密室时，b 灯亮
【答案】D
【知识点】电磁继电器的组成、原理和特点
【解析】【解答】AB、电磁继电器是利用电流的磁效应工作的，发电机是利用电磁感应原理制成的，电动机是根据通电线圈在磁场中受力而转动工作的，故AB错误；
C、根据安培定则可知，电磁铁工作时，上端为N极，故C错误；
D、当有人闯入保密室时会使开关S闭合，电磁铁有磁性，吸引衔铁，电灯b所在电路接通，b灯亮，故 D正确。故选： D。
【分析】(1)根据电磁继电器是利用电流的磁效应工作的，发电机是利用电磁感应原理制成的，电动机是根据通电线圈在磁场中受力而转动；
(2)根据安培定则判断电磁铁的NS极；
(3)电磁继电器的工作原理，当控制电路接通时，电磁铁有磁性，衔铁被吸下；当控制电路断开时，电磁铁无磁性，衔铁在弹簧的作用下被拉起，结合实际情况进行分析。
5．很多商场都安装了自动扶梯，这种电梯没人和有人时运行的速度会发生变化，其简易电路如图所示，R是一个压敏电阻，其阻值随压力的增大而减小。下列说法正确的是（　　）
A．控制电路中的电磁铁上端为S极
B．人走上电梯后，衔铁与触点2接触，电梯运行速度加快
C．人走下电梯后，电动机的额定功率变小，电动机转速变慢
D．人走下电梯后，电磁继电器控制电路中的电流增大
【答案】B
【知识点】电功率的计算；电磁继电器的组成、原理和特点
6．下图是电流表的内部结构示意图，当电流通过线圈时，通电线圈在磁场中受力转动从而带动指针偏转，下列与电流表工作原理相同的是（　　）
A．电磁铁 B．电动机 C．发电机 D．电磁继电器
【答案】B
【知识点】电磁铁的构造和原理；电磁继电器的组成、原理和特点；直流电动机的构造原理与工作过程；发电机的构造和原理
7．如图是电流表的内部结构示意图。当电流通过线圈时，通电线圈在磁场中转动从而带动指针偏转。下列选项与电流表工作原理相同的是（　　）
A．电磁铁 B．电动机 C．电磁继电器 D．发电机
【答案】B
【知识点】实用电动机的构造、特点和应用
【解析】【解答】通过电流表的内部构造显示电流表的制成原理：通电线圈在磁场中受力而转动，并且电流越大，线圈受到的力越大，其转动的幅度越大。因此可以利用电流表指针的转动幅度来体现电路中电流的大小。
A．电磁铁是利用电流的磁效应制成的，与电流表的工作原理无关，A不符合题意；
B．电动机是利用通电线圈在磁场中受力而转动的理论制成的，B符合题意；
C．电磁继电器是利用电流的磁效应制成的，与电流表的工作原理无关，C不符合题意；
D．发电机是利用电磁感应现象制成的，与电流表的制成原理无关，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】通过电流表的内部构造显示电流表的制成原理：通电线圈在磁场中受力而转动，并且电流越大，线圈受到的力越大，其转动的幅度越大。
8．某商场的智能扶手电梯的原理图如图所示，压敏电阻R的阻值随压力的增大而减小。电梯上无乘客时，电动机转动变慢，使电梯运动变慢；电梯上有乘客时，电动机转动变快，使电梯运动变快。下列说法正确的是（　　）
A．电磁铁上端是N极 B．继电器与电动机原理相同
C．有乘客时电动机的功率增大 D．无乘客时衔铁与触点2接触
【答案】C
【知识点】电磁继电器的组成、原理和特点
9．校园科技节举行智能潜水器项目比赛。某小组按要求制作了柱形潜水器，它的底面积封S1=0.0I m2，高h=0.15m，密度ρ2=0.6x103 kg/m3。潜水器内部密封有智能电磁铁和传感器，漂浮在装有水、足够高的圆柱形容器中，容器置于水平铁板上，如图所示。已知水的密度为1.0X103kg/m3，g取10N/kg
（1）潜水器的质量是多少
（2）水对潜水器底部的压强是多少
（3）若容器底面积S2=0.03 m2，水深h=0.3 m。该小组模拟比赛过程如下：启动潜水器，其内部开关闭合，传感器自动测出潜水器底部到水面的距离x，并自动调整电磁铁电流，改变潜水器与铁板间的吸力F的大小，使潜水器缓慢匀速下沉，完全浸入水中后，继续保持F随x 变化的关系，加速下沉直至容器底；在容器底停留片刻后，调整电磁铁电流，保持潜水器缓慢匀速上浮回到原出发处。通过计算，求出潜水器下潜到达容器底时吸力F的大小，并简线要说明潜水器上升过程中吸力F随潜水器底部到水面距离x的变化情况。
【答案】（1）解： 潜水器体积，
根据，，
潜水器重力，到达容器底时，。
潜水器上升过程中，浮力不变，重力不变，开始时，
随着x减小，F逐渐减小，当潜水器露出水面后，浮力减小，F继续减小，直到潜水器漂浮时。
（2）解： 潜水器漂浮，，
根据，可得。
（3）解： 潜水器完全浸没时，
此时，
潜水器重力，
到达容器底时，。
潜水器上升过程中，浮力不变，重力不变，开始时，
随着x减小，F逐渐减小，当潜水器露出水面后，浮力减小，F继续减小，直到潜水器漂浮时。
【知识点】压强的大小及其计算；液体压强的计算；浮力大小的计算；浮力的利用；物体的浮沉条件及其应用
10．如图所示，压敏电阻器是一种具有非线性伏安特性的电阻器件.其导电性能介于导体和绝缘体之间.如图甲是压敏电阻R1的阻值随压力F变化的关系图像.如图乙所示是用压敏电阻R1设计的一种“自动限重器”，该装置由控制电路和工作电路组成，其主要元件有电磁维电器、货物装软机(实质是电动机)、压敏电阻R1和定值电阻R2等，当货架承受的压力达到限定值，电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品.已知控制电路的电源电压U=6V， 电磁继电器线圈的阻值R=20Ω， 定值电阻R2=100Ω
（1）压敏电阻材料是　 　(选填“绝缘体”“超导体”或“半导体”)，电动机与图丙中工作原理相同的是　 　。
（2）当货架没有装货物时货架的质量忽略不计，电磁继电器中的电磁铁下端为　 　(选填“N”或“S”)极，控制电路通电 10min，则电路中将产生　 　 J的热量.
（3）当电磁继电器线圈中的电流大小为30mA 时衔铁被吸下，则货架能承受的最大压力 　 　N；为了调节货架能承受的最大压力，可调整控制电路的电源电压，若需要控制货架能承受的最大压力为1000N， 则替换的电源电压为　 　 V.
【答案】（1）半导体；D
（2）S；60
（3）800；4.8
【知识点】热量的计算；半导体特点及作用；欧姆定律及其应用
【解析】【解答】（1）①压敏电阻的导电能力在导体和绝缘体之间，所以压敏电阻材料是半导体；
②图中A是电磁感应的实验装置，说明磁生电；B是奥斯特实验的装置，说明电生磁；C是探究影响电磁铁磁性强弱的因素的实验装置，在电流一定时，线圈匝数越多，磁性越强；D是磁场对电流的作用的实验装置，和电动机的工作原理相同，故选D。
（2）①根据图乙可知，电流由电磁铁的上端流入，下端流出，根据安培定则可知，电磁继电器中的电磁铁下端为S极，上端为N极。
②当货架没有装货物时货架的质量忽略不计，则压敏电阻所受压力为0，根据图甲可知，压敏电阻的最大阻值为R1=240Ω；
控制电路中压敏电阻R1和R2及线圈串联在电路中，
此时的总电阻阻值：R总=R1+R2+R=240Ω+100Ω+20Ω=360Ω，
通电10min产生的热量：；
（3）①当电磁继电器线圈中的电流大小为30mA时衔铁被吸下，根据欧姆定律，此时电路中的总电阻为：；
压敏电阻、定值电阻、线圈三个电阻串联，所以压敏电阻的电阻为：
R1'=R总1-R-R2=200Ω-100Ω-20Ω=80Ω，
根据题图甲可知，此时货架能承受的最大压力为800N。
②若需要控制货架能承受的最大压力为1000N，此时压敏电阻对应的阻值为R1″=40Ω，
若线圈中的电流为30mA不变，
此时电路中的总电阻：R总2=R1″+R2+R=40Ω+100Ω+20Ω=160Ω，
此时替换的电源电压为：U'=IR总2=0.03A×160Ω=4.8V。
【分析】（1）①半导体的导电能力在导体和半导体之间；
②电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理来工作的。
（2）①根据安培定则来判断螺线管的极性；
②根据图甲来确定压敏电阻的阻值，控制电路中压敏电阻R1和R2及线圈串联在电路中，由此可求得此时的总电阻阻值，由t可求得通电10min，电路中产生的热量；
（3）当电磁继电器线圈中的电流大小为30mA时衔铁被吸下，根据欧姆定律可求得此时电路中的总电阻，压敏电阻、定值电阻、线圈三个电阻串联，由此可求得此时压敏电阻阻值，根据题图甲可知，此时货架能承受的最大压力，结合欧姆定律来计算压敏电阻的电阻和电源的电压。
11．阅读下列材料，回答问题：
3D打印
3D打印机是一种可快速成型的机器，原理是把数据和原料放进3D打印机中，通过逐层打印的方式来构造物体，热融技术是添加打印丝材到打印喷头，加热到190℃~230℃，熔化后从喷头挤出细细的料丝，液体在铜头管道中流动会受到较大的阻力，3D打印属于增材制造，精度越高速度越慢。某家用级别3D打印机所使用的丝材主要是ABS和PLA塑料，当在给ABS塑料进行加热的时候，它就会逐渐变软变稀再变成液体；而PLA塑料加热到一定温度时直接从固体变成液体的。1图所示是某型号3D打印机，表格为其部分技术参数：
型号 XXX 成形技术 热融
额定电压 220V 额定输入功率 250W
最大打印速度 80mm/s 工作噪音 50dB~60dB
净重 25kg 喷嘴最高工作温度 250℃
（1）2图是打印机电路示意图，当打印机正常工作时，电磁铁的上方为　 　（选填“N”或“S”）极；
（2）下列说法中错误的是（　　）
A．打印丝材ABS塑料是非晶体，而PLA塑料是晶体
B．该打印机工作工作1min，放出热量1.5×104J
C．打印喷头主要利用电流的热效应工作的
D．打印机工作时发出的声音不会对人的听力造成损伤
（3）3D打印机正常工作时的电流大约是　 　A（计算结果保留1位小数），打印喷头工作时主要用了电流的　 　效应；
（4）不同的打印丝材温度要求是有差异的，利用温度传感器可实现对打印喷头温度的精确测量。2图中，U1＝9V，电磁铁的线圈电阻忽略不计，当电磁继电器线圈的电流达到100mA时，衔铁被吸下来。3图是温度传感器R1阻值随温度变化的图像，当滑动变阻器R2接入电路中的电阻为60Ω时，喷头的温度最高可达到　 　℃。要使打印丝料能熔化，滑动变阻器的滑片可以　 　（选填“不”“向左”或“向右”）移动。
【答案】（1）S
（2）B
（3）1.1；热
（4）170；向右
【知识点】欧姆定律及其应用；电功率的计算；电流的热效应
12．阅读短文，完成填空。
电磁继电器与扫地机器人
某智能扫地机器人（如图 1）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。围2为其部分工作原理图，指示灯电阻为10Ω，定值电阻R0=12Ω，R为光敏电阻，其阻值随光照强度E（单位cd）的变化如围3所示。下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）：
工作电路电压 电池总容量 额定功率 工作噪音 控制电路电压
12 伏 2.5Ah（安时） 30 瓦 <50dB（分贝） 4.5V
（1）当清扫到一定程度，地面灰尘减少，使照射到光敏电阻上的光照强度增强，则电磁铁磁性　 　（选填“增强”、“不变”或“减弱”），动触点 B将与　 　（选填“A”或“C”）触头接触，此时工作电路中的电流为　 　A：
（2）检测发现该品牌扫地机器人在光照强度恰好为3cd时电动机开始工作，即是电压表示数等于　 　V 时，电动机开始工作；
（3）当剩余电量减为电池总容量的10%时，机器人会主动寻找充电器充电，充满电后电池储存的电能为　 　J；在充满电后到主动寻找充电器期间的电池总容量能够持续供应该机器人正常工作　 　小时。
【答案】（1）增强；C；1.2
（2）3
（3）1.08×105；0.9
【知识点】电磁继电器的组成、原理和特点
【解析】【解答】(1)当清扫到一定程度，地面灰尘减少，使照射到光敏电阻上的光照强度增强，光敏电阻变小，电流变大，电磁铁磁性增强，弹簧将衔铁吸下，B触头与静触头C接触，电动机停止工作；此时工作电路中只有灯泡连入电路，根据电动机的参数可知工作电路的电源电压应为12V；
则指示灯的电流为
。
(2)在光照强度恰好为3cd时电动机开始工作，此时若测得R=6Ω，则控制电路的总电阻：
控制电路中的电流为：
；
定值电阻Ro的两端的电压：
，
所以，相当于电压表示数为3V时，电动机开始工作。
【分析】(1)根据控制电路中光敏电阻与Ro串联，若测得R=6Ω，根据串联电路的特点和欧姆定律求出此时的电流，根据欧姆定律求出电压表示数；
(2)表格中的数据利用W=UIt即可求出充满电后电池储存的电能，根据求出正常工作的时间。
13．图甲为微型5脚电磁继电器，其体积小巧，规格为“5V 0.12W”，在生活中有着广泛的使用。小明利用此继电器给家中的网络设备设计了一个自动电源备份电路。当主电源意外断电时，备用电源将能自动接替工作至主电源恢复。图乙虚线框内为微型继电器的内部结构。1、2脚与电磁铁的线圈相连，3、4、5脚分别与静触点c、d及动触点e相连。
（1）计算出该继电器正常工作时线圈中电流为多大？若网络设备的主电源电压为12V，S闭合后，继电器正常工作时，限流电阻R0的消耗功率为多少瓦特？
（2）使用过程中，小明发现当线圈电流小于正常值时也能吸引衔铁，使触点e、c接触，但电流太小电磁铁磁性太 　 　，触点间压力太小，触点接触不良，网络设备无法工作。如图丙所示，小明拆开外壳用刻度尺对继电器转动部件进行了测量，则转动轴O到衔铁b的距离为 　 　cm。
（3）电磁铁无磁性时，ed接触，为了保证e与d接触时有足够的压力，弹簧对a点的拉力为0.5N。电磁铁有磁性时，ec接触，此时弹簧对a点的拉力为0.7N。则为了保证ec接触时的压力与ed接触时的压力相同，电磁铁有磁性时对衔铁b的吸引力至少为多大？
【答案】（1）解： 该继电器正常工作时线圈中电流为：；
若网络设备的主电源电压为12V，S闭合后，继电器正常工作时，此时继电器和限流电阻串联，加在限流电阻两端的电压为U限＝U﹣U继＝12V﹣5V＝7V；
限流电阻消耗的电功率为：P限＝IU限＝0.024A×7V＝0.168W。
答：限流电阻R0的消耗功率为0.168W；
（2）弱；0.80cm
（3）解： 电磁铁无磁性时，ed接触，为了保证e与d接触时有足够的压力，弹簧对a点的拉力为0.5N，以O点为支点，
此时根据杠杆的平衡条件有：Fa×oa＝Fc×oe；
根据题图可知：oa＝5mm；oe＝25mm；
所以。
电磁铁有磁性时，ec接触，此时弹簧对a点的拉力为0.7N。则为了保证ec接触时的压力与ed接触时的压力相同，此时杠杆受三个力矩平衡，仍然以o为支点；ob＝8mm；Fc＝Fd＝0.1N；
电磁铁对衔铁b的吸引力为Fb；
根据杠杆原理有：Fb×ob＝Fa'×oa+Fd×oe；
即：。
答：电磁铁有磁性时对衔铁b的吸引力至少为0.75N。
【知识点】功率大小的比较；功率的计算；功率计算公式的应用；杠杆的平衡分析法及其应用；有用功和额外功
【解析】【解答】(1)、通过功率的公式及变形公式 可以求得PR0=0.168W。
故答案填写：0.168W
(2)、电磁铁磁性和电流大小有关系，电流小，磁性弱。通过图丙示数可以读取距离为0.80cm。
故第一空填写：弱，第二空填写：0.80
(3)、根据杠杆原理即可求解：
【分析】电磁铁磁性的大小与电流大小、线圈匝数有关。刻度尺读数步骤确定分度值→确定始末刻度→相减①确定分度值②确定起始刻度③确定末端刻度④确定物体长度；注意事项：①视线与刻度尺垂直②读数时必须估读到分度值下一位
14．音乐喷泉是集声光电技术于一体的装置，它通过电脑采集音乐的声音频率特征，并将其转化为控制信号，控制水泵喷出水柱，形成喷泉。如图甲为控制喷泉工作的模拟电路，控制电路电源电压，呈周期性变化（如图乙所示），定值电阻，E为具有特殊功能的电子元件，当时，电路中没有电流通过；当时，E两端电压恒为6V，当线圈中通过的电流时，电磁继电器衔铁被吸下，水泵启动喷水。
（1）图甲中水泵主要部件是电动机，下列四幅图中与电动机工作原理相同的是（　　）
A．电磁起重机 B．通电后，磁针转
C．扬声器 D．动圈式话筒
（2）喷泉喷出水柱在空中形成水雾，这水雾在空中飞舞　 　（选填：“属于”或“不属于”）分子扩散现象；
（3）t＝3s时，线圈中通过的电流是　 　A；
（4）当控制电路电源电压为　 　V时，电磁继电器衔铁刚好被吸下水泵启动喷水.此时，电阻的功率为　 　W；
（5）已知水泵每秒可喷出水的体积为，在0~6s内，水泵喷水的总质量为　 　kg。请在图丙中画出0~12s水泵喷水的总质量m随时间t的变化曲线。　 　
【答案】（1）C
（2）不属于
（3）4.5
（4）10；8
（5）10；
【知识点】欧姆定律及其应用；电功率的计算；扬声器和耳机的构造和原理；动圈式话筒的构造和原理
15．如图是一种水位自动报警器的原理图。水位没有到达金属块A，绿灯亮：水位到达金属块A时，红灯亮。问：
（1）报警器的核心部件是电磁铁，只有当电磁铁中的线圈有电流时才能有磁性，并且电流越大，磁性越　 　；如果在电磁铁的线圈中插入铁芯，电磁铁的磁性会增　 　；
（2）水位没有达到金属块A时，电磁铁　 　（选填“有”或“没有”）电流流过；
（3）在实际应用中，我们可以把抽水机与图中的　 　灯　 　联，这样可以实时了解抽水机的工作情况；
（4）为了确保报警器正常工作，水的　 　（选填“导电性”或“绝缘性）要好。
【答案】（1）强；强
（2）没有
（3）红；并
（4）导电性
【知识点】电磁继电器的组成、原理和特点
16．某智能扫地机器人（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。图乙为其部分工作原理图，R为光敏电阻，其阻值随光照强度增大而减小。下表为其部分工作参数：（注：电池总容量5.0Ah是指在额定电压下以电流5.0A时可工作1小时）
额定电压 12V 额定功率 30W
电池总容量 5.0Ah 工作噪音 <50dB
（1）图乙中电磁铁是根据丹麦物理学家　 　发现的电流磁效应工作的。
（2）接通电源，机器人工作，当清扫到一定程度，地面灰尘减少，使照射到光敏电阻上的光照强度增强，通过电磁铁的电流将　 　（选填“增强”“不变”或“减弱”），则电磁铁磁性　 　（选填“增强”“不变”或“减弱”），动触头B将与定触头　 　（选填“A”或“C”）接触。
（3）充满电后电池储存的电能为　 　J；充满电后最多可以供扫地机器人工作　 　h。
【答案】（1）奥斯特
（2）增强；增强；C
（3）2.16×105；2
【知识点】电功的计算；电功率的计算；电磁继电器的组成、原理和特点
17．小明设计了一种“自动限重器”，如图（甲）所示。该装置由控制电路和工作电路组成，其主要元件有电磁继电器、货物装载机（实质是电动机）、压敏电阻R1和滑动变阻器R2等。压敏电阻R1的阻值随压力F变化的关系如图（乙）所示。当货架承受的压力达到限定值，电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品。已知控制电路的电源电压U＝6V，电磁继电器线圈的阻值R＝10Ω。请你解答下列问题：
（1）由图（乙）中的图像可知，随着压力F的增大，压敏电阻R1的阻值将　 　；
（2）用笔画线代替导线将图（甲）的电路连接完整；
（3）电磁继电器中的电磁铁上端为　 　极（选填“N”或“S”）；
（4）随着控制电路电流的增大，电磁铁的磁性将　 　，当电磁继电器线圈中的电流大小为30mA时，衔铁被吸下。若货架能承受的最大压力为800N，则所选滑动变阻器R2的最大阻值至少为　 　Ω。
【答案】（1）减小
（2）
（3）N
（4）增强；110
【知识点】欧姆定律及其应用；电磁继电器的组成、原理和特点；通电螺线管的极性和电流方向的判断
【解析】【解答】解：（1）由图乙可知，随着压力F的增大，压敏电阻R1的阻值减小。
（2）将货物装载机和上触点串联组成工作电路，电路如图所示：
（3）电流从电磁铁的上端流入，根据安培定则可知，电磁铁的上端为N极。
（4）电磁铁磁性强弱与电流大小和线圈匝数有关，电流越大、匝数越大，电磁铁的磁性越强。随着控制电路电流的增大，电磁铁的磁性将增强。
当电磁继电器线圈中的电流大小为30mA时，此时控制电路中的总电阻为
根据题图乙可知，此时压敏电阻的阻值R1=80Ω，所以此时滑动变阻器接入电路的最大阻值至少为R2=R总-R1-R线=200Ω-80Ω-10Ω=110Ω
【分析】(1 )根据图象分析压敏电阻R的阻值与压力大小的关系；
(2)将货物装载机和上触点串联组成工作电路，电磁铁串联接入控制电路；当压力过大时，压敏电阻变小、控制电路中的电流变大、电磁铁磁性增强，增强到一定程度，将衔铁吸下，使工作电路断开，货物装载机停止工作；
(3)由安培定则可判断电磁铁的磁极；
(4)电流越大，磁性越强，根据公式，结合图像数据，可确定对应压力下的电阻。
18．某家用电热水器，其工作模式和相关参数如下表。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挡位变换。为电热丝，为滑动变阻器，为热敏电阻（置于电热水器内），其阻值随温度的升高而减小。
型号 电源 加热功率 保温功率 水容量
LELZ20-19 AD220V 800W
（1）由图可知，闭合开关时，电磁继电器的上端为　 　（选填“N”或“S”）极；当电热丝和同时工作时电热水器处于　 　（选填“加热”或“保温”）挡。
（2）该电热器正常工作时，求：
①电热丝的阻值；
②电热水器处于加热状态时，工作可使水的温度升高则该电热水器的效率是多少？
（3）电热水器工作时，若需要提高其保温温度，下列措施可行的是______。
A．将滑动变阻器的滑片向右移
B．减小电磁继电器线圈匝数
C．将电磁继电器左端弹簧更换为劲度系数更大的弹簧
D．增大控制电路的电源电压
【答案】（1）S；保温
（2）①，②
（3）A；B；C
【知识点】比热容；电路的动态分析；电功率的计算；电磁继电器的组成、原理和特点；通电螺线管的极性和电流方向的判断
19．小明学习“电和磁”的相关知识时，完成了下列两组实验。
（1）在探究电流与磁场的关系实验中：如图甲，闭合开关的瞬间，观察到小磁针会偏转，该实验说明　 　；
（2）将螺线管安装在一块有机玻璃板上，连入电路中。在板面上均匀地洒满铁屑，闭合开关并轻敲玻璃板面，观察到铁屑分布情况如图乙所示。铁屑的分布情况与　 　磁体周围铁屑的分布情况相似。若只改变螺线管中的电流方向，铁屑分布情况　 　（选填“会”或“不会”）改变；
（3）下列选项中与以上原理相同的是________。（填字母）
A．电磁继电器 B．动圈式话筒 C．扬声器
（4）用如图丙所示的装置研究电磁感应：保持导体AB不动，使蹄形磁体快速向上运动，电流表指针　 　（选填“不会”或“会”）偏转；
（5）通过实验我们还发现：感应电流方向不仅与导体运动方向有关，还与　 　有关；
（6）利用电磁感应原理工作的装置有________。（填字母）
A．电铃 B．扬声器 C．电磁起重机 D．动圈式话筒
【答案】（1）通电导体周围存在磁场
（2）条形；不会
（3）A
（4）会
（5）磁场方向
（6）D
【知识点】通电直导线周围的磁场；通电螺线管的磁场；产生感应电流的条件；动圈式话筒的构造和原理
20．电与磁之间存在着相互联系，彰显物理现象的对称、统一之美。
（1）如图所示，利用干电池、导线和小磁针进行实验。通电后小磁针发生偏转，断电后小磁针复位，实验表明　 　。
（2）如图甲所示，将直导线绕成螺线管形状，将其安装在有机玻璃板上，连入电路。硬纸板上均匀地撒满铁屑，螺线管周围放置若干枚小磁针。
①闭合开关，轻敲玻璃板，观察到铁屑的分布规律，同时观察到小磁针发生偏转，说明通电螺线管周围存在　 　。铁屑的分布情况与　 　磁体周围铁屑的分布情况相似。此时，如果移走小磁针，该结论　 　（选填“仍成立”或“不成立”）；
②小磁针的作用是指示该点的磁场　 　。观察图乙小磁针的指向，可知螺线管的右端是　 　（选填“N”或“S”）极。接下来将电源的正负极对调，这是为了进一步判断通电螺线管的极性与　 　的关系。
（3）在螺线管中插入软铁棒，可以制成电磁铁，下列设备中没有用到电磁铁的是________。
A．电磁继电器 B．电磁起重机 C．电炉 D．电铃
【答案】（1）通电导线周围存在磁场
（2）磁场；条形；仍成立；方向；N；电流方向
（3）C
【知识点】通电直导线周围的磁场；通电螺线管的磁场；电磁铁的其他应用
21．实验小组的同学进行电磁学实验。
（1）在如图甲所示的实验中，当闭合开关后，可以观察到磁场中金属棒ab在导轨上运动，这说明磁场对通电导体　 　，　 　是利用这一原理工作的；（选填“发电机”或“电动机”）
（2）若只将磁体的两极对调，接通电源，观察到金属棒ab向相反的方向运动，说明力的方向与　 　方向有关；
（3）在如图乙所示的实验中，闭合开关，保持蹄形磁体不动，若使导体AB沿水平方向运动，则电流表指针将发生偏转。与此现象原理相同的是　 　（选填“话筒”或“扬声器”）；
（4）根据图丙所示的情境可得出结论：电流一定时，　 　。电磁铁磁性越强。
【答案】（1）有力的作用；电动机
（2）磁场
（3）话筒
（4）线圈匝数越多
【知识点】磁场对通电导线的作用；电磁感应；影响电磁铁磁性强弱的因素及其探究
22．学校物理实验小组的同学进行电磁学实验。请你帮他们完善以下内容。
（1）如图甲，当闭合开关，磁场中金属棒ab在导轨上运动，这说明磁场对　 　有力的作用。若只将电源的两极对调，接通电源，金属棒ab向相反的方向运动，说明力的方向与导体的　 　方向有关；
（2）如图乙，闭合开关，水平桌面上的蹄形磁体保持不动，若使导体AB沿　 　（选填“竖直”或“水平”）方向运动，则电流表指针将发生偏转，与此现象原理相同的是　 　（选填“动圈式话筒”或“动圈式扬声器”）；
（3）根据图丙的实验图，对比M、N两电磁铁，可得到实验结论：当电流相同时，　 　越多，电磁铁磁性越强。实验中，大头针下端都是分开的，原因是同名磁极，相互　 　。
（4）根据图丙的实验图，滑动变阻器滑片P向　 　（选填“左”或“右”）滑，MN电磁铁的磁性会增强。
【答案】（1）通电导体；电流
（2）水平；动圈式话筒
（3）线圈匝数；排斥
（4）左
【知识点】电磁感应；影响电磁铁磁性强弱的因素及其探究
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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