资源简介

16.4　电磁继电器与自动控制
基础提质
1.【核心素养·物理观念】关于电磁继电器,下列说法正确的是(　　)
A.电磁继电器中的磁体,可以用永磁体,也可以用电磁铁
B.其工作原理是电流的磁效应
C.电磁铁中的铁芯,可以用钢棒代替
D.其作用是通过高电压、强电流电路控制低电压、弱电流电路
2.【跨学科融合·体育】(2025广西南宁青秀三模)如图是小蔡同学设计的短跑比赛“抢跑判断器”的电路图。闭合开关S 和S 后,电磁铁的上端为______(选填“N”或“S”)极;当运动员蹬在起跑器上时,若运动员抢跑,则压敏电阻R 所受的压力变小,其电阻变小,抢跑指示灯_______(选填“L ”或“L ”)亮,则可判定该运动员抢跑。
3.暴雨后立交桥下积水较深很不安全,某物理学习小组为此设计了一个积水自动报警器,其原理图如图所示。图中A、B位置可以分别安装电铃或LED灯,要求地面没有积水时,LED灯亮,地面积水较深时,电铃响。根据设计要求,电铃应该安装在图中的______(选填“A”或“B”)位置。积水较深控制电路接通时,电磁铁的上端为______(选填“N”或“S”)极。电磁继电器实质是一种_______(选填“用电器”或“开关”)。
4.【情境素材·安全与健康】为了安全,电梯都设置了超载自动报警系统,其工作原理如图所示。压敏电阻R 的阻值会随压力的增大而减小。当电梯所载人数增多时,控制电路中的电流会_______(选填“增大”或“减小”),电磁铁的磁性会_______(选填“增强”或“减弱”)。当电梯超载时,触点K与触点______(选填“A”或“B”)接触,电铃发出报警铃声。
能力提升
5.(2025江苏宿迁模拟,★★☆)如图所示,R 是一个光敏电阻,其阻值随光照强度的增大而减小,R是电阻箱(已调至合适阻值),它们和电磁继电器组成自动控制电路来控制路灯亮灭。白天灯熄,夜晚灯亮。下列说法正确的是(　　)
A.白天流过R 的电流较小
B.给路灯供电的电源应接在b、c之间
C.如果将R的阻值调大一些,路灯会在光线更暗时亮
D.电源电压减小后,路灯会在光线更强时亮
6.【核心素养·科学思维】(2025山东淄博中考改编,★★☆)实验室某恒温箱模拟电路如图所示,控制电路电压U =6 V,R =100 Ω,热敏电阻R 安装在恒温箱内,工作电路中R 为加热电阻。闭合开关S,电磁铁把衔铁吸下,工作电路接通,此时通电螺线管的上端为______极。随着恒温箱内温度的升高,R 的阻值_______(选填“增大”或“减小”),当螺线管中的电流减小为30 mA时,衔铁弹起,工作电路中的R 停止加热,此时R 的阻值为_________Ω。(螺线管的线圈电阻忽略不计)
7.【跨学科实践·日常生活】(2025江西丰城期末,★★☆)晚上,美丽的丰水湖的道路旁会亮起一排排的路灯。某项目化学习小组设计的自动控制型路灯的简化电路如图所示,其工作原理:控制电路接通后,在白天光照较强时,衔铁被电磁铁吸引,路灯L不发光;晚上光照较弱时,衔铁向上弹起,路灯L发光,实现自动控制。为实现路灯的自动控制,光敏电阻R光的阻值随光照强度的增强应_______(选填“增大”或“减小”)。遥遥同学提议,为节约用电,路灯需在傍晚光照强度更弱时才亮起,这时应_______(选填“增大”或“减小”)电阻R 的阻值。
素养提优
8.在跨学科实践课上,某小组的同学们开展了“设计自动浇花装置”的活动。
任务一:设计浇花装置。
(1)小组同学将小型水泵接入如图甲所示的电路,闭合开关,水泵开始工作,将水箱中的水输送到花盆中,实现浇花的目的。若要使水泵输送的水流大小可调节,(水泵输送的水流大小与电流大小有关)可在电路中串联一个________________。
任务二:优化浇水装置。
(2)小华同学希望增加根据土壤湿度自动浇水的功能,把土壤湿度传感器插入土壤中,如图乙所示,并设计了如图丙所示的控制电路。控制电路电压恒为12 V,R 为湿敏电阻。当土壤湿度低于设定值时,R 阻值减小,使得通过电磁铁线圈的电流≥30 mA,衔铁被吸下,水泵启动;当湿度达标后,会使电流<30 mA,衔铁弹回,指示灯亮。请在图丙虚线框中正确连接水泵和指示灯所在的电路。
任务三:调试浇水装置。
(3)若要求当土壤湿度为20%(此时R =120 Ω,线圈电阻忽略不计)时启动水泵,则滑动变阻器连入电路的阻值应调节为_______Ω;若希望在土壤湿度更高时(如25%),就开始浇水,滑动变阻器的滑片应向______(选填“左”或“右”)调节。
参考答案与解析
1. B
解析　电磁继电器中的磁体,必须用电磁铁,不能用永磁体,电磁铁中的铁芯是软磁性材料,钢棒获得磁性后,磁性不容易消失,属于硬磁性材料,所以不可以用钢棒代替,故A、C错误;电磁继电器的工作原理是电流的磁效应,故B正确;利用电磁继电器可以通过低电压、弱电流电路控制高电压、强电流电路,故D错误。
2. S;L
解析　闭合开关S 、S ,电流从电磁铁上端流入,由右手螺旋定则可知,电磁铁的下端为N极,上端为S极;运动员抢跑后,R 所受压力变小,电阻变小;由欧姆定律可知,控制电路中的电流变大,电磁铁的磁性增强,衔铁被吸下,抢跑指示灯L 亮。
3. B;S;开关
解析　当地面的水位升高到一定高度时,左边的控制电路接通,电磁铁产生磁性,吸下衔铁,动触点向下移动,接通电铃所在电路,电铃报警,所以电铃应安装在图中的B位置;电流从电磁铁的上端流入,由右手螺旋定则可知,电磁铁的上端为S极;电磁继电器实质是一种开关,通过控制电路的通断来控制工作电路的工作状态。
4. 增大;增强;B
解析　当电梯所载人数增多时,压敏电阻R 受到的压力增大,其阻值减小,控制电路中的总电阻减小,根据欧姆定律可知,控制电路中的电流增大,则电磁铁的磁性增强,磁性达到一定程度时,衔铁被电磁铁吸下,触点K与触点B接触,电铃报警,所以电梯超载时,电铃响,且电梯不工作。
5. D
解析　光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小;白天光照强度较强,R 的阻值较小,由欧姆定律可知,通过R 的电流较大,则控制电路中的电流较大,电磁铁磁性较强,衔铁被吸下来,触点与b、c部分电路接通;晚上,光敏电阻的阻值增大,电路中的电流变小,动触点与a、b部分电路接通,所以给路灯供电的电源应接在a、b之间,故A、B错误;如果将电阻箱R的阻值调大,控制电路中的电流将变小,电磁铁的磁性减弱,对衔铁的吸引力变小,路灯将被提前点亮,故C错误;电源电压减小,电路中的吸合电流不变,由I=可知,此时电路的总电阻变小,光敏电阻的阻值变小,光照强度增强,路灯会在光线更强时亮,故D正确。
6. N;增大;100
解析　闭合开关S,电流从螺线管上端流入,由右手螺旋定则可知,通电螺线管的上端是N极;衔铁被吸下后,工作电路接通,加热电阻R 开始工作,随着恒温箱内温度的升高,工作电路需断电停止加热,衔铁弹起,则说明此时螺线管中的电流减小,通电螺线管的磁性减弱,故热敏电阻R 的阻值增大;当螺线管中的电流减小为30 mA时,衔铁弹起,工作电路中的R 停止加热,由I=可得,此时控制电路的总电阻R总===200 Ω,通电螺线管的线圈电阻忽略不计,则R =R总-R =200 Ω-100 Ω=100 Ω。
7. 减小;减小
解析　控制电路接通后,在白天光照较强时,衔铁被电磁铁吸引,路灯L不发光;晚上光照较弱时,衔铁向上弹起,路灯L发光,从而实现自动控制;由此可知,晚上电磁铁的磁性较弱,控制电路中的电流较小,控制电路的总电阻较大,则光敏电阻R光的阻值随光照强度增强而减小。当光照强度逐渐变弱时,光敏电阻R光的阻值变大,而电磁继电器的衔铁被吸合时线圈中的电流不变,根据R=可知,此时控制电路的总电阻应不变,由串联电路电阻特点可知,减小R 的阻值可以实现在光照强度更弱时,使电磁继电器的衔铁被吸合,从而实现节约用电。
8. (1)滑动变阻器　(2)如图所示　(3)280;左
解析　(1)根据水泵输送的水流大小与电流大小有关,改变水流大小需要改变电路中的电流,故在电路中串联一个滑动变阻器可达到目的;
(2)R 为湿敏电阻,当土壤湿度低于设定值时,R 阻值减小,使得通过电磁铁线圈的电流≥30 mA,衔铁被吸下,水泵启动,说明此时电动机通电,则电动机与下方静触点相连,当湿度达标后,会使电流<30 mA,衔铁弹回,指示灯亮,则指示灯与上方静触点相连,电动机与指示灯工作互不影响,为并联关系,连接方式如图所示;
(3)当土壤湿度为20%(此时R =120 Ω,线圈电阻忽略不计)时启动水泵,此时电流I=30 mA=0.03 A;根据欧姆定律和串联电路的电阻特点可知,电源电压U=I(R +R_P),即12 V=0.03 A×(120 Ω+R_P);解得R_P=280 Ω;希望在土壤湿度更高时(如25%),就开始浇水,则R 阻值变大,由于启动电流不变,故电路中的总电阻不变,根据串联电路的电阻特点知,必须减小滑动变阻器连入电路的电阻,即应向左调节滑片。

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