資源簡介

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專題07 電與力結合綜合分析問題
目 錄
01 題型綜述
02 解題攻略
提分秘籍
知識點一、電磁鐵
知識點二、電磁繼電器
知識點三、非純電阻電路功率的分析與計算
典例剖析
題型1歐姆定律與力的結合
題型2電磁繼電器與力的結合
題型3電動機與力的結合
03 鞏固練習
01題型綜述
簡單電路與力學基礎結合
常以基本的串聯或并聯電路為基礎，結合物體的受力分析。涉及電路中的電流、電壓、電阻的計算，以及利用二力平衡等知識求解物體所受的力。如在一個簡單的串聯電路中，已知電源電壓和電阻阻值，計算出電路中的電流，同時分析與電路中某一元件相連的物體在水平面上靜止時所受的摩擦力等。
通電螺線管與簡單機械結合
常出現通電導線在磁場中受力與杠桿、滑輪等簡單機械的組合。結合磁場對通電導線的作用和簡單機械的省力、費力原理等知識。
02解題攻略
一、審題
仔細閱讀題目，圈出關鍵信息，如已知的電量、電壓、電流、電阻、力的大小、物體的質量、運動狀態等。明確題目所描述的物理情境，判斷是電路與簡單機械結合，還是通電導線在磁場中與力學的結合等。
二、分析
電路分析：確定電路的連接方式，分析電路中電流的路徑，判斷電表測量的對象，根據題目條件判斷電路中電阻、電流、電壓的變化情況。
受力分析：對物體進行受力分析，畫出受力示意圖，明確物體受到哪些力的作用，判斷物體的受力狀態是平衡還是非平衡。若物體處于平衡狀態，根據二力平衡或多力平衡條件列出等式；
找出聯系：找到電學量和力學量之間的聯系，例如通過電流的變化引起電磁鐵磁性的變化，從而導致對物體的吸引力變化；或者物體的運動導致電路中電阻變化，進而影響電流、電壓等。
三、解題
根據分析過程，選擇合適的公式進行計算。如果是力的平衡問題，根據平衡條件列方程求解；如果涉及電路計算，根據歐姆定律、電功率公式等進行計算。對于綜合性較強的問題，可能需要分步計算，先求出一些中間量，再逐步求解最終答案。計算過程中要注意單位的統一。
【提分秘籍】
知識點一、電磁鐵
（1）電磁鐵的特點
①磁性的有無可通過通斷電流來控制；
②磁極的極性可通過改變電流的方向來實現；
③磁性的強弱可通過改變電流大小、線圈的匝數來控制。
（2）電磁鐵在實際生活中的應用
①對磁性材料有力的作用。主要應用在電鈴、電磁起重機、電磁剎車裝置和許多自動控制裝置上；
②產生強磁場?，F代技術上很多地方需要的強磁場都是由電磁鐵提供的，如磁浮列車、磁療設備、測量儀器以及研究微觀粒子的加速器等。
知識點二、電磁繼電器
電磁繼電器的電路包括低壓控制電路、高壓工作電路兩部分，如圖所示。
控制電路接通時，電磁鐵產生磁性吸下銜鐵，動、靜觸點接觸，接通工作電路；控制電路斷開時，電磁鐵失去磁性，在彈簧作用下釋放銜鐵，動、靜觸點分離，工作電路斷開。從而通過控制電路的通斷來控制工作電路的通斷。
知識點三、非純電阻電路功率的分析與計算
(1)電動機的功率和效率
①電動機的輸入功率是電動機消耗的總功率,P入=P總=UI=P出+P熱
②電動機的熱功率是線圈上電阻的發熱功率,P熱=I2r=P入-P熱
③電動機的輸出功率是電動機將電能轉化為機械能的功率,P出=P入-P熱=IU-I2r=Fv
④電動機的效率:η=P出/P入
(2)串、并聯電路的總功率
①串聯電路:P總=UI=(U1+U2+U3+…)I=P1+P2+P3+
②并聯電路:P總=UI=U(I1+I2+I3+…)=P1+P2+P3+
從能量轉化的角度看,無論是串聯電路還是并聯電路,無論是純電阻電路還是非純電阻電路,電路消耗的總功率均等于電路中各部分消耗的功率之和
注意事項
①電動機不轉動時:
無機械能輸出，電能全部轉化為內能，不轉的時候是用來求線圈內阻r所以W電=Q;P 電=P 熱=I2R.
②電動機正常工作時:
a.電流做功是所消耗的總能量W電=UIt;電流做功的功率P電=UI;
b.工作時所產生的熱能Q=W熱=I2rt;其發熱功率P=I2r;
c.所轉化的機械能 W機=W電-W熱=UIt-I2rt;轉化的機械能功率P機=P電-P熱=UI-I2r
【典例剖析】
題型1歐姆定律與力的結合
（2025秋 杭州校級期末）在學習了電路的相關知識后，某項目化學習小組制作了一個體重秤，圖甲是其電路結構圖，R0為定值電阻，秤盤下方的電阻R為壓敏電阻，其阻值隨所受壓力大小的變化關系圖像如圖乙所示。已知電源電壓為6V保持不變，電壓表量程0～3V，電流表量程0～0.6A。
（1）現要將電表改裝為體重顯示屏，要求體重越大，電表示數越大；你會選擇哪個電表進行改裝 （選填“電壓表”或“電流表”）。
（2）當R0＝20Ω，電壓表的示數為2V，則站在體重秤上人的重力為 牛。
（3）保持體重秤的結構和電表量程不變，若想增大稱量范圍，可采取的改進方法有 。
如圖甲、乙所示，某科技小組自制了一個測量水的深度的裝置，它由測量頭和控制盒構成，測量頭的測量面是一個涂有絕緣漆的面積為2cm2的壓敏電阻R1，R1的電阻隨水對它的壓力F的變化關系如圖丙所示，控制盒內有一個定值電阻R0和一個最大阻值為90Ω的滑動變阻器R2，電源電壓保持不變，通過電路調節，可使控制盒的功率達最大值Pm，科技小組通過控制盒的功率最小值和Pm的比值來標記水的深度，不計導線的電阻，電壓表的量程為0﹣3V．科技小組在確保電路安全的情況下，進行如下的操作：ρ水＝1.0×103kg/m3；g取10N/kg）
（1）R1未放入水中時，閉合S，斷開S1，將R2的滑片移至最上端。此時電壓表示數達到最大值，R0的電功率為P0，求：R1未放入水中時的電阻為 Ω。
（2）測量頭放到水下深度h1＝10m時，閉合S，斷開S1，將R2的滑片移至某一位置時，R0的電功率為P0′，電路的總功率為P總，R1的電功率為P已知P0：P0′＝9：4，P總：P1＝6：1，求：此時R0兩端的電壓為 V。
（3）測量頭放到水下深度h2＝3m時。調節電路，控制盒的最小功率與Pm的比值為 。
（2025 鹿城區校級二模）某型號電開水器既能加熱煮水，又能貯水保溫。其結構示意圖如圖甲所示，電路原理圖如圖乙所示。
【電路簡介】
工作電路：冷水由進水口進入煮水箱，當水位達到設定高度后，浮球浮起，帶動連桿和活塞轉動，堵住進水口，同時開關S2自動閉合，煮水箱中的電熱絲R1開始加熱。水沸騰后經出水管溢出到貯水箱，煮水箱水位下降，進水口打開，開始進水，同時S2自動斷開。重復上述過程，直至貯水箱中的水量達到設定值，由貯水箱中的電熱絲R2加熱保溫。
控制電路：電磁鐵La和Lb完全相同，當通過的電流增大到I吸時，銜鐵K1、K2被吸起；當通過的電流減小到Ⅰ放時，銜鐵K1、K2被釋放，I吸＞Ⅰ放；壓敏電阻RP可感知貯水箱中的水量，其阻值隨水量的增大而減小；熱敏電阻Rr可感知貯水箱中的水溫，其阻值隨水溫的增大而減小。
（1）在圖甲中，浮球、連桿和活塞這一整體屬于簡單機械中的 。
（2）在某次調試過程中，小明監測并記錄30分鐘內通過A點的電流大小，見表。已知R1＜R2，工作電路電源電壓為220伏，則在這30分鐘內，電熱絲R1消耗的電能為多少焦？
時間 前10分鐘 中間10分鐘 后10分鐘
電流 10安 10秒鐘電流為零，50秒鐘電流為10安；如此反復進行。 15秒鐘電流為3安，45秒鐘電流為零；如此反復進行。
（3）請結合圖甲、乙說明隨著煮水箱中的水不斷沸騰溢出到貯水箱后，該電開水器能實現自動貯水保溫的工作原理。 。
題型2電磁繼電器與力的結合
（2023春 濱江區校級期中）智能掃地機器人（如圖甲）可通過灰塵傳感器自動尋找清掃灰塵，通過電動機旋轉、產生高速氣流將灰塵等吸入集塵盒。圖乙為其部分工作原理圖，控制電路電源電壓U為4.5V，定值電阻R0＝12Ω，R為光敏電阻，其阻值隨光照強度E（單位：cd）的變化如圖丙所示。
（1）當地面灰塵增多，空氣的透光程度減弱，使照射到光敏電阻上的光照強度減弱，B觸頭與靜觸頭 （選填“A”或“C”）接觸，則電動機工作；反之指示燈亮，從而達到自動控制的目的。
（2）若電壓表示數小于等于3V時，電動機開始工作。求電壓表示數為3V時，光照強度為多少？
（3）若要增加光照強度，電動機仍在電壓表示數≤3V時開始工作，你可以怎么做？（請寫出兩種方法）
（2025秋 北侖區期末）入冬，溫度驟降。為了避免魚缸中的熱帶魚抵抗不了低溫，老師發布任務要求。
設計一款自動加熱裝置放在魚缸中，并將相關指標設計了量表（如表所示）
評價指標 10分 5分 0分
加熱效率 加熱功率大于30W 加熱功率在15﹣30W之間 加熱功率小于15W
自動化 能在低溫時自動加熱，高溫時自動斷開 能在低溫時自動加熱，但高溫時無法自動斷開 無法自動加熱
小科利用電磁鐵設計以下電路，在工作電路中電源電壓U0為12V，電熱絲電阻R0為6Ω；控制電路中電源電壓U1為6V，電磁鐵對銜鐵的吸引力在不同電流和不同距離下的大小關系如圖乙所示，Rx為熱敏電阻，阻值隨水溫的變化規律如圖丙所示，電磁鐵和銜鐵的阻值忽略不計：
（1）請通過計算分析小科的設計在加熱效率指標上所得分數。
（2）針對自動化指標，小科的設計能達到10分。當溫度降到一定值，銜鐵被吸起，工作電路連通，開始加熱；當溫度上升到一定值，銜鐵自動掉落，工作電路斷開，停止加熱。若小科選擇的銜鐵質量為0.5千克，請計算小科該設計能保證魚缸的最低溫度為多少。
（3）若小科想利用該裝置，使魚缸的最高水溫稍微提高一些，可以采取以下措施 。（寫出一點即可）
（2025 江北區一模）如圖甲所示是某項目化小組模擬自動灌注的模型示意圖，該裝置可分為灌注裝置和運輸裝置兩部分。通過運輸裝置中的傳送帶將空杯運輸到灌注臺，灌注裝置在控制電路的控制下，使線圈1定時吸引銜鐵將工作電路接通，噴頭向杯中注入果汁。灌注臺下方有壓敏電阻R2，其阻值隨壓力F的變化情況如圖乙所示，空杯、傳送帶、灌注臺對R2的壓力均忽略不計。當通過線圈2的電流大于或等于0.2A時，電動機內部開關閉合，傳送帶將帶著裝有果汁的杯子移動至接收臺。
（1）當果汁灌入杯中時，通過線圈2的電流將 。
（2）運輸裝置中，電源電壓U3＝1.2V，線圈2電阻不計。若R3的阻值為2Ω，求該情況下每杯至少可灌注多少克的果汁。
（3）為使噴頭可以間斷性噴射，控制電路的電源電壓U1呈圖丙周期性變化，線圈1電阻不計，當通過線圈1的電流I≥0.5A時，電磁繼電器銜鐵被吸下，噴頭噴射果汁，已知噴頭每秒噴出果汁質量為200g。若每次灌注240g果汁，為使灌果汁的過程可連續且穩定地進行，則應調節R1的阻值為多少歐？
題型3電動機與力的結合
（2025秋 鎮海區期末）小科用迷你電動機制成了一臺升降機模型，如圖。電路中直流電動機的線圈電阻為2Ω，R0是阻值為10Ω的定值電阻，電源電壓保持24V不變，閉合開關S，當電動機正常工作時，勻速提升重為10N的物體，此時電壓表示數為14V。（忽略溫度對電阻的影響）
（1）電動機正常工作時，通過它的電流是 。
（2）電動機正常工作時，R0的電功率是 W。
（3）若電動機正常工作5s，可使物體上升的高度是 。
（2025秋 浙江期末）玻璃是由熾熱的玻璃液體冷卻后形成的。受油滴能在水面均勻分布開來的啟發，科研人員發明了一種制取平板玻璃的方法。其主要過程是讓玻璃液體浮于某溶液表面上，冷凝后用真空吸盤吊運，如圖所示。
（1）該方法的關鍵是能否找到會浮起玻璃液體的一種溶液，你認為這種溶液應具備的物理特征是 （寫出一點即可）。
（2）已知一塊平板玻璃質量為50kg，電動機工作時，兩端的電壓為220V，通過它的電流為4A，對滑輪組的鋼繩的拉力為400N，在10s內將上述玻璃板提升1m，求在此過程中：（均寫出計算過程）
①克服玻璃板重力做的功。
②滑輪組的機械效率。
③電動機線圈的電阻。
（2025秋 溫州期末）電梯是高層建筑中上下樓的重要工具，主要由電動機、曳引輪、導向輪、轎廂、配重及鋼纜組成。曳引輪和導向輪固定在樓頂支架上。鋼纜一側連接轎廂，另一側連接配重。電動機通過轉動曳引輪來拉動鋼纜，通過調整曳引輪的轉向來改變轎廂的運動方向。配重的使用能降低電動機的能耗。
（1）根據電梯的工作原理，判斷導向輪的滑輪類型是 。
（2）若轎廂達到最大乘客量1000千克，并勻速上升25米，則該過程轎廂對乘客做功 焦。
（3）在轎廂上升過程中，使用配重能減少電動機消耗電能，請分析原因。 。
（2025秋 余姚市月考）太陽能、風能等新能源并網發電由于不同時間光照強度和風力強度的變化，會導致瞬時發電功率變化，從而導致發電量和用電量不匹配而沖擊電網，為解決這一問題，新型儲能新技術正在不斷涌現，比如鋰離子電池儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、重力儲能等。其中重力儲能具備安全、長壽命、長時儲能等優點，如圖所示為其中一種重力儲能技術：當電力過剩時，用起重機將混凝土塊從低處吊到高處，將電能轉化成混凝七塊的重力勢能；當電力不足時，將混凝土塊從高處放到低處，通過發電機將重力勢能轉化為電能，起重機中的電動機可以在橫桿上移動，每一個混凝土塊質量為35噸，回答下列問題。（電動機重、動滑輪重、繩重及摩擦均不計）
（1）圖乙是起重機X、Y掛鉤上的鋼絲繩穿繩簡化示意圖，為了吊起一個混凝土塊，鋼絲繩能承受的拉力不得小于多少牛？
（2）若此時起重機X正吊起一個混凝土塊，且中心點距中心桿的距離為18m，起重機Y中心點距中心桿的距離為30m并連接地面的混凝土塊C，此時杠桿恰好平衡，則此刻混凝土塊C對地面的壓力是多少N？
（3）江蘇省如東100MWh重力儲能項目是全球首個百兆瓦級的重力儲能項目。在用電需求較低的時候，電動機和發電機為升降系統提供動力，該系統將重達35噸的混泥土塊拖到空中100米的高度，一旦需要能量，再降低混泥土塊用于發電，若降低100米，發電效率為85%，本次操作有多少機械能轉化為電能？
03鞏固練習
1． 如圖所示，開關閉合后，使導體ab左右運動，靈敏電流表的指針隨之偏轉，人們根據此現象制成了（　?。?br/>A．電磁鐵 B．電動機 C．發電機 D．電磁繼電器
2．如圖所示的電吉它主要由“拾音器”和“音箱”組成，拾音器上裝有磁鐵和線圈。撥動鋼弦，讓其振動，導線中產生不同頻率的電流，該電流經放大后通過音箱中的揚聲器而發聲。下列與“拾音器”工作原理相同的裝置是（　?。?br/>A．發電機 B．電磁鐵 C．電磁繼電器 D．電動機
3．法拉第發現的電磁感應現象，使人類從蒸汽機時代步入了電氣化時代。下列電器設備中，根據電磁感應原理制成的是
A．電磁繼電器 B．電磁鐵 C．電動機 D．發電機
4．如圖所示是某保密室的防盜報警電路，當有人闖入保密室時會使開關 S 閉合．下列說法正確的是
A．電磁繼電器與發電機工作原理相同
B．電磁繼電器與電動機工作原理相同
C．電磁鐵工作時，上端為 N 極
D．當有人闖入保密室時，b 燈亮
5．很多商場都安裝了自動扶梯，這種電梯沒人和有人時運行的速度會發生變化，其簡易電路如圖所示，R是一個壓敏電阻，其阻值隨壓力的增大而減小。下列說法正確的是（　?。?br/>A．控制電路中的電磁鐵上端為S極
B．人走上電梯后，銜鐵與觸點2接觸，電梯運行速度加快
C．人走下電梯后，電動機的額定功率變小，電動機轉速變慢
D．人走下電梯后，電磁繼電器控制電路中的電流增大
6．下圖是電流表的內部結構示意圖，當電流通過線圈時，通電線圈在磁場中受力轉動從而帶動指針偏轉，下列與電流表工作原理相同的是（　　）
A．電磁鐵 B．電動機 C．發電機 D．電磁繼電器
7．如圖是電流表的內部結構示意圖。當電流通過線圈時，通電線圈在磁場中轉動從而帶動指針偏轉。下列選項與電流表工作原理相同的是（　?。?br/>A．電磁鐵 B．電動機 C．電磁繼電器 D．發電機
8．某商場的智能扶手電梯的原理圖如圖所示，壓敏電阻R的阻值隨壓力的增大而減小。電梯上無乘客時，電動機轉動變慢，使電梯運動變慢；電梯上有乘客時，電動機轉動變快，使電梯運動變快。下列說法正確的是（　?。?br/>A．電磁鐵上端是N極 B．繼電器與電動機原理相同
C．有乘客時電動機的功率增大 D．無乘客時銜鐵與觸點2接觸
9．校園科技節舉行智能潛水器項目比賽。某小組按要求制作了柱形潛水器，它的底面積封S1=0.0I m2，高h=0.15m，密度ρ2=0.6x103 kg/m3。潛水器內部密封有智能電磁鐵和傳感器，漂浮在裝有水、足夠高的圓柱形容器中，容器置于水平鐵板上，如圖所示。已知水的密度為1.0X103kg/m3，g取10N/kg
（1）潛水器的質量是多少
（2）水對潛水器底部的壓強是多少
（3）若容器底面積S2=0.03 m2，水深h=0.3 m。該小組模擬比賽過程如下：啟動潛水器，其內部開關閉合，傳感器自動測出潛水器底部到水面的距離x，并自動調整電磁鐵電流，改變潛水器與鐵板間的吸力F的大小，使潛水器緩慢勻速下沉，完全浸入水中后，繼續保持F隨x 變化的關系，加速下沉直至容器底；在容器底停留片刻后，調整電磁鐵電流，保持潛水器緩慢勻速上浮回到原出發處。通過計算，求出潛水器下潛到達容器底時吸力F的大小，并簡線要說明潛水器上升過程中吸力F隨潛水器底部到水面距離x的變化情況。
10．如圖所示，壓敏電阻器是一種具有非線性伏安特性的電阻器件.其導電性能介于導體和絕緣體之間.如圖甲是壓敏電阻R1的阻值隨壓力F變化的關系圖像.如圖乙所示是用壓敏電阻R1設計的一種“自動限重器”，該裝置由控制電路和工作電路組成，其主要元件有電磁維電器、貨物裝軟機(實質是電動機)、壓敏電阻R1和定值電阻R2等，當貨架承受的壓力達到限定值，電磁繼電器會自動控制貨物裝載機停止向貨架上擺放物品.已知控制電路的電源電壓U=6V， 電磁繼電器線圈的阻值R=20Ω， 定值電阻R2=100Ω
（1）壓敏電阻材料是　 　(選填“絕緣體”“超導體”或“半導體”)，電動機與圖丙中工作原理相同的是　 　。
（2）當貨架沒有裝貨物時貨架的質量忽略不計，電磁繼電器中的電磁鐵下端為　 　(選填“N”或“S”)極，控制電路通電 10min，則電路中將產生　 　 J的熱量.
（3）當電磁繼電器線圈中的電流大小為30mA 時銜鐵被吸下，則貨架能承受的最大壓力 　 　N；為了調節貨架能承受的最大壓力，可調整控制電路的電源電壓，若需要控制貨架能承受的最大壓力為1000N， 則替換的電源電壓為　 　 V.
11．閱讀下列材料，回答問題：
3D打印
3D打印機是一種可快速成型的機器，原理是把數據和原料放進3D打印機中，通過逐層打印的方式來構造物體，熱融技術是添加打印絲材到打印噴頭，加熱到190℃~230℃，熔化后從噴頭擠出細細的料絲，液體在銅頭管道中流動會受到較大的阻力，3D打印屬于增材制造，精度越高速度越慢。某家用級別3D打印機所使用的絲材主要是ABS和PLA塑料，當在給ABS塑料進行加熱的時候，它就會逐漸變軟變稀再變成液體；而PLA塑料加熱到一定溫度時直接從固體變成液體的。1圖所示是某型號3D打印機，表格為其部分技術參數：
型號 XXX 成形技術 熱融
額定電壓 220V 額定輸入功率 250W
最大打印速度 80mm/s 工作噪音 50dB~60dB
凈重 25kg 噴嘴最高工作溫度 250℃
（1）2圖是打印機電路示意圖，當打印機正常工作時，電磁鐵的上方為　 ?。ㄟx填“N”或“S”）極；
（2）下列說法中錯誤的是（　?。?br/>A．打印絲材ABS塑料是非晶體，而PLA塑料是晶體
B．該打印機工作工作1min，放出熱量1.5×104J
C．打印噴頭主要利用電流的熱效應工作的
D．打印機工作時發出的聲音不會對人的聽力造成損傷
（3）3D打印機正常工作時的電流大約是　 　A（計算結果保留1位小數），打印噴頭工作時主要用了電流的　 　效應；
（4）不同的打印絲材溫度要求是有差異的，利用溫度傳感器可實現對打印噴頭溫度的精確測量。2圖中，U1＝9V，電磁鐵的線圈電阻忽略不計，當電磁繼電器線圈的電流達到100mA時，銜鐵被吸下來。3圖是溫度傳感器R1阻值隨溫度變化的圖像，當滑動變阻器R2接入電路中的電阻為60Ω時，噴頭的溫度最高可達到　 　℃。要使打印絲料能熔化，滑動變阻器的滑片可以　 ?。ㄟx填“不”“向左”或“向右”）移動。
12．閱讀短文，完成填空。
電磁繼電器與掃地機器人
某智能掃地機器人（如圖 1）可通過灰塵傳感器自動尋找灰塵清掃，通過電動機旋轉、產生高速氣流將灰塵等吸入集塵盒。圍2為其部分工作原理圖，指示燈電阻為10Ω，定值電阻R0=12Ω，R為光敏電阻，其阻值隨光照強度E（單位cd）的變化如圍3所示。下表為其部分工作參數（注：電池容量指工作電流與工作總時間的乘積）：
工作電路電壓 電池總容量 額定功率 工作噪音 控制電路電壓
12 伏 2.5Ah（安時） 30 瓦 <50dB（分貝） 4.5V
（1）當清掃到一定程度，地面灰塵減少，使照射到光敏電阻上的光照強度增強，則電磁鐵磁性　 ?。ㄟx填“增強”、“不變”或“減弱”），動觸點 B將與　 ?。ㄟx填“A”或“C”）觸頭接觸，此時工作電路中的電流為　 　A：
（2）檢測發現該品牌掃地機器人在光照強度恰好為3cd時電動機開始工作，即是電壓表示數等于　 　V 時，電動機開始工作；
（3）當剩余電量減為電池總容量的10%時，機器人會主動尋找充電器充電，充滿電后電池儲存的電能為　 　J；在充滿電后到主動尋找充電器期間的電池總容量能夠持續供應該機器人正常工作　 　小時。
13．圖甲為微型5腳電磁繼電器，其體積小巧，規格為“5V 0.12W”，在生活中有著廣泛的使用。小明利用此繼電器給家中的網絡設備設計了一個自動電源備份電路。當主電源意外斷電時，備用電源將能自動接替工作至主電源恢復。圖乙虛線框內為微型繼電器的內部結構。1、2腳與電磁鐵的線圈相連，3、4、5腳分別與靜觸點c、d及動觸點e相連。
（1）計算出該繼電器正常工作時線圈中電流為多大？若網絡設備的主電源電壓為12V，S閉合后，繼電器正常工作時，限流電阻R0的消耗功率為多少瓦特？
（2）使用過程中，小明發現當線圈電流小于正常值時也能吸引銜鐵，使觸點e、c接觸，但電流太小電磁鐵磁性太 　 　，觸點間壓力太小，觸點接觸不良，網絡設備無法工作。如圖丙所示，小明拆開外殼用刻度尺對繼電器轉動部件進行了測量，則轉動軸O到銜鐵b的距離為 　 　cm。
（3）電磁鐵無磁性時，ed接觸，為了保證e與d接觸時有足夠的壓力，彈簧對a點的拉力為0.5N。電磁鐵有磁性時，ec接觸，此時彈簧對a點的拉力為0.7N。則為了保證ec接觸時的壓力與ed接觸時的壓力相同，電磁鐵有磁性時對銜鐵b的吸引力至少為多大？
14．音樂噴泉是集聲光電技術于一體的裝置，它通過電腦采集音樂的聲音頻率特征，并將其轉化為控制信號，控制水泵噴出水柱，形成噴泉。如圖甲為控制噴泉工作的模擬電路，控制電路電源電壓，呈周期性變化（如圖乙所示），定值電阻，E為具有特殊功能的電子元件，當時，電路中沒有電流通過；當時，E兩端電壓恒為6V，當線圈中通過的電流時，電磁繼電器銜鐵被吸下，水泵啟動噴水。
（1）圖甲中水泵主要部件是電動機，下列四幅圖中與電動機工作原理相同的是（　?。?br/>A．電磁起重機 B．通電后，磁針轉
C．揚聲器 D．動圈式話筒
（2）噴泉噴出水柱在空中形成水霧，這水霧在空中飛舞　 　（選填：“屬于”或“不屬于”）分子擴散現象；
（3）t＝3s時，線圈中通過的電流是　 　A；
（4）當控制電路電源電壓為　 　V時，電磁繼電器銜鐵剛好被吸下水泵啟動噴水.此時，電阻的功率為　 　W；
（5）已知水泵每秒可噴出水的體積為，在0~6s內，水泵噴水的總質量為　 　kg。請在圖丙中畫出0~12s水泵噴水的總質量m隨時間t的變化曲線?！? 　
15．如圖是一種水位自動報警器的原理圖。水位沒有到達金屬塊A，綠燈亮：水位到達金屬塊A時，紅燈亮。問：
（1）報警器的核心部件是電磁鐵，只有當電磁鐵中的線圈有電流時才能有磁性，并且電流越大，磁性越　 ?。蝗绻陔姶盆F的線圈中插入鐵芯，電磁鐵的磁性會增　 ??；
（2）水位沒有達到金屬塊A時，電磁鐵　 ?。ㄟx填“有”或“沒有”）電流流過；
（3）在實際應用中，我們可以把抽水機與圖中的　 　燈　 　聯，這樣可以實時了解抽水機的工作情況；
（4）為了確保報警器正常工作，水的　 ?。ㄟx填“導電性”或“絕緣性）要好。
16．某智能掃地機器人（如圖甲）可通過灰塵傳感器自動尋找灰塵清掃，通過電動機旋轉，產生高速氣流將灰塵等吸入集塵盒。圖乙為其部分工作原理圖，R為光敏電阻，其阻值隨光照強度增大而減小。下表為其部分工作參數：（注：電池總容量5.0Ah是指在額定電壓下以電流5.0A時可工作1小時）
額定電壓 12V 額定功率 30W
電池總容量 5.0Ah 工作噪音 <50dB
（1）圖乙中電磁鐵是根據丹麥物理學家　 　發現的電流磁效應工作的。
（2）接通電源，機器人工作，當清掃到一定程度，地面灰塵減少，使照射到光敏電阻上的光照強度增強，通過電磁鐵的電流將　 　（選填“增強”“不變”或“減弱”），則電磁鐵磁性　 ?。ㄟx填“增強”“不變”或“減弱”），動觸頭B將與定觸頭　 ?。ㄟx填“A”或“C”）接觸。
（3）充滿電后電池儲存的電能為　 　J；充滿電后最多可以供掃地機器人工作　 　h。
17．小明設計了一種“自動限重器”，如圖（甲）所示。該裝置由控制電路和工作電路組成，其主要元件有電磁繼電器、貨物裝載機（實質是電動機）、壓敏電阻R1和滑動變阻器R2等。壓敏電阻R1的阻值隨壓力F變化的關系如圖（乙）所示。當貨架承受的壓力達到限定值，電磁繼電器會自動控制貨物裝載機停止向貨架上擺放物品。已知控制電路的電源電壓U＝6V，電磁繼電器線圈的阻值R＝10Ω。請你解答下列問題：
（1）由圖（乙）中的圖像可知，隨著壓力F的增大，壓敏電阻R1的阻值將　 　；
（2）用筆畫線代替導線將圖（甲）的電路連接完整；
（3）電磁繼電器中的電磁鐵上端為　 　極（選填“N”或“S”）；
（4）隨著控制電路電流的增大，電磁鐵的磁性將　 　，當電磁繼電器線圈中的電流大小為30mA時，銜鐵被吸下。若貨架能承受的最大壓力為800N，則所選滑動變阻器R2的最大阻值至少為　 　Ω。
18．某家用電熱水器，其工作模式和相關參數如下表。圖為電熱水器的原理圖，包括工作電路和控制電路兩部分，通過電磁繼電器自動控制電熱水器實現加熱狀態和保溫狀態的擋位變換。為電熱絲，為滑動變阻器，為熱敏電阻（置于電熱水器內），其阻值隨溫度的升高而減小。
型號 電源 加熱功率 保溫功率 水容量
LELZ20-19 AD220V 800W
（1）由圖可知，閉合開關時，電磁繼電器的上端為　 　（選填“N”或“S”）極；當電熱絲和同時工作時電熱水器處于　 ?。ㄟx填“加熱”或“保溫”）擋。
（2）該電熱器正常工作時，求：
①電熱絲的阻值；
②電熱水器處于加熱狀態時，工作可使水的溫度升高則該電熱水器的效率是多少？
（3）電熱水器工作時，若需要提高其保溫溫度，下列措施可行的是______。
A．將滑動變阻器的滑片向右移
B．減小電磁繼電器線圈匝數
C．將電磁繼電器左端彈簧更換為勁度系數更大的彈簧
D．增大控制電路的電源電壓
19．小明學習“電和磁”的相關知識時，完成了下列兩組實驗。
（1）在探究電流與磁場的關系實驗中：如圖甲，閉合開關的瞬間，觀察到小磁針會偏轉，該實驗說明　 　；
（2）將螺線管安裝在一塊有機玻璃板上，連入電路中。在板面上均勻地灑滿鐵屑，閉合開關并輕敲玻璃板面，觀察到鐵屑分布情況如圖乙所示。鐵屑的分布情況與　 　磁體周圍鐵屑的分布情況相似。若只改變螺線管中的電流方向，鐵屑分布情況　 ?。ㄟx填“會”或“不會”）改變；
（3）下列選項中與以上原理相同的是________。（填字母）
A．電磁繼電器 B．動圈式話筒 C．揚聲器
（4）用如圖丙所示的裝置研究電磁感應：保持導體AB不動，使蹄形磁體快速向上運動，電流表指針　 ?。ㄟx填“不會”或“會”）偏轉；
（5）通過實驗我們還發現：感應電流方向不僅與導體運動方向有關，還與　 　有關；
（6）利用電磁感應原理工作的裝置有________。（填字母）
A．電鈴 B．揚聲器 C．電磁起重機 D．動圈式話筒
20．電與磁之間存在著相互聯系，彰顯物理現象的對稱、統一之美。
（1）如圖所示，利用干電池、導線和小磁針進行實驗。通電后小磁針發生偏轉，斷電后小磁針復位，實驗表明　 　。
（2）如圖甲所示，將直導線繞成螺線管形狀，將其安裝在有機玻璃板上，連入電路。硬紙板上均勻地撒滿鐵屑，螺線管周圍放置若干枚小磁針。
①閉合開關，輕敲玻璃板，觀察到鐵屑的分布規律，同時觀察到小磁針發生偏轉，說明通電螺線管周圍存在　 　。鐵屑的分布情況與　 　磁體周圍鐵屑的分布情況相似。此時，如果移走小磁針，該結論　 　（選填“仍成立”或“不成立”）；
②小磁針的作用是指示該點的磁場　 　。觀察圖乙小磁針的指向，可知螺線管的右端是　 ?。ㄟx填“N”或“S”）極。接下來將電源的正負極對調，這是為了進一步判斷通電螺線管的極性與　 　的關系。
（3）在螺線管中插入軟鐵棒，可以制成電磁鐵，下列設備中沒有用到電磁鐵的是________。
A．電磁繼電器 B．電磁起重機 C．電爐 D．電鈴
21．實驗小組的同學進行電磁學實驗。
（1）在如圖甲所示的實驗中，當閉合開關后，可以觀察到磁場中金屬棒ab在導軌上運動，這說明磁場對通電導體　 　，　 　是利用這一原理工作的；（選填“發電機”或“電動機”）
（2）若只將磁體的兩極對調，接通電源，觀察到金屬棒ab向相反的方向運動，說明力的方向與　 　方向有關；
（3）在如圖乙所示的實驗中，閉合開關，保持蹄形磁體不動，若使導體AB沿水平方向運動，則電流表指針將發生偏轉。與此現象原理相同的是　 ?。ㄟx填“話筒”或“揚聲器”）；
（4）根據圖丙所示的情境可得出結論：電流一定時，　 　。電磁鐵磁性越強。
22．學校物理實驗小組的同學進行電磁學實驗。請你幫他們完善以下內容。
（1）如圖甲，當閉合開關，磁場中金屬棒ab在導軌上運動，這說明磁場對　 　有力的作用。若只將電源的兩極對調，接通電源，金屬棒ab向相反的方向運動，說明力的方向與導體的　 　方向有關；
（2）如圖乙，閉合開關，水平桌面上的蹄形磁體保持不動，若使導體AB沿　 ?。ㄟx填“豎直”或“水平”）方向運動，則電流表指針將發生偏轉，與此現象原理相同的是　 　（選填“動圈式話筒”或“動圈式揚聲器”）；
（3）根據圖丙的實驗圖，對比M、N兩電磁鐵，可得到實驗結論：當電流相同時，　 　越多，電磁鐵磁性越強。實驗中，大頭針下端都是分開的，原因是同名磁極，相互　 　。
（4）根據圖丙的實驗圖，滑動變阻器滑片P向　 ?。ㄟx填“左”或“右”）滑，MN電磁鐵的磁性會增強。
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專題07 電與力結合綜合分析問題
目 錄
01 題型綜述
02 解題攻略
提分秘籍
知識點一、電磁鐵
知識點二、電磁繼電器
知識點三、非純電阻電路功率的分析與計算
典例剖析
題型1歐姆定律與力的結合
題型2電磁繼電器與力的結合
題型3電動機與力的結合
03 中考練場
01題型綜述
簡單電路與力學基礎結合
常以基本的串聯或并聯電路為基礎，結合物體的受力分析。涉及電路中的電流、電壓、電阻的計算，以及利用二力平衡等知識求解物體所受的力。如在一個簡單的串聯電路中，已知電源電壓和電阻阻值，計算出電路中的電流，同時分析與電路中某一元件相連的物體在水平面上靜止時所受的摩擦力等。
通電螺線管與簡單機械結合
常出現通電導線在磁場中受力與杠桿、滑輪等簡單機械的組合。結合磁場對通電導線的作用和簡單機械的省力、費力原理等知識。
02解題攻略
一、審題
仔細閱讀題目，圈出關鍵信息，如已知的電量、電壓、電流、電阻、力的大小、物體的質量、運動狀態等。明確題目所描述的物理情境，判斷是電路與簡單機械結合，還是通電導線在磁場中與力學的結合等。
二、分析
電路分析：確定電路的連接方式，分析電路中電流的路徑，判斷電表測量的對象，根據題目條件判斷電路中電阻、電流、電壓的變化情況。
受力分析：對物體進行受力分析，畫出受力示意圖，明確物體受到哪些力的作用，判斷物體的受力狀態是平衡還是非平衡。若物體處于平衡狀態，根據二力平衡或多力平衡條件列出等式；
找出聯系：找到電學量和力學量之間的聯系，例如通過電流的變化引起電磁鐵磁性的變化，從而導致對物體的吸引力變化；或者物體的運動導致電路中電阻變化，進而影響電流、電壓等。
三、解題
根據分析過程，選擇合適的公式進行計算。如果是力的平衡問題，根據平衡條件列方程求解；如果涉及電路計算，根據歐姆定律、電功率公式等進行計算。對于綜合性較強的問題，可能需要分步計算，先求出一些中間量，再逐步求解最終答案。計算過程中要注意單位的統一。
【提分秘籍】
知識點一、電磁鐵
（1）電磁鐵的特點
①磁性的有無可通過通斷電流來控制；
②磁極的極性可通過改變電流的方向來實現；
③磁性的強弱可通過改變電流大小、線圈的匝數來控制。
（2）電磁鐵在實際生活中的應用
①對磁性材料有力的作用。主要應用在電鈴、電磁起重機、電磁剎車裝置和許多自動控制裝置上；
②產生強磁場。現代技術上很多地方需要的強磁場都是由電磁鐵提供的，如磁浮列車、磁療設備、測量儀器以及研究微觀粒子的加速器等。
知識點二、電磁繼電器
電磁繼電器的電路包括低壓控制電路、高壓工作電路兩部分，如圖所示。
控制電路接通時，電磁鐵產生磁性吸下銜鐵，動、靜觸點接觸，接通工作電路；控制電路斷開時，電磁鐵失去磁性，在彈簧作用下釋放銜鐵，動、靜觸點分離，工作電路斷開。從而通過控制電路的通斷來控制工作電路的通斷。
知識點三、非純電阻電路功率的分析與計算
(1)電動機的功率和效率
①電動機的輸入功率是電動機消耗的總功率,P入=P總=UI=P出+P熱
②電動機的熱功率是線圈上電阻的發熱功率,P熱=I2r=P入-P熱
③電動機的輸出功率是電動機將電能轉化為機械能的功率,P出=P入-P熱=IU-I2r=Fv
④電動機的效率:η=P出/P入
(2)串、并聯電路的總功率
①串聯電路:P總=UI=(U1+U2+U3+…)I=P1+P2+P3+
②并聯電路:P總=UI=U(I1+I2+I3+…)=P1+P2+P3+
從能量轉化的角度看,無論是串聯電路還是并聯電路,無論是純電阻電路還是非純電阻電路,電路消耗的總功率均等于電路中各部分消耗的功率之和
注意事項
①電動機不轉動時:
無機械能輸出，電能全部轉化為內能，不轉的時候是用來求線圈內阻r所以W電=Q;P 電=P 熱=I2R.
②電動機正常工作時:
a.電流做功是所消耗的總能量W電=UIt;電流做功的功率P電=UI;
b.工作時所產生的熱能Q=W熱=I2rt;其發熱功率P=I2r;
c.所轉化的機械能 W機=W電-W熱=UIt-I2rt;轉化的機械能功率P機=P電-P熱=UI-I2r
【典例剖析】
題型1歐姆定律與力的結合
（2025秋 杭州校級期末）在學習了電路的相關知識后，某項目化學習小組制作了一個體重秤，圖甲是其電路結構圖，R0為定值電阻，秤盤下方的電阻R為壓敏電阻，其阻值隨所受壓力大小的變化關系圖像如圖乙所示。已知電源電壓為6V保持不變，電壓表量程0～3V，電流表量程0～0.6A。
（1）現要將電表改裝為體重顯示屏，要求體重越大，電表示數越大；你會選擇哪個電表進行改裝 （選填“電壓表”或“電流表”）。
（2）當R0＝20Ω，電壓表的示數為2V，則站在體重秤上人的重力為 牛。
（3）保持體重秤的結構和電表量程不變，若想增大稱量范圍，可采取的改進方法有 。
【解答】解：由圖甲可知，壓敏電阻R與定值電阻R0串聯，電流表測電路中的電流，電壓表測壓敏電阻R兩端的電壓；
（1）體重越大時，壓敏電阻受到的壓力越大，由圖乙可知壓敏電阻R的阻值越小，則電路的總電阻越小，電路中的電流越大，由串聯分壓原理可知壓敏電阻R兩端的電壓越小，即電壓表的示數越小，定值電阻R0的電壓越大，故電流表可以作為顯示屏；
（2）當R0＝20Ω，電壓表的示數為UR＝2V，
定值電阻R0兩端的電壓：U0＝U﹣UR＝6V﹣2V＝4V，
此時電路中的電流：I＝IR＝I00.2A，
此時壓敏電阻的阻值：R10Ω；
根據乙圖可知，此時壓力F＝1000N；根據壓力的大小等于重力，則站在體重秤上人的重力為1000N；
（3）保持體重秤的結構和電表量程不變，電流表量程0～0.6A，根據電流表示數最大為0.6A時，所測體重最大（即所測體重最大時，電路中電流保持0.6A不變）；要增大稱量范圍，即壓敏電阻受到的壓力更大，其阻值更小，由歐姆定律可知，應減小電源電壓。
答：（1）電流表；（2）1000；（3）減小電源電壓。
如圖甲、乙所示，某科技小組自制了一個測量水的深度的裝置，它由測量頭和控制盒構成，測量頭的測量面是一個涂有絕緣漆的面積為2cm2的壓敏電阻R1，R1的電阻隨水對它的壓力F的變化關系如圖丙所示，控制盒內有一個定值電阻R0和一個最大阻值為90Ω的滑動變阻器R2，電源電壓保持不變，通過電路調節，可使控制盒的功率達最大值Pm，科技小組通過控制盒的功率最小值和Pm的比值來標記水的深度，不計導線的電阻，電壓表的量程為0﹣3V．科技小組在確保電路安全的情況下，進行如下的操作：ρ水＝1.0×103kg/m3；g取10N/kg）
（1）R1未放入水中時，閉合S，斷開S1，將R2的滑片移至最上端。此時電壓表示數達到最大值，R0的電功率為P0，求：R1未放入水中時的電阻為 Ω。
（2）測量頭放到水下深度h1＝10m時，閉合S，斷開S1，將R2的滑片移至某一位置時，R0的電功率為P0′，電路的總功率為P總，R1的電功率為P已知P0：P0′＝9：4，P總：P1＝6：1，求：此時R0兩端的電壓為 V。
（3）測量頭放到水下深度h2＝3m時。調節電路，控制盒的最小功率與Pm的比值為 。
【解答】解：
（1）R1未放入水中時，受到的水的壓力為0，由圖像可知，此時R1＝30Ω；
（2）R1未放入水中時，由圖知，閉合S，斷開S1，將R2的滑片移至最上端，此時R0、R1串聯，電壓表示數達到最大值3V，
由串聯電路特點和歐姆定律可得，電路中電流：I①，
測量頭放到水下深度h1＝10m時，R1受到壓力：
F＝pS＝ρghS＝1.0×103kg/m3×10N/kg×10m×2×10﹣4m2＝20N，
由圖像知，此時壓敏電阻R1的阻值為R1'＝10Ω，
此時，閉合S，斷開S1，將R2的滑片移至某一位置時，R0、R2、R1串聯，
由P＝I2R有：，可得：R總＝60Ω，
電路中電流：I'②，
，所以，
由①②可得：，解得：R0＝10Ω，
當閉合S，斷開S1，將R2的滑片移至最上端，電壓表示數達到最大值3V，
此時電路中電流：I＝I00.3A，
所以：I'I0.3A＝0.2A，
所以測量頭在水深10m時，R0兩端的電壓為：U0'＝I'R0＝0.2A×10Ω＝2V；
（3）由串聯電路特點和歐姆定律可得，電源電壓：
U＝I（R0+R1）＝0.3A×（10Ω+30Ω）＝12V，
當兩開關都閉合時，壓敏電阻R1被短路，R0、R2串聯，當電壓表示數最大時電流最大，此時控制盒兩端的電壓最大為U控大＝U＝12V，
電路中最大電流：I最大0.3A，
所以控制盒的功率達最大值：
Pm＝U控大I最大＝12V×0.3A＝3.6W；
測量頭放到水下深度h2＝3m時，R1受到壓力：
F'＝p'S＝ρghS＝1.0×103kg/m3×10N/kg×3m×2×10﹣4m2＝6N，
由圖像知，此時壓敏電阻R1的阻值為R1″＝20Ω，
①當變阻器R2連入阻值最大時，控制電路的總電阻最大為R控＝R0+R2大＝10Ω+90Ω＝100Ω，電流最小，P控有最小值，
則：P控最小1＝（）2×R控＝（）2×100Ω＝1W；
②當電壓表示數為3V時，即U0最大＝3V時，電流中電流最大，則I最大0.3A，
此時R1兩端的電壓：U1＝I最大R1″＝0.3A×20Ω＝6V，
控制盒兩端的電壓：U控＝U﹣U1＝12V﹣6V＝6V，
此時控制盒功率：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與Pm的比值為1W：3.6W＝5：18。
故答案為：（1）30；（2）2；（3）5：18。
（2025 鹿城區校級二模）某型號電開水器既能加熱煮水，又能貯水保溫。其結構示意圖如圖甲所示，電路原理圖如圖乙所示。
【電路簡介】
工作電路：冷水由進水口進入煮水箱，當水位達到設定高度后，浮球浮起，帶動連桿和活塞轉動，堵住進水口，同時開關S2自動閉合，煮水箱中的電熱絲R1開始加熱。水沸騰后經出水管溢出到貯水箱，煮水箱水位下降，進水口打開，開始進水，同時S2自動斷開。重復上述過程，直至貯水箱中的水量達到設定值，由貯水箱中的電熱絲R2加熱保溫。
控制電路：電磁鐵La和Lb完全相同，當通過的電流增大到I吸時，銜鐵K1、K2被吸起；當通過的電流減小到Ⅰ放時，銜鐵K1、K2被釋放，I吸＞Ⅰ放；壓敏電阻RP可感知貯水箱中的水量，其阻值隨水量的增大而減??；熱敏電阻Rr可感知貯水箱中的水溫，其阻值隨水溫的增大而減小。
（1）在圖甲中，浮球、連桿和活塞這一整體屬于簡單機械中的 。
（2）在某次調試過程中，小明監測并記錄30分鐘內通過A點的電流大小，見表。已知R1＜R2，工作電路電源電壓為220伏，則在這30分鐘內，電熱絲R1消耗的電能為多少焦？
時間 前10分鐘 中間10分鐘 后10分鐘
電流 10安 10秒鐘電流為零，50秒鐘電流為10安；如此反復進行。 15秒鐘電流為3安，45秒鐘電流為零；如此反復進行。
（3）請結合圖甲、乙說明隨著煮水箱中的水不斷沸騰溢出到貯水箱后，該電開水器能實現自動貯水保溫的工作原理。 。
【解答】解：（1）當水位高時，浮球受到浮力的作用上浮，以O為支點，活塞下移堵住進水口，故浮球、連桿和活塞整體是簡單機械的杠桿；
（2）測試中30分鐘，電阻絲R1消耗的電能W＝I1Ut＝10A×220V×（600s+50s×10）＝2.42×106J；
（3）貯水箱貯水工作原理：是通過煮水箱中的水不斷沸騰溢流到貯水箱，當貯水箱的水量到達設定值時，壓敏電阻的阻值Rr較小，控制電路中的RP支路的電流達到I吸，銜鐵K1被吸起，切斷加熱電阻R1工作回路，停止煮水箱水的溢流；
貯水箱保溫工作原理：當貯水箱水溫較高時，熱敏電阻的阻值較小，控制電路RT支路中的電流到達I吸，銜鐵K2被吸起，貯水箱保溫電路切斷，當貯水箱中的水溫較低時，熱敏電阻的阻值變大，控制電路RT支路中的電流達到I放，貯水箱保溫電路接通，電阻R2工作，進行貯水箱保溫。
故答案為：（1）杠桿；（2）電熱絲R1消耗的電能是2.42×106；（3）見解答。
題型2電磁繼電器與力的結合
（2023春 濱江區校級期中）智能掃地機器人（如圖甲）可通過灰塵傳感器自動尋找清掃灰塵，通過電動機旋轉、產生高速氣流將灰塵等吸入集塵盒。圖乙為其部分工作原理圖，控制電路電源電壓U為4.5V，定值電阻R0＝12Ω，R為光敏電阻，其阻值隨光照強度E（單位：cd）的變化如圖丙所示。
（1）當地面灰塵增多，空氣的透光程度減弱，使照射到光敏電阻上的光照強度減弱，B觸頭與靜觸頭 （選填“A”或“C”）接觸，則電動機工作；反之指示燈亮，從而達到自動控制的目的。
（2）若電壓表示數小于等于3V時，電動機開始工作。求電壓表示數為3V時，光照強度為多少？
（3）若要增加光照強度，電動機仍在電壓表示數≤3V時開始工作，你可以怎么做？（請寫出兩種方法）
【解答】解：（1）當地面灰塵增多，使空氣的透光程度減弱，使照射到光敏電阻上的光照強度減弱，光敏電阻變大，電流變小，磁性減弱，彈簧將銜鐵拉起，B觸頭與靜觸頭A接觸，電動機工作，反之，指示燈亮，從而達到自動控制的目的。
（2）由圖乙可知，控制電路中，光敏電阻與定值電阻串聯，電壓表測量定值電阻兩端電壓；
電壓表示數為3V時，定值電阻R0的電流為：I0.25A；
光敏電阻兩端的電壓：U′＝U﹣U0＝4.5V﹣3V＝1.5V，
光敏電阻的電阻：R6Ω，由圖丙可知，當光敏電阻的電阻為6Ω時，光照強度為3cd；
（3）由圖丙可知，當光照強度增強時，光敏電阻的阻值變小，在R0不變時，由串聯分壓的規律可知光敏電阻分得的電壓變小，若要電動機仍在電壓表示數≤3V時開始工作，由串聯電路的電壓特點可知應減小電源電壓；
當光照強度增強時，光敏電阻的阻值變小，若電源電壓不變，仍要電動機在電壓表示數≤3V時開始工作，則此時光敏電阻分得電壓不變，由分壓規律可得，因R的阻值減小，則應減小R0的阻值才能滿足要求，即更換阻值更小的定值電阻。
（2025秋 北侖區期末）入冬，溫度驟降。為了避免魚缸中的熱帶魚抵抗不了低溫，老師發布任務要求。
設計一款自動加熱裝置放在魚缸中，并將相關指標設計了量表（如表所示）
評價指標 10分 5分 0分
加熱效率 加熱功率大于30W 加熱功率在15﹣30W之間 加熱功率小于15W
自動化 能在低溫時自動加熱，高溫時自動斷開 能在低溫時自動加熱，但高溫時無法自動斷開 無法自動加熱
小科利用電磁鐵設計以下電路，在工作電路中電源電壓U0為12V，電熱絲電阻R0為6Ω；控制電路中電源電壓U1為6V，電磁鐵對銜鐵的吸引力在不同電流和不同距離下的大小關系如圖乙所示，Rx為熱敏電阻，阻值隨水溫的變化規律如圖丙所示，電磁鐵和銜鐵的阻值忽略不計：
（1）請通過計算分析小科的設計在加熱效率指標上所得分數。
（2）針對自動化指標，小科的設計能達到10分。當溫度降到一定值，銜鐵被吸起，工作電路連通，開始加熱；當溫度上升到一定值，銜鐵自動掉落，工作電路斷開，停止加熱。若小科選擇的銜鐵質量為0.5千克，請計算小科該設計能保證魚缸的最低溫度為多少。
（3）若小科想利用該裝置，使魚缸的最高水溫稍微提高一些，可以采取以下措施 。（寫出一點即可）
【解答】解：（1）在工作電路中電源電壓U0為12V，電熱絲電阻R0為6Ω，則加熱功率為：P24W，
由量表可知，小科的設計在加熱效率指標上所得分數為5分；
（2）銜鐵的重力為：G＝mg＝0.5kg×10N/kg＝5N；
當電磁鐵距銜鐵s＝4cm，溫度降到一定值，銜鐵被吸起，此時電磁鐵對銜鐵的吸引力F＝G＝5N，由圖乙可知，控制電路中的電流為0.4A，此時控制電路中電流較大，由歐姆定律可知熱敏電阻Rx的阻值較小，結合圖像可知此時魚缸的溫度較低；
則Rx的阻值為：Rx15Ω，由圖丙可知，此時魚缸的溫度為9℃，即小科該設計能保證魚缸的最低溫度為9℃；
（3）當銜鐵質量增大時，由G＝mg可知，其重力增大，電磁鐵對銜鐵的吸引力也增大，由圖乙可知，此時控制電路中吸合和釋放時的電流變化量也增大，由歐姆定律可知，熱敏電阻的阻值變化量也增大，由圖丙可知，水溫的變化量也增大，即增大銜鐵質量，可以增大水溫的變化范圍。
（2025 江北區一模）如圖甲所示是某項目化小組模擬自動灌注的模型示意圖，該裝置可分為灌注裝置和運輸裝置兩部分。通過運輸裝置中的傳送帶將空杯運輸到灌注臺，灌注裝置在控制電路的控制下，使線圈1定時吸引銜鐵將工作電路接通，噴頭向杯中注入果汁。灌注臺下方有壓敏電阻R2，其阻值隨壓力F的變化情況如圖乙所示，空杯、傳送帶、灌注臺對R2的壓力均忽略不計。當通過線圈2的電流大于或等于0.2A時，電動機內部開關閉合，傳送帶將帶著裝有果汁的杯子移動至接收臺。
（1）當果汁灌入杯中時，通過線圈2的電流將 。
（2）運輸裝置中，電源電壓U3＝1.2V，線圈2電阻不計。若R3的阻值為2Ω，求該情況下每杯至少可灌注多少克的果汁。
（3）為使噴頭可以間斷性噴射，控制電路的電源電壓U1呈圖丙周期性變化，線圈1電阻不計，當通過線圈1的電流I≥0.5A時，電磁繼電器銜鐵被吸下，噴頭噴射果汁，已知噴頭每秒噴出果汁質量為200g。若每次灌注240g果汁，為使灌果汁的過程可連續且穩定地進行，則應調節R1的阻值為多少歐？
【解答】解：（1）運輸裝置控制電路中，R2、R3串聯接入電路，
由乙圖可知壓敏電阻的阻值隨壓力的增大而減小，
串聯電路總電阻等于各部分電阻之和，果汁灌入杯中時，電路總電阻變小，根據歐姆定律可知通過線圈2的電流將變大；
（2）閉合開關，R2、R3串聯接入電路，當線圈電流大于0.2A時，可使延時開關接通，此時串聯電路總電阻：R6Ω，
串聯電路總電阻等于各部分電阻之和，則R2的阻值：R2＝R﹣R3＝6Ω﹣2Ω＝4Ω，
由乙圖可知力敏電阻受到的壓力為3N，則G＝F＝3N，
單次灌注液體的質量：m0.3g＝300g；
（3）噴頭每秒噴出液體質量為200g，某次液體灌注的標準為240g，則噴灌時間為1.2s，
灌注裝置控制電路中，由圖丙可知電壓在1.8s內由0V增大到18V，又由18V減小到0V，所以0.3s～0.9s～1.5s時間段內電源電壓為6V～18V～6V，故在該時間段內噴頭噴射液體，
當線圈中通過的電流I≥0.5安時，電磁繼電器銜鐵被吸下，則R1的阻值：R112Ω。
題型3電動機與力的結合
（2025秋 鎮海區期末）小科用迷你電動機制成了一臺升降機模型，如圖。電路中直流電動機的線圈電阻為2Ω，R0是阻值為10Ω的定值電阻，電源電壓保持24V不變，閉合開關S，當電動機正常工作時，勻速提升重為10N的物體，此時電壓表示數為14V。（忽略溫度對電阻的影響）
（1）電動機正常工作時，通過它的電流是 。
（2）電動機正常工作時，R0的電功率是 W。
（3）若電動機正常工作5s，可使物體上升的高度是 。
【解答】解：（1）根據由圖可知，電動機和R0串聯，電壓表測量電動機兩端的電壓，
根據串聯電路的電壓特點可知，R0兩端的電壓：U0＝U﹣UM＝24V﹣14V＝10V，
根據串聯電路的電流特點和歐姆定律可知，電動機正常工作時，通過它的電流：IM＝I01A；
（2）電動機正常工作時，R0的電功率：P0＝U0I0＝10V×1A＝10W；
（3）電動機正常工作5s消耗的電能：WM＝UMIMt＝14V×1A×5s＝70J，
電動機電動機正常工作5s，線圈產生的熱量：QRMt＝（1A）2×2Ω×5s＝10J，
則電動機正常工作5s對物體所做的功：W有用＝WM﹣Q＝70J﹣10J＝60J，
由W＝Gh可知，物體上升的高度：h6m。
故答案為：（1）1A；（2）10；（3）6m。
（2025秋 浙江期末）玻璃是由熾熱的玻璃液體冷卻后形成的。受油滴能在水面均勻分布開來的啟發，科研人員發明了一種制取平板玻璃的方法。其主要過程是讓玻璃液體浮于某溶液表面上，冷凝后用真空吸盤吊運，如圖所示。
（1）該方法的關鍵是能否找到會浮起玻璃液體的一種溶液，你認為這種溶液應具備的物理特征是 （寫出一點即可）。
（2）已知一塊平板玻璃質量為50kg，電動機工作時，兩端的電壓為220V，通過它的電流為4A，對滑輪組的鋼繩的拉力為400N，在10s內將上述玻璃板提升1m，求在此過程中：（均寫出計算過程）
①克服玻璃板重力做的功。
②滑輪組的機械效率。
③電動機線圈的電阻。
【解答】解：（1）密度比玻璃液體的密度大、沸點比玻璃液體溫度高；
（2）①平板玻璃的重力為：G＝mg＝50kg×10N/kg＝500N；
克服玻璃板的重力做的功：W有＝Gh＝500N×1m＝500J；
②對滑輪組做的總功：W總＝Fs＝400N×2m＝800J；
所以滑輪組的機械效率為：；
③電動機工作時消耗的電能為：
W＝UIt＝220V×4A×10s＝8800J
則轉化的內能為：
Q＝W﹣W有＝8800J﹣800J＝8000J；
根據焦耳定律Q＝I2Rt得：
電動機線圈的電阻為：。
故答案為：（1）密度比玻璃液體的密度大、沸點比玻璃液體溫度高；（2）①500J；②62.5%；③50Ω。
（2025秋 溫州期末）電梯是高層建筑中上下樓的重要工具，主要由電動機、曳引輪、導向輪、轎廂、配重及鋼纜組成。曳引輪和導向輪固定在樓頂支架上。鋼纜一側連接轎廂，另一側連接配重。電動機通過轉動曳引輪來拉動鋼纜，通過調整曳引輪的轉向來改變轎廂的運動方向。配重的使用能降低電動機的能耗。
（1）根據電梯的工作原理，判斷導向輪的滑輪類型是 。
（2）若轎廂達到最大乘客量1000千克，并勻速上升25米，則該過程轎廂對乘客做功 焦。
（3）在轎廂上升過程中，使用配重能減少電動機消耗電能，請分析原因。 。
【解答】解：（1）由題知，電梯的工作原理導向輪位置固定不變，所以是定滑輪；
（2）轎廂達到最大乘客量時，乘客的重力：
G＝mg＝1000kg×10N/kg＝104N，
轎廂對乘客做功：
W＝Gh＝104N×25m＝2.5×105J；
（3）轎廂上升過程中，受到豎直向下的重力，豎直向上的有電動機提供向上拉力和配重提供的拉力，這樣電動機能提供的拉力小于轎廂和乘客的總重力，可以減小電動機的輸出功率，從而減小電動機消耗電能，達到節能的目的。
故答案為：（1）定滑輪；（2）2.5×105；（3）使用配重使電動機能提供的拉力小于轎廂和乘客的總重力，可以減小電動機的輸出功率，從而減小電動機消耗電能。
（2025秋 余姚市月考）太陽能、風能等新能源并網發電由于不同時間光照強度和風力強度的變化，會導致瞬時發電功率變化，從而導致發電量和用電量不匹配而沖擊電網，為解決這一問題，新型儲能新技術正在不斷涌現，比如鋰離子電池儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、重力儲能等。其中重力儲能具備安全、長壽命、長時儲能等優點，如圖所示為其中一種重力儲能技術：當電力過剩時，用起重機將混凝土塊從低處吊到高處，將電能轉化成混凝七塊的重力勢能；當電力不足時，將混凝土塊從高處放到低處，通過發電機將重力勢能轉化為電能，起重機中的電動機可以在橫桿上移動，每一個混凝土塊質量為35噸，回答下列問題。（電動機重、動滑輪重、繩重及摩擦均不計）
（1）圖乙是起重機X、Y掛鉤上的鋼絲繩穿繩簡化示意圖，為了吊起一個混凝土塊，鋼絲繩能承受的拉力不得小于多少牛？
（2）若此時起重機X正吊起一個混凝土塊，且中心點距中心桿的距離為18m，起重機Y中心點距中心桿的距離為30m并連接地面的混凝土塊C，此時杠桿恰好平衡，則此刻混凝土塊C對地面的壓力是多少N？
（3）江蘇省如東100MWh重力儲能項目是全球首個百兆瓦級的重力儲能項目。在用電需求較低的時候，電動機和發電機為升降系統提供動力，該系統將重達35噸的混泥土塊拖到空中100米的高度，一旦需要能量，再降低混泥土塊用于發電，若降低100米，發電效率為85%，本次操作有多少機械能轉化為電能？
【解答】解：（1）每一個混凝土塊質量為：m＝35t＝35×103kg＝3.5×104kg，
則混凝土塊的重力：G＝mg＝3.5×104kg×10N/kg＝3.5×105N，
由圖乙可知該裝置為動滑輪，由于電動機重、動滑輪重、繩重及摩擦均不計，則鋼絲繩能承受的最小拉力為：；
（2）杠桿恰好平衡時，FX＝G＝3.5×105N，LX＝18m，LY＝30m，
根據杠桿平衡條件可得FXLX＝FYLY，則：FY2.1×105N，
根據力的合成可得混凝土塊C對地面的壓力：F＝G﹣FY＝3.5×105N﹣2.1×105N＝1.4×105N；
（3）降低100米，重力做功為：W＝Gh＝3.5×105N×100m＝3.5×107J，
因發電效率為85%，則本次操作可發電為：W′＝W×85%＝3.5×107J×85%＝2.975×107J。
03鞏固練習
1． 如圖所示，開關閉合后，使導體ab左右運動，靈敏電流表的指針隨之偏轉，人們根據此現象制成了（　?。?br/>A．電磁鐵 B．電動機 C．發電機 D．電磁繼電器
【答案】C
【知識點】電磁感應
【解析】【解答】根據圖像，是電磁感應現象裝置，導體切割磁感線時，電路中產生感應電流，制成了發電機，C符合題意。
故答案為：C.
【分析】閉合電路的部分導體切割磁感線，產生電流，是發電機的工作原理。
2．如圖所示的電吉它主要由“拾音器”和“音箱”組成，拾音器上裝有磁鐵和線圈。撥動鋼弦，讓其振動，導線中產生不同頻率的電流，該電流經放大后通過音箱中的揚聲器而發聲。下列與“拾音器”工作原理相同的裝置是（　　）
A．發電機 B．電磁鐵 C．電磁繼電器 D．電動機
【答案】A
【知識點】電磁鐵的構造和原理；電磁繼電器的組成、原理和特點；直流電動機的構造原理與工作過程；發電機的構造和原理
3．法拉第發現的電磁感應現象，使人類從蒸汽機時代步入了電氣化時代。下列電器設備中，根據電磁感應原理制成的是
A．電磁繼電器 B．電磁鐵 C．電動機 D．發電機
【答案】D
【知識點】直流電動機的構造原理與工作過程
【解析】【解答】A、電磁繼電器的內部主要有一個電磁鐵構成，故是利用電流的磁效應的原理，故A錯誤。
B、電磁鐵是利用電流的磁效應，故B錯誤。
C、電動機的前提是供電，結果是產生運動，利用通電導體在磁場中受力的原理，故C錯誤。
D、發電機的前提是運動，結果是產生電流，利用電磁感應現象原理，故D正確。
故答案為：D。
【分析】電磁感應現象原理的內容是：閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時，會產生感應電流。
4．如圖所示是某保密室的防盜報警電路，當有人闖入保密室時會使開關 S 閉合．下列說法正確的是
A．電磁繼電器與發電機工作原理相同
B．電磁繼電器與電動機工作原理相同
C．電磁鐵工作時，上端為 N 極
D．當有人闖入保密室時，b 燈亮
【答案】D
【知識點】電磁繼電器的組成、原理和特點
【解析】【解答】AB、電磁繼電器是利用電流的磁效應工作的，發電機是利用電磁感應原理制成的，電動機是根據通電線圈在磁場中受力而轉動工作的，故AB錯誤；
C、根據安培定則可知，電磁鐵工作時，上端為N極，故C錯誤；
D、當有人闖入保密室時會使開關S閉合，電磁鐵有磁性，吸引銜鐵，電燈b所在電路接通，b燈亮，故 D正確。故選： D。
【分析】(1)根據電磁繼電器是利用電流的磁效應工作的，發電機是利用電磁感應原理制成的，電動機是根據通電線圈在磁場中受力而轉動；
(2)根據安培定則判斷電磁鐵的NS極；
(3)電磁繼電器的工作原理，當控制電路接通時，電磁鐵有磁性，銜鐵被吸下；當控制電路斷開時，電磁鐵無磁性，銜鐵在彈簧的作用下被拉起，結合實際情況進行分析。
5．很多商場都安裝了自動扶梯，這種電梯沒人和有人時運行的速度會發生變化，其簡易電路如圖所示，R是一個壓敏電阻，其阻值隨壓力的增大而減小。下列說法正確的是（　?。?br/>A．控制電路中的電磁鐵上端為S極
B．人走上電梯后，銜鐵與觸點2接觸，電梯運行速度加快
C．人走下電梯后，電動機的額定功率變小，電動機轉速變慢
D．人走下電梯后，電磁繼電器控制電路中的電流增大
【答案】B
【知識點】電功率的計算；電磁繼電器的組成、原理和特點
6．下圖是電流表的內部結構示意圖，當電流通過線圈時，通電線圈在磁場中受力轉動從而帶動指針偏轉，下列與電流表工作原理相同的是（　?。?br/>A．電磁鐵 B．電動機 C．發電機 D．電磁繼電器
【答案】B
【知識點】電磁鐵的構造和原理；電磁繼電器的組成、原理和特點；直流電動機的構造原理與工作過程；發電機的構造和原理
7．如圖是電流表的內部結構示意圖。當電流通過線圈時，通電線圈在磁場中轉動從而帶動指針偏轉。下列選項與電流表工作原理相同的是（　?。?br/>A．電磁鐵 B．電動機 C．電磁繼電器 D．發電機
【答案】B
【知識點】實用電動機的構造、特點和應用
【解析】【解答】通過電流表的內部構造顯示電流表的制成原理：通電線圈在磁場中受力而轉動，并且電流越大，線圈受到的力越大，其轉動的幅度越大。因此可以利用電流表指針的轉動幅度來體現電路中電流的大小。
A．電磁鐵是利用電流的磁效應制成的，與電流表的工作原理無關，A不符合題意；
B．電動機是利用通電線圈在磁場中受力而轉動的理論制成的，B符合題意；
C．電磁繼電器是利用電流的磁效應制成的，與電流表的工作原理無關，C不符合題意；
D．發電機是利用電磁感應現象制成的，與電流表的制成原理無關，D不符合題意。
故答案為：B。
【分析】通過電流表的內部構造顯示電流表的制成原理：通電線圈在磁場中受力而轉動，并且電流越大，線圈受到的力越大，其轉動的幅度越大。
8．某商場的智能扶手電梯的原理圖如圖所示，壓敏電阻R的阻值隨壓力的增大而減小。電梯上無乘客時，電動機轉動變慢，使電梯運動變慢；電梯上有乘客時，電動機轉動變快，使電梯運動變快。下列說法正確的是（　?。?br/>A．電磁鐵上端是N極 B．繼電器與電動機原理相同
C．有乘客時電動機的功率增大 D．無乘客時銜鐵與觸點2接觸
【答案】C
【知識點】電磁繼電器的組成、原理和特點
9．校園科技節舉行智能潛水器項目比賽。某小組按要求制作了柱形潛水器，它的底面積封S1=0.0I m2，高h=0.15m，密度ρ2=0.6x103 kg/m3。潛水器內部密封有智能電磁鐵和傳感器，漂浮在裝有水、足夠高的圓柱形容器中，容器置于水平鐵板上，如圖所示。已知水的密度為1.0X103kg/m3，g取10N/kg
（1）潛水器的質量是多少
（2）水對潛水器底部的壓強是多少
（3）若容器底面積S2=0.03 m2，水深h=0.3 m。該小組模擬比賽過程如下：啟動潛水器，其內部開關閉合，傳感器自動測出潛水器底部到水面的距離x，并自動調整電磁鐵電流，改變潛水器與鐵板間的吸力F的大小，使潛水器緩慢勻速下沉，完全浸入水中后，繼續保持F隨x 變化的關系，加速下沉直至容器底；在容器底停留片刻后，調整電磁鐵電流，保持潛水器緩慢勻速上浮回到原出發處。通過計算，求出潛水器下潛到達容器底時吸力F的大小，并簡線要說明潛水器上升過程中吸力F隨潛水器底部到水面距離x的變化情況。
【答案】（1）解： 潛水器體積，
根據，，
潛水器重力，到達容器底時，。
潛水器上升過程中，浮力不變，重力不變，開始時，
隨著x減小，F逐漸減小，當潛水器露出水面后，浮力減小，F繼續減小，直到潛水器漂浮時。
（2）解： 潛水器漂浮，，
根據，可得。
（3）解： 潛水器完全浸沒時，
此時，
潛水器重力，
到達容器底時，。
潛水器上升過程中，浮力不變，重力不變，開始時，
隨著x減小，F逐漸減小，當潛水器露出水面后，浮力減小，F繼續減小，直到潛水器漂浮時。
【知識點】壓強的大小及其計算；液體壓強的計算；浮力大小的計算；浮力的利用；物體的浮沉條件及其應用
10．如圖所示，壓敏電阻器是一種具有非線性伏安特性的電阻器件.其導電性能介于導體和絕緣體之間.如圖甲是壓敏電阻R1的阻值隨壓力F變化的關系圖像.如圖乙所示是用壓敏電阻R1設計的一種“自動限重器”，該裝置由控制電路和工作電路組成，其主要元件有電磁維電器、貨物裝軟機(實質是電動機)、壓敏電阻R1和定值電阻R2等，當貨架承受的壓力達到限定值，電磁繼電器會自動控制貨物裝載機停止向貨架上擺放物品.已知控制電路的電源電壓U=6V， 電磁繼電器線圈的阻值R=20Ω， 定值電阻R2=100Ω
（1）壓敏電阻材料是　 　(選填“絕緣體”“超導體”或“半導體”)，電動機與圖丙中工作原理相同的是　 　。
（2）當貨架沒有裝貨物時貨架的質量忽略不計，電磁繼電器中的電磁鐵下端為　 　(選填“N”或“S”)極，控制電路通電 10min，則電路中將產生　 　 J的熱量.
（3）當電磁繼電器線圈中的電流大小為30mA 時銜鐵被吸下，則貨架能承受的最大壓力 　 　N；為了調節貨架能承受的最大壓力，可調整控制電路的電源電壓，若需要控制貨架能承受的最大壓力為1000N， 則替換的電源電壓為　 　 V.
【答案】（1）半導體；D
（2）S；60
（3）800；4.8
【知識點】熱量的計算；半導體特點及作用；歐姆定律及其應用
【解析】【解答】（1）①壓敏電阻的導電能力在導體和絕緣體之間，所以壓敏電阻材料是半導體；
②圖中A是電磁感應的實驗裝置，說明磁生電；B是奧斯特實驗的裝置，說明電生磁；C是探究影響電磁鐵磁性強弱的因素的實驗裝置，在電流一定時，線圈匝數越多，磁性越強；D是磁場對電流的作用的實驗裝置，和電動機的工作原理相同，故選D。
（2）①根據圖乙可知，電流由電磁鐵的上端流入，下端流出，根據安培定則可知，電磁繼電器中的電磁鐵下端為S極，上端為N極。
②當貨架沒有裝貨物時貨架的質量忽略不計，則壓敏電阻所受壓力為0，根據圖甲可知，壓敏電阻的最大阻值為R1=240Ω；
控制電路中壓敏電阻R1和R2及線圈串聯在電路中，
此時的總電阻阻值：R總=R1+R2+R=240Ω+100Ω+20Ω=360Ω，
通電10min產生的熱量：；
（3）①當電磁繼電器線圈中的電流大小為30mA時銜鐵被吸下，根據歐姆定律，此時電路中的總電阻為：；
壓敏電阻、定值電阻、線圈三個電阻串聯，所以壓敏電阻的電阻為：
R1'=R總1-R-R2=200Ω-100Ω-20Ω=80Ω，
根據題圖甲可知，此時貨架能承受的最大壓力為800N。
②若需要控制貨架能承受的最大壓力為1000N，此時壓敏電阻對應的阻值為R1″=40Ω，
若線圈中的電流為30mA不變，
此時電路中的總電阻：R總2=R1″+R2+R=40Ω+100Ω+20Ω=160Ω，
此時替換的電源電壓為：U'=IR總2=0.03A×160Ω=4.8V。
【分析】（1）①半導體的導電能力在導體和半導體之間；
②電動機是利用通電線圈在磁場中受力轉動的原理來工作的。
（2）①根據安培定則來判斷螺線管的極性；
②根據圖甲來確定壓敏電阻的阻值，控制電路中壓敏電阻R1和R2及線圈串聯在電路中，由此可求得此時的總電阻阻值，由t可求得通電10min，電路中產生的熱量；
（3）當電磁繼電器線圈中的電流大小為30mA時銜鐵被吸下，根據歐姆定律可求得此時電路中的總電阻，壓敏電阻、定值電阻、線圈三個電阻串聯，由此可求得此時壓敏電阻阻值，根據題圖甲可知，此時貨架能承受的最大壓力，結合歐姆定律來計算壓敏電阻的電阻和電源的電壓。
11．閱讀下列材料，回答問題：
3D打印
3D打印機是一種可快速成型的機器，原理是把數據和原料放進3D打印機中，通過逐層打印的方式來構造物體，熱融技術是添加打印絲材到打印噴頭，加熱到190℃~230℃，熔化后從噴頭擠出細細的料絲，液體在銅頭管道中流動會受到較大的阻力，3D打印屬于增材制造，精度越高速度越慢。某家用級別3D打印機所使用的絲材主要是ABS和PLA塑料，當在給ABS塑料進行加熱的時候，它就會逐漸變軟變稀再變成液體；而PLA塑料加熱到一定溫度時直接從固體變成液體的。1圖所示是某型號3D打印機，表格為其部分技術參數：
型號 XXX 成形技術 熱融
額定電壓 220V 額定輸入功率 250W
最大打印速度 80mm/s 工作噪音 50dB~60dB
凈重 25kg 噴嘴最高工作溫度 250℃
（1）2圖是打印機電路示意圖，當打印機正常工作時，電磁鐵的上方為　 ?。ㄟx填“N”或“S”）極；
（2）下列說法中錯誤的是（　?。?br/>A．打印絲材ABS塑料是非晶體，而PLA塑料是晶體
B．該打印機工作工作1min，放出熱量1.5×104J
C．打印噴頭主要利用電流的熱效應工作的
D．打印機工作時發出的聲音不會對人的聽力造成損傷
（3）3D打印機正常工作時的電流大約是　 　A（計算結果保留1位小數），打印噴頭工作時主要用了電流的　 　效應；
（4）不同的打印絲材溫度要求是有差異的，利用溫度傳感器可實現對打印噴頭溫度的精確測量。2圖中，U1＝9V，電磁鐵的線圈電阻忽略不計，當電磁繼電器線圈的電流達到100mA時，銜鐵被吸下來。3圖是溫度傳感器R1阻值隨溫度變化的圖像，當滑動變阻器R2接入電路中的電阻為60Ω時，噴頭的溫度最高可達到　 　℃。要使打印絲料能熔化，滑動變阻器的滑片可以　 ?。ㄟx填“不”“向左”或“向右”）移動。
【答案】（1）S
（2）B
（3）1.1；熱
（4）170；向右
【知識點】歐姆定律及其應用；電功率的計算；電流的熱效應
12．閱讀短文，完成填空。
電磁繼電器與掃地機器人
某智能掃地機器人（如圖 1）可通過灰塵傳感器自動尋找灰塵清掃，通過電動機旋轉、產生高速氣流將灰塵等吸入集塵盒。圍2為其部分工作原理圖，指示燈電阻為10Ω，定值電阻R0=12Ω，R為光敏電阻，其阻值隨光照強度E（單位cd）的變化如圍3所示。下表為其部分工作參數（注：電池容量指工作電流與工作總時間的乘積）：
工作電路電壓 電池總容量 額定功率 工作噪音 控制電路電壓
12 伏 2.5Ah（安時） 30 瓦 <50dB（分貝） 4.5V
（1）當清掃到一定程度，地面灰塵減少，使照射到光敏電阻上的光照強度增強，則電磁鐵磁性　 　（選填“增強”、“不變”或“減弱”），動觸點 B將與　 　（選填“A”或“C”）觸頭接觸，此時工作電路中的電流為　 　A：
（2）檢測發現該品牌掃地機器人在光照強度恰好為3cd時電動機開始工作，即是電壓表示數等于　 　V 時，電動機開始工作；
（3）當剩余電量減為電池總容量的10%時，機器人會主動尋找充電器充電，充滿電后電池儲存的電能為　 　J；在充滿電后到主動尋找充電器期間的電池總容量能夠持續供應該機器人正常工作　 　小時。
【答案】（1）增強；C；1.2
（2）3
（3）1.08×105；0.9
【知識點】電磁繼電器的組成、原理和特點
【解析】【解答】(1)當清掃到一定程度，地面灰塵減少，使照射到光敏電阻上的光照強度增強，光敏電阻變小，電流變大，電磁鐵磁性增強，彈簧將銜鐵吸下，B觸頭與靜觸頭C接觸，電動機停止工作；此時工作電路中只有燈泡連入電路，根據電動機的參數可知工作電路的電源電壓應為12V；
則指示燈的電流為
。
(2)在光照強度恰好為3cd時電動機開始工作，此時若測得R=6Ω，則控制電路的總電阻：
控制電路中的電流為：
；
定值電阻Ro的兩端的電壓：
，
所以，相當于電壓表示數為3V時，電動機開始工作。
【分析】(1)根據控制電路中光敏電阻與Ro串聯，若測得R=6Ω，根據串聯電路的特點和歐姆定律求出此時的電流，根據歐姆定律求出電壓表示數；
(2)表格中的數據利用W=UIt即可求出充滿電后電池儲存的電能，根據求出正常工作的時間。
13．圖甲為微型5腳電磁繼電器，其體積小巧，規格為“5V 0.12W”，在生活中有著廣泛的使用。小明利用此繼電器給家中的網絡設備設計了一個自動電源備份電路。當主電源意外斷電時，備用電源將能自動接替工作至主電源恢復。圖乙虛線框內為微型繼電器的內部結構。1、2腳與電磁鐵的線圈相連，3、4、5腳分別與靜觸點c、d及動觸點e相連。
（1）計算出該繼電器正常工作時線圈中電流為多大？若網絡設備的主電源電壓為12V，S閉合后，繼電器正常工作時，限流電阻R0的消耗功率為多少瓦特？
（2）使用過程中，小明發現當線圈電流小于正常值時也能吸引銜鐵，使觸點e、c接觸，但電流太小電磁鐵磁性太 　 　，觸點間壓力太小，觸點接觸不良，網絡設備無法工作。如圖丙所示，小明拆開外殼用刻度尺對繼電器轉動部件進行了測量，則轉動軸O到銜鐵b的距離為 　 　cm。
（3）電磁鐵無磁性時，ed接觸，為了保證e與d接觸時有足夠的壓力，彈簧對a點的拉力為0.5N。電磁鐵有磁性時，ec接觸，此時彈簧對a點的拉力為0.7N。則為了保證ec接觸時的壓力與ed接觸時的壓力相同，電磁鐵有磁性時對銜鐵b的吸引力至少為多大？
【答案】（1）解： 該繼電器正常工作時線圈中電流為：；
若網絡設備的主電源電壓為12V，S閉合后，繼電器正常工作時，此時繼電器和限流電阻串聯，加在限流電阻兩端的電壓為U限＝U﹣U繼＝12V﹣5V＝7V；
限流電阻消耗的電功率為：P限＝IU限＝0.024A×7V＝0.168W。
答：限流電阻R0的消耗功率為0.168W；
（2）弱；0.80cm
（3）解： 電磁鐵無磁性時，ed接觸，為了保證e與d接觸時有足夠的壓力，彈簧對a點的拉力為0.5N，以O點為支點，
此時根據杠桿的平衡條件有：Fa×oa＝Fc×oe；
根據題圖可知：oa＝5mm；oe＝25mm；
所以。
電磁鐵有磁性時，ec接觸，此時彈簧對a點的拉力為0.7N。則為了保證ec接觸時的壓力與ed接觸時的壓力相同，此時杠桿受三個力矩平衡，仍然以o為支點；ob＝8mm；Fc＝Fd＝0.1N；
電磁鐵對銜鐵b的吸引力為Fb；
根據杠桿原理有：Fb×ob＝Fa'×oa+Fd×oe；
即：。
答：電磁鐵有磁性時對銜鐵b的吸引力至少為0.75N。
【知識點】功率大小的比較；功率的計算；功率計算公式的應用；杠桿的平衡分析法及其應用；有用功和額外功
【解析】【解答】(1)、通過功率的公式及變形公式 可以求得PR0=0.168W。
故答案填寫：0.168W
(2)、電磁鐵磁性和電流大小有關系，電流小，磁性弱。通過圖丙示數可以讀取距離為0.80cm。
故第一空填寫：弱，第二空填寫：0.80
(3)、根據杠桿原理即可求解：
【分析】電磁鐵磁性的大小與電流大小、線圈匝數有關。刻度尺讀數步驟確定分度值→確定始末刻度→相減①確定分度值②確定起始刻度③確定末端刻度④確定物體長度；注意事項：①視線與刻度尺垂直②讀數時必須估讀到分度值下一位
14．音樂噴泉是集聲光電技術于一體的裝置，它通過電腦采集音樂的聲音頻率特征，并將其轉化為控制信號，控制水泵噴出水柱，形成噴泉。如圖甲為控制噴泉工作的模擬電路，控制電路電源電壓，呈周期性變化（如圖乙所示），定值電阻，E為具有特殊功能的電子元件，當時，電路中沒有電流通過；當時，E兩端電壓恒為6V，當線圈中通過的電流時，電磁繼電器銜鐵被吸下，水泵啟動噴水。
（1）圖甲中水泵主要部件是電動機，下列四幅圖中與電動機工作原理相同的是（　?。?br/>A．電磁起重機 B．通電后，磁針轉
C．揚聲器 D．動圈式話筒
（2）噴泉噴出水柱在空中形成水霧，這水霧在空中飛舞　 　（選填：“屬于”或“不屬于”）分子擴散現象；
（3）t＝3s時，線圈中通過的電流是　 　A；
（4）當控制電路電源電壓為　 　V時，電磁繼電器銜鐵剛好被吸下水泵啟動噴水.此時，電阻的功率為　 　W；
（5）已知水泵每秒可噴出水的體積為，在0~6s內，水泵噴水的總質量為　 　kg。請在圖丙中畫出0~12s水泵噴水的總質量m隨時間t的變化曲線?！? 　
【答案】（1）C
（2）不屬于
（3）4.5
（4）10；8
（5）10；
【知識點】歐姆定律及其應用；電功率的計算；揚聲器和耳機的構造和原理；動圈式話筒的構造和原理
15．如圖是一種水位自動報警器的原理圖。水位沒有到達金屬塊A，綠燈亮：水位到達金屬塊A時，紅燈亮。問：
（1）報警器的核心部件是電磁鐵，只有當電磁鐵中的線圈有電流時才能有磁性，并且電流越大，磁性越　 ?。蝗绻陔姶盆F的線圈中插入鐵芯，電磁鐵的磁性會增　 ??；
（2）水位沒有達到金屬塊A時，電磁鐵　 ?。ㄟx填“有”或“沒有”）電流流過；
（3）在實際應用中，我們可以把抽水機與圖中的　 　燈　 　聯，這樣可以實時了解抽水機的工作情況；
（4）為了確保報警器正常工作，水的　 　（選填“導電性”或“絕緣性）要好。
【答案】（1）強；強
（2）沒有
（3）紅；并
（4）導電性
【知識點】電磁繼電器的組成、原理和特點
16．某智能掃地機器人（如圖甲）可通過灰塵傳感器自動尋找灰塵清掃，通過電動機旋轉，產生高速氣流將灰塵等吸入集塵盒。圖乙為其部分工作原理圖，R為光敏電阻，其阻值隨光照強度增大而減小。下表為其部分工作參數：（注：電池總容量5.0Ah是指在額定電壓下以電流5.0A時可工作1小時）
額定電壓 12V 額定功率 30W
電池總容量 5.0Ah 工作噪音 <50dB
（1）圖乙中電磁鐵是根據丹麥物理學家　 　發現的電流磁效應工作的。
（2）接通電源，機器人工作，當清掃到一定程度，地面灰塵減少，使照射到光敏電阻上的光照強度增強，通過電磁鐵的電流將　 　（選填“增強”“不變”或“減弱”），則電磁鐵磁性　 ?。ㄟx填“增強”“不變”或“減弱”），動觸頭B將與定觸頭　 ?。ㄟx填“A”或“C”）接觸。
（3）充滿電后電池儲存的電能為　 　J；充滿電后最多可以供掃地機器人工作　 　h。
【答案】（1）奧斯特
（2）增強；增強；C
（3）2.16×105；2
【知識點】電功的計算；電功率的計算；電磁繼電器的組成、原理和特點
17．小明設計了一種“自動限重器”，如圖（甲）所示。該裝置由控制電路和工作電路組成，其主要元件有電磁繼電器、貨物裝載機（實質是電動機）、壓敏電阻R1和滑動變阻器R2等。壓敏電阻R1的阻值隨壓力F變化的關系如圖（乙）所示。當貨架承受的壓力達到限定值，電磁繼電器會自動控制貨物裝載機停止向貨架上擺放物品。已知控制電路的電源電壓U＝6V，電磁繼電器線圈的阻值R＝10Ω。請你解答下列問題：
（1）由圖（乙）中的圖像可知，隨著壓力F的增大，壓敏電阻R1的阻值將　 ?。?br/>（2）用筆畫線代替導線將圖（甲）的電路連接完整；
（3）電磁繼電器中的電磁鐵上端為　 　極（選填“N”或“S”）；
（4）隨著控制電路電流的增大，電磁鐵的磁性將　 　，當電磁繼電器線圈中的電流大小為30mA時，銜鐵被吸下。若貨架能承受的最大壓力為800N，則所選滑動變阻器R2的最大阻值至少為　 　Ω。
【答案】（1）減小
（2）
（3）N
（4）增強；110
【知識點】歐姆定律及其應用；電磁繼電器的組成、原理和特點；通電螺線管的極性和電流方向的判斷
【解析】【解答】解：（1）由圖乙可知，隨著壓力F的增大，壓敏電阻R1的阻值減小。
（2）將貨物裝載機和上觸點串聯組成工作電路，電路如圖所示：
（3）電流從電磁鐵的上端流入，根據安培定則可知，電磁鐵的上端為N極。
（4）電磁鐵磁性強弱與電流大小和線圈匝數有關，電流越大、匝數越大，電磁鐵的磁性越強。隨著控制電路電流的增大，電磁鐵的磁性將增強。
當電磁繼電器線圈中的電流大小為30mA時，此時控制電路中的總電阻為
根據題圖乙可知，此時壓敏電阻的阻值R1=80Ω，所以此時滑動變阻器接入電路的最大阻值至少為R2=R總-R1-R線=200Ω-80Ω-10Ω=110Ω
【分析】(1 )根據圖象分析壓敏電阻R的阻值與壓力大小的關系；
(2)將貨物裝載機和上觸點串聯組成工作電路，電磁鐵串聯接入控制電路；當壓力過大時，壓敏電阻變小、控制電路中的電流變大、電磁鐵磁性增強，增強到一定程度，將銜鐵吸下，使工作電路斷開，貨物裝載機停止工作；
(3)由安培定則可判斷電磁鐵的磁極；
(4)電流越大，磁性越強，根據公式，結合圖像數據，可確定對應壓力下的電阻。
18．某家用電熱水器，其工作模式和相關參數如下表。圖為電熱水器的原理圖，包括工作電路和控制電路兩部分，通過電磁繼電器自動控制電熱水器實現加熱狀態和保溫狀態的擋位變換。為電熱絲，為滑動變阻器，為熱敏電阻（置于電熱水器內），其阻值隨溫度的升高而減小。
型號 電源 加熱功率 保溫功率 水容量
LELZ20-19 AD220V 800W
（1）由圖可知，閉合開關時，電磁繼電器的上端為　 ?。ㄟx填“N”或“S”）極；當電熱絲和同時工作時電熱水器處于　 ?。ㄟx填“加熱”或“保溫”）擋。
（2）該電熱器正常工作時，求：
①電熱絲的阻值；
②電熱水器處于加熱狀態時，工作可使水的溫度升高則該電熱水器的效率是多少？
（3）電熱水器工作時，若需要提高其保溫溫度，下列措施可行的是______。
A．將滑動變阻器的滑片向右移
B．減小電磁繼電器線圈匝數
C．將電磁繼電器左端彈簧更換為勁度系數更大的彈簧
D．增大控制電路的電源電壓
【答案】（1）S；保溫
（2）①，②
（3）A；B；C
【知識點】比熱容；電路的動態分析；電功率的計算；電磁繼電器的組成、原理和特點；通電螺線管的極性和電流方向的判斷
19．小明學習“電和磁”的相關知識時，完成了下列兩組實驗。
（1）在探究電流與磁場的關系實驗中：如圖甲，閉合開關的瞬間，觀察到小磁針會偏轉，該實驗說明　 ??；
（2）將螺線管安裝在一塊有機玻璃板上，連入電路中。在板面上均勻地灑滿鐵屑，閉合開關并輕敲玻璃板面，觀察到鐵屑分布情況如圖乙所示。鐵屑的分布情況與　 　磁體周圍鐵屑的分布情況相似。若只改變螺線管中的電流方向，鐵屑分布情況　 　（選填“會”或“不會”）改變；
（3）下列選項中與以上原理相同的是________。（填字母）
A．電磁繼電器 B．動圈式話筒 C．揚聲器
（4）用如圖丙所示的裝置研究電磁感應：保持導體AB不動，使蹄形磁體快速向上運動，電流表指針　 ?。ㄟx填“不會”或“會”）偏轉；
（5）通過實驗我們還發現：感應電流方向不僅與導體運動方向有關，還與　 　有關；
（6）利用電磁感應原理工作的裝置有________。（填字母）
A．電鈴 B．揚聲器 C．電磁起重機 D．動圈式話筒
【答案】（1）通電導體周圍存在磁場
（2）條形；不會
（3）A
（4）會
（5）磁場方向
（6）D
【知識點】通電直導線周圍的磁場；通電螺線管的磁場；產生感應電流的條件；動圈式話筒的構造和原理
20．電與磁之間存在著相互聯系，彰顯物理現象的對稱、統一之美。
（1）如圖所示，利用干電池、導線和小磁針進行實驗。通電后小磁針發生偏轉，斷電后小磁針復位，實驗表明　 　。
（2）如圖甲所示，將直導線繞成螺線管形狀，將其安裝在有機玻璃板上，連入電路。硬紙板上均勻地撒滿鐵屑，螺線管周圍放置若干枚小磁針。
①閉合開關，輕敲玻璃板，觀察到鐵屑的分布規律，同時觀察到小磁針發生偏轉，說明通電螺線管周圍存在　 　。鐵屑的分布情況與　 　磁體周圍鐵屑的分布情況相似。此時，如果移走小磁針，該結論　 　（選填“仍成立”或“不成立”）；
②小磁針的作用是指示該點的磁場　 　。觀察圖乙小磁針的指向，可知螺線管的右端是　 ?。ㄟx填“N”或“S”）極。接下來將電源的正負極對調，這是為了進一步判斷通電螺線管的極性與　 　的關系。
（3）在螺線管中插入軟鐵棒，可以制成電磁鐵，下列設備中沒有用到電磁鐵的是________。
A．電磁繼電器 B．電磁起重機 C．電爐 D．電鈴
【答案】（1）通電導線周圍存在磁場
（2）磁場；條形；仍成立；方向；N；電流方向
（3）C
【知識點】通電直導線周圍的磁場；通電螺線管的磁場；電磁鐵的其他應用
21．實驗小組的同學進行電磁學實驗。
（1）在如圖甲所示的實驗中，當閉合開關后，可以觀察到磁場中金屬棒ab在導軌上運動，這說明磁場對通電導體　 　，　 　是利用這一原理工作的；（選填“發電機”或“電動機”）
（2）若只將磁體的兩極對調，接通電源，觀察到金屬棒ab向相反的方向運動，說明力的方向與　 　方向有關；
（3）在如圖乙所示的實驗中，閉合開關，保持蹄形磁體不動，若使導體AB沿水平方向運動，則電流表指針將發生偏轉。與此現象原理相同的是　 ?。ㄟx填“話筒”或“揚聲器”）；
（4）根據圖丙所示的情境可得出結論：電流一定時，　 　。電磁鐵磁性越強。
【答案】（1）有力的作用；電動機
（2）磁場
（3）話筒
（4）線圈匝數越多
【知識點】磁場對通電導線的作用；電磁感應；影響電磁鐵磁性強弱的因素及其探究
22．學校物理實驗小組的同學進行電磁學實驗。請你幫他們完善以下內容。
（1）如圖甲，當閉合開關，磁場中金屬棒ab在導軌上運動，這說明磁場對　 　有力的作用。若只將電源的兩極對調，接通電源，金屬棒ab向相反的方向運動，說明力的方向與導體的　 　方向有關；
（2）如圖乙，閉合開關，水平桌面上的蹄形磁體保持不動，若使導體AB沿　 ?。ㄟx填“豎直”或“水平”）方向運動，則電流表指針將發生偏轉，與此現象原理相同的是　 ?。ㄟx填“動圈式話筒”或“動圈式揚聲器”）；
（3）根據圖丙的實驗圖，對比M、N兩電磁鐵，可得到實驗結論：當電流相同時，　 　越多，電磁鐵磁性越強。實驗中，大頭針下端都是分開的，原因是同名磁極，相互　 　。
（4）根據圖丙的實驗圖，滑動變阻器滑片P向　 ?。ㄟx填“左”或“右”）滑，MN電磁鐵的磁性會增強。
【答案】（1）通電導體；電流
（2）水平；動圈式話筒
（3）線圈匝數；排斥
（4）左
【知識點】電磁感應；影響電磁鐵磁性強弱的因素及其探究
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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