第一章电磁铁的计算期末复习
1.如图所示为某兴趣小组为学校办公楼空调设计的自动控制装置,R是热敏电阻,其阻值随温度变化关系如下表所示。已知线圈电阻R0=10Ω,左边电源电压为6V恒定不变。当继电器线圈中的电流大于或等于15mA时,继电器的衔铁被吸合,右边的空调电路正常工作。
温度t/℃ 0 5 10 15 20 25 30 35 40
电阻R/Ω 600 550 500 450 420 390 360 330 300
(1)这一自动控制装置的基本结构其实是一个 ;
(2)计算说明该空调的启动温度是多少?(要有计算过程)
(3)为了节省电能,将空调启动温度设定为30℃,计算控制电路中需要再串联多大的电阻?
2.小科利用光敏电阻为学校设计了一种自动草坪灯,其工作原理如图甲。工作电路中有两盏规格相同的灯泡L,额定电压为220V,天暗时灯泡L自动发光,天亮时自动熄灭,控制电路使会用电池做电源,电压U为12V,电阻R0的阻值为200Ω。在一定范真围内,光敏电阻R的阻值与光照强度E(单位为1x)之间的关系如图乙所示。(电磁铁线圈的电阻忽略不计)
(1)从图中分析发现,随着光照强度的增加,光敏电阻R的阻值 (填“增大”或“毒小”),电磁铁的磁性 (填“增强”或“减弱”)。
(2)当天色渐暗,通过线圈的电流为0.04A时,工作电,路的照明系统恰好启动,此时光敏电阻R的阻值为多少?光照强度为多少?(写出计算过程)。
(3)控制电路中电池使用一段时间后,电压会降低,将导致天暗时草坪灯 (填“提前”“延后”或“准时”)发光。
3.为响应光盘行动,某学习小组设计了如图甲所示的光盘检测仪,托盘内不放餐盘时滑动变阻器Rp滑片处于最上端,当放入托盘的餐盘总质量超过一定值,通过电磁铁的电流达到0.1安时,弹片L被吸下电铃响起。Rp的最大阻值为12欧、总长度为12厘米,其阻值与长度成正比。控制电路电源电压U1恒为3伏,电磁继电器线圈电阻忽略不计。弹簧压缩量ΔX与压力F的大小关系如图乙(弹簧始终在弹性限度内,滑片间摩擦忽略不计)。
(1)要使弹片L被电磁铁吸合,弹片可以选择什么材质?
(2)当放入托盘内的物体质量超过0.2千克时,电铃响起,则R0的阻值为多少欧?(g取10N/kg,写出计算过程)
(3)小明调试时发现当放入托盘物体超重却没响铃,请你提出改进措施: 。
4.我省实施“清凉工程”,为每个教室安装了空调。为落实节能降耗,某同学设计并安装了如图甲的自动控制模拟电路,实现当气温升至30℃时,衔铁才能被电磁铁吸下,接通空调线路。热敏电阻Rt的阻值随温度变化情况如图乙。
(1)根据图乙描述Rt随温度变化的规律 。
(2)计算衔铁被吸下时,控制电路的电流大小。
(3)实际使用中发现:当气温在30℃上下波动时,空调线路会频繁接通和断开,影响空调的正常使用。因此该同学在图甲的基础上增加了一个60Ω定值电阻R0(如图丙),实现了空调线路接通后,气温降低至一定温度时自动切断,回升至30℃后才重新接通。求自动切断时的温度。(电路改进前后,衔铁刚被吸下时,电磁铁线圈中的电流大小不变;线圈电阻忽略不计)
5.如图甲所示是一家庭燃气报警器的部分电路示意图,其中控制电路中的R1是由气敏电阻制成的传感器,R1的阻值与燃气的浓度的关系如图乙。出厂预设当燃气浓度达到4%时报警,出厂测试时,控制电路的电源电压U1为3伏且保持恒定,闭合开关S1、S2,移动滑动变阻器R2滑片P的位置,当控制电路中的电流为0.03安,电磁铁A恰好能将衔铁B吸下,工作电路中相应的灯亮起而报警。(电磁铁线圈的阻值忽略不计)
(1)当报警器报警时, 灯亮。(选填“L1”或“L2”)
(2)该报警器要达到出厂预设值,滑动变阻器接入电路的阻值有多大?
(3)某场地安装该报警器后,想让报警器更灵敏一些,滑动变阻器滑片向 滑动(选“上”或者“下”)。
6.纯电动汽车是一种采用蓄电池作为唯一动力来源的汽车,电池的安全性主要体现在对其温度的控制上,当某组电池温度过高时,立即启动制冷系统进行降温。图甲是小滨设计的模拟控温装置示意图,电磁铁、热敏电阻R1、滑动变阻器RP串联接在电压为6V的电源两端。当电磁铁线圈(电阻不计)中的电流I大于或等于25mA时,衔铁被吸下,热敏电阻置于温度监测区域,其阻值R1与温度t的关系如图乙所示,滑动变阻器的最大阻值为200Ω。
(1)图甲中应将b端与 (选填a或c)端相连。
(2)若设置电池温度为60℃时启动制冷系统,计算说明滑动变阻器阻值应为多少?
(3)该电路可设置启动制冷系统的最高温度是 ℃。
7.如图所示为某兴趣小组为学校办公楼空调设计的自动控制装置,R是热敏电阻,其阻值随温度变化关系如下表所示。已知继电器的线圈电阻R0=15Ω,左边电源电压为6V恒定不变。当继电器线圈中的电流大于或等于15mA时,继电器的衔铁被吸合,右边的空调电路正常工作。
温度t/℃ 0 5 10 15 20 25 30 35 40
电阻R/Ω 550 500 445 415 385 355 325 295 265
(1)请简要说明该自动控制装置的工作原理。
(2)计算说明该空调的启动温度是多少?
(3)为了节省电能,将空调启动温度设定为25℃,控制电路中需要再串联多大的电阻?
(4)改变控制电路的电阻可以给空调设定不同的启动温度,除此之外,请你再提出一种方便可行的调节方案。
8.科技小组的同学们设计了如图甲所示的恒温箱温控电路(用于获得高于室温、控制在一定范围内的“恒温”),包括工作电路和控制电路两部分。其中,R′为阻值可以调节的可变电阻。R为热敏电阻(置于恒温箱内),其阻值随温度变化的关系如图乙所示,继电器线圈电阻50Ω。工作电路中加热器的电阻为48.4Ω。
(1)如图甲所示状态,加热器是否处于加热状态? 。
(2)加热器工作时,工作电路中的电流为多大?(保留一位小数)
(3)已知当控制电路的电流达到0.04A时,继电器的衔铁被吸合,当调节滑动变阻器阻值R′=350Ω时,可使恒温箱内获得最高温度为100℃的“恒温”。当控制电路的电流减小到0.036A时,衔铁会被释放。如果需要将恒温箱内的温度控制在最低温度为50℃的“恒温”,则应将R′的限值调为多大?
9.小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”,如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方,当环境温度正常时,继电器的上触点接触,下触点分离,指示灯亮;当环境温度超过某一值时,继电器的下触点接触,上触点分离,警铃响。图甲中继电器的供电电压U1=3V,继电器线圈用漆包线绕成,其电阻R0为30Ω。当线圈中的电流大于等于50mA时,继电器的衔铁将被吸合,警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。
(1)由图乙可知,当环境温度为40℃时,热敏电阻阻值为 Ω。当环境温度升高时,继电器的磁性将 (均选填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)图甲中指示灯的接线柱D应与接线柱 相连(均选填“A”或“B”)。
(3)请计算说明,环境温度在什么范围内时,警铃报警。
10.学习了电学知识后,某科学兴趣小组开展制作二氧化碳浓度示警器的项目化学习。
【项目背景】人体通过呼吸作用释放二氧化碳气体,当密闭空间内的二氧化碳浓度超过一定程度时,人会出现眩晕等症状。通过二氧化碳浓度示警器工作,提醒及时开窗通风。
【相关资料】资料一:在标准状况下,二氧化碳的密度(1.977g/L)显著大于空气平均密度(1.29g/L)。
资料二:气敏电阻Rx阻值随二氧化碳浓度变化如表所示。
【装置功能】当环境中的二氧化碳浓度升高至0.5%时,电流达到300毫安,蜂鸣器立刻鸣叫示警。
【方案设计】产品内部结构如图甲所示,通过改变电磁铁磁性强弱,实现衔铁位置的改变。
二氧化碳浓度(%) 气敏电阻Rx值(Ω) 场景
0.03 30 正常大气
0.1 25 通风不良的教室、办公室
0.3 20 人体轻微不适的临界值
0.5 15 触发报警的临界浓度
0.7 10 头晕、呼吸急促
1.0 5 极高浓度(需立即疏散)
(1)【器件安装】如图乙为安装教室,现有A、B两个二氧化碳浓度示警器安装位置,你建议项日组成员安装在哪个位置,并说明理由 。
(2)【产品调试】控制电路电源电压U恒为9伏,滑动变阻器规格为“3安 40欧”,组装好电路后开始测试,为实现示警器功能,应调节滑动变阻器接入电路的阻值为多大?(写出具体的计算过程)
(3)【产品改进】要实现该装置在二氧化碳浓度为0.3%时就触发报警,可以如何调节电路? 。(写出2点)
(4)【项目选代】在二氧化碳浓度增大到一定值时排气扇自动开启工作进行换气,二氧化碳浓度继续升高达到一定值时,则排气扇持续换气,同时蜂鸣器自动开启工作发出声音示警。下列各电路图中电磁铁与衔铁距离均相同,能实现上述项目选代要求的是 。
A. B.
C. D.
第一章电磁铁的计算期末复习
参考答案与试题解析
一.解答题(共10小题)
1.【分析】(1)由题意可知,这一自动控制装置的基本结构是一个电磁继电器;
(2)根据左边电源电压为6V,继电器线圈中的电流大于或等于15mA时,继电器启动,可计算出此时,继电器的总电阻,再减去线圈电阻,可得到热敏电阻的阻值,最后从表中找出对应温度;
(3)当温度设定为30℃时,从表中找出对应的电阻值,用同样的方法求出总电阻,减去表中对应的阻值,即可得出应串联的电阻大小。
【解答】解:(1)由图可知,该装置由电磁铁、衔铁、弹簧片、触点组成,左边电路为低压控制电路,右边电路为高压工作电路,其基本结构是一个电磁继电器。
(2)据图可知,控制电路是串联电路,当继电器线圈中的电流大于或等于15mA时,继电器的衔铁被吸合,此时控制电路中的总电阻为
热敏电阻的阻值为R=R总﹣R0=400Ω﹣10Ω=390Ω
据表格数据可知,启动温度是25℃。
(3)因为电路启动时的总电阻为400Ω,由表中数据可知,空调启动温度设定为30℃时,热敏电阻的阻值为360Ω,则电路中还应串联电阻的阻值为R串=R总﹣R′﹣R0=400Ω﹣360Ω﹣10Ω=30Ω
故答案为:(1)电磁继电器;
(2)空调的启动温度是25℃;
(3)控制电路中需要再串联30Ω的电阻。
2.【分析】(1)根据自动草坪灯的工作原理电路图得出照明系统启动时衔铁的状态,从而得出电磁铁的磁性应变化,然后得出控制电路的电流变化,进一步得出控制电路的总电阻变化和光敏电阻R的阻值变化,据此得出答案;
(2)根据图乙数据得出光照强度E和光敏电阻R的阻值的关系,根据题意得出照明系统恰好启动时控制电路的电流,利用欧姆定律求出控制电路的总电阻,利用电阻的串联求出光敏电阻R的阻值,根据R与E的关系求出光照强度E;
(3)电池使用一段时间后,电压会降低,根据电磁铁的吸合电流不变分析光敏电阻阻值的变化。
【解答】解:(1)根据图乙中的数据可知,随着光照强度增加,光敏电阻R的阻值减小,根据欧姆定律可知,电路中的电流增大,电磁铁的磁性增强;
(2)由图乙数据可知,光照强度E和光敏电阻R的阻值的关系为R,
照明系统恰好启动时,控制电路的电流I=0.04A,
由I可得,控制电路的总电阻:R总300Ω,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,光敏电阻R的阻值:R=R总﹣R0=300Ω﹣200Ω=100Ω,
此时光照强度:E1.5lx;
(3)电池使用一段时间后,电压会降低,电磁铁的吸合电流不变,根据R可知,光敏电阻的阻值变小,光照强度变大,所以将导致天暗时路灯提前发光。
答:(1)减小;增强;
(2)当天色渐暗,通过线圈的电流为0.04A时,工作电路的照明系统恰好启动,此时光敏电阻R的阻值为100Ω,光照强度为1.5lx;
(3)提前。
3.【分析】(1)磁铁吸引铁、钴、镍材质;
(2)根据题目中的信息,过电磁铁的电流达到0.1安时,衔铁吸下电铃响起,计算出总电阻,然后根据图乙计算出电阻Rp的阻值,最后计算定值电阻的阻值;
(3)当放入托盘物体超重却没响铃,说明电路中的电流较小,应该增大电流,或者是增大磁性。
【解答】解:(1)要使弹片L被电磁铁吸合,弹片可以选择铁、钴、镍材质;
(2)过电磁铁的电流达到0.1安时,衔铁吸下电铃响起,此时电路中总电阻为:R30Ω;
放入托盘内的物体质量超过0.2千克,重力为:G=mg=0.2kg×10N/kg=2N,结合乙图可知此时伸长2cm,电阻Rp的最大阻值为12欧、总长度为12厘米,其阻值与长度成正比,此时Rp的电阻为10Ω,
由电路图可知R0和Rp串联,所以R0=R﹣Rp=30Ω﹣10Ω=20Ω;
(3)当放入托盘物体超重却没响铃,说明电路中的电路太小,因此要适当的减小电阻,或者是增大电磁铁的磁性,通过增加线圈匝数,可以使磁性增强,吸引衔铁;
故答案为:(1)铁、钴、镍;(2)R0的阻值为20Ω;(3)通过增加线圈匝数,可以使磁性增强,从而吸引衔铁。
4.【分析】(1)根据图像乙分析热敏电阻得到阻值与温度的关系;
(2)根据欧姆定律进行计算。
(3)根据并联电路的特点进行计算。
【解答】解:(1)根据图像乙可知:Rt随温度的升高而下降。
(2)由欧姆定律得到控制电路的电流为:。
(3)干路中的电流为I=0.15A;
增加的支路中的电流为:;
It=I﹣I0=0.15A﹣0.05A=0.1A。
。
由图乙可知:此时对应的温度为26℃。
故答案为:(1)Rt随温度的升高而下降;(2)0.15A;(3)26℃。
5.【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,当燃气浓度达到4%时,根据图乙可知读出气敏电阻的阻值,再根据欧姆定律的应用求出电路的总电阻,根据串联电路电阻特点求出滑动变阻器接入电路的阻值;
(3)根据图乙可知,当燃气浓度达到3%时,气敏电阻接入电路的阻值变大,为保证报警时电路电流仍为0.03A,由欧姆定律可知,需控制电路的总电阻不变,据此可知滑动变阻器调节的方向。
【解答】解:(1)报警器报警时,电磁铁A恰好能将衔铁B吸下,由电路图可知,L2灯亮;
(2)闭合开关,左侧控制电路两电阻串联接入,当燃气浓度达到4%时,根据图乙可知,气敏电阻的阻值为40Ω,
由欧姆定律可知,此时电路的总电阻:R总100Ω,
因串联电路总电阻等于各部分电阻之和,所以滑动变阻器接入电路的阻值:R2=R总﹣R1=100Ω﹣40Ω=60Ω;
(3)根据图乙可知,当燃气浓度达到3%时,气敏电阻接入电路的阻值变大,为保证报警时电路电流仍为0.03A,
由欧姆定律可知当电压一定时,需控制电路中的总电阻不变,因此调节滑片使滑动变阻器接入电路的阻值减小,故将滑片向下移动;
因此当滑片向下移动一定距离后,燃气浓度达到3%,电路电流刚好为0.03A时,报警器报警。
答:(1)L2;
(2)滑动变阻器接入电路的阻值为60Ω;
(3)下。
6.【分析】(1)由图乙知,温度升高,热敏电阻阻值减小,控制电路电流变大,由图甲知此时电磁铁磁性增强,衔铁被吸下,动触点将与下端的静触点接触,制冷系统开始工作。
(2)由欧姆定律计算出控制电路的总电阻,再由图乙查得Rt,最后根据串联电路中电阻的关系,求滑动变阻器接入电路的阻值。
(3)衔铁被吸合时,控制电路的总电阻为240Ω,滑动变阻器的最大阻值为200Ω,则可得Rt的最小阻值,再由图乙查得该电路可设置启动制冷系统的最高温度。
【解答】解:(1)由图乙知,温度升高,热敏电阻阻值减小,控制电路电流变大,由图甲知此时电磁铁磁性增强,衔铁被吸下,动触点将与下端的静触点接触,制冷系统开始工作,故应将b端与c端相连。
(2)衔铁被吸合时,控制电路的总电阻
由图乙知当温度为60℃时,Rt=70Ω,则滑动变阻器接入电路的阻值
R滑=R总﹣Rt=240Ω﹣70Ω=170Ω
(3)衔铁被吸合时,控制电路的总电阻为240Ω,滑动变阻器的最大阻值为200Ω,则Rt的最小阻值为
Rt′=R总﹣R滑′=240Ω﹣200Ω=40Ω
如图乙所示,当Rt=40Ω时,温度是90℃,则该电路可设置启动制冷系统的最高温度是90℃。
故答案为:(1)c;(2)170Ω;(3)90。
7.【分析】(1)由题意可知,这一自动控制装置的基本结构是一个电磁继电器,根据电磁继电器的基本工作原理,结合在此处的运用可描述其原理;
(2)根据左边电源电压为6V,继电器线圈中的电流大于或等于15mA时,继电器启动,可计算出此时,继电器的总电阻,再减去线圈电阻,可得到热敏电阻的阻值,最后从表中找出对应温度;
(3)当温度设定为25℃时,从表中找出对应的电阻值,用同样的方法求出总电阻,减去表中对应的阻值,即可得出应串联的电阻大小;
(4)本装置通过调节电阻来改变设定温度,我们也可以考虑通过改变电源电压,实现对其调节的作用。
【解答】解:(1)答:随室内温度的升高,热敏电阻的阻值减小,控制电路中电流增大,当电流达到15mA时,衔铁被吸合,右侧空调电路连通,空调开始工作。当温度下降时,控制电路电阻增大,电流减小,减小到一定值,使空调电路断开,这样就实现了自动控制。
(2)电路启动时的总电阻:R总400Ω,
此时热敏电阻的阻值:R热=R总﹣R0=400Ω﹣15Ω=385Ω,
对照表格数据可知,此时的启动温度是20℃。
(3)因为电路启动时的总电阻为400Ω,
由表中数据可知,空调启动温度设定为25℃时,热敏电阻的阻值为355Ω,
则电路中还应串联的电阻:R′=R总﹣R热′﹣R0=400Ω﹣355Ω﹣15Ω=30Ω。
(4)因为本装置启动的电流是一定的,因此,既可通过改变电阻来改变电流,可以通过将左边电源改为可调压电源来实现对其控制。
故答案为:(1)见上面的分析;(2)答:该空调的启动温度是20℃.(3)答:将空调启动温度设定为25℃时,控制电路中需要再串联30Ω的电阻。
(4)答:可以将左边电源改为可调压电源;
8.【分析】(1)如图甲所示状态,工作电路处于通路,加热器处于加热状态;
(2)根据欧姆定律计算加热器工作时工作电路中的电流;
(3)恒温箱内获得最高温度为100℃时热敏电阻的阻值为500Ω,
控制电路中两电阻串联接入电路,根据串联电路电阻规律计算电路总电阻,根据欧姆定律计算电源电压;当控制电路的电流减小到0.036A时,衔铁会被释放,根据欧姆定律计算此时电路总电阻,
恒温箱内的温度控制在最低温度为50℃时,热敏电阻接入电路的阻值为900Ω,根据串联电路电阻规律计算R′的阻值。
【解答】解:(1)如图甲所示状态,工作电路处于通路,加热器处于加热状态;
(2)根据欧姆定律可得加热器工作时,工作电路中的电流为I4.5A;
(3)恒温箱内获得最高温度为100℃时热敏电阻的阻值为500Ω,
控制电路中两电阻串联接入电路,根据串联电路电阻规律可知电路总电阻R总=R+R′+R线圈=500Ω+350Ω+50Ω=900Ω,
根据欧姆定律可得电源电压:U′=I′R总=0.04A×900Ω=36V;
当控制电路的电流减小到0.036A时,衔铁会被释放,此时电路总电阻R总11000Ω,
恒温箱内的温度控制在最低温度为50℃时,热敏电阻接入电路的阻值为900Ω,
根据串联电路电阻规律可知R′的限值:R′1=R总1﹣R﹣R线圈=1000Ω﹣900Ω﹣50Ω=50Ω。
答:(1)是;
(2)加热器工作时,工作电路中的电流为4.5A;
(3)如果需要将恒温箱内的温度控制在最低温度为50℃的“恒温”,则应将R′的阻值调为50Ω。
9.【分析】(1)从图乙中找出40℃对应的热敏电阻的阻值,由图象分析热敏电阻阻值随温度的变化关系,结合欧姆定律分析电路中电流的变化,从而判断出电磁铁磁性的变化;
(2)由题干中“当环境温度超过某一值时,继电器的下触点接触,上触点分离,警铃响”判断出警铃和指示灯的连接情况;
(3)由题干中“当线圈中的电流大于等于50mA时,继电器的衔铁将被吸合,警铃响”,结合欧姆定律求出热敏电阻接入电路的阻值的最大阻值,从图象上找到对应的温度就可以解决问题。
【解答】解:(1)分析乙图,找到热敏电阻40℃对应的阻值为70Ω;并且分析图象发现:温度升高时,热敏电阻阻值减小,根据欧姆定律,电路中电流就会增大,电磁铁的磁性就会增大;
(2)由题中“当环境温度超过某一值时,继电器的下触点接触,上触点分离,警铃响”,所以警铃的接线柱C应与接线柱B连,指示灯的接线柱D应与接线柱A相连;
(3)当线圈中的电流I=50mA=0.05A时,继电器的衔铁将被吸合,警铃报警,由欧姆定律,控制电路的总电阻R总60Ω,
由电阻的串联:热敏电阻R=R总﹣R0=60Ω﹣30Ω=30Ω;
由图乙可知,此时t=80℃;所以,当温度t≥80℃时,警铃报警。
故答案为:(1)70;增大;(2)A;(3)当温度t≥80℃时警铃报警。
10.【分析】(1)根据二氧化碳的物理性质和工作原理分析回答;
(2)根据欧姆定律,计算总电阻,再根据串联电路电阻的特点,计算滑动变阻器的阻值;
(3)要使蜂鸣器提前报警,需要增大电磁铁的磁性,据此分析可得;
(4)据题意排气扇要先工作,故电磁铁的磁性更大;在电流一定时,线圈匝数越多,电磁铁的磁性越强,据此分析。
【解答】解:(1)二氧化碳的密度比空气大,故主要聚集的教室的下部;同时学生坐在教室里,主要呼吸区域也在教室下部,故B位置更适合安装蜂鸣器;
(2)根据欧姆定律可得R总30Ω;当二氧化碳浓度为0.5%时,气敏电阻Rx=15Ω;则滑动变阻器的阻值R=30Ω﹣15Ω=15Ω;
(3)要实现二氧化碳浓度为0.3%时就触发报警,需要减小控制电路的电阻,从而增大电流,使电磁铁的磁性增强,故应减小滑动变阻器的阻值,则将滑片向右调节;
(4)根据工作电路的要使换气扇先工作,而蜂鸣器后工作,故应使控制换气扇的电磁铁磁性更强,控制蜂鸣器的电磁铁的磁性更弱;在电流相同时,线圈匝数越多,电磁铁磁性更强,则A符合题意;
故选:A。
故答案为:(1)B,二氧化碳密度大,主要集中在教室的下部,且学生坐在教室里,呼吸的高度与B位置高度接近;(2)向右调节滑动变阻器的滑片;(3)15Ω;(4)A。
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