2020年中考物理计算题解题方法全攻略（综合）专题4.4 初中电与磁综合计算题

专题4.4初中电与磁综合计算题1.欧姆定律及其应用（1）导体中的电流，与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。（2）公式：I=U/R，式中单位：I→A；U→V；R→Ω。1安=1伏/欧。（3）对公式的理解：①公式中的I、U和R必须是在同一段电路中；②I、U和R中已知任意的两个量就可求另一个量；③计算时单位要统一。（4）欧姆定律的应用①同一个电阻，阻值不变，与电流和电压无关,但加在这个电阻两端的电压增大时，通过的电流也增大。②当电压不变时，电阻越大，则通过的电流就越小。③当电流一定时，电阻越大，则电阻两端的电压就越大。2．电磁继电器：实质上是一个利用电磁铁来控制电路的开关。它的作用可实现远距离操作，利用低电压、弱电流来控制高电压、强电流。还可实现自动控制。【例题1】（2019河南）智能自动化管理是未来社会的发展趋势，如图甲所示为某工作室的自动化光控电路图，其中光敏电阻R的阻值随照度变化的关系如图乙所示（照度表示物体被照明的程度，单位是Ix）。请你回答下列问题：（1）电磁继电器是利用电流效应工作的，当光照强度增强时，光敏电阻将，控制电路中的类型与典例突破知识回顾电流将（选填“变大”“变小”或“不变”）。长时间使用后，控制电路中的电流将降低，若相同的情况下接通电路，则光照强度。（选填“增强”“减弱”或“不变”）。（2）当开关S闭合时，光敏电阻上的照度大于或等于0.41x时，警示灯L亮，已知控制电路的电源电压为22V，电磁继电器的线圈电阻为10Ω，此时控制电路中的电流是多大？（3）若使电流达到0.2A时，光敏电阻上的照度大于或等于0.41x时警示灯L亮，试通过计算说明怎样改装控制电路。（注：可以添加必要的元件）【答案】（1）磁；变小；变大；增强；（2）此时控制电路中的电流是0.44A；（3）可以在控制电路中串联接入一个60Ω的电阻。【解析】（1）电磁继电器是利用电流磁效应工作的，当光照强度增强时，由图乙知，光敏电阻将变小，根据电阻的串联，总电阻变小，由欧姆定律可知，控制电路中的电流将变大；长时间使用后，控制电路中的电流将降低，若在相同的情况下接通电路，需要增大电流，由欧姆定律可知，要减小光敏电阻的阻值，由图乙知，则光照强度增强；（2）当照度等于0.4Lx时，由图知，光敏电阻的阻值R＝40Ω，根据欧姆定律和电阻的串联可得，此时控制电路中的电流为：I＝＝═0.44A；（3）当电流达到0.2A时，由欧姆定律可得控制电路中的总电阻：R总＝＝＝110Ω，由于此时的总电阻大于原来的总电阻，所以应在控制电路中串联一个电阻；当照度等于0.4Lx时，警示灯L亮，光敏电阻的阻值仍然为R＝40Ω，根据电阻的串联，串联电阻的阻值：R串＝R总﹣R光﹣R线＝110Ω﹣40Ω﹣10Ω＝60Ω，即可以在控制电路中串联接入一个60Ω的电阻。1.（2019四川内江）如图甲所示，是某科技小组的同学们设计的恒温箱电路图，它包括工作电路和控制电路两部分，用于获得高于室温、控制在定范围内的“恒温”。工作电路中的加热器正常工作时的电功率为中考达标训练题1.0kW；控制电路中的电阻R'为滑动变阻器，R为置于恒温箱内的热敏电阻，它的阻值随温度变化的关系如图乙所示，继电器的电阻R0为10Ω．当控制电路的电流达到0.04A时，继电器的衔铁被吸合；当控制电路中的电流减小到0.024A时，衔铁被释放，则：（1）正常工作时，加热器的电阻值是多少？（2）当滑动变阻器R为390Ω时，恒温箱内可获得的最高温度为150℃，如果需要将恒温箱内的温度控制在最低温度为50℃那么，R′的阻值为多大？【答案】（1）正常工作时，加热器的电阻值是48.4Ω；（2）R′的阻值为90Ω。【解析】（1）根据P＝得正常工作时，加热器的电阻值R＝＝＝48.4Ω；（2）由乙图知，当最高温度为150℃时，热敏电阻的阻值R1＝200Ω，控制电路电流I1＝0.04A由欧姆定律得U＝I1（R0+R′+R1）＝0.04A×（10Ω+390Ω+200Ω）＝24V；恒温箱内的温度控制在最低温度为50℃时，热敏电阻的阻值R2＝900Ω，控制电路电流I2＝0.024A控制电路总电阻R总＝＝＝1000Ω，此时滑动变阻器的阻值R′＝R总﹣R0﹣R2＝1000Ω﹣10Ω﹣900Ω＝90Ω。2．（2019山东泰安）某电热水器具有加热和保温功能，其工作原理如图甲所示。其中控制电路中的电磁铁线圈电阻不计，R为热敏电阻，热敏电阻中允许通过的最大电流Ig＝15mA，其阻值R随温度变化的规律图象如图乙所示，电源电压U恒为6V，当电磁铁线圈中的电流I＞8mA时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点a、b接触，加热电路接通：当电磁铁线圈中的电流I≤8mA时，继电器上方触点c接触，保温电路接通，热敏电阻R和工作电路中的三只电阻丝R1、R2、R3，均置于储水箱中，U2＝220V，加热时的功率P加热═2200W，保温时的功率P保温＝110W，加热效率η＝90%，R2＝2R1，水的比热容，c水＝4.2×103J/（kg•℃），水箱内最低温度为0℃。（1）为使控制电路正常工作，保护电阻R0的阻值至少为多大？若R0为该值，试求热水器刚开始保温时水的温度。（2）电阻丝R1、R2、R3的阻值分别为多少欧姆？（3）该热水器在加热状态下，将44kg、20℃的水加热到50℃需要多少时间？【答案】（1）为使控制电路正常工作，保护电阻R0的阻值至少为450Ω；若R0为该值，热水器刚开始保温时水的温度为70℃。（2）电阻丝R1、R2、R3的阻值分别为33Ω、66Ω、374Ω；（3）该热水器在加热状态下，将44kg、20℃的水加热到50℃需要2800s。【解答】（1）由题意可知，热敏电阻中允许通过的最大电流I0＝15mA，电源电压U1＝6V，控制电路中最小值是R总小＝＝＝400Ω，当水箱内最低温度为0℃时，热敏电阻阻值最小，R最小，R最小＝100Ω。保护电阻R0的最小值，保护电阻阻值至少为R0＝R总小﹣R最小＝400Ω﹣100Ω＝300Ω，热水器刚开始保温时，控制电路中的总电阻R总＝＝＝750Ω，热敏电阻的阻值为：R＝R总﹣R最小＝750Ω﹣300Ω＝450Ω，由图乙可知，此时水温为70℃；（2）由题意和电路图知：衔铁被吸下时，R1、R2并联，电热水器处于加热状态，P加热＝+＝2200W，且R2＝2R1，所以+＝2200W，＝2200W，＝2200W，解得：R1＝33Ω，R2＝2R1＝2×33Ω＝66Ω；根据题意可知，电磁继电器上方触点和触点c接通时，电热水器处于保温状态，则由电路图知，此时R2、R3串联，根据电阻的串联特点和欧姆定律可得保温功率：P保温＝＝110W，即＝110W，解得：R3＝374Ω；（3）水吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×44kg×（50℃﹣20℃）＝5.544×106J：根据热效率公式η＝可得，加热电路消耗的能量：W＝＝＝6.16×106J，加热时间：t＝＝＝2800s。3.（2019内蒙古巴彦淖尔市）如图所示是某温控装置的简化电路图，工作电路由电压为220V的电源和阻值R＝88Ω的电热丝组成；控制电路由电源、电磁铁（线圈电阻R0＝20Ω）、开关、滑动变阻器R2（取值范围0～80Ω）和热敏电阻R1组成；R1阻值随温度变化的关系如下表所示，当控制电路电流I≥50mA时，衔铁被吸合切断工作电路；当控制电路电流I≤40mA时，衔铁被释放接通工作电路。温度/℃90806660504640363534R1/Ω102040507080100120130150（1）工作电路正常工作时，R在1min内产生的热量是多少？（2）当温度为60℃，滑动变阻器R2＝50Ω时，衔铁恰好被吸合，控制电路的电源电压是多少？（3）若控制电路电源电压不变，此装置可控制的温度最大范围是多少？（4）要想要该装置所控制的最高温度降低一些，请分析说明如何改变R2的阻值。【答案】（1）工作电路正常工作时，R在1min内产生的热量是3.3×104J；（2）当温度为60℃，滑动变阻器R2＝50Ω时，衔铁恰好被吸合，控制电路的电源电压是6V；（3）若控制电路电源电压不变，此装置可控制的温度最大范围是35℃～80℃；（4）要想要该装置所控制的最高温度降低一些，应减小R2的最大阻值。【解析】（1）工作电路由电压为220V的电源和阻值R＝88Ω的电热丝组成，则R在1min内产生的热量：Q＝t＝×1×60s＝3.3×104J；（2）当温度为60℃时，由表格数据可知R1＝50Ω，已知此时滑动变阻器R2＝50Ω，则控制电路的总电阻为：R＝R1+R2+R0＝50Ω+50Ω+20Ω＝120Ω，此时衔铁恰好被吸合，则控制电路的电流I＝50mA＝0.05A，由欧姆定律可得，控制电路的电源电压：U＝IR＝0.05A×120Ω＝6V；（3）当控制电路电流I≥50mA时，衔铁被吸合切断工作电路，由欧姆定律可得，控制电路的总电阻最大为：R大＝＝＝120Ω，滑动变阻器R2（取值范围0～80Ω）的最大电阻为80Ω，根据串联电阻的规律，热敏电阻R1的阻值最小（此时温度最高）：R1＝R大﹣R2﹣R0＝120Ω﹣80Ω﹣20Ω＝20Ω，由表中数据知可控制的最高温度为80℃；当控制电路电流I≤40mA时，衔铁被释放接通工作电路，由欧姆定律，控制电路的总电阻最小为：R小＝＝＝150Ω，滑动变阻器R2的最小电阻为0时，根据串联电阻的规律，热敏电阻R1的阻值最大（此时温度最低）：R′1＝150Ω﹣20Ω＝130Ω，由表中数据知可控制的最低温度为35℃；所以，若控制电路电源电压不变，此装置可控制的温度最大范围是35℃～80℃；（4）要想要该装置所控制的最高温度降低一些，即热敏电阻R1的阻值增大，因吸合时的电流不变，由欧姆定律可知，控制电路的总电阻不变，故应减小R2的最大阻值。4．（2019湖南湘潭）如图1所示为某实验室的自动除湿器，除湿器中的压缩机是整个系统的核心，除湿器的动力，全部由压缩机来提供。除湿器内部的电路结构由控制电路和工作电路两部分组成，简化后的电路图如图2所示。控制电路中的电源电压U1＝12V，调控电咀R0的阻值范围为0～1000Ω，R为装在除湿器内的湿敏电阻，其阻值随相对湿度φ（空气中含有水蒸气的百分比，单位为：%RH）变化的图象如图2所示，L为磁控开关，当湿敏电阻R的阻值发生变化时，控制电路中线圈的电流随之发生变化，当电流大于或等于20mA时，L的两个磁性弹片相互吸合，工作电路的压缩机开始带动系统进行除湿。工作电路两端电220V，Rg为保护电阻，磁控开关L的线圈电阻不计。问：（1）压缩机工作过程中内部的电动机主要把电能转化成能；当S接通时，可判断出图2中线圈上端P的磁极是极。（2）由图3可知，湿敏电阻R的阻值随着相对湿度的增加而变；若实验室内部的相对湿度为60%RH，此时湿敏电阻R的阻值为Ω。（3）因实验室內有较敏感的器件，要求相对湿度控制在45%RH以内，则调控电阻R0的阻值不能超过多少？（4）若除湿过程中工作电路的总功率为1100W，工作电路的电流为多少？已知保护电阻Rg＝2Ω，如果除湿器工作时磁控开关L的磁性弹片有一半的时间是闭合的，则1h内Rg消耗的电能是多少？【答案】（1）内；D；（2）小；50；（3）调控电阻R0的阻值不能超过500Ω；（4）若1h内Rg消耗的电能是9×104J。【解析】（1）压缩机在工作过程中利用做功方式改变了工作媒质的内能；所以主要把电能转化成内能；当S接通时，由安培定则可判断出图2中线圈的上端P的磁极是N极；（2）根据图3可知湿敏电阻R的阻值随着相对湿度的增加而变小；相对湿度为60%RH时湿敏电阻R的阻值为50Ω（3）由图3可知，当相对湿度控制在45%RH时湿敏电阻R的阻值R′＝100Ω，已知当电流I≥20mA＝0.02A时L的两个磁性弹片相互吸合，工作电路的压缩机开始带动系统进行除湿。由I＝可得，电路中的总电阻：R总＝＝＝600Ω，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，调控电阻R0的阻值：R0＝R总﹣R′T＝600Ω﹣100Ω＝500Ω；（4）已知自动除湿器是在