压轴题09 电和磁
1．小明家的饮水机具有自动加水和加热两种功能，烧水时，先按一下加水按钮，自吸泵把水从水桶抽到壶内，当壶内水位达到规定容量时，自吸泵自动停止抽水；再按一下加热按钮，加热装置将对壶内的水加热。如图所示．“控制电路”中的热敏电阻R1的阻值随温度变化的曲线如图所示．电磁铁线圈电阻可忽略不计，“饮水机”共安装有2根加热电热丝和一根保温电热丝，当电磁铁线圈中电流大于或等于50mA时，继电器的衔铁被吸合，使加热电路断开，保温电路工作。当线圈中的电流小于或等于40mA时，继电器的衔铁被释放，使加热电路闭合．电磁继电器的电源两端电压U=6V，饮水机的参数如表所示已知水的比热容c水=4.2×103 J/（kg· ℃），水的密度ρ水=1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg，电热水机的铭牌数据如表.
（1）电磁继电器的接线柱________（M/N）应与家庭电路的火线相连。
（2）如果自吸泵抽水效率为60%，求自吸泵将1.2 L水提升0.5 m消耗的电能_____. （3）加热电路中2根“220V 600W”电热丝的合理连接方式是___________（并联/串联） （4）为了实现温度控制，饮水机加热电热丝（图中未画出）应该选择接在以下的____。 A．AD端 B．BC端 C．AB端 D．CD端
（5）假设饮水机内水温达到90℃时，温控电路就将电路切换到保温状态，此时滑动变阻器的阻值为__________Ω。
（6）现将滑动变阻器R2的阻值适当调小，则该饮水机的保温范围将比原来____（大/小）.
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【答案】M10J并联C70小 【解析】 【详解】
（1）由于开关控制火线，而电磁继电器衔铁相当于开关，所以，电磁继电器的接线柱M应与家庭电路的火线相连； （2）由??m33-33
知道，1.2L水的质量是：m=ρ水V=1.0×10 kg/m×1.2×10m =1.2kg， V如果自吸泵抽水效率为60%，则η=
W有W总?Ghmgh?， W总W总mgh?1.2kg?10N/kg?0.5m60%W总?所以，自吸泵将1.2L水提升0.5m消耗的电能是：
=10J；
?（3）根据题意知道，当继电器的衔铁被吸合，使加热电路断开，保温电路工作；当继电器的衔铁被释放，使加热电路闭合，所以，加热电路与保温电路是并联关系，而安装的2根加热电热丝工作时为了互不影响，也应是并联关系。
（4）当电磁铁线圈中电流大于或等于50mA时，继电器的衔铁被吸合，使加热电路断开，保温电路工作，由图1知道CD端接保温电热丝；当线圈中的电流小于或等于40mA时，继电器的衔铁被释放，使加热电路闭合，由图1知道AB端应接2根“220V 600W”的电热丝（表示其额定电压为220V），又由表中数据知道，加热功率为1200W，故每根电热丝正常工作的功率为600W；
（5）由图2知道，当饮水机内水温达到90℃时，热敏电阻R1 =50Ω，由于当电磁铁线圈中电流大于或等于50mA时，继电器的衔铁被吸合，使加热电路断开，保温电路工作，由电阻的串联和欧姆定律知道，此时电路的电流是：I?解得此时滑动变阻器的阻值是：R滑 =70Ω；
（6）现将滑动变阻器R2的阻值适当调小，由于加热和保温切换时的电流大小均不变，由欧姆定律知道，总阻值R不变，由串联电路的电阻规律知道，R=R2 +R1，所以，当R2增小时，加热和保温切换时的R1均增大，但两状态之间R1的变化量相等，由图2知道保温范围变小了。
2．图甲是电梯结构的示意图，它主要是由轿厢、滑轮、配重、缆绳及电动机等部件组成，
U6V?=0.05A，
R1?R滑50Ω?R滑2
小明家住21楼，他乘电梯从1楼匀速上升到21楼用时60s，已知每层楼的高度为3 m.小明重500 N，轿厢重4500 N，动滑轮和细绳的重力以及摩擦力均忽略不计，针对此过程，解答下列问题.
（1）拉力F的功率为多大____？（g取10 N/kg） （2）动滑轮A提升小明的机械效率为多少_____？
（3）图乙是该电梯超载报警系统工作原理图，在工作电路中，当电梯没有超载时，触点K与触点A接触，闭合开关S，电动机正常工作；当电梯超载时，触点K与触点B接触，电铃发出报警铃声，即使闭合开关S，电动机也不工作.在控制电路中，已知电源电压为8 V，保护电阻R2= 100Ω，电阻式压力传感器R1的阻值随乘客压力（F压）大小变化如图丙所示，电磁铁线圈的阻值忽略不计，当电磁铁线圈电流超过0.02 A时，电铃就会发出警报声.
①由图丙可知，电梯承载的人越多，电阻式压力传感器R1受到的压力越大，电阻___________，当电流达到0.02A时，衔铁被吸下，电铃发出警报声； ②若乘客人均重为600 N，该电梯最多可以乘载多少人______？
③在安全的前提下，如果想增大该电梯的载重量，可以怎样改变控制电路_____？ 【答案】5000W10％越小13增大R2或减小电源电压 【解析】 【详解】
（1）他乘电梯从1楼匀速升到21楼时，上升的高度：
h=（21-1）×3m=60m，因动滑轮和细绳的重力以及摩擦力均忽略不计，克服小明重力和
轿厢重力做的功为总功，所以，拉力F做的总功：
W总=（G+G轿厢）h=（500N+4500N）×60m=3×105J，
3
W3?105J拉力F的功率：P?==5000W
t60s（2）动滑轮A提升小明时做的有用功：
W有=Gh=500N×60m=3×104J，
W有3?104J?100%=?100%=10% 动滑轮A提升小明的机械效率：??5W总3?10J（3）①电梯承载的人越多，电阻式压力传感器R1受到的压力越大，由丙图可知，电阻越小，电路中的总电阻越小，由I?铁被吸下，电铃发出警报声；
②当电流达到0.02A时，电路的总电阻：R?因串联电路中总电阻等于各分电阻之和， 所以，此时压力传感器的电阻值：
U可知，电路中电流越大，当电流达到0.02A时，衔RU8V??400? I0.02AR1=R-R2=400Ω-100Ω=300Ω，
由图丙可知，此时的最大压力为8000N， 电梯承载的人数=
8000N?13.3（人），即13人．
600N③在安全的前提下，只要电流小于0.02A, 电铃就不会发出警报声，此时就可以增大该电梯的载重量；所以可以增大电路的总电阻或者减小电源电压，从而达到减小电路电流的目的，增大该电梯的载重量．
3．如图，一质量为40g。体积为50cm3的铁制小球放入盛水的薄玻璃容器中，在玻璃容器下方有一已经接入电路的螺线管，小灯泡标有“6V3W“字样，通过螺线管的电流I与螺线管对铁制小球的作用力F的关系如表，假设灯丝电阻保持不变，不考虑小球与螺线管距离的远近对力F的影响。
I/A F/N 0.1 0.05 0.2 0.1 0.3 0.15 0.4 0.2 0.5 0.25 4
（1）闭合开关后，通电螺线管A端是______极，调节滑动变阻器，滑片向右移动，则通电螺线管的_____会增强。
（2）闭合开关，调节滑动变阻器使铁制小球能够悬浮在水中，此时，小灯泡消耗的功率是多少W____？
（3）闭合开关，调节滑动变阻器使小灯泡正常发光，当铁制小球静止时，小球对容器底的压力是多少N__？ 【答案】N磁性0.48W0.15N 【解析】 【详解】
（1）根据安培定则，螺线管中电流从B端流入、A端流出，则螺线管的A端为N极；滑动变阻器P向右移动时，接入电路中的电阻变小，电路中电流变大，再线圈匝数一定时，螺线管中电流越大，磁性越强。
（2）小球受到的重力G=mg=40×10kg×10N/kg=0.4N。S闭合后，小球悬浮，此时F浮=G+F。此时小球所受浮力F浮=ρ水gV排=ρ水gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×50×10-6m3=0.5N，则F= -3
F浮-G=0.5N-0.4N=0.1N。查表可知，此时电路中的电流I=0.2A。根据灯的铭牌可知RL=
2（6V）==12Ω，此时灯泡消耗的功率是PL=I2RL=（0.2A）2×12Ω=0.48W。 3W2U额P额（3）当小灯泡正常发光时，电路中电流为I=IL=
P额U额=
3W=0.5A，查表可知此时通电螺6V线管对小球的吸引力F=0.25N，此时小球受到向下的力为F+G=0.25N+0.4N=0.65N，而受到向上的力为F浮= 0.5N，0.65N>0.5N，所以小球将沉底。当小球沉底静止时，除了受到
F、G、F浮之外，还受到容器底的支持力F支，由受力分析可知：F+G=F浮+F支，则F支=F+G-F浮
=0.25N+0.4N-0.5N=0.15N。因容器底对小球的支持力与小球对容器底的压力为一对相互
作用力，所以小球对容器底的压力F压= F支=0.15N。
4．智能家居为我们的生活提供了很多便利．香茗家新购置了一台mini智能空气加湿器，如图甲所示，R1、R2为发热电阻，且R2＝3R1，U1＝U2＝5V，S为旋转型开关，1、2、3、4为触点，通过旋转开关S可实现“关”、“低挡”和“高挡”之间的转换，其高挡发热功率为2W．
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(尖子生专用)2020中考物理挑战压轴题专题09电和磁(含解析)
