第15讲 电磁继电器与自动控制

突破点1  电磁阀的构造和原理 

例题1【5☆】如图是某家用燃气热水器结构原理图，微动开关K与活塞相连，活塞与水管相通．淋浴时，打开淋浴阀，根据________的原理，喷头有水喷出；再根据________________________的规律，活塞应向__________（左、右）移动，由________把燃气阀打开，同时电子点火，燃气进入灶头燃烧，有热水流出；洗完后，关闭淋浴阀，热水器熄火．

解析：认真读图可以看出，打开淋浴阀有水流出，是因为喷头与进水管形成了一个连通器．水流动时，流速越大压强越小，因此，活塞右向运动，使电路连通．电路工作使电磁铁具有磁性，打开燃气阀，并使点火器点火．
答案：连通器；流体压强越大的位置，压强越小；右，电磁铁．
点拨：观察原理图应把握一定的顺序，一般按工作过程，依次观察和分析各部分的结构与工作原理.

突破点2  自动控制电路元件的选择 

例题2【5☆】小明利用实验室的电磁继电器、热敏电阻R1、可变电阻器R2等器件设计了一个恒温箱控制电路，如图甲所示，图乙是小明通过实验测得的R1的阻值随温度变化的关系曲线．

（1）当温度较低时，电磁铁的磁性较______，触点开关________（选填“接通”或“断开”）．
（2）电磁继电器中的电源电压U=6V，其线圈的电阻可不计，通过实验测得当电流为30mA，电磁继电器的衔铁被吸合．若可变电阻器R2的电阻值设定为150Ω时，恒温箱温度可达到________℃．当可变电阻器R2的电阻变大时，恒温箱设定的温度将变________（选填“高”或“低”）．
（3）如果要使恒温箱内预设的温度可调范围是90℃～150℃，可供选择的可变电阻器R2的电阻值有如下几种，你选择________（填序号）．
①0～100Ω ②0～200Ω
③0～1000Ω ④0～1500Ω
解析：（1）由图乙可知，当恒温箱内温度较低时，热敏电阻的阻值变大，直流电路中的电流变小，电磁铁的磁性变弱，衔铁在弹簧的作用下被抬起，使得触点开关接通，电热器开始加热；
（2）当电流等于30mA时，合0.03A，总电阻R= U/I= 6V/0.03A=200Ω，由于是串联电路，所以恒温箱的电阻R1=R-R2=200Ω-150Ω=50Ω，对应图乙找出恒温箱温度为90℃；
当可变电阻器R2的电阻变大时，电磁继电器的衔铁被吸合时的电流不变，恒温箱的电阻变小，根据图乙得出恒温箱设定的温度将变高；
（3）当设定温度为150℃时，热敏电阻R1的阻值为30Ω．根据欧姆定律，电流I=30mA时电磁继电器的衔铁被吸合，所以总电阻R= U/I= 6V/0.03A=200Ω，所以R2=200Ω-30Ω=170Ω，选项C较合适．
答案：（1）弱，接通；（2）90，高；（3）②．
点拨：本题难度较大，既需要从电磁铁的性质上进行分析，还要对电磁继电器的原理进行分析．能从图乙得出相关信息、结合串联电路的特点和欧姆定律求解是本题的关键.

突破点3  电磁继电器电路设计 

例题3【4☆】当夏天大气压偏低的时候，养鱼专业户需要给鱼塘增氧，以防止鱼缺氧死亡．小明同学设计了一个自动增氧系统，他把实验室的水银气压计进行改装，在气压计左边顶端密封一根铜导线，右边开口处也固定一根铜导线，如图所示．气压计左边的水银面上方为真空，当左边水银面下降时，右边水银面将上升．如果外界大气压低于74cm高水银柱所产生的压强时，水银柱将两边的铜导线接通，使得电磁继电器的控制电路形成通路，电磁铁将衔铁吸下，工作电路接通，增氧泵（里面是交流电动机）就自动工作．
（1）气压计右边的铜导线应竖直向下伸长到右边标心_______cm处．请同时在图中画出．
（2）请按照题意要求，直接在图中连接好电路．

解析：由题图可知，

当左边水银面下降1cm，右边水银面上升1cm时，两边水银面高度差是74 cm，故右边的铜导线端点应在右边标尺的11 cm处（图中水银面高度差是76 cm，右边水银面已在标尺10 cm处，只要右边水银面再升高1 cm就能使水银面高度差变为74 cm）．压计右边水银面随着大气压升高而下降，随大气压下降而升高，实现水银面与铜导线断开接触--随气压变化而通断的“开关”．
答案：11．如上图。
点拨：本题考查的是综合知识题，学生们在学习物理的同时应该学会把知识综合运用。

突破点4  电磁继电器故障判断 

例题4【4☆】如图所示是某同学连接的电铃电路，开关闭合后，电路中始终有电流，但电铃只响一声就不再响了，原因是（　　）
A、电磁铁始终没有磁性
B、衔铁没有向下运动
C、衔铁一直被电磁铁吸着不能回弹
D、电池正、负极接反了

解析：当开关闭合后，电路中有电流，电磁铁有磁性，吸引衔铁，衔铁被吸下的同时，打击铃碗，发出声音．此时电路始终接通，电磁铁始终吸引衔铁，衔铁不会回弹，所以钉锤不能在重复打击铃碗．
答案：C。
点拨：电铃是利用电流的磁效应制成的，电磁铁对衔铁的吸引力是钉锤敲击铃碗的动力。
创新能力挑战

1.【4☆】如图是拍摄机动车闯红灯的工作原理示意图．光控开关接收到红灯发出的光会自动闭合，压力开关受到机动车的压力会闭合，摄像系统在电路接通时可自动拍摄违规车辆．下列有关说法正确的是（　　） 

A、只要光控开关接收到红光，摄像系统就会自动拍摄 

B、机动车只要驶过埋有压力开关的路口，摄像系统就会自动拍摄 

C、只有光控开关和压力开关都闭合时，摄像系统才会自动拍摄 

D、若将光控开关和压力开关并联，也能起到相同的作用 

2、【5☆】PTC热敏电阻是一种新型的半导体陶瓷材料，图1是某种PTC材料的R-T图象．某校为了节约空调用电特设计了如图2所示的热敏电阻和电磁继电器组成的控制电路．请回答下列问题：

（1）请分析为什么空调电路应该接在A、B端，而不能接在C、D端？
（2）若已知电磁继电器的线圈的电阻为10Ω（视为纯电阻），左边电源电压为6V，由测定得当继电器线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合，右边电路断开．若要求当室温28℃时，空调停止工作，结合图1的R-T图象求出此时控制电路中的电阻箱应调到多大阻值？