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11. ★★（科学思维 模型建构）如图甲所示的为某科学小组设计的模拟汽车左右转向指示灯电路。电源电压恒定不变，$R_0 = 120\ \Omega$，指示灯规格均为“12 V 6 W”。任意接通对应的开关，指示灯两端实际电压变化规律均如图乙所示，对应指示灯会暗（微弱发光）、亮（正常发光）交替闪烁。（电磁铁线圈及衔铁的阻值忽略不计，指示灯的阻值不变）
(1)转向开关绕O点由“1”旋到“2”时，
(2)当指示灯发光，触点A、B断开时，指示灯较
(3)当开关由“1”旋到“2”时，指示灯工作3 s，其消耗的电能约为
(1)转向开关绕O点由“1”旋到“2”时，
右
（填“左”或“右”）转指示灯闪烁发光。(2)当指示灯发光，触点A、B断开时，指示灯较
暗
（填“亮”或“暗”），此时指示灯两端电压为2
V。(3)当开关由“1”旋到“2”时，指示灯工作3 s，其消耗的电能约为
6.3
J。（结果保留一位小数）答案
(1)右
(2)暗;2
(3)6.3
(2)暗;2
(3)6.3
解析
【分析】
先根据转向开关的接线判断接通的指示灯，解决第(1)问；对于第(2)问，先计算指示灯电阻，结合电磁继电器工作原理分析触点断开时的电路结构，利用串联电路规律和欧姆定律计算指示灯电压，判断亮度；第(3)问根据图乙确定3s内指示灯亮、暗的时间，分别计算对应电能后求和。
【解析】
(1) 转向开关绕O点旋到“2”时，接通右转指示灯所在电路，因此右转指示灯闪烁发光，故填“右”。
(2) 指示灯电阻：由$P=\frac{U^2}{R}$得，$R_L=\frac{U_{额}^2}{P_{额}}=\frac{(12V)^2}{6W}=24\Omega$。当触点A、B断开时，衔铁未被吸下，指示灯与$R_0$串联，电源电压为12V（触点闭合时指示灯正常发光，直接接电源），总电阻$R_{总}=24\Omega+120\Omega=144\Omega$，电路电流$I=\frac{12V}{144\Omega}=\frac{1}{12}A$，指示灯两端电压$U_L=IR_L=\frac{1}{12}A×24\Omega=2V$，远低于额定电压，所以指示灯较暗。
(3) 由图乙知，3s内指示灯亮的时间为$0.5s+0.5s=1s$，暗的时间为$2s$。指示灯正常发光功率为6W，暗时功率$P_{暗}=\frac{(2V)^2}{24\Omega}=\frac{1}{6}W$，总电能$W=6W×1s+\frac{1}{6}W×2s\approx6.3J$。
【答案】
(1)右；(2)暗；2；(3)6.3
【知识点】
欧姆定律、电能计算、电磁继电器
【点评】
本题结合电磁继电器与电路动态分析，需明确触点通断时的电路结构，从图像提取时间信息，利用电功率、欧姆定律解决实际问题，关键是理清不同状态下的电路参数。
【难度系数】
0.4
先根据转向开关的接线判断接通的指示灯，解决第(1)问；对于第(2)问，先计算指示灯电阻，结合电磁继电器工作原理分析触点断开时的电路结构，利用串联电路规律和欧姆定律计算指示灯电压，判断亮度；第(3)问根据图乙确定3s内指示灯亮、暗的时间，分别计算对应电能后求和。
【解析】
(1) 转向开关绕O点旋到“2”时，接通右转指示灯所在电路，因此右转指示灯闪烁发光，故填“右”。
(2) 指示灯电阻：由$P=\frac{U^2}{R}$得，$R_L=\frac{U_{额}^2}{P_{额}}=\frac{(12V)^2}{6W}=24\Omega$。当触点A、B断开时，衔铁未被吸下，指示灯与$R_0$串联，电源电压为12V（触点闭合时指示灯正常发光，直接接电源），总电阻$R_{总}=24\Omega+120\Omega=144\Omega$，电路电流$I=\frac{12V}{144\Omega}=\frac{1}{12}A$，指示灯两端电压$U_L=IR_L=\frac{1}{12}A×24\Omega=2V$，远低于额定电压，所以指示灯较暗。
(3) 由图乙知，3s内指示灯亮的时间为$0.5s+0.5s=1s$，暗的时间为$2s$。指示灯正常发光功率为6W，暗时功率$P_{暗}=\frac{(2V)^2}{24\Omega}=\frac{1}{6}W$，总电能$W=6W×1s+\frac{1}{6}W×2s\approx6.3J$。
【答案】
(1)右；(2)暗；2；(3)6.3
【知识点】
欧姆定律、电能计算、电磁继电器
【点评】
本题结合电磁继电器与电路动态分析，需明确触点通断时的电路结构，从图像提取时间信息，利用电功率、欧姆定律解决实际问题，关键是理清不同状态下的电路参数。
【难度系数】
0.4
12. 如图所示的是简单的火警自动报警装置的部分电路，温控开关在常温时断开，绿灯亮；在温度升高到一定值时自动闭合，红灯亮、电铃响，发出报警信号。请你按上述要求，将电路图补充完整。(a、b、c为三个接线柱)
答案
如图所示。
解析
【分析】
要完成该火警自动报警装置的电路补充，需明确温控开关的工作逻辑：常温下温控开关断开，电磁铁无磁性，衔铁在弹簧作用下与接线柱a接触，此时仅绿灯工作；温度升高到设定值时，温控开关闭合，电磁铁产生磁性，衔铁被吸下与接线柱c接触，此时红灯和电铃同时工作。因此接线需满足：常温时a与b接通，绿灯接入电路；报警时b与c接通，红灯和电铃接入电路。
【解析】
1. 常温接线：将接线柱a与绿灯的一端相连，绿灯的另一端连接电源的一极，接线柱b连接电源的另一极，此时a、b接通，绿灯形成通路，实现常温下绿灯亮。
2. 报警接线：将接线柱c与红灯、电铃的公共端相连，红灯和电铃的另一端共同连接到电源的同一极，此时b、c接通，红灯和电铃形成通路，实现报警时红灯亮、电铃响。
【答案】
【知识点】
电磁继电器应用、电路连接
【点评】
本题是电磁继电器在火警报警中的实际应用，需结合衔铁的接触状态对应不同用电器的工作，理解电磁铁磁性有无对电路的控制作用，属于基础应用类题目。
【难度系数】
0.5
要完成该火警自动报警装置的电路补充，需明确温控开关的工作逻辑：常温下温控开关断开，电磁铁无磁性，衔铁在弹簧作用下与接线柱a接触，此时仅绿灯工作；温度升高到设定值时，温控开关闭合，电磁铁产生磁性，衔铁被吸下与接线柱c接触，此时红灯和电铃同时工作。因此接线需满足：常温时a与b接通，绿灯接入电路；报警时b与c接通，红灯和电铃接入电路。
【解析】
1. 常温接线：将接线柱a与绿灯的一端相连，绿灯的另一端连接电源的一极，接线柱b连接电源的另一极，此时a、b接通，绿灯形成通路，实现常温下绿灯亮。
2. 报警接线：将接线柱c与红灯、电铃的公共端相连，红灯和电铃的另一端共同连接到电源的同一极，此时b、c接通，红灯和电铃形成通路，实现报警时红灯亮、电铃响。
【答案】
【知识点】
电磁继电器应用、电路连接
【点评】
本题是电磁继电器在火警报警中的实际应用，需结合衔铁的接触状态对应不同用电器的工作，理解电磁铁磁性有无对电路的控制作用，属于基础应用类题目。
【难度系数】
0.5
13. （新考法 项目化）为了在冬天能品尝到夏季的蔬菜，学校的劳动基地要设计一个蔬菜温室，要求温度控制在20～30 ℃之间。
下面是某小组的作品，设计的温室结构如图甲所示，室内体积为80 m³；设计的温控系统原理如图乙所示，控制电路的电源电压为6 V，电阻箱R₀的阻值调为90 Ω，热敏电阻R₁的阻值随温度的变化图像如图丙所示；工作电路中电热丝R的电阻为22 Ω，浴霸灯L标有“220 V 275 W”字样。当控制电路中的电流达到30 mA时，衔铁被吸下；当电流降低到25 mA时，衔铁被弹回。
(1)图乙中的浴霸灯L可以使温室降温平缓一些，这是因为它工作时会
(2)若电磁铁线圈的电阻忽略不计，电热丝刚停止工作时，室温为
(3)下表所示的是设计要求的部分评价指标。请结合评价表中的指标，分析说明上述设计作品的评价等级。
下面是某小组的作品，设计的温室结构如图甲所示，室内体积为80 m³；设计的温控系统原理如图乙所示，控制电路的电源电压为6 V，电阻箱R₀的阻值调为90 Ω，热敏电阻R₁的阻值随温度的变化图像如图丙所示；工作电路中电热丝R的电阻为22 Ω，浴霸灯L标有“220 V 275 W”字样。当控制电路中的电流达到30 mA时，衔铁被吸下；当电流降低到25 mA时，衔铁被弹回。
(1)图乙中的浴霸灯L可以使温室降温平缓一些，这是因为它工作时会
提供适量热量
。(2)若电磁铁线圈的电阻忽略不计，电热丝刚停止工作时，室温为
20
℃。(3)下表所示的是设计要求的部分评价指标。请结合评价表中的指标，分析说明上述设计作品的评价等级。
答案
(1)提供适量热量
(2)20
(3)良好，因为蔬菜温室能自动控制室温升降，且降温较平缓，但温度只能控制在13～20 ℃之间。
【点拨】(2)当控制电路中的电流达到30 mA时，衔铁被吸下，此时电热丝刚停止工作，由欧姆定律可知，此时控制电路中的总电阻$R_{\mathrm{总小}}=\frac{U_{\mathrm{控制}}}{I_{\mathrm{大}}}=\frac{6\ \mathrm{V}}{30×10^{-3}\ \mathrm{A}}=200\ \Omega$，由串联电路的电阻特点可知，此时热敏电阻$R_1$的阻值$R_{1\mathrm{小}}=R_{\mathrm{总小}}-R_0=200\ \Omega-90\ \Omega=110\ \Omega$，由图乙可知，此时的室温为20 ℃。(3)当控制电路中的电流达到30 mA时，衔铁被吸下，此时电热丝停止工作，当电流降低到25 mA时，衔铁被弹回，此时电热丝开始工作，说明蔬菜温室能自动控制室温升降，电热丝停止工作时，浴霸灯工作，使得降温较平缓。当电流降低到25 mA时，衔铁被弹回，此时电热丝开始工作，由欧姆定律可知，此时控制电路中的总电阻$R_{\mathrm{总大}}=\frac{U_{\mathrm{控制}}}{I_{\mathrm{小}}}=\frac{6\ \mathrm{V}}{25×10^{-3}\ \mathrm{A}}=240\ \Omega$，由串联电路的电阻特点可知，此时热敏电阻$R_1$的阻值$R_{1\mathrm{大}}=R_{\mathrm{总大}}-R_0=240\ \Omega-90\ \Omega=150\ \Omega$，由图乙可知，此时的室温约为13 ℃，即温度控制在13～20 ℃之间。由题意可知，蔬菜温室的优秀评价指标要求温度控制在20～30 ℃之间，而设计作品的温度只能控制在13～20 ℃之间，即不能自动控制室温在规定范围内波动，结合评价表可知，所设计的蔬菜温室等级为良好。
(2)20
(3)良好，因为蔬菜温室能自动控制室温升降，且降温较平缓，但温度只能控制在13～20 ℃之间。
【点拨】(2)当控制电路中的电流达到30 mA时，衔铁被吸下，此时电热丝刚停止工作，由欧姆定律可知，此时控制电路中的总电阻$R_{\mathrm{总小}}=\frac{U_{\mathrm{控制}}}{I_{\mathrm{大}}}=\frac{6\ \mathrm{V}}{30×10^{-3}\ \mathrm{A}}=200\ \Omega$，由串联电路的电阻特点可知，此时热敏电阻$R_1$的阻值$R_{1\mathrm{小}}=R_{\mathrm{总小}}-R_0=200\ \Omega-90\ \Omega=110\ \Omega$，由图乙可知，此时的室温为20 ℃。(3)当控制电路中的电流达到30 mA时，衔铁被吸下，此时电热丝停止工作，当电流降低到25 mA时，衔铁被弹回，此时电热丝开始工作，说明蔬菜温室能自动控制室温升降，电热丝停止工作时，浴霸灯工作，使得降温较平缓。当电流降低到25 mA时，衔铁被弹回，此时电热丝开始工作，由欧姆定律可知，此时控制电路中的总电阻$R_{\mathrm{总大}}=\frac{U_{\mathrm{控制}}}{I_{\mathrm{小}}}=\frac{6\ \mathrm{V}}{25×10^{-3}\ \mathrm{A}}=240\ \Omega$，由串联电路的电阻特点可知，此时热敏电阻$R_1$的阻值$R_{1\mathrm{大}}=R_{\mathrm{总大}}-R_0=240\ \Omega-90\ \Omega=150\ \Omega$，由图乙可知，此时的室温约为13 ℃，即温度控制在13～20 ℃之间。由题意可知，蔬菜温室的优秀评价指标要求温度控制在20～30 ℃之间，而设计作品的温度只能控制在13～20 ℃之间，即不能自动控制室温在规定范围内波动，结合评价表可知，所设计的蔬菜温室等级为良好。
解析
【分析】
(1) 浴霸灯工作时会产生热量，能补充温室的热量，减缓温度下降，使降温过程平缓；
(2) 电热丝刚停止工作对应控制电路电流达30mA，需用欧姆定律计算总电阻，减去电阻箱阻值得热敏电阻阻值，结合其阻值-温度图像找对应温度；
(3) 要确定评价等级，需计算衔铁弹回（电流25mA）对应的温度，得出温室实际控温范围，对比设计要求分析等级。
【解析】
(1) 浴霸灯工作时会产生热量，电热丝停止加热后，浴霸灯释放的热量可减缓温室温度下降，使降温平缓，故填提供适量热量；
(2) 电热丝刚停止工作时，控制电路电流$I_1=30\ \mathrm{mA}=0.03\ \mathrm{A}$，电源电压$U=6\ \mathrm{V}$，根据欧姆定律，控制电路总电阻：
$R_{\mathrm{总}1}=\frac{U}{I_1}=\frac{6\ \mathrm{V}}{0.03\ \mathrm{A}}=200\ \Omega$
因$R_0$与$R_1$串联，故热敏电阻阻值：
$R_1=R_{\mathrm{总}1}-R_0=200\ \Omega-90\ \Omega=110\ \Omega$
结合热敏电阻阻值-温度图像，$R_1=110\ \Omega$对应室温为$20\ °\mathrm{C}$；
(3) 衔铁弹回时，控制电路电流$I_2=25\ \mathrm{mA}=0.025\ \mathrm{A}$，总电阻：
$R_{\mathrm{总}2}=\frac{U}{I_2}=\frac{6\ \mathrm{V}}{0.025\ \mathrm{A}}=240\ \Omega$
此时热敏电阻阻值：
$R_1'=R_{\mathrm{总}2}-R_0=240\ \Omega-90\ \Omega=150\ \Omega$
对应室温约$13\ °\mathrm{C}$，实际控温范围为$13∼20\ °\mathrm{C}$，设计要求为$20∼30\ °\mathrm{C}$，该设计能自动控温且降温平缓，但控温范围不达标，故等级为良好。
【答案】
(1)提供适量热量；(2)20；(3)良好，因为蔬菜温室能自动控制室温升降，且降温较平缓，但温度只能控制在13～20 ℃之间。
【知识点】
欧姆定律、串联电路电阻特点、热敏电阻应用
【点评】
本题以项目化温室设计为背景，将物理知识应用于实际生活，考查欧姆定律和串联电路计算，需理解温控系统工作原理，结合评价指标分析等级，体现物理与生活的联系，难度适中。
【难度系数】
0.5
(1) 浴霸灯工作时会产生热量，能补充温室的热量，减缓温度下降，使降温过程平缓；
(2) 电热丝刚停止工作对应控制电路电流达30mA，需用欧姆定律计算总电阻，减去电阻箱阻值得热敏电阻阻值，结合其阻值-温度图像找对应温度；
(3) 要确定评价等级，需计算衔铁弹回（电流25mA）对应的温度，得出温室实际控温范围，对比设计要求分析等级。
【解析】
(1) 浴霸灯工作时会产生热量，电热丝停止加热后，浴霸灯释放的热量可减缓温室温度下降，使降温平缓，故填提供适量热量；
(2) 电热丝刚停止工作时，控制电路电流$I_1=30\ \mathrm{mA}=0.03\ \mathrm{A}$，电源电压$U=6\ \mathrm{V}$，根据欧姆定律，控制电路总电阻：
$R_{\mathrm{总}1}=\frac{U}{I_1}=\frac{6\ \mathrm{V}}{0.03\ \mathrm{A}}=200\ \Omega$
因$R_0$与$R_1$串联，故热敏电阻阻值：
$R_1=R_{\mathrm{总}1}-R_0=200\ \Omega-90\ \Omega=110\ \Omega$
结合热敏电阻阻值-温度图像，$R_1=110\ \Omega$对应室温为$20\ °\mathrm{C}$；
(3) 衔铁弹回时，控制电路电流$I_2=25\ \mathrm{mA}=0.025\ \mathrm{A}$，总电阻：
$R_{\mathrm{总}2}=\frac{U}{I_2}=\frac{6\ \mathrm{V}}{0.025\ \mathrm{A}}=240\ \Omega$
此时热敏电阻阻值：
$R_1'=R_{\mathrm{总}2}-R_0=240\ \Omega-90\ \Omega=150\ \Omega$
对应室温约$13\ °\mathrm{C}$，实际控温范围为$13∼20\ °\mathrm{C}$，设计要求为$20∼30\ °\mathrm{C}$，该设计能自动控温且降温平缓，但控温范围不达标，故等级为良好。
【答案】
(1)提供适量热量；(2)20；(3)良好，因为蔬菜温室能自动控制室温升降，且降温较平缓，但温度只能控制在13～20 ℃之间。
【知识点】
欧姆定律、串联电路电阻特点、热敏电阻应用
【点评】
本题以项目化温室设计为背景，将物理知识应用于实际生活，考查欧姆定律和串联电路计算，需理解温控系统工作原理，结合评价指标分析等级，体现物理与生活的联系，难度适中。
【难度系数】
0.5
