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7. ★★★★（科学思维）[辽宁中考节选]某小组设计了一个冻雨预警电路，如图所示。闭合开关S后，当环境温度低于0 ℃（温控开关闭合）且空气湿度高于80%（湿控开关闭合）时，警示灯一直发光并出现持续的亮暗交替现象，发出预警。已知电源电压恒为6 V，定值电阻$ R_0 $为10 Ω，警示灯标有“6 V 0.5 A”字样。当电磁铁线圈中的电流$ I ≥ 0.1 $ A时，电磁铁吸下衔铁，使动触点与下方静触点接触。为实现预警功能，温控开关与湿控开关应
串
联，请选择合适的接线柱，用笔画线代替导线将电路连接完整。（图中温控开关与湿控开关之间已正确连接，电磁铁线圈的电阻、温控开关与湿控开关的电阻均忽略不计，只能在标有字母的接线柱上连接导线，导线不能交叉）答案
7.串；如图所示
【点拨】闭合开关S后，当环境温度低于0 ℃（温控开关闭合）且空气湿度高于80%（湿控开关闭合）时，警示灯一直发光并出现持续的亮暗交替现象，发出预警；说明温控开关和湿控开关同时闭合，警示灯才亮，发出预警，故温控开关与湿控开关应串联；根据题意可知，开关S闭合，温控开关与湿控开关闭合，警示灯一直亮，通过定值电阻$R_0$和电磁铁的短路与否来改变电路中的总电阻，改变电路中的电流，从而改变警示灯的亮暗；闭合开关S，环境温度低于0 ℃（温控开关闭合）且空气湿度高于80%（湿控开关闭合）时，警示灯与电阻串联，警示灯发光，由于电源电压为6 V，警示灯分得的电压小于额定电压6 V，警示灯发光较暗，警示灯电阻$R_\mathrm{灯}=\frac{U_\mathrm{灯}}{I_\mathrm{灯}}=\frac{6\ \mathrm{V}}{0.5\ \mathrm{A}}=12\ \Omega$，总电阻$R_\mathrm{总}=R_0+R_\mathrm{灯}=10\ \Omega+12\ \Omega=22\ \Omega$，电流$I=\frac{U}{R_\mathrm{总}}=\frac{6\ \mathrm{V}}{22\ \Omega}\approx0.27\ \mathrm{A}$，电流$I＞0.1\ \mathrm{A}$，衔铁被吸下，定值电阻与电磁铁被短路，此时电路为警示灯的简单电路，警示灯两端电压等于电源电压6 V，达到额定电压，发光较亮，此时由于电磁铁被短路，没有电流流过电磁铁，电磁铁磁性消失，衔铁被松开，重复以上现象，警示灯会亮暗交替，故电路连接如图所示。
解析
【分析】
要使预警功能在“环境温度低于0℃且空气湿度高于80%”两个条件同时满足时才触发，说明温控开关和湿控开关需同时闭合电路才导通，因此二者应串联；要实现警示灯亮暗交替，需利用电磁铁吸合、释放衔铁改变工作电路的总电阻，从而改变电路电流，达到亮暗变化的效果：当电磁铁未吸合时，工作电路为警示灯的简单电路，灯两端电压等于电源电压，较亮；当电磁铁吸合衔铁后，工作电路接入定值电阻$R_0$，总电阻变大，电流变小，灯较暗，同时电磁铁的电流变化会导致衔铁交替动作，实现持续亮暗交替。
【解析】
1. 开关连接：串联电路中，所有开关闭合电路才工作，并联电路中只要一个开关闭合电路就工作，题目要求两个条件同时满足才触发，因此温控开关与湿控开关应串联。
2. 电路连接：将接线柱B与电源正极侧的导线连接，接线柱C与定值电阻$R_0$的D端连接，$R_0$的E端与警示灯的一端连接，警示灯的另一端与电源负极连接。连接后，当衔铁接B时，警示灯直接接电源，电压为6V，正常发光（较亮）；当衔铁被吸合接C时，$R_0$与警示灯串联，总电阻$R_{总}=10\ \Omega+12\ \Omega=22\ \Omega$，电流$I=\frac{6\ \mathrm{V}}{22\ \Omega}\approx0.27\ \mathrm{A}＞0.1\ \mathrm{A}$，电磁铁保持吸合，此时灯两端电压变小，发光较暗；同时电磁铁的电流变化使衔铁交替动作，实现亮暗交替，符合预警要求。
【答案】
串；
【知识点】
串联电路、电磁铁、电路设计
【点评】
本题以冻雨预警为背景，考查串联电路特点和电磁铁的实际应用，需结合题目条件分析开关连接方式，理解电磁铁改变电路状态的原理，注重物理知识在实际场景的应用，难度适中。
【难度系数】
0.5
要使预警功能在“环境温度低于0℃且空气湿度高于80%”两个条件同时满足时才触发，说明温控开关和湿控开关需同时闭合电路才导通，因此二者应串联；要实现警示灯亮暗交替，需利用电磁铁吸合、释放衔铁改变工作电路的总电阻，从而改变电路电流，达到亮暗变化的效果：当电磁铁未吸合时，工作电路为警示灯的简单电路，灯两端电压等于电源电压，较亮；当电磁铁吸合衔铁后，工作电路接入定值电阻$R_0$，总电阻变大，电流变小，灯较暗，同时电磁铁的电流变化会导致衔铁交替动作，实现持续亮暗交替。
【解析】
1. 开关连接：串联电路中，所有开关闭合电路才工作，并联电路中只要一个开关闭合电路就工作，题目要求两个条件同时满足才触发，因此温控开关与湿控开关应串联。
2. 电路连接：将接线柱B与电源正极侧的导线连接，接线柱C与定值电阻$R_0$的D端连接，$R_0$的E端与警示灯的一端连接，警示灯的另一端与电源负极连接。连接后，当衔铁接B时，警示灯直接接电源，电压为6V，正常发光（较亮）；当衔铁被吸合接C时，$R_0$与警示灯串联，总电阻$R_{总}=10\ \Omega+12\ \Omega=22\ \Omega$，电流$I=\frac{6\ \mathrm{V}}{22\ \Omega}\approx0.27\ \mathrm{A}＞0.1\ \mathrm{A}$，电磁铁保持吸合，此时灯两端电压变小，发光较暗；同时电磁铁的电流变化使衔铁交替动作，实现亮暗交替，符合预警要求。
【答案】
串；
【知识点】
串联电路、电磁铁、电路设计
【点评】
本题以冻雨预警为背景，考查串联电路特点和电磁铁的实际应用，需结合题目条件分析开关连接方式，理解电磁铁改变电路状态的原理，注重物理知识在实际场景的应用，难度适中。
【难度系数】
0.5
8. （流程图）[济宁中考]在校园科技创新活动中，小明设计了一款具有保温功能的电热水壶，其相关数据如表所示。电热水壶的电路如图甲所示。控制电路中电源电压恒为6 V，$R_a$、$R_b$为两个热敏电阻，电阻值随水温变化的图像如图乙所示。电热水壶的保温原理工作流程如图丙所示。求：
(1)水温在55 ℃时，控制电路工作时的总电流。
(2)$R_2$的阻值。
(3)不计能量损失，将2 kg、初温为20 ℃的水加热到100 ℃需要的时间。
(1)水温在55 ℃时，控制电路工作时的总电流。
(2)$R_2$的阻值。
(3)不计能量损失，将2 kg、初温为20 ℃的水加热到100 ℃需要的时间。
答案
8.【解】(1)水温在55 ℃时，从图乙中可知两电阻阻值均为20 Ω，控制电路中两电阻并联，根据欧姆定律及并联电路电流特点可知，工作时的总电流$I=\frac{U_0}{R_a}+\frac{U_0}{R_b}=\frac{6\ \mathrm{V}}{20\ \Omega}+\frac{6\ \mathrm{V}}{20\ \Omega}=0.6\ \mathrm{A}$。
(2)工作电路中，加热状态下，两电阻同时工作，两电阻并联，功率为1 400 W；
保温状态下，电路为$R_2$的简单电路，功率为40 W；
根据$P=\frac{U^2}{R}$可知，$R_2$的阻值$R_2=\frac{U^2}{P_\mathrm{保}}=\frac{(220\ \mathrm{V})^2}{40\ \mathrm{W}}=1\ 210\ \Omega$。
(3)水吸收的热量$Q_\mathrm{吸}=c_\mathrm{水}\ m\Delta t=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·° C)}×2\ \mathrm{kg}×(100\ °\mathrm{C}-20\ °\mathrm{C})=6.72×10^5\ \mathrm{J}$，
消耗的电能$W=Q_\mathrm{吸}=6.72×10^5\ \mathrm{J}$，
所用时间$t=\frac{W}{P_\mathrm{加}}=\frac{6.72×10^5\ \mathrm{J}}{1\ 400\ \mathrm{W}}=480\ \mathrm{s}$。
(2)工作电路中，加热状态下，两电阻同时工作，两电阻并联，功率为1 400 W；
保温状态下，电路为$R_2$的简单电路，功率为40 W；
根据$P=\frac{U^2}{R}$可知，$R_2$的阻值$R_2=\frac{U^2}{P_\mathrm{保}}=\frac{(220\ \mathrm{V})^2}{40\ \mathrm{W}}=1\ 210\ \Omega$。
(3)水吸收的热量$Q_\mathrm{吸}=c_\mathrm{水}\ m\Delta t=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·° C)}×2\ \mathrm{kg}×(100\ °\mathrm{C}-20\ °\mathrm{C})=6.72×10^5\ \mathrm{J}$，
消耗的电能$W=Q_\mathrm{吸}=6.72×10^5\ \mathrm{J}$，
所用时间$t=\frac{W}{P_\mathrm{加}}=\frac{6.72×10^5\ \mathrm{J}}{1\ 400\ \mathrm{W}}=480\ \mathrm{s}$。
解析
【分析】
本题是电学综合应用题，需分三步解答：
1. 第(1)问：先从图乙获取55℃时热敏电阻$R_a$、$R_b$的阻值，明确控制电路为并联结构，根据并联电路电流规律（总电流等于各支路电流之和），结合欧姆定律$I=\frac{U}{R}$计算两支路电流，相加得到总电流。
2. 第(2)问：先分析工作电路的两种状态：加热状态为$R_a$与$R_2$并联，保温状态仅$R_2$工作，利用电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$，代入保温功率和家庭电路电压，计算$R_2$的阻值。
3. 第(3)问：先通过水的吸热公式$Q_{吸}=c_{水}m\Delta t$计算水吸收的热量，不计能量损失时消耗的电能等于水吸收的热量，再结合电功公式$W=Pt$变形，计算加热所需时间。
【解析】
解：(1) 由图乙可知，水温为55℃时，$R_a=R_b=20\ \Omega$，控制电路中$R_a$与$R_b$并联，电源电压$U_0=6\ \mathrm{V}$，根据并联电路电流特点和欧姆定律：
总电流$I=\frac{U_0}{R_a}+\frac{U_0}{R_b}=\frac{6\ \mathrm{V}}{20\ \Omega}+\frac{6\ \mathrm{V}}{20\ \Omega}=0.6\ \mathrm{A}$。
(2) 工作电路中，加热状态下$R_a$与$R_2$并联，总功率$P_{加}=1400\ \mathrm{W}$；保温状态下仅$R_2$接入，功率$P_{保}=40\ \mathrm{W}$，家庭电路电压$U=220\ \mathrm{V}$，根据$P=\frac{U^2}{R}$得：
$R_2=\frac{U^2}{P_{保}}=\frac{(220\ \mathrm{V})^2}{40\ \mathrm{W}}=1210\ \Omega$。
(3) 水吸收的热量：
$Q_{吸}=c_{水}m\Delta t=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×2\ \mathrm{kg}×(100\ \mathrm{℃}-20\ \mathrm{℃})=6.72×10^5\ \mathrm{J}$，
不计能量损失，消耗的电能$W=Q_{吸}=6.72×10^5\ \mathrm{J}$，由$W=Pt$得：
时间$t=\frac{W}{P_{加}}=\frac{6.72×10^5\ \mathrm{J}}{1400\ \mathrm{W}}=480\ \mathrm{s}$。
【答案】
(1) $0.6\ \mathrm{A}$；(2) $1210\ \Omega$；(3) $480\ \mathrm{s}$
【知识点】
欧姆定律、电功率计算、热量计算
【点评】
本题结合热敏电阻特性，考查串并联电路规律、电功与热量的综合计算，需学生准确分析电路状态，熟练运用相关公式，属于中考中等难度的电学综合题，侧重考查知识的综合应用能力。
【难度系数】
0.6
本题是电学综合应用题，需分三步解答：
1. 第(1)问：先从图乙获取55℃时热敏电阻$R_a$、$R_b$的阻值，明确控制电路为并联结构，根据并联电路电流规律（总电流等于各支路电流之和），结合欧姆定律$I=\frac{U}{R}$计算两支路电流，相加得到总电流。
2. 第(2)问：先分析工作电路的两种状态：加热状态为$R_a$与$R_2$并联，保温状态仅$R_2$工作，利用电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$，代入保温功率和家庭电路电压，计算$R_2$的阻值。
3. 第(3)问：先通过水的吸热公式$Q_{吸}=c_{水}m\Delta t$计算水吸收的热量，不计能量损失时消耗的电能等于水吸收的热量，再结合电功公式$W=Pt$变形，计算加热所需时间。
【解析】
解：(1) 由图乙可知，水温为55℃时，$R_a=R_b=20\ \Omega$，控制电路中$R_a$与$R_b$并联，电源电压$U_0=6\ \mathrm{V}$，根据并联电路电流特点和欧姆定律：
总电流$I=\frac{U_0}{R_a}+\frac{U_0}{R_b}=\frac{6\ \mathrm{V}}{20\ \Omega}+\frac{6\ \mathrm{V}}{20\ \Omega}=0.6\ \mathrm{A}$。
(2) 工作电路中，加热状态下$R_a$与$R_2$并联，总功率$P_{加}=1400\ \mathrm{W}$；保温状态下仅$R_2$接入，功率$P_{保}=40\ \mathrm{W}$，家庭电路电压$U=220\ \mathrm{V}$，根据$P=\frac{U^2}{R}$得：
$R_2=\frac{U^2}{P_{保}}=\frac{(220\ \mathrm{V})^2}{40\ \mathrm{W}}=1210\ \Omega$。
(3) 水吸收的热量：
$Q_{吸}=c_{水}m\Delta t=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×2\ \mathrm{kg}×(100\ \mathrm{℃}-20\ \mathrm{℃})=6.72×10^5\ \mathrm{J}$，
不计能量损失，消耗的电能$W=Q_{吸}=6.72×10^5\ \mathrm{J}$，由$W=Pt$得：
时间$t=\frac{W}{P_{加}}=\frac{6.72×10^5\ \mathrm{J}}{1400\ \mathrm{W}}=480\ \mathrm{s}$。
【答案】
(1) $0.6\ \mathrm{A}$；(2) $1210\ \Omega$；(3) $480\ \mathrm{s}$
【知识点】
欧姆定律、电功率计算、热量计算
【点评】
本题结合热敏电阻特性，考查串并联电路规律、电功与热量的综合计算，需学生准确分析电路状态，熟练运用相关公式，属于中考中等难度的电学综合题，侧重考查知识的综合应用能力。
【难度系数】
0.6
