《2026年江苏13大市中考名卷优选38套物理》

30 (6分)如图甲所示是某兴趣小组设计的家庭燃气报警器电路示意图，其中电源电压保持恒定，$R_1$是由气敏材料制成的传感器，其阻值与燃气(主要成分为甲烷)的浓度的关系如下表；$R_2$为滑动变阻器，通过移动滑片P的位置来设定燃气报警值；两个小灯泡的额定功率均为6 W，均能正常工作，该报警器初始设置在3％的燃气浓度报警，此时电流表的读数为0.3 A，电磁铁A恰好能将衔铁B吸下(电磁铁线圈阻值忽略不计).


(1)报警器报警时，L1(填“$L_1$”或“$L_2$”)灯亮.
(2)该报警器初始设置在3％的燃气浓度报警，测试时，报警器传感器始终处于3％的燃气中，闭合开关S，滑动变阻器滑片P从一端移到另一端，测得电压表示数U与电流表示数I的关系如图乙所示，则该报警器在待机时(燃气浓度为0％)电路消耗的总电功率为多少？
(3)若想让上述报警器在燃气浓度达到2％时就报警，那么该如何调节滑动变阻器，并请简述其中的科学原理.

答案： 30(每小问2分)
(1)$L_{1}$
(2)见解析
(3)调节滑动变阻器接入电路中的电阻为7Ω，当燃气浓度达到2%时，$R_{1}$和$R_{2}$的总电阻达到40Ω，电路中的电流达到0.3A，报警器报警.
解析:
(1)报警器报警时，电磁铁A恰好能将衔铁B吸下，由图甲可知，$L_{1}$灯亮.
(2)由图甲电路可知，控制电路中$R_{1}$、$R_{2}$串联，电压表测$R_{2}$两端的电压，电流表测电路中的电流，当$R_{2}$接入电路中的电阻为零时，电路中的电流最大，由图乙可知，$I_{大} = 0.4A$，由$I = \frac{U}{R}$可得，电源的电压$U = I_{大}R_{1} = 0.4A × R_{1}$①，报警器初始设置在3%的燃气浓度报警，电路图的电流$I = 0.3A$时，电压表的示数$U_{2} = 3V$，则变阻器接入电路中的电阻$R_{2} = \frac{U_{2}}{I} = \frac{3V}{0.3A} = 10\ \Omega$，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，电源的电压$U = I(R_{1} + R_{2}) = 0.3A × (R_{1} + 10\ \Omega)$②
①②可得$U = 12V$，$R_{1} = 30\ \Omega$，由表格数据可知，该报警器在待机时，气敏电阻的阻值$R_{1}' = 55\ \Omega$，则控制电路消耗的总功率$P_{控制} = \frac{U^{2}}{R_{1}' + R_{2}} = \frac{(12V)^{2}}{55\ \Omega + 10\ \Omega} \approx 2.2W$，该报警器在待机时消耗的总电功率$P = P_{控制} + P_{L2} = 2.2W + 6W = 8.2W$.
(3)要使在燃气浓度达到2%时就报警，此时的电流为0.3A，气敏电阻的阻值$R_{1}'' = 33\ \Omega$，此时电路中的总电阻$R = \frac{U}{I} = \frac{12V}{0.3A} = 40\ \Omega$，则滑动变阻器接入电路中的电阻$R_{2}' = R - R_{1}'' = 40\ \Omega - 33\ \Omega = 7\ \Omega$.
Plus思路分析：本题考查了电磁继电器的使用和串联电路的特点、欧姆定律、电功率公式的应用，从表格和图像中获取有用的信息以及明白报警器的工作特点是关键.