2026年04月09日

上海初中物理中考趋势 | 2026年04月09日

今日主题

家用防干烧燃气灶自动保护系统的电路与力学综合分析 · 某款家用防干烧燃气灶具备自动断气保护功能。其控制电路由6V恒压电源、电磁继电器（线圈电阻10Ω，吸合电流50mA）、定值电阻R₀和热敏电阻Rt串联组成。Rt贴近锅底，阻值随温度升高而减小。当锅底温度异常升高至290℃时，电路电流达到吸合电流，电磁铁将衔铁吸下，通过轻质杠杆联动关闭燃气阀门。已知杠杆动力臂与阻力臂之比为1:4，关闭阀门需克服1.5N的阻力。

核心知识点

• 欧姆定律的综合计算

• 电磁继电器的工作原理

• 杠杆平衡条件的应用

教育价值

通过分析家用燃气灶的安全防护机制，将抽象的电学定律与力学原理融入真实的家电维修与安全防护场景，培养学生运用跨模块物理知识解决实际生活问题的能力，提升安全意识与科学探究素养。

情景化题型精讲

题目配图

图1：science 物理 20260409 1

【综合应用题】（挑战程度，总分14分）

随着科技的发展，智能厨房电器逐渐普及。某款新型家用“防干烧”燃气灶具备自动断气保护功能，能有效防止因忘记关火或锅具干烧引发的火灾事故。该系统的核心部分由控制电路和机械联动装置组成（见图1）。

控制电路中，电源两端电压恒为 6V，电磁继电器的线圈电阻 R(线圈) = 10Ω，定值电阻 R₀ = 50Ω 和热敏电阻 Rₜ 串联。Rₜ 紧贴在燃气灶面板下方，用于实时监测锅底温度，其阻值随温度升高的变化数据如表1所示。

机械联动装置包含一个轻质杠杆 OAB，O 为支点。当锅底温度异常升高至 290^℃ 时，电路中的电流刚好达到电磁铁的吸合电流 50mA，电磁铁将衔铁吸下，通过杠杆联动关闭燃气阀门，切断气源。已知该杠杆的动力臂与阻力臂之比 L₁ : L₂ = 1 : 4，关闭燃气阀门需要克服的机械阻力为 1.5N。

表1 热敏电阻 Rₜ 阻值随温度变化表：

（1）当锅底温度达到 290^℃，燃气阀门刚好被关闭时，求电磁铁对衔铁的吸引力大小。（4分）

参考答案：

6N

解析：

解析：已知杠杆动力臂（衔铁侧）与阻力臂（阀门侧）之比 L₁ : L₂ = 1 : 4，阀门处的阻力 F₂ = 1.5N。根据杠杆平衡条件 F₁ L₁ = F₂ L₂，可推导出电磁铁对衔铁的吸引力（即动力）F₁ = (F₂ L₂)/(L₁) = 1.5N × 4 = 6N。

（2）当正常炒菜锅底温度为 230^℃ 时，求此时控制电路的总功率以及定值电阻 R₀ 两端的电压。（5分）

参考答案：

控制电路的总功率为 0.18W，定值电阻 R₀ 两端的电压为 1.5V。

解析：

解析：查表可知，当 T = 230^℃ 时，热敏电阻 Rₜ = 140Ω。此时串联电路中的总电阻 R(总) = R(线圈) + R₀ + Rₜ = 10Ω + 50Ω + 140Ω = 200Ω。根据欧姆定律，电路中的电流 I = (总) = (6V)/(200Ω) = 0.03A。因此，控制电路的总功率 P(总) = U I = 6V × 0.03A = 0.18W。定值电阻 R₀ 两端的电压 U₀ = I R₀ = 0.03A × 50Ω = 1.5V。

（3）为了更好地保护不粘锅（不粘锅涂层在高温下易受损），工程师希望将“防干烧”保护的触发温度从 290^℃ 降低至 260^℃。在不改变机械装置和电磁继电器本身（吸合电流仍为 50mA）的情况下，请从控制电路的角度提出两种不同的改进方案，并简述理由。（5分，答案不唯一，言之有理即可）

参考答案：

参考答案：方案一：换用阻值更小的定值电阻 R₀（如换为 20Ω）；方案二：提高电源电压 U（如提高至 7.5V）。（说明评分要点：提出正确方案各得1分，结合物理原理准确说明理由各得1.5分，共5分）

解析：

解析：电磁继电器的吸合电流保持 50mA（即 0.05A）不变，说明触发保护时电路的总电阻必须维持 R(总) = (6V)/(0.05A) = 120Ω 不变。当触发温度由 290^℃ 降为 260^℃ 时，查表可知此时 Rₜ 的阻值由 60Ω 变大为 90Ω。

角度1（改变电阻）：总电阻需保持 120Ω，而 Rₜ 增加了 30Ω，因此必须减小电路中其他部分的电阻。方案：可以将定值电阻 R₀ 减小，具体为换成 120Ω - 10Ω - 90Ω = 20Ω 的电阻。

角度2（改变电压）：若不改变 R₀，当温度为 260^℃ 时，电路总电阻 R(总)' = 10Ω + 50Ω + 90Ω = 150Ω。为使电流仍达到 0.05A 触发吸合，根据 U = I R，需要将电源电压提高到 U' = 0.05A × 150Ω = 7.5V。方案：将电源电压提高至 7.5V。

知识点地图

杠杆平衡条件及力的计算 → 欧姆定律及串联电路电阻特点 → 电功率的计算 → 基于临界条件的电路动态分析与设计修正

本题知识点之间的逻辑关联，帮助学生建立知识网络

思路拓展

1. 拓展问题1：如果在长期使用后，电磁继电器的弹簧老化导致将其吸下所需的最小吸合电流变大（例如变为60mA），该燃气灶的防干烧保护触发温度会升高还是降低？请结合公式说明理由。

2. 拓展问题2：若将定值电阻 R₀ 替换为滑动变阻器，该装置就可以实现“保护温度连续可调”。请推导触发温度对应的热敏电阻阻值 Rₜ 与滑动变阻器接入阻值 R(滑) 的函数关系式。

拓展问题不要求作答，目的是打开思路，培养发散思维

学习建议

1. 建议绘制等效电路图并进行临界状态的计算。针对290℃的临界保护状态，根据欧姆定律计算电路总电阻 R = U/I = 6V / 0.05A = 120Ω，再利用串联电路规律求出此时热敏电阻的阻值 Rt = 120Ω - 10Ω - R₀。建议在练习本上尝试推导：若更换阻值更大的定值电阻R₀，保护系统的动作温度会如何变化？以此掌握欧姆定律在动态电路中的综合应用。

2. 建议采用流程图法梳理电磁继电器的动态控制过程。请在纸上画出“温度升高 → Rt阻值减小 → 电路电流I增大 → 电磁铁磁性增强 → 衔铁被吸下”的完整逻辑链条。复习时可以尝试逆向科学探究：如果要求该燃气灶在更高的温度才启动保护，应当如何调整电源电压U或定值电阻R₀？通过这种控制变量的探究，深化对控制电路工作原理的理解。

3. 建议结合实物草图进行杠杆受力分析与平衡条件的计算。画出联动机构的杠杆示意图，标出支点、动力（电磁铁吸力F₁）和阻力（关闭阀门阻力F₂ = 1.5N）。根据杠杆平衡条件 F₁L₁ = F₂L₂，代入动力臂与阻力臂之比 L₁:L₂ = 1:4，计算出电磁铁至少需提供6.0N的吸力。建议动手绘制不同类型的杠杆模型，提升将抽象力学公式应用于实际机械结构的能力。

4. 建议开展“防干烧系统故障排查”的模拟工程探究。制作一张故障分析表，列出“未到290℃提前断气”和“干烧严重却不断气”两种异常现象，运用电学和力学知识分析可能原因（如热敏电阻老化导致同温度下Rt偏小、杠杆转轴生锈导致阻力F₂增大等）。通过这种理论联系实际的排查训练，培养跨模块（电学与力学）综合解题的思维方式。

中考趋势分析

近期上海初中物理中考呈现以下趋势：

• 1. 题目形式的变化：此类电学与力学综合题在上海中考物理中，常以压轴计算题或综合填空题形式出现。近年来，选择题中也可能出现定性分析热敏电阻Rt阻值变化对电路影响的题目。整体趋势是综合计算题的比例保持稳定，但填空题中的定性与半定量分析比重有所增加，强调对物理过程的整体把握。

• 2. 知识考查的深度和广度：考查范围从单一模块向跨模块融合发展。本题深度融合了欧姆定律（I = U/R）、串联电路特点、电磁铁工作原理以及杠杆平衡条件（F₁L₁ = F₂L₂）。不仅要求计算临界状态下的电阻（如 R(总) = U/I = 6V/0.05A = 120Ω），还要求通过力学平衡计算电磁铁的最小吸力（F₁ = F₂L₂/L₁ = 1.5N×4/1 = 6.0N），知识广度和综合深度显著增加。

• 3. 情景化、应用性题目的特点：命题越来越贴近真实生活，以家用防干烧燃气灶等智能设备为载体，考查学生将实际问题转化为物理模型的能力。题目往往包含大量图文信息（如Rt-t图像或数据表格），要求学生剔除干扰信息，提取关键物理量（如吸合电流50mA、临界温度290℃），体现了从生活走向物理的课标理念。

• 4. 对学生能力要求的变化：对信息提取能力、数理逻辑推理能力和建模能力的要求大幅提升。学生需要能够建立动态变化过程的逻辑链条：温度升高 → Rt阻值减小 → 总电阻减小 → 电流I增大 → 电磁铁磁性增强 → 达到吸合电流 → 衔铁被吸下 → 杠杆转动关闭阀门。同时，要求具备扎实的数学计算能力和严格的单位换算意识。

• 5. 备考建议和重点：建议在复习中打破章节壁垒，进行电磁继电器结合传感器与简单机械的专题训练。重点强化动态电路分析、图像或表格数据处理能力。熟练掌握核心公式如 I = U/(R₀+Rt) 和 F₁L₁ = F₂L₂ 的联立求解。平时练习应多关注智能家居等前沿科技情景，培养将复杂文字描述转化为等效电路图和受力分析图的习惯。

实际应用

广泛应用于家用燃气灶防干烧保护、电热水器漏电保护、智能家居温控报警等安全防护设备的研发与维修排障。

每日一题，助力中考

科学备考，稳步提升

更新时间： 2026-04-09 07:30:12

内容说明： 本栏目专注上海初中物理中考趋势分析，每日精选情景化题型，帮助学生掌握核心知识点和解题方法。