Question

如圖甲是由“控制電路”和“工作電路”兩部分組成的光控電路．“控制電路”由光敏電阻R、磁控開關L、定值電阻R₀、電源U₁等組成，已知光敏電阻R的阻值隨照射在光敏電阻上的光強E（表示光照射的強弱的物理量，單位cd）之間的變化關系如圖乙所示，當線圈中的電流大于或等于20mA時，磁控開關的磁性彈片相互吸合．“工作電路”由工作電源U₂（U₂=20V）、發熱電阻R₁（R₁=5Ω）和R₂（R₂=15Ω）組成．問：

（1）當“控制電路”中的電流小于20mA時，“工作電路”中的R₁兩端的電壓是______V，它消耗的功率是______W．
（2）當“控制電路”中的電流等于30mA時，“工作電路”中R₁兩端的電壓是______V．
（3）如果“控制電路”中的線圈阻值R_L=1Ω、R₀=140Ω、U₁=3V，那么照射在光敏電阻上的光強在什么范圍內時，磁控開關的磁性彈片相互吸合？（這問要有解答過程）

Answer 1

解：（1）當“控制電路”中的電流小于20mA時，控制電路L斷開，則工作電路由R₁和R₂串聯組成；
由歐姆定律得：I_總===1A；
則R₁兩端的電壓為：U₁=IR₁=1A×5Ω=5V；
R₁消耗的電功率為：P₁=I²R₁=（1A）²×5Ω=5W．
故答案為：5；5．
（2）當“控制電路”中的電流等于30mA時，控制電路L閉合，則工作電路R₂短路，故工作電路只有R₁；
故R₁兩端電壓等于電源電壓，即U_R1=U₂=20V．
故答案為：20．
（3）由題意可知，要使磁控開關的磁性彈片相互吸合，則控制電路的電流要大于或等于20mA．
由歐姆定律，R_總===150Ω，
可知控制電路的總電阻要小于或等于150Ω．
此時光敏電阻R=R_總-R₀-R_L=150Ω-140Ω-1Ω=9Ω
由圖可知，對應的光照強度為2cd．
因此，當光照強度大于或等于2cd時，磁控開關的磁性彈片相互吸合．
故答案為：當光照強度≥2cd時，磁控開關的磁性彈片相互吸合．
分析：（1）當“控制電路”中的電流小于20mA時，控制電路L斷開，則工作電路由R₁和R₂串聯組成；再根據歐姆定律求得電路中的總電流，再根據歐姆定律即可求得R₁兩端的電壓；最后根據P=I²R即可求得R₁消耗的電功率．
（2）當“控制電路”中的電流等于30mA時，控制電路L閉合，則工作電路R₂短路，故工作電路只有R₁；則根據電源電壓的大小即可求得R₁兩端電壓的大小．
（3）根據電路的電流要大于或等于20mA時，磁控開關的磁性彈片相互吸合；據此根據歐姆定律即可求得總電阻的大小；再根據線圈的阻值和R₀的阻值即可求得光敏電阻的阻值；最后根據圖象即可求得照射在光敏電阻上的光強的范圍．
點評：本題綜合考查了學生對歐姆定律公式和電功率公式的理解和運用，以及對串聯電路電流、電阻、電壓規律的考查．考查的內容都是電學部分的基礎和重點內容，一定要掌握．