Question

小明設計了一種“自動限重器”，如圖（甲）所示．該裝置由控制電路和工作電路組成，其主要元件有電磁繼電器、貨物裝載機（實質是電動機）、壓敏電阻R₁和滑動變阻器R₂等．壓敏電阻R₁的阻值隨壓力F變化的關系如圖（乙）所示．當貨架承受的壓力達到限定值，電磁繼電器會自動控制貨物裝載機停止向貨架上擺放物品．已知控制電路的電源電壓U=6V，電磁繼電器線圈的阻值R=10Ω．請你解答下列問題：
（1）由圖（乙）中的圖象可知，隨著壓力F的增大，壓敏電阻R₁的阻值將________．
（2）用筆畫線代替導線將圖（甲）的電路連接完整．
（3）隨著控制電路電流的增大，電磁鐵的磁性將________，當電磁繼電器線圈中的電流大小為30mA時，銜鐵被吸下．若貨架能承受的最大壓力為800N，則所選滑動變阻器R₂的最大阻值至少為________Ω．
（4）若要提高貨架能承受的最大壓力，滑動變阻器R₂接入電路的阻值應________．

Answer 1

解：（1）由圖乙中的圖象可知，壓敏電阻R₁的阻值隨壓力的增大而減小；
（2）將貨物裝載機和上觸點串聯組成工作電路，將R₁、滑動變阻器R₂、電磁鐵串連接入控制電路；補充電路如圖所示；
（3）∵R₁和線圈電阻及變阻器R₂串聯，
∴I₁=I₂=I_max=30mA=0.03A，
由圖乙可知：F=800N時，R₁=80Ω，
由I=得：
U₁=I₁R₁=0.03A×80Ω=2.4V，
U′=U-U₁=6V-2.4V=3.6V，
R′===120Ω．
即：滑動變阻器R₂的最大阻值至少為120Ω-10Ω=110Ω．
（4）想“提高貨架能承受的最大壓力”，同時還應防止“裝載機停止向貨架上擺放物品”，故應在增大壓力的同時，不能增大電流，故從歐姆定律的角度能分析出，此時滑動變阻器R₂接入電路的阻值應變大．
故答案為：（1）減小；（2）答案見上圖；（3）增強；110；（4）變大．
分析：（1）根據圖象分析壓敏電阻R₁的阻值與壓力大小的關系；
（2）將貨物裝載機和上觸點串聯組成工作電路，將R₁、滑動變阻器R₂、電磁鐵串連接入控制電路；當壓力過大時，壓敏電阻變小、控制電路中的電流變大、電磁鐵磁性增強，增強到一定程度，將銜鐵吸下，使工作電路斷開，貨物裝載機停止工作；
（3）壓敏電阻受到最大壓力是800N，從圖象上找到此時壓敏電阻對應的電阻值是80Ω，電源電壓是6V，根據R₁與R₂串聯和歐姆定律就可以求出R₂的最大阻值．
（4）據題目中所提示的“當貨架承受的壓力達到限定值，電磁繼電器會自動控制貨物裝載機停止向貨架上擺放物品”，即要增大貨架能承受的最大壓力，此時的壓敏電阻值會更小，故電流會變大，使得電磁繼電器會自動控制貨物裝載機停止向貨架上擺放物品，所以從避免“裝載機停止向貨架上擺放物品”的角度分析判斷即可確定滑動變阻器接入電路的電阻值變化．
點評：本題為電學、磁學的綜合題，知識點多、綜合性強，考查學生的分析和計算能力，關鍵是所學知識包括計算公式的靈活運用．