Question

15．如圖甲所示，是某生產(chǎn)流水線上的產(chǎn)品輸送及計數(shù)裝置示意圖，其中S為一激光源，R₁為光敏電阻（有光照射時，阻值較小；無光照射時，阻值較大），R₂為定值保護電阻，a、b間接一“示波器”（示波器的接入不影響電路）．光敏電阻兩端的電壓隨時間變化的圖象，可由示波器顯示出來．水平傳送帶勻速前進，每當(dāng)產(chǎn)品從傳送帶上通過S與R₁之間時，射向光敏電阻的光線會被產(chǎn)品擋住．若運送邊長為0.1m，質(zhì)量為0.6kg的均勻正方體產(chǎn)品時，示波器顯示的電壓隨時間變化的圖象如圖乙所示，請回答下列問題：
（1）傳送帶運動的速度多大？
（2）產(chǎn)品對傳送帶的壓強為多大？（g取10N/kg）
（3）已知計數(shù)器電路的電源電壓恒為6V，保護電阻R₂的阻值為40Ω，求光敏電阻在有光照射和無光照射兩種狀態(tài)下的阻值分別是多少？
（4）光敏電阻1h消耗的電能為多少？

Answer 1

分析 由電路圖可知，兩電阻串聯(lián)，示波器顯示光敏電阻R₁兩端電壓；
（1）當(dāng)沒有光照射時，光敏電阻阻值變大，光敏電阻兩端電壓變大，由圖乙所示圖象求出擋光時間，然后由速度公式求出傳送帶的速度；
（2）已知質(zhì)量可求重力，在水平面壓力等于重力，已知邊長可求受力面積，由p=$\frac{F}{S}$可求壓強；
（3）光敏電阻在有光照射時阻值變小，兩端電壓變小，由圖乙所示圖象求出此時光敏電阻兩端電壓，由串聯(lián)電路特點求出R₂兩端電壓，由歐姆定律求出電路電流，然后由歐姆定律求出此時光敏電阻阻值；
（4）由圖象求出有光照的時間與沒有光照射的時間，然后由電功公式求出光敏電阻消耗的電能．

解答 解：（1）由圖乙所示圖象可知，產(chǎn)品擋光時間：
t=0.6s-0.4s=0.2s，
正方形產(chǎn)品隨傳送帶運動的速度：
v=$\frac{s}{t}$=$\frac{0.1m}{0.2s}$=0.5m/s；
（2）產(chǎn)品的質(zhì)量，m=0.6kg，
產(chǎn)品的重力，G=mg=0.6kg×10N/kg=6N，
產(chǎn)品對傳送帶的壓力等于重力，F(xiàn)=G，
產(chǎn)品與傳送帶的接觸面積，S=a²=0.1m×0.1m=0.01m²
產(chǎn)品對傳送帶的壓強，p=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{S}$=$\frac{6N}{0.01{m}^{2}}$=600pa；
（3）由圖象可知，有光照射時，
光敏電阻兩端電壓U₁=2V，
此時R₂兩端電壓U₂=U-U₁=6V-2V=4V，
電路電流I=I₂=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{4V}{40Ω}$=0.1A，
所以此時光敏電阻阻值：
R₁=$\frac{{U}_{1}}{I}$=$\frac{2V}{0.1A}$=20Ω；
（3）沒有光照射時，R₁電阻較大，電壓也變大，U′₁=4V，
由串聯(lián)電路特點，U′₂=U-U′₁=6V-4V=2V，
電路電流I′=$\frac{U{′}_{2}}{{R}_{2}}$═$\frac{2V}{40Ω}$=0.05A，
I′₁=I′₂=0.05A，
$R{′}_{1}=\frac{U{′}_{1}}{I{′}_{1}}$=$\frac{4V}{0.05A}$=80Ω；
（4）由圖乙所示圖象可知，一個周期內(nèi)，有光照射的時間為0.4s，無光照射的時間是0.2s，
一個周期0.6s內(nèi)通過一個產(chǎn)品，
則在1h通過的產(chǎn)品個數(shù)，n=$\frac{3600s}{0.6s}$=6000
光敏電阻消耗的電能：
W=n（$\frac{{{U}_{1}}^{2}}{{R}_{1}}•t$+$\frac{U{{′}_{1}}^{2}}{R{′}_{1}}•t′$）=6000[$\frac{（2V）^{2}}{20Ω}×0.4s+\frac{（4V）^{2}}{80Ω}×0.2s$]=720J．
答：（1）正方形產(chǎn)品隨傳送帶運動的速度是0.5m/s；
（2）產(chǎn)品對傳送帶的壓強為600pa；
（3）光敏電阻在有光照狀態(tài)下的電阻是20Ω；沒有光照的狀態(tài)下電阻是80Ω；
（4）工作1h光敏電阻消耗的電能是720J．

點評 本題考查了求速度、重力、壓強、電阻與電路消耗的電能等問題，分析清楚電路結(jié)構(gòu)、由圖乙所示圖象獲取所需信息、應(yīng)用速度公式、壓強公式、串聯(lián)電路特點、歐姆定律、電功公式即可正確解題，是一道綜合題．