Question

圖1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，當線圈中的電流大于或等于20mA時，磁控開關的磁性彈片相護吸合．“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）圖2是光敏電阻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）之間的變化關系圖．如果照射在光敏電阻R上的光強________，則光敏電阻R的阻值增大，磁控開關產生的磁性將________（均選填“變強”、“變弱”、“不變”）．
（2）當“控制電路”中的電流小于20mA時，求“工作電路”中的R₁兩端的電壓是和消耗的功率各是多少？
（3）當“控制電路”中的電流等于30mA時，求“工作電路”中R₁兩端的電壓？
（4）如果“控制電路”中的線圈阻值R₁=1Ω、R₀=140Ω、U₁=3V，請通過計算分析，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？

Answer 1

解：（1）由圖可知：光照強越強時，光敏電阻R的阻值變弱；
故照射在光敏電阻R上的光強變弱時，則光敏電阻R的阻值增大，電路中的總電阻變大；
根據歐姆定律可知，電路中的電流變小；
則磁控開關產生磁性將變弱．
故答案為：變弱；變弱．
（2）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；
電路中的電流：
I===1A；
R₁兩端的電壓：
U₁=IR₁=1A×5Ω=5V；
R₁消耗的電功率為：
P₁=I²R₁=（1A）²×5Ω=5W．
答：R₁兩端的電壓是5V，消耗的功率為5W．
（3）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，工作電路只有R₁；
故R₁兩端電壓等于電壓電壓，即U₁=U_總=20V．
答：R₁兩端的電壓為20V．
（4）由題意可知，要使遙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．
答：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．
分析：（1）由圖象即可分析出光敏電阻R大小隨光照強度的關系；根據電阻的大小和歐姆定律即可判斷電流的大小，再根據電流的大小即可判定磁性的強弱．
（2）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．
（3）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．
（4）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串聯電路的特點和歐姆定律、電功率公式的理解和運用，關鍵在于對題意的理解，尤其是對其工作過程中，溫度與熱敏電阻的關系，以及與電路的變化之間的聯系等，具有一定的綜合性，計算容易，但理清思路較難．