Question

13．小科利用電磁鐵設計了一種路燈自動化管理裝置，設計電路如圖所示．其工作原理是：在工作電路處安裝開關S₂，彈性金屬片上安裝一塊磁鐵．閉合開關S₁，當光照度降低時，光敏電阻R₁的阻值增大，R₁兩端的電壓隨之增大，當電磁鐵R₀兩端電壓降至1.5伏時，開關S₂就自動閉合，使路燈L發光．反之，當光照度增強到一定值時，開關S₂就會自動斷開，使路燈L熄滅．

（1）為符合上述工作原理，安裝在彈性金屬片上磁鐵的左端應是S極．
（2）光敏電阻R₁的阻值與光照度之間的關系如下表所示．控制電路的電源電壓為4.5伏，電磁鐵的阻值R₀為10歐，當光照度降低到多少勒克斯，路燈才能發光？

光照度（勒克斯）	5	10	15	20	25	30
光敏電阻R1	60	30	20	15	12	10

（3）控制電路中的電池組在使用一段時間后電壓會下降，需定期更換，否則會導致路燈比平常更早些點亮．請說明理由：因為電池組電壓下降會導致光敏電阻兩端電壓下降，串聯電路中R₁阻值不變，要使光敏電阻R₂兩端電壓達到3伏，光敏電阻R₂的阻值必須增大，所以要在光照度更小時才能實現．

Answer 1

分析 （1）首先根據安培定則確定控制電路中電磁鐵的極性，然后根據其工作原理可確定安裝在彈性金屬片上磁鐵的極性；
（2）當電磁鐵R₀兩端電壓降至1.5伏時，開關S₂就自動閉合，使路燈L發光．已知光敏電阻和兩端電壓，可以得到電路電流；已知電路電流和電源電壓，可以得到總電阻，已知總電阻和光敏電阻阻值，兩者之差就是定值電阻阻值；由表格中數據當光照度降低到多少勒克斯，路燈才能發光，
（3）電源電壓降低，導致用電器兩端電壓降低，光敏電阻阻值發生變化，所以對光的感應程度改變．

解答 解：（1）由安培定則可知，右手握住螺線管，四指指向電流的方向，大拇指指向右端，即控制電路中電磁鐵的右端為N極，
由路燈工作原理可知，控制電路中電磁鐵與安裝在彈性金屬片上磁鐵相互吸引，則安裝在彈性金屬片上磁鐵的左端應是S極；
（2）已知R₁與R₀串聯，當電磁鐵R₀兩端電壓降至1.5伏時，開關S₂就自動閉合，使路燈L發光，
電磁鐵兩端電壓為U₁=U-U₀=4.5V-1.5V=3V
電路電流I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{1.5V}{10Ω}$=0.15A，
則I=I₀=0.15A，
I=$\frac{U}{{R}_{1}+{R}_{0}}$，
0.15A=$\frac{4.5N}{{R}_{1}+10Ω}$，
解得R₁=20Ω，
查表可知，當光照度為15勒克斯時，光敏電阻R₂的阻值為20Ω，
（3）因為電池組電壓下降會導致光敏電阻兩端電壓下降，串聯電路中R₁阻值不變，要使光敏電阻R₂兩端電壓達到3伏，光敏電阻R₂的阻值必須增大，所以要在光照度更小時才能實現．
答：（1）S；（2）當光照度降低到15勒克斯，路燈才能發光；（3）因為電池組電壓下降會導致光敏電阻兩端電壓下降，串聯電路中R₁阻值不變，要使光敏電阻R₂兩端電壓達到3伏，光敏電阻R₂的阻值必須增大，所以要在光照度更小時才能實現．

點評 該題考查了奧斯特實驗及電磁繼電器的應用，特別是對電磁繼電器電路的工作過程進行分析，一般的思路是，先明確控制電路與工作電路，再從控制電路入手，看電磁鐵磁性的有無對工作電路觸點連接情況的影響，最后確定工作電路中的工作情況．