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4.有一种“闯红灯违法证据模拟记录器”如图甲所示.其工作原理:当光控开关接收到某种颜色光时,开关自动闭合,且当压敏电阻受到车的压力,它的阻值变化(变化规律如图乙所示)引起电流变化到一定值时,继电器的衔铁就被吸下;光控开关未受到该种光照射自动断开,衔铁没有被吸引,工作电路中的指示灯发光.已知控制电路电压为6V,电磁继电器线圈电阻10Ω,当控制电路中电流大于0.06A时,衔铁被吸引.
(1)质量大于或等于400kg的车辆违规时会被拍照记录.(取g=10N/kg)
(2)当车的压力为2000N时,控制电路中的电流是0.0375A,此时工作电路中的指示灯在工作(选填“指示灯”或“电控照相机”).
(3)要使质量较小的车闯红灯也能被拍下,可以在控制电路中与压敏电阻并联(填“并联”或“串联”)一个电阻.
(4)如果某一路段要求时速不超过60km/h,当汽车先后通过两个线圈上方的时间间隔小于0.5s时,拍摄系统才会被激活而拍下超速汽车的照片(如图丙所示).则两个线圈之间的距离应设计为8m(保留到整数).

分析 (1)搞清当出现哪种颜色的灯时,照相机需要工作;
(2)分析压力和电阻的关系图象得出压力为2000N时压敏电阻的大小,利用欧姆定律求出电流,根据控制电路中判断用电器工作情况;
(3)能根据电流值和电压值求出所需的总电阻,然后根据串联电阻的知识求出压敏电阻的阻值,根据图象查出此时的压力,从而计算出车辆的质量等;
(4)知道车速和通过两个线圈上方的时间,利用速度公式求两个线圈间的距离.

解答 解:(1)根据欧姆定律I=$\frac{U}{R}$,电路中的总电阻为:R=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{0.06A}$=100Ω
压敏电阻的阻值为:R=100Ω-10Ω=90Ω
查图可知,当R=90Ω时,压敏电阻所受的压力F=4000N,
根据G=mg得:m=$\frac{G}{g}$=$\frac{4000N}{10N/kg}$=400kg;
(2)由压力和电阻的关系图象可知:压力为2000N时压敏电阻的大小为150Ω,
则总阻值为R=R′+R线圈=150Ω+10Ω=160Ω,
所以电流为I′=$\frac{U}{{R}_{总}}$=$\frac{6V}{160Ω}$=0.0375A<0.06A;
所以当控制电路中衔铁不会被吸引,则此时工作电路中的指示灯在工作;
(3)当压力F越小时,电阻R越大,如果再串联一个电阻,根据串联电路中的总电阻等于各串联电阻之和,则电路中的总电阻更大,电流会更小,达不到0.06A,电磁铁不能有效控制衔铁,则不能达到给违规车辆拍照的目的,因此需要并联.
(4)车速v=60km/h=60×$\frac{1}{3.6}$m/s=$\frac{50}{3}$m/s;
由v=$\frac{s}{t}$得:
s=vt=$\frac{50}{3}$m/s×0.5s≈8m.
故答案为:(1)400;(2)0.0375; 指示灯;(3)并联;(4)8.

点评 此题考查了有关电磁继电器的电路连接,首先要搞清电磁继电器的工作原理,并搞清工作电路和控制电路.同时还考查了欧姆定律和速度、路程公式的应用,正确运用原理分析是此题的关键.

练习册系列答案
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12.关于能源、信息和材料,下列说法不正确的是(  )
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19.如图甲所示的装置处于静止状态,底面积为60cm2的圆柱形玻璃筒中装有适量的水,放在水平台面上,质量为800g的圆柱形物体B浸没在水中,此时水对容器底的压强是2500Pa,物体A是体积为50cm3的圆柱体配重.如图乙所示,当用力F竖直向下拉物体A时,物体B有$\frac{2}{5}$的体积露出水面且静止,此时滑轮组提升重物B的机械效率为80%,水对容器底的压强为2100Pa. (g=10N/kg,不计绳重和摩擦)求:
(1)物体B的体积;
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9.小明在学校的物理仪器室看到了一台新奇的仪器,标签上写着“手摇发电机模型”,如图甲所示.征得老师同意后,小明把这台仪器拿到实验室进行了详细的研究.他发现:从外观看,仪器的结构主要包括一个大磁铁、一个铜导线绕成的线圈、一个大转盘、一个装有小灯泡的底座等;当用力转动转盘的手柄时,底座上安装的小灯泡就会发光;转动越快,灯泡越亮.
(1)考虑到发电机模型的结构仍然比较复杂,小明计划用一U形磁铁替代模型中的大磁体、用一根铜棒替代模型中的铜线圈进一步探究,如图乙所示.
实际上,像这样将较为复杂的仪器、现象简化为一些简单的器材、现象并加以逐步、深入研究的科学探究和学习策略在我们学习初中物理的过程中不止一次的用到过,请你例举一例简单说明:首先通过奥斯特实验认识电流的磁效应,进一步研究通电螺线的磁场、电磁铁的结构、特点等.
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