Question

图1是由“控制电路”和“工作电路”两部分组成的光控电路．“控制电路”由光敏电阻R、磁控开关L、定值电阻R₀、电源U₁等组成，当线圈中的电流大于或等于20mA时，磁控开关的磁性弹片相护吸合．“工作电路”由工作电源U₂（U₂=20V）、发热电阻R₁（R₁=5Ω）和R₂（R₂=15Ω）组成．

问：
（1）图2是光敏电阻R的阻值随照射在光敏电阻上的光强E（表示光照射的强弱的物理量，单位cd）之间的变化关系图．如果照射在光敏电阻R上的光强________，则光敏电阻R的阻值增大，磁控开关产生的磁性将________（均选填“变强”、“变弱”、“不变”）．
（2）当“控制电路”中的电流小于20mA时，求“工作电路”中的R₁两端的电压是和消耗的功率各是多少？
（3）当“控制电路”中的电流等于30mA时，求“工作电路”中R₁两端的电压？
（4）如果“控制电路”中的线圈阻值R₁=1Ω、R₀=140Ω、U₁=3V，请通过计算分析，照射在光敏电阻上的光强在什么范围内时，磁控开关的磁性弹片相互吸合？

Answer 1

解：（1）由图可知：光照强越强时，光敏电阻R的阻值变弱；
故照射在光敏电阻R上的光强变弱时，则光敏电阻R的阻值增大，电路中的总电阻变大；
根据欧姆定律可知，电路中的电流变小；
则磁控开关产生磁性将变弱．
故答案为：变弱；变弱．
（2）当“控制电路”中的电流小于20mA时，控制电路L断开，则工作电路由R₁和R₂串联组成；
电路中的电流：
I===1A；
R₁两端的电压：
U₁=IR₁=1A×5Ω=5V；
R₁消耗的电功率为：
P₁=I²R₁=（1A）²×5Ω=5W．
答：R₁两端的电压是5V，消耗的功率为5W．
（3）当“控制电路”中的电流等于30mA时，控制电路L闭合，则工作电路R₂短路，工作电路只有R₁；
故R₁两端电压等于电压电压，即U₁=U_总=20V．
答：R₁两端的电压为20V．
（4）由题意可知，要使遥控开关的磁性弹片相互吸合，则控制电路的电流要大于或等于20mA．
由欧姆定律，R_总===150Ω，
可知控制电路的总电阻要小于或等于150Ω．
此时光敏电阻R=R_总-R₀-R_L=150Ω-140Ω-1Ω=9Ω，
由图可知，对应的光照强度为2cd．
因此，当光照强度大于或等于2cd时，磁控开关的磁性弹片相互吸合．
答：当光照强度大于或等于2cd时，磁控开关的磁性弹片相互吸合．
分析：（1）由图象即可分析出光敏电阻R大小随光照强度的关系；根据电阻的大小和欧姆定律即可判断电流的大小，再根据电流的大小即可判定磁性的强弱．
（2）当“控制电路”中的电流小于20mA时，控制电路L断开，则工作电路由R₁和R₂串联组成；再根据欧姆定律求得电路中的总电流，再根据欧姆定律即可求得R₁两端的电压，最后根据P=I²R即可求得R₁消耗的电功率．
（3）当“控制电路”中的电流等于30mA时，控制电路L闭合，则工作电路R₂短路，故工作电路只有R₁；则根据电源电压的大小即可求得R₁两端电压的大小．
（4）根据电路的电流要大于或等于20mA时，磁控开关的磁性弹片相互吸合；据此根据欧姆定律即可求得总电阻的大小；再根据线圈的阻值和R₀的阻值即可求得光敏电阻的阻值；最后根据图象即可求得照射在光敏电阻上的光强的范围．
点评：本题综合考查了学生对串联电路的特点和欧姆定律、电功率公式的理解和运用，关键在于对题意的理解，尤其是对其工作过程中，温度与热敏电阻的关系，以及与电路的变化之间的联系等，具有一定的综合性，计算容易，但理清思路较难．