Question

小明设计了一种“自动限重器”，如图（甲）所示．该装置由控制电路和工作电路组成，其主要元件有电磁继电器、货物装载机（实质是电动机）、压敏电阻R₁和滑动变阻器R₂等．压敏电阻R₁的阻值随压力F变化的关系如图（乙）所示．当货架承受的压力达到限定值，电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品．已知控制电路的电源电压U=6V，电磁继电器线圈的阻值R=10Ω．请你解答下列问题：
（1）由图（乙）中的图象可知，随着压力F的增大，压敏电阻R₁的阻值将______．
（2）用笔画线代替导线将图（甲）的电路连接完整．
（3）随着控制电路电流的增大，电磁铁的磁性将______，当电磁继电器线圈中的电流大小为30mA时，衔铁被吸下．若货架能承受的最大压力为800N，则所选滑动变阻器R₂的最大阻值至少为______Ω．
（4）若要提高货架能承受的最大压力，滑动变阻器R₂接入电路的阻值应______．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据图象分析压敏电阻R₁的阻值与压力大小的关系；
（2）将货物装载机和上触点串联组成工作电路，将R₁、滑动变阻器R₂、电磁铁串联接入控制电路；当压力过大时，压敏电阻变小、控制电路中的电流变大、电磁铁磁性增强，增强到一定程度，将衔铁吸下，使工作电路断开，货物装载机停止工作；
（3）压敏电阻受到最大压力是800N，从图象上找到此时压敏电阻对应的电阻值是80Ω，电源电压是6V，根据R₁与R₂串联和欧姆定律就可以求出R₂的最大阻值．
（4）据题目中所提示的“当货架承受的压力达到限定值，电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品”，即要增大货架能承受的最大压力，此时的压敏电阻值会更小，故电流会变大，使得电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品，所以从避免“装载机停止向货架上摆放物品”的角度分析判断即可确定滑动变阻器接入电路的电阻值变化．
解答：解：（1）由图乙中的图象可知，压敏电阻R₁的阻值随压力的增大而减小；
（2）将货物装载机和上触点串联组成工作电路，将R₁、滑动变阻器R₂、电磁铁串联接入控制电路；补充电路如图所示；
（3）∵R₁和线圈电阻及变阻器R₂串联，
∴I₁=I₂=I_max=30mA=0.03A，
由图乙可知：F=800N时，R₁=80Ω，
由I=得：
U₁=I₁R₁=0.03A×80Ω=2.4V，
U′=U-U₁=6V-2.4V=3.6V，
R′===120Ω．
即：滑动变阻器R₂的最大阻值至少为120Ω-10Ω=110Ω．
（4）想“提高货架能承受的最大压力”，同时还应防止“装载机停止向货架上摆放物品”，故应在增大压力的同时，不能增大电流，故从欧姆定律的角度能分析出，此时滑动变阻器R₂接入电路的阻值应变大．
故答案为：（1）减小；（2）答案见上图；（3）增强；110；（4）变大．
点评：本题为电学、磁学的综合题，知识点多、综合性强，考查学生的分析和计算能力，关键是所学知识包括计算公式的灵活运用．