Question

8．某同学设计了一种“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动势E=6V，r=2Ω，电磁继电器线圈的阻值忽略不计．请你解答下列问题：

（1）用笔画线代替导线将图（甲）的电路连接完整．
（2）当电磁继电器线圈中的电流大小为15mA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318Ω
（3）硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件．现将控制电路中的电源，换成硅光电源，用一定强度的光照射硅光电池，调节滑动变阻器，通过测量得到该电池的U-I曲线（如图丙）．不改变滑片的位置，当货架能承受的压力逐渐增加时，该硅光电池的内阻将增大，内电路上消耗的功率将增大．（以上两格填写“增加”“减小”“先增大后减小”“先减小后增大”或“不变”）．
（4）若控制电路中的电源，换成硅光电源，不改变滑片的位置，即如（2）中数值，现测得硅光电源两端电压为5.4V，则货架上承受的压力为90N．

Answer 1

分析 （1）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．
（2）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．
（3）由丙图可知，随着外电路电阻变大，硅光电源的U-I图线的斜率绝对值逐渐变大，即硅光电源的内阻随外电路电阻变大而变大；
随着外电路电阻变大，硅光电源的路端电压逐渐减小，根据闭合电路欧姆定律，内电压变大．电路的总电流又增大，根据P_内=U_内I即可判断内电阻上消耗的功率．
（4）硅光电源两端电压为5.4V，由丙图可知此时电流为10mA，所以根据欧姆定律外电路的总电阻为R₁+R₂=$\frac{U}{I}$，可求得R₁的阻值，根据乙图可知此时对应的压力大小．

解答 解：（1）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，
连接电路如图所示：
（2）R₁与R₂串联，
I₁=I₂=I_max=15mA=0.015A，
所以根据闭合电路的欧姆定律R₁+R₂+r=$\frac{E}{I}$
由图乙可知：F=800N时，R₁=80Ω，
所以R₂=$\frac{E}{I}$-r-R₁=$\frac{6}{0.015}$-2-80Ω=318Ω
即：滑动变阻器R₂的最大阻值至少为318Ω．
（3）由丙图可知，随着外电路电阻变大，硅光电源的U-I图线的斜率绝对值逐渐变大，即硅光电源的内阻随外电路电阻变大而变大．
当不改变滑片的位置，当货架能承受的压力逐渐增加时，R₁的电阻变大，所以该硅光电池的内阻将增大．
由丙图可知，随着外电路电阻变大，硅光电源的路端电压逐渐减小，根据闭合电路欧姆定律，内电压变大．电路的总电流又增大，所以P_内=U_内I逐渐变大．
（4）硅光电源两端电压为5.4V，由丙图可知此时电流为10mA，所以根据欧姆定律外电路的总电阻为R₁+R₂=$\frac{U}{I}$，所以R₁=$\frac{U}{I}$-R₂=$\frac{5.4}{0.01}$-318Ω=220Ω，根据乙图可知，此时对应的压力为90N．
故答案为：（1）电路图如上图所示 （2）318 （3）增大，增大 （4）90

点评 本题考查描绘小灯泡的伏安特性曲线实验；要注意读懂题意，明确机械的工作要求与控制程序是进行电路连接的前提，本题在连接时，注意与衔铁处触点开关连接的位置有上下两个触点，这是本题易错的地方，连接任意一处都可以工作，但工作的条件恰好相反，必须根据题意的要求来最终确定．