Question

6．如图是由“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（电阻忽略不计）、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L的磁性弹片相互吸合．“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）“控制电路”中的电流小于20mA时，求工作电路”中的R₁两端的电压和R₁消耗的功率．
（2）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）之间的变化关系如图所示．如果照射在光敏电阻R上的光强弱，则光敏电阻R的阻值增大，磁控开关产生的磁性将弱．
（3）如果“控制电路”中的线圈阻值R₀=141Ω、U₁=3V，那么照射在光敏电阻上的光强在大于或等于2cd范围时，磁控开关的磁性弹片相互吸合．

Answer 1

分析 （1）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．
（2）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．
（3）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．

解答 解：（1）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；
由欧姆定律得：I=$\frac{U}{R}$，即I_总=$\frac{20V}{15Ω+5Ω}$=1A；
则R₁两端的电压为：U₁=I•R₁=1A×5Ω=5V；
R₁消耗的电功率为：P₁=I²•R₁=（1A）²×5Ω=5W．
（2）由图可知：光照强越强时，光敏电阻R的阻值越小；
故照射在光敏电阻R上的光强变弱，则光敏电阻R的阻值增大；
根据欧姆定律可知：当电阻变大时，电流变小；
则磁控开关产生磁性将变弱．
（3）由题意可知，要使磁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=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{0.02A}$=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-141Ω=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：（1）工作电路”中的R₁两端的电压为5V；R₁消耗的功率为5W；
（2）弱；弱；（3）大于或等于2cd．

点评 本题综合考查了学生对欧姆定律公式和电功率公式的理解和运用，以及对串联电路电流、电阻、电压规律的考查．考查的内容都是电学部分的基础和重点内容，一定要掌握．