Question

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、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）当“控制电路”中的电流小于20mA时，“工作电路”中的R₁两端的电压是______V，它消耗的功率是______W．
（2）当“控制电路”中的电流等于30mA时，“工作电路”中R₁两端的电压是______V．
（3）已知光敏电阻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______，则光敏电阻R的阻值增大，磁控开关产生磁性将______（均选填“变强”、“变弱”或“不变”）．
（4）如果“控制电路”中的线圈阻值R_L=1Ω、R₀=140Ω、U₁=3V，那么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）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=，即I_总==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）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；
故R₁两端电压等于电压电压，即U₁=U_总=20V．
（3）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．
（4）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===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．
故答案为：（1）5V、5W；（2）20V；（3）变弱、变弱；（4）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）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）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．
（3）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．
（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．