Question

（9分）为保证润扬大桥以及过桥车辆的安全，工作人员在桥的入口处安装了“超载检测报警系统”．检测时，当车辆重量小于1×10⁵N时，绿灯亮、红灯灭，表示可以通行；当车辆重量大于等于1×10⁵N时，红灯亮、绿灯灭，表示禁止通行．系统中的电路元件如图（甲）所示，其中压敏电阻R_x在检测时承受车辆的全部重量，它的阻值随所受压力F变化的图像如图（乙）所示；R₀为定值电阻；电磁继电器线圈上标有“10Ω 40mA”.当流过线圈的电流大于等于30mA时，通电线圈的作用效果大于弹簧的作用效果，衔铁被吸下，动触点P和静触点M断开并和静触点N接通；电池组的电压为6V；绿灯规格为“220V  40W”，红灯规格为“220V  60W”.

(1) 请在图（甲）中用笔画线代替导线完成电路连接．
（2）电磁继电器线圈上标有“10Ω 40mA”,它的意思是指线圈的电阻是10Ω，允许通过的       （选填“最大”“最小”）电流是40mA，超过了会烧坏线圈.
（3）根据分析可以知道：_________（A/B）灯是红灯.
（4）定值电阻R₀的阻值为多大？
（5）一辆大型货车停在检测装置上5分钟，因其严重超载导致电磁继电器线圈中电流太大而被烧坏，超载车辆的总重至少是多大？这段时间内指示灯消耗的电能是多少？

Answer 1

（1）如图所示；

（2）最大；（3）B；（4）定值电阻R₀的阻值为90Ω；（5）超载车辆的总重力至少是2×10⁵N，这段时间内指示灯消耗的电能是1.8×10⁴J．

解析试题分析：（1）由题意知压敏电阻R_x的阻值可以控制电磁继电器工作位置，所以应把R_x串联在电路中，连接电路如答案所示；（2）电磁继电器线圈上标有“10Ω 40mA”,它的意思是指线圈的电阻是10Ω，允许通过的最大电流是40mA，超过了会烧坏线圈.（3）根据乙图可知R_x的阻值随压力的增大而减小，从而使电磁继电器线圈电流增大，而电流增大一定时会吸引衔铁，接通B，又由当车辆重量大于等于1×10⁵N时，红灯亮、绿灯灭，表示禁止通行．分析可以知道B灯是红灯；（4）由题意当车辆重量大于等于1×10⁵N时，红灯亮、绿灯灭，表示禁止通行，和当流过线圈的电流大于等于30mA时，通电线圈的作用效果大于弹簧的作用效果，衔铁被吸下，及结合乙图可得当F=1×10⁵N时，R_x=100Ω，此时电路电流I=30Ma=0.03A，U=6V，所以得R_总=U/I=6V/0.03A=200Ω，线圈电阻R_线=10Ω，所以R₀=R_总-R_x-R_线=200Ω-100Ω-10Ω=90Ω；（5）电磁继电器线圈被烧坏时电路中的最小电流为40mA，此时电路中的总电阻：
R′=U/I′=6V/40×10^?3A=150Ω，此时压敏电阻的阻值：R_x′=R′-R₀-R_线=150Ω-90Ω-10Ω=50Ω，由图乙可知，R_x受到的最小压力F=2×10⁵N，因水平面上物体的压力和自身的重力相等，所以，超载车辆的最小总重力为2×10⁵N，此时红灯发光，则5min消耗的电能：W_红=P_红t=60W×5×60s=1.8×10⁴J．
考点：欧姆定律的应用；电功的计算