Question

如图甲是由“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，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乙所示，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= 5）和R₂（R₂ =15）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）如果“控制电路”中的线圈阻值R_L= 1、R₀= 140、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？（这问要有解答过程）

Answer 1

（1） 5，5（2）20（3）光强E≥2cd时相互吸合

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；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；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．（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_总="U/(" R₁+R₂ )="20V/(" 5Ω+15Ω) =1A；
则R₁两端的电压为：U₁=IR₁=1A×5Ω=5V；
R₁消耗的电功率为：P₁=I²R₁=（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R₁两端电压等于电源电压，即U_R1=U₂=20V．
（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="U/I" ="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-RL=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：当光照强度≥2cd时，磁控开关的磁性弹片相互吸合．