题目内容

13．小科利用电磁铁设计了一种路灯自动化管理装置，设计电路如图所示．其工作原理是：在工作电路处安装开关S2，弹性金属片上安装一块磁铁．闭合开关S1，当光照度降低时，光敏电阻R1的阻值增大，R1两端的电压随之增大，当电磁铁R0两端电压降至1.5伏时，开关S2就自动闭合，使路灯L发光．反之，当光照度增强到一定值时，开关S2就会自动断开，使路灯L熄灭．

（1）为符合上述工作原理，安装在弹性金属片上磁铁的左端应是S极．
（2）光敏电阻R1的阻值与光照度之间的关系如下表所示．控制电路的电源电压为4.5伏，电磁铁的阻值R0为10欧，当光照度降低到多少勒克斯，路灯才能发光？
光照度（勒克斯）51015202530
光敏电阻R1603020151210
（3）控制电路中的电池组在使用一段时间后电压会下降，需定期更换，否则会导致路灯比平常更早些点亮．请说明理由：因为电池组电压下降会导致光敏电阻两端电压下降，串联电路中R1阻值不变，要使光敏电阻R2两端电压达到3伏，光敏电阻R2的阻值必须增大，所以要在光照度更小时才能实现．

分析 （1）首先根据安培定则确定控制电路中电磁铁的极性，然后根据其工作原理可确定安装在弹性金属片上磁铁的极性；
（2）当电磁铁R0两端电压降至1.5伏时，开关S2就自动闭合，使路灯L发光．已知光敏电阻和两端电压，可以得到电路电流；已知电路电流和电源电压，可以得到总电阻，已知总电阻和光敏电阻阻值，两者之差就是定值电阻阻值；由表格中数据当光照度降低到多少勒克斯，路灯才能发光，
（3）电源电压降低，导致用电器两端电压降低，光敏电阻阻值发生变化，所以对光的感应程度改变．

解答 解：（1）由安培定则可知，右手握住螺线管，四指指向电流的方向，大拇指指向右端，即控制电路中电磁铁的右端为N极，
由路灯工作原理可知，控制电路中电磁铁与安装在弹性金属片上磁铁相互吸引，则安装在弹性金属片上磁铁的左端应是S极；
（2）已知R1与R0串联，当电磁铁R0两端电压降至1.5伏时，开关S2就自动闭合，使路灯L发光，
电磁铁两端电压为U1=U-U0=4.5V-1.5V=3V
电路电流I0=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{1.5V}{10Ω}$=0.15A，
则I=I0=0.15A，
I=$\frac{U}{{R}_{1}+{R}_{0}}$，
0.15A=$\frac{4.5N}{{R}_{1}+10Ω}$，
解得R1=20Ω，
查表可知，当光照度为15勒克斯时，光敏电阻R2的阻值为20Ω，
（3）因为电池组电压下降会导致光敏电阻两端电压下降，串联电路中R1阻值不变，要使光敏电阻R2两端电压达到3伏，光敏电阻R2的阻值必须增大，所以要在光照度更小时才能实现．
答：（1）S；（2）当光照度降低到15勒克斯，路灯才能发光；（3）因为电池组电压下降会导致光敏电阻两端电压下降，串联电路中R1阻值不变，要使光敏电阻R2两端电压达到3伏，光敏电阻R2的阻值必须增大，所以要在光照度更小时才能实现．

点评 该题考查了奥斯特实验及电磁继电器的应用，特别是对电磁继电器电路的工作过程进行分析，一般的思路是，先明确控制电路与工作电路，再从控制电路入手，看电磁铁磁性的有无对工作电路触点连接情况的影响，最后确定工作电路中的工作情况．

练习册系列答案
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