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.

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