Question

20．超导限流器     超导限流器是一种有效的短路电流限制装置．它是利用超导体的超导态和正常态间的转变，实现对短路电流的限制，提高电路的安全性．
    超导限流器由超导部件和限流电阻并联组成．如图甲中虚线框内所示．超导部件R₁的电阻随电流I变化关系如图乙所示，图中I_C为临界电流，R₀为超导部件正常态电阻．超导部件R₁的电阻因其电流的不同会在超导态和正常态间自动转换．当超导部件的电流小于I_C时呈现超导态；大于I_C时变为正常态．
    某超导限流器中超导部件R₁常态电阻为7.5Ω，临界电流为0.6A，限流电阻为15Ω．为研究该超导限流器的工作情况，小明将它连接到如图甲所示电路中，电源电压为6V，保持不变，灯泡L标有“6V 3W”字样，灯泡电阻不随温度变化而变化．

（1）图甲中，超导部件R₁呈现超导态时其电阻为0．
（2）图甲中，闭合开关，灯泡正常工作时，超导部件R₁中电流为I，两端电压为U，则下列判断正确的是B
A．I=0，U=0  B．I≠0，U=0   C．I≠0，U≠0   D．I=0，U≠0
（3）图甲中闭合开关，在灯泡L正常发光和短路两种情况下，关于限流电阻R₂中电流的判断正确的是D．
A．均为0
B．均不为0
C．灯泡L正常工作时不为0，短路时为0
D．灯泡L正常工作时为0，短路时不为0
（4）图甲中，闭合开关，灯泡突然短路时电流表中电流的变化情况是从0.5A变化到1.2A．
（5）在图甲电路中，下列判断正确的是C
A．当灯泡短路时，超导部件R₁为超导态
B．当灯泡短路时，超导限流器会自动切断电源
C．超导限流器既能检测短路故障，又能在故障排除后自动恢复
D．超导限流器只能检测短路故障，不能在故障排除后自动恢复．

Answer 1

分析 （1）根据图乙可知，当超导部件R₁成超导状态时，其电阻为零；
（2）灯泡正常工作时，其实际值与额值相等，据此判断；
（3）根据灯泡短路时，电流大于临界电流，判断超导部件处于正常态，根据并联电路的特点进行判断；
（4）根据I=$\frac{P}{U}$计算灯泡正常工作时的电流，当灯泡L短路时，超导部件处于正常态，其电阻为7.5Ω并与限流电阻并联，电流表测干路电流，据此计算；
（5）由题意知，当电流小于0.6A时，超导限流器自动短路，不工作，计算出灯正常工作时的电流后，判断超导限流器的工作状态，当灯短路时，再计算出电路的电流后分析各个选项．

解答 解：
（1）当超导部件的电流小于I_C时呈现超导态，由图乙可知，超导部件R₁呈现超导态时其电阻为0；
（2）闭合开关，灯泡正常工作时，灯泡的电流：I_灯=$\frac{{P}_{额}}{{U}_{额}}$=$\frac{3W}{6V}$=0.5A＜0.6A，故超导部件R₁呈现超导态，其电阻为0（相当于导线），则R₂被短路；
所以通过R₁的电流等于通过灯泡的电流，R₁两端电压为U'=I_灯R'=0.5A×0Ω=0，故选B；
（3）图甲中闭合开关，在灯泡L正常发光时，超导部件R₁呈现超导态，其电阻为0，即限流电阻被短路，故通过R₂的电流为0；
在灯泡突然短路时，电路中的电流大于临界电流0.6A，超导部件R₁呈现正常态，其阻值为7.5Ω并与限流电阻并联，根据并联电路的特点可知，通过R₂的电流I₂=$\frac{U}{{R}_{2}}$=$\frac{6V}{15Ω}$=0.4A≠0，故选D；
（4）闭合开关，灯泡正常发光时，其电流即电流表示数为：I_灯=$\frac{{P}_{额}}{{U}_{额}}$=$\frac{3W}{6V}$=0.5A；
当灯泡突然短路时，R₁处于正常态并与R₂并联，电流表测干路电流I，
则干路电流I=I₁+I₂=$\frac{U}{{R}_{1}}$+$\frac{U}{{R}_{2}}$=$\frac{6V}{7.5Ω}$+$\frac{6V}{15Ω}$=1.2A；
即电流表示数变化为从0.5A变化到1.2A；
（5）A、由图可知，当灯泡短路时，电路电流会大于0.6A，即超导部件R₁为正常态，故A不正确；
B、当灯泡短路时，超导部件R₁为正常态，其电阻为7.5Ω，电路仍为通路，因此超导限流器不会自动切断电源，故B不正确；
CD、当灯泡短路时，超导部件R₁为正常态，电流表示数为1.2A，即能检测到短路故障；当短路故障排除后，通过超导部件R₁的电流会小于临界电流，即超导部件R₁为超导态，故电路会自动恢复；故C正确；D不正确．
故选C．
故答案为：（1）0；（2）B；（3）D；（4）从0.5A变化到1.2A；（5）C．

点评 本题考查串并联电路的特点，题目阅读量大，要关于从诸多文字中提取材料，合理运用公式解题．