题目内容

8．路灯自动控制电路
光敏电阻是一种阻值会随光照射强度的变化而明显改变的元件，它由半导体材料制成．
物理学上用“光强”这个物理量来表示光照射强度，国际单位为坎德拉（cd），
某光敏电阻R2的阻值与光强E之间的关系如表格数据所示．
光强（cd）510152025
R2的阻值（Ω）60302012
生活中，路灯的工作状态是自动控制的，其主要原件是光控开关中的光敏电阻R2．开关S2的状态由R2两端的电压决定．光照足够强时，R2两端的电压很小，开关S2处于断开状态，ab接触，路灯L关闭．当光强降为15cd时，R2两端的电压刚好升至3V，此时开关S2自动闭合，ac接触，路灯打开．已知控制电路的电源电压为6V．

（1）下列能够用来制作光敏电阻材料的是C
A．铜   B．塑料   C．硅   D．碳
（2）分析表格中的数据，根据其阻值R2随光强E变化的规律，空格中的电阻大小为15Ω．
（3）根据表格中的数据，在坐标图2上描点并作出电阻与光强关系的图象．
（4）当R2两端的电压为2V时，光照强度为30cd．
（5）为了节约能源，使路灯更晚一些打开，应该对控制电路做怎样的调整？（光敏电阻不更换，写出一种方法即可）

分析 （1）根据导电性的不同，材料可分为导体，半导体，绝缘体三大类，容易导电的物体叫导体，不容易导电的物体叫绝缘体，导电性能介于导体与绝缘体之间的叫半导体．
（2）由表中数据知光敏电阻R2与光强E的积等于定值300，据此可得出空格中的电阻的大小．
（3）根据表格中的数据作出图象，根据图象得特点得到的实验结论．
（4）根据欧姆定律求出定值电阻R1的值，再根据R2两端电压为2V时，求出此时的电阻，然后根据R2•E=300，求出此时的光照强度．
（5）为了节约能源，使路灯更晚一些打开，光敏电阻不更换，可以增加R1的阻值或减小电源电压．

解答 解：（1）由题意可知，光敏电阻是由半导体材料制成的；
常见的半导体有硅、锗等，铜、碳属于导体，塑料属于绝缘体，故选C．
（2）由表格数据可知，光敏电阻的阻值R2与光强E的乘积等于定值300，即R2•E=300，
所以，当光强E=20cd时，R2=$\frac{300}{E}$=$\frac{300}{20}$Ω=15Ω．
（3）根据描点法作出电阻与光强关系的图象，如图所示：

4）当光强降为15cd时，R2两端的电压刚好升至3V，此时开关S2自动闭合，ac接触，路灯打开．
当光强为15cd时，R2两端的电压为3V时，由表格数据可知R2=20Ω，
由于控制电路的电源电压为6V，根据串联电路的特点可知，R1两端的电压U1=U-U2=6V-3V=3V；
根据串联分压的规律可得$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，所以R1=$\frac{{U}_{1}{R}_{2}}{{U}_{2}}$=$\frac{3V×20Ω}{3V}$=20Ω．
当R2两端电压为2V时，R1两端的电压U1′=U-U2′=6V-2V=4V，
根据串联分压的规律可得$\frac{{U}_{1}′}{{U}_{2}′}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}′}$，则此时光敏电阻的阻值R2′=$\frac{{U}_{2}′{R}_{1}}{{U}_{1}′}$=$\frac{2V×20Ω}{4V}$=10Ω，
再根据R2•E=300可得，此时的光照强度E=$\frac{300}{{R}_{2}′}$=$\frac{300}{10}$=30cd．
（5）由图象可知，光敏电阻的电阻随光照强度的减小而增大；
当路灯更晚一些打开时，光照强度更低，R2的阻值越大，由串联电路的分压特点可知，R2两端的电压越大，
仍然要在R2两端的电压为3V时打开路灯，应降低R2两端的电压；
由于光敏电阻R2不更换，根据U2=IR2=$\frac{U}{{R}_{2}+{R}_{1}}$•R2可知，可以增大R1的阻值或减小电源电压．
故答案为：（1）C；（2）15；（3）如上图所示；（4）30；（5）增大R1的阻值或减小电源电压．

点评 本题通过给出的信息考查了串联电路的特点和欧姆定律的应用，关键是读懂题意并根据表格数据找出R2随光强E变化的规律，分析好“路灯L更晚一些打开”时R2两端的电压变化是难点．

练习册系列答案
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14．在如图所示的电路中，电阻R1的阻值为10Ω．闭合开关S，电流表Al的示数为0.3A，电流表A的示数为0.5A．求：
（1）电源电压．
（2）通过电阻R2的电流．
（3）电阻R2的阻值，
（4）R1消耗的功率．
19．在测量“小灯泡正常发光时的电阻”的实验中，选用电压恒为6V的电源，额定电压“3.8V”的小灯泡．如图甲是未连接完整的实验电路．
（1）请你用笔画线代替导线，将图甲所示的实物电路连接完整．（要求：滑动变阻器的滑片P向A端移动时小灯泡变暗，连线不能交叉）
（2）在连接电路时，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应调至阻值最大，这是为了保护电路；
（3）正确连好电路后，闭合开关S，发现灯L不发光，故障的原因不可能是B；
A．电流表处有开路
B．电压表与灯泡相连接的导线接触不良
C．导线接触不良                 
D．小灯泡L的灯丝断了
（4）闭合开关后，调节滑动变阻器的滑片P，当电压表示数为3.8V时，小灯泡正常发光，此时电流表的示数如图乙所示，则灯泡正常发光的电阻是10Ω．
（5）若实验时，上述电路中仅电压表上标有“15V”的接线柱已损坏，且暂无条件修复在不更换器材的情况下为了能继续完成实验，你的方法是用电压表0～3V量程并联在滑动变阻器两端．
（6）在灯丝中的电流逐渐增大的过程中，灯丝的电阻变大，原因是：灯丝电阻随温度的升高而变大．
16．某同学要测量一个额定电压是2.5V的小灯泡的额定功率，图1已经画出了实验电路图．
（1）如图所示的实验电路存在连接错误，但只需改动一根导线，即可使电路连接正确，请你在应改动的导线上打“×”，并用笔画线代替导线画出正确的接法．

（2）在闭合开关前，应该把滑动变阻器的滑片调到最右（选填“左”或“右”）端．该同学在开关闭合后，发现电压表、电流表均有示数，但小灯泡不亮，经检查，电路连接无误，各元件完好，为了能使小灯泡发光，下一步应进行的操作是C
A．更换一相同规格的小灯泡            B．检查电路是否断路
C．移动滑动变阻器滑片，观察小灯泡是否发光
（3）然后正常进行实验，有关记录在表：
实验次数123
电压（V）2.201.502.50
电流（A）0.220.16
①该同学观察到灯的亮度变化是：第二次比第一次暗，第三次比第一次更亮．你认为，根据他观察的现象和实验数据分析，可得出一些什么结论呢？灯泡的电压越大、通过的电流越大，根据P=UI灯泡实际功率越大，灯泡越亮（写出一条即可）．
②由于粗心大意，该同学没有记录灯泡正常发光时电流表的示数，于是他根据第一次实验数据计算出灯泡电阻R=$\frac{{U}^{2}}{R}$=$\frac{（2.2V）^{2}}{0.22A}$=10Ω，再计算出灯泡两端电压为2.5V时的功率P=$\frac{{U}^{2}}{R}$=$\frac{（2.5V）^{2}}{10Ω}$=0.625W．则灯泡的额定功率＜0.625W（选填“＞”、“=”或“＜”），原因是灯丝的电阻随温度的升高而增大．
（4）该同学在实验中进行了3次实验（测量），下列实验中也都采用了多次实验（测量），其中与本实验中多次实验的目的不同的是C 
A．探究重力与质量的关系时，改变钩码的质量进行多次实验
B．探究电流与电阻的关系时，改变定值电阻的阻值进行多次实验  
C．测量课本的长度时，进行多次测量
D．探究串联电路中电流的规律时，换用不同规格的灯泡多次实验．
3．把发光体放在离凸透镜15cm处，在透镜另一侧的光屏上，出现了该发光体倒立、放大的像，该透镜的焦距可能是（　　）
A．5 cmB．10 cmC．18 cmD．20 cm
13．一个物体以2m/s的速度在水平面上做匀速直线运动，受到的摩擦力是90N，若速度增加到3m/s，仍在该水平面上做匀速直线运动，此时它受到水平面的摩擦力（　　）
A．等于0NB．等于90NC．等于200ND．无法判断
20．小明利用如图甲所示电路测定小灯泡的功率．被测小灯泡的额定电压为2.5V，电阻约为10Ω左右．实验室有如下器材：电源（电压为6V）、电流表（0～0.6A、0～3A）、电压表（0～3V、0～15V）、开关各一个、导线若干、滑动变阻器两只：R1（20Ω 0.5A）、R2（50Ω 0.5A）．
（1）在小明所连接的电路中，有两根导线还没有连接好，请你帮他完成电路的连接（要求：滑动变阻器滑片向右移动，灯泡亮度变亮；其他的导线不要变动，导线不能交叉）．
（2）实验前在检查仪器时，发现电流表指针如图乙所示，则接下来的操作是调零．正确连接电路闭合开关后，发现无论怎样移动滑动变阻器滑片，灯泡都不亮，电压表示数接近6V，电流表示数几乎为0，电路的故障可能是灯泡断路．
（3）排除电路故障后，闭合开关，改变滑动变阻器的阻值，多次测量，小明画出了小灯泡中电流随其两端电压变化的关系图象（如图丙），则小灯泡的额定功率为0.625W．在多次测量中，小明还发现：当电压表的示数增大时，电压表与电流表的示数之比变大．（选填“变大”、“变小”或“不变”）．
（4）小明又取了一个规格、型号完全相同的旧灯泡进行实验，发现在额定电压下工作时，灯泡亮度明显偏暗，小明仔细观察，发现这只灯泡的玻璃内壁变黑．灯泡亮度偏暗的原因是灯丝发光时发生升华而变细，消耗的实际功率变小的缘故（选填“大”或“小”）．
（5）灯泡的功率测量完毕，小明用5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值电阻更换电路中的灯泡，探究电流跟电阻的关系，得到如图丁所示的电流I随电阻R变化的图象，则小明应选用滑动变阻器R2（选填“R1”或“R2”）．若某次实验中滑动变阻器连入的阻值为14Ω，则所选定值电阻的阻值为10Ω．
（6）另一小组在探究电流跟电阻的关系时，却保持了滑动变阻器滑片位置不变，只在R处换接上不同阻值的定值电阻，实验多次得出下面的数据记录表格．经过仔细分析，他有了新的发现：可以将电流表改成直接读出电阻值的欧姆表，请你帮他说出0.1A处应该刻成50Ω．
17．如图甲所示，在“探究不同物质的吸热能力”的实验中：

（1）在两个相同的烧杯中加入初温相同、质量相同的水和煤油（ρ水＞ρ煤油）．选用相同电加热器的目的是：使水和煤油在相同时间内吸收相同的热量．
（2）水和煤油的温度随时间变化的图象如图乙所示，加热3min，a吸收的热量等于b吸收的热量（选填“大于”、“小于”、或“等于”）．
①根据图甲可判断出a物质是水．
②根据图乙可判断出水吸热能力强．
（3）通过实验可以得到不同物质的吸热能力不同，物质的这种特性用比热容这个物理量来描述．
（4）本实验采用的物理研究方法是控制变量（或转换）法．
18．速度的公式v=$\frac{s}{t}$（符号），1m/s=3.6km/h　　72km/h=20m/s．

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