Question

17．如图是我市快速道上安装的太阳能LED灯．这种LED灯是通过光电转换来供电的．下图是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的原理示意图．其中，R是光敏电阻，电磁铁线圈A电阻不计、保护电阻R₀=80Ω、电源U=3V，其设计思想为：白天，太阳能电池板将太阳能转化为电能，这种能量通过再次转化储存在大容量蓄电池内．在傍晚，当光敏电阻接收到的光照减弱到一定程度时，LED灯发光．此光敏电阻的阻值R与光照度E（单位勒克斯，符号lx）之间的几次实验数据如表所示．

光照度E/lx	5	10	15	20	25	30
光敏电阻R/Ω	60	30	20	15	12	10

（1）由表格中数据可知，光敏电阻的阻值R随光照度E的增强而减小．
（2）当线圈A中的电流I＞30.0mA时，动触点D与静触点G、H接触．则在傍晚，当光照度小于多少lx（勒克斯）时，路灯会开始工作？
（3）请用铅笔画线将电路原理图连接完整，使工作电路能正常工作（与触点的接线只能接在静触点上，图中已给出静触点E、F、G、H的四根引线；连线不能交叉）．
（4）一只功率为6W的LED灯，通电后其发光亮度相当于30W的日光灯．某间教室有24盏30W的日光灯，每天平均使用2h，如果能用6W的LED灯进行照明，则一个月（按30天计算）可节约电能多少千瓦时？

Answer 1

分析 （1）分析表格中数据得出光敏电阻的阻值与光照度的关系．
（2）由表格数据知，当线圈A中的电流I＜30.0mA时（光照度小于15lx），动触点D与静触点E、F接触，路灯开始工作．
（3）白天充电（动触点D与静触点G、H接触）、夜晚供电（动触点D与静触点E、F接触），据此连接电路．
（4）用公式W=Pt分别计算两种灯消耗的电能进行比较．

解答 解：（1）由实验数据可知，光敏电阻的阻值R随光照度E的增强而减小；
（2）由题知，当线圈A中的电流I＞30.0mA时，动触点D与静触点G、H接触；白天充电；当线圈A中的电流I≤30.0mA时，动触点D与静触点E、F接触，路灯开始工作．
则由欧姆定律得：自动控制电路的总阻值为：R_总=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{0.03A}$=100Ω，
由串联电路的总阻值等于各电阻之和可知：此时光敏电阻的阻值R=R_总-R₀=100Ω-80Ω=20Ω，
由实验数据可知，光敏电阻的阻值R=20Ω时光照度为15lx，即光照度小于15lx，路灯开始工作．
（3）为了使照明电路白天断开，就需要电磁铁吸引衔铁，电路中电流大；夜间电磁铁磁性小，不吸引衔铁．电路中电流的变化要通过电阻的变化来控制．光敏电阻与电磁铁串联在一起，以此来调节电路中的电流，由于光敏电阻的阻值R随光照度E的增强而减小；则白天电路中电流大；需要电磁铁吸引衔铁断开照明电路．故设计电路如图：

（4）用LED灯消耗电能：
W=Pt=6×10^-3 kW×24×2h×30=8.64kW•h；
用日光灯消耗电能：
W′=P′t=30×10^-3 kW×24×2h×30=43.2kW•h；
W′-W=43.2kW•h-8.64kW•h=34.56kW•h．
答：（1）减小；（2）在傍晚，当光照度小于15lx（勒克斯）时，路灯会开始工作；
（3）如上图．
（4）一个月（按30天计算）可节约电能34.56kW•h．

点评 本题考查了学生对实验数据的分析、消耗电能（电功）的计算、电磁铁的使用、LED灯的节能、能量的转化，对于实物电路图的连接，明白电磁继电器工作的原理和从题干中得出有用的信息是关键．