Question

12．夜幕下，路邊LED燈將道路照得猶如白晝，這種LED燈是通過光電轉換來供電的．如圖是某小區(qū)利用太陽能給LED路燈供電的自動控制電路的示意圖．其中，R是光敏電阻，此光敏電阻的阻值R、流過線圈也流I與光照度E（單位勒克斯，符號lx）之間的幾次實驗數(shù)據如表所示：

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

控制電路電源電壓4.5V，線圈電阻不計，保護電阻阻值130Ω，當線圈A中的電流I≥30.0mA時，觸動點D與靜觸點G，H接觸．
（1）白天，太陽能電池板將太陽能轉化成電能，這種能量通過再次轉化儲存在大容量蓄電池內．傍晚，當光照小于多少lx（勒克斯）時，路燈開始工作．
（2）LED路燈的額定功率40W，一只LED路燈正常工作一晚上（12小時）消耗電能．
（3）請分析解釋控制電路的電池使用較長時間，電源電壓會降低，將使蓄電池充電時間變短．

Answer 1

分析 （1）由題意可知，當線圈A中的電流I≥30.0mA時，觸動點D與靜觸點G，H接觸，路燈開始工作，根據歐姆定律求出電路中的電流為30.0mA時電路中的總電阻，利用電阻的串聯(lián)求出光敏電阻的阻值，然后根據表格數(shù)據得出對應的光照強度即可得出答案；
（2）LED路燈正常工作時的功率和額定功率相等，根據W=Pt求出消耗的電能；
（3）路燈開始工作時的電流不變，根據歐姆定律可知電源電壓降低時電路中總電阻的變化，進一步可知光敏電阻的變化，根據表格數(shù)據可知光照強度的變化，然后得出答案．

解答 解：（1）由題意可知，當線圈A中的電流I≥30.0mA時，觸動點D與靜觸點G，H接觸，路燈開始工作，
由I=$\frac{U}{R}$可得，電路中的電流I=30.0mA=0.03A時，電路中的總電阻，
R_總=$\frac{U}{I}$=$\frac{4.5V}{0.03A}$=150Ω，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，光敏電阻的阻值：
R=R_總-R₀=150Ω-130Ω=20Ω，
由表格數(shù)據可知，對應的光照強度為15lx，
即傍晚，當光照小于15lx時，路燈開始工作；
（2）由P=$\frac{W}{t}$可得，LED路燈正常工作一晚上消耗的電能：
W=Pt=40×10^-3kW×12h=0.48kW•h；
（3）路燈開始工作時的電流不變，由I=$\frac{U}{R}$可知，控制電路電源的電壓降低時電路中的總電阻變小，光敏電阻的阻值變小，由表格數(shù)據可知，光照強度變大，會導致蓄電池的充電時間變短．
答：（1）傍晚，當光照小于15lx時，路燈開始工作；
（2）LED路燈的額定功率40W，一只LED路燈正常工作一晚上消耗0.48kW•h的電能；
（3）路燈開始工作時的電流不變，由I=$\frac{U}{R}$可知，控制電路電源的電壓降低時電路中的總電阻變小，光敏電阻的阻值變小，由表格數(shù)據可知，光照強度變大，會導致蓄電池的充電時間變短．

點評 本題考查了串聯(lián)電路的特點和歐姆定律、電功公式的應用，關鍵是從表格數(shù)據中得出光敏電阻與光照強度之間的關系．