Question

11．為保證潤(rùn)揚(yáng)大橋以及過橋車輛的安全，在橋入口處安裝了“超載檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)”．檢測(cè)時(shí)，當(dāng)車輛重力小于1×10⁵N時(shí)，綠燈亮、紅燈滅，表示可通行；當(dāng)車輛重力大于等于1×10⁵N時(shí)，紅燈亮、綠燈滅，表禁止通行．電路元件如圖（甲）所示，其中壓敏電阻R_x在檢測(cè)時(shí)承受車輛的全部重量，它的阻值與壓力F的關(guān)系如圖（乙）；R₀為定值電阻；電磁繼電器線圈上標(biāo)有“10Ω 40mA”．當(dāng)流過線圈的電流大于等于30mA時(shí)，通電線圈的作用效果大于彈簧的作用效果，銜鐵被吸下，動(dòng)觸點(diǎn)P和靜觸點(diǎn)M斷開并和靜觸點(diǎn)N接通；電池組的電壓為6V；綠燈規(guī)格為“220V  40W”，紅燈規(guī)格為“220V  60W”．

（1）請(qǐng)?jiān)趫D（甲）中用筆畫線代替導(dǎo)線完成電路連接．
（2）電磁繼電器線圈上標(biāo)有“10Ω 40mA”，它的意思是指線圈的電阻是10Ω，允許通過的最大（選填“最大”“最小”）電流是40mA，超過了會(huì)燒壞線圈．
（3）根據(jù)分析可以知道：B（A/B）燈是紅燈．
（4）定值電阻R₀的阻值為多大？（寫計(jì)算過程）
（5）一大型貨車停在檢測(cè)裝置上5分鐘，因其超載導(dǎo)致電磁繼電器線圈中電流太大而被燒壞，超載車輛的總重至少是多大？這段時(shí)間內(nèi)發(fā)光的指示燈消耗的電能是多少？

Answer 1

分析 （1）電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的；只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)；當(dāng)電流超過一定的數(shù)值，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合；當(dāng)電流小于一定值時(shí)，電磁的吸力變?nèi)�，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合；這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了，改變工作電路的目的；
（2）由電磁繼電器線圈上的銘牌可知線圈的電阻和允許通過的最大電流；
（3）由題意可知超載時(shí)紅燈亮，由乙圖可知壓力越大時(shí)壓敏電阻的阻值越小，此時(shí)線圈中的電流增大，電磁鐵的磁性增強(qiáng)，銜鐵被吸下來，據(jù)此進(jìn)行判斷；
（4）從圖象是讀出當(dāng)壓力為1×10⁵N時(shí)，壓敏電阻的阻值；然后利用歐姆定律的變形公式計(jì)算出電路的總電阻，再根據(jù)串聯(lián)電路總電阻與分電阻的關(guān)系計(jì)算出定值電阻的阻值；
（5）電磁繼電器線圈被燒壞時(shí)電路中的最小電流為40mA，根據(jù)歐姆定律求出電路中的總電阻，利用電阻的串聯(lián)求出壓敏的電阻的阻值，由圖乙得出超載車輛的最小總重力，再根據(jù)W=Pt求出這段時(shí)間內(nèi)指示燈消耗的電能．

解答 解：（1）用導(dǎo)線將左側(cè)電源、壓敏電阻、定值電阻和電磁繼電器順次連接起來即可，如下圖所示：

（2）電磁繼電器線圈上標(biāo)有“10Ω 40mA”，則線圈允許通過的最大電流為40mA；
（3）由題意可知超載時(shí)紅燈亮，由乙圖可知壓力越大時(shí)壓敏電阻的阻值越小，此時(shí)線圈中的電流增大，電磁鐵的磁性增強(qiáng)，銜鐵被吸下來，B燈泡發(fā)光，則B燈泡為紅燈；
（4）從圖象乙中可知，當(dāng)壓力為1×10⁵N時(shí)，壓敏電阻的阻值為100Ω，
由I=$\frac{U}{R}$可得，電路中的總電阻：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{30{×10}^{-3}A}$=200Ω，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，定值電阻R₀的阻值：
R₀=R-R_x-R_線=200Ω-100Ω-10Ω=90Ω；
（5）電磁繼電器線圈被燒壞時(shí)電路中的最小電流為40mA，此時(shí)電路中的總電阻：
R′=$\frac{U}{I′}$=$\frac{6V}{40×1{0}^{-3}A}$=150Ω，
此時(shí)壓敏電阻的阻值：
R_x′=R′-R₀-R_線=150Ω-90Ω-10Ω=50Ω，
由圖乙可知，壓敏電阻受到的最小壓力F=2×10⁵N，
因水平面上物體的壓力和自身的重力相等，
所以，超載車輛的最小總重力為2×10⁵N，
此時(shí)紅色知識(shí)點(diǎn)發(fā)光，則5min消耗的電能：
W_紅=P_紅t=60W×5×60s=1.8×10⁴J．
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）最大；
（3）B；
（4）定值電阻R₀的阻值為90Ω；
（5）超載車輛的總重力至少是2×10⁵N，這段時(shí)間內(nèi)發(fā)光的指示燈消耗的電能是1.8×10⁴J．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律、電功公式的靈活應(yīng)用，關(guān)鍵是明白電磁繼電器的原理和工作特點(diǎn)，要注意水平面上物體的壓力和自身的重力相等．