Question

13．小科利用電磁鐵設(shè)計(jì)了一種路燈自動(dòng)化管理裝置，設(shè)計(jì)電路如圖所示．其工作原理是：在工作電路處安裝開(kāi)關(guān)S₂，彈性金屬片上安裝一塊磁鐵．閉合開(kāi)關(guān)S₁，當(dāng)光照度降低時(shí)，光敏電阻R₁的阻值增大，R₁兩端的電壓隨之增大，當(dāng)電磁鐵R₀兩端電壓降至1.5伏時(shí)，開(kāi)關(guān)S₂就自動(dòng)閉合，使路燈L發(fā)光．反之，當(dāng)光照度增強(qiáng)到一定值時(shí)，開(kāi)關(guān)S₂就會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)，使路燈L熄滅．

（1）為符合上述工作原理，安裝在彈性金屬片上磁鐵的左端應(yīng)是S極．
（2）光敏電阻R₁的阻值與光照度之間的關(guān)系如下表所示．控制電路的電源電壓為4.5伏，電磁鐵的阻值R₀為10歐，當(dāng)光照度降低到多少勒克斯，路燈才能發(fā)光？

光照度（勒克斯）	5	10	15	20	25	30
光敏電阻R1	60	30	20	15	12	10

（3）控制電路中的電池組在使用一段時(shí)間后電壓會(huì)下降，需定期更換，否則會(huì)導(dǎo)致路燈比平常更早些點(diǎn)亮．請(qǐng)說(shuō)明理由：因?yàn)殡姵亟M電壓下降會(huì)導(dǎo)致光敏電阻兩端電壓下降，串聯(lián)電路中R₁阻值不變，要使光敏電阻R₂兩端電壓達(dá)到3伏，光敏電阻R₂的阻值必須增大，所以要在光照度更小時(shí)才能實(shí)現(xiàn)．

Answer 1

分析 （1）首先根據(jù)安培定則確定控制電路中電磁鐵的極性，然后根據(jù)其工作原理可確定安裝在彈性金屬片上磁鐵的極性；
（2）當(dāng)電磁鐵R₀兩端電壓降至1.5伏時(shí)，開(kāi)關(guān)S₂就自動(dòng)閉合，使路燈L發(fā)光．已知光敏電阻和兩端電壓，可以得到電路電流；已知電路電流和電源電壓，可以得到總電阻，已知總電阻和光敏電阻阻值，兩者之差就是定值電阻阻值；由表格中數(shù)據(jù)當(dāng)光照度降低到多少勒克斯，路燈才能發(fā)光，
（3）電源電壓降低，導(dǎo)致用電器兩端電壓降低，光敏電阻阻值發(fā)生變化，所以對(duì)光的感應(yīng)程度改變．

解答 解：（1）由安培定則可知，右手握住螺線管，四指指向電流的方向，大拇指指向右端，即控制電路中電磁鐵的右端為N極，
由路燈工作原理可知，控制電路中電磁鐵與安裝在彈性金屬片上磁鐵相互吸引，則安裝在彈性金屬片上磁鐵的左端應(yīng)是S極；
（2）已知R₁與R₀串聯(lián)，當(dāng)電磁鐵R₀兩端電壓降至1.5伏時(shí)，開(kāi)關(guān)S₂就自動(dòng)閉合，使路燈L發(fā)光，
電磁鐵兩端電壓為U₁=U-U₀=4.5V-1.5V=3V
電路電流I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{1.5V}{10Ω}$=0.15A，
則I=I₀=0.15A，
I=$\frac{U}{{R}_{1}+{R}_{0}}$，
0.15A=$\frac{4.5N}{{R}_{1}+10Ω}$，
解得R₁=20Ω，
查表可知，當(dāng)光照度為15勒克斯時(shí)，光敏電阻R₂的阻值為20Ω，
（3）因?yàn)殡姵亟M電壓下降會(huì)導(dǎo)致光敏電阻兩端電壓下降，串聯(lián)電路中R₁阻值不變，要使光敏電阻R₂兩端電壓達(dá)到3伏，光敏電阻R₂的阻值必須增大，所以要在光照度更小時(shí)才能實(shí)現(xiàn)．
答：（1）S；（2）當(dāng)光照度降低到15勒克斯，路燈才能發(fā)光；（3）因?yàn)殡姵亟M電壓下降會(huì)導(dǎo)致光敏電阻兩端電壓下降，串聯(lián)電路中R₁阻值不變，要使光敏電阻R₂兩端電壓達(dá)到3伏，光敏電阻R₂的阻值必須增大，所以要在光照度更小時(shí)才能實(shí)現(xiàn)．

點(diǎn)評(píng) 該題考查了奧斯特實(shí)驗(yàn)及電磁繼電器的應(yīng)用，特別是對(duì)電磁繼電器電路的工作過(guò)程進(jìn)行分析，一般的思路是，先明確控制電路與工作電路，再?gòu)目刂齐娐啡胧郑�看電磁鐵磁性的有無(wú)對(duì)工作電路觸點(diǎn)連接情況的影響，最后確定工作電路中的工作情況．