Question

20．超導(dǎo)限流器     超導(dǎo)限流器是一種有效的短路電流限制裝置．它是利用超導(dǎo)體的超導(dǎo)態(tài)和正常態(tài)間的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)對(duì)短路電流的限制，提高電路的安全性．
    超導(dǎo)限流器由超導(dǎo)部件和限流電阻并聯(lián)組成．如圖甲中虛線框內(nèi)所示．超導(dǎo)部件R₁的電阻隨電流I變化關(guān)系如圖乙所示，圖中I_C為臨界電流，R₀為超導(dǎo)部件正常態(tài)電阻．超導(dǎo)部件R₁的電阻因其電流的不同會(huì)在超導(dǎo)態(tài)和正常態(tài)間自動(dòng)轉(zhuǎn)換．當(dāng)超導(dǎo)部件的電流小于I_C時(shí)呈現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)；大于I_C時(shí)變?yōu)檎�常態(tài)．
    某超導(dǎo)限流器中超導(dǎo)部件R₁常態(tài)電阻為7.5Ω，臨界電流為0.6A，限流電阻為15Ω．為研究該超導(dǎo)限流器的工作情況，小明將它連接到如圖甲所示電路中，電源電壓為6V，保持不變，燈泡L標(biāo)有“6V 3W”字樣，燈泡電阻不隨溫度變化而變化．

（1）圖甲中，超導(dǎo)部件R₁呈現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)時(shí)其電阻為0．
（2）圖甲中，閉合開(kāi)關(guān)，燈泡正常工作時(shí)，超導(dǎo)部件R₁中電流為I，兩端電壓為U，則下列判斷正確的是B
A．I=0，U=0  B．I≠0，U=0   C．I≠0，U≠0   D．I=0，U≠0
（3）圖甲中閉合開(kāi)關(guān)，在燈泡L正常發(fā)光和短路兩種情況下，關(guān)于限流電阻R₂中電流的判斷正確的是D．
A．均為0
B．均不為0
C．燈泡L正常工作時(shí)不為0，短路時(shí)為0
D．燈泡L正常工作時(shí)為0，短路時(shí)不為0
（4）圖甲中，閉合開(kāi)關(guān)，燈泡突然短路時(shí)電流表中電流的變化情況是從0.5A變化到1.2A．
（5）在圖甲電路中，下列判斷正確的是C
A．當(dāng)燈泡短路時(shí)，超導(dǎo)部件R₁為超導(dǎo)態(tài)
B．當(dāng)燈泡短路時(shí)，超導(dǎo)限流器會(huì)自動(dòng)切斷電源
C．超導(dǎo)限流器既能檢測(cè)短路故障，又能在故障排除后自動(dòng)恢復(fù)
D．超導(dǎo)限流器只能檢測(cè)短路故障，不能在故障排除后自動(dòng)恢復(fù)．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖乙可知，當(dāng)超導(dǎo)部件R₁成超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，其電阻為零；
（2）燈泡正常工作時(shí)，其實(shí)際值與額值相等，據(jù)此判斷；
（3）根據(jù)燈泡短路時(shí)，電流大于臨界電流，判斷超導(dǎo)部件處于正常態(tài)，根據(jù)并聯(lián)電路的特點(diǎn)進(jìn)行判斷；
（4）根據(jù)I=$\frac{P}{U}$計(jì)算燈泡正常工作時(shí)的電流，當(dāng)燈泡L短路時(shí)，超導(dǎo)部件處于正常態(tài)，其電阻為7.5Ω并與限流電阻并聯(lián)，電流表測(cè)干路電流，據(jù)此計(jì)算；
（5）由題意知，當(dāng)電流小于0.6A時(shí)，超導(dǎo)限流器自動(dòng)短路，不工作，計(jì)算出燈正常工作時(shí)的電流后，判斷超導(dǎo)限流器的工作狀態(tài)，當(dāng)燈短路時(shí)，再計(jì)算出電路的電流后分析各個(gè)選項(xiàng)．

解答 解：
（1）當(dāng)超導(dǎo)部件的電流小于I_C時(shí)呈現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)，由圖乙可知，超導(dǎo)部件R₁呈現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)時(shí)其電阻為0；
（2）閉合開(kāi)關(guān)，燈泡正常工作時(shí)，燈泡的電流：I_燈=$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$=$\frac{3W}{6V}$=0.5A＜0.6A，故超導(dǎo)部件R₁呈現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)，其電阻為0（相當(dāng)于導(dǎo)線），則R₂被短路；
所以通過(guò)R₁的電流等于通過(guò)燈泡的電流，R₁兩端電壓為U'=I_燈R'=0.5A×0Ω=0，故選B；
（3）圖甲中閉合開(kāi)關(guān)，在燈泡L正常發(fā)光時(shí)，超導(dǎo)部件R₁呈現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)，其電阻為0，即限流電阻被短路，故通過(guò)R₂的電流為0；
在燈泡突然短路時(shí)，電路中的電流大于臨界電流0.6A，超導(dǎo)部件R₁呈現(xiàn)正常態(tài)，其阻值為7.5Ω并與限流電阻并聯(lián)，根據(jù)并聯(lián)電路的特點(diǎn)可知，通過(guò)R₂的電流I₂=$\frac{U}{{R}_{2}}$=$\frac{6V}{15Ω}$=0.4A≠0，故選D；
（4）閉合開(kāi)關(guān)，燈泡正常發(fā)光時(shí)，其電流即電流表示數(shù)為：I_燈=$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$=$\frac{3W}{6V}$=0.5A；
當(dāng)燈泡突然短路時(shí)，R₁處于正常態(tài)并與R₂并聯(lián)，電流表測(cè)干路電流I，
則干路電流I=I₁+I₂=$\frac{U}{{R}_{1}}$+$\frac{U}{{R}_{2}}$=$\frac{6V}{7.5Ω}$+$\frac{6V}{15Ω}$=1.2A；
即電流表示數(shù)變化為從0.5A變化到1.2A；
（5）A、由圖可知，當(dāng)燈泡短路時(shí)，電路電流會(huì)大于0.6A，即超導(dǎo)部件R₁為正常態(tài)，故A不正確；
B、當(dāng)燈泡短路時(shí)，超導(dǎo)部件R₁為正常態(tài)，其電阻為7.5Ω，電路仍為通路，因此超導(dǎo)限流器不會(huì)自動(dòng)切斷電源，故B不正確；
CD、當(dāng)燈泡短路時(shí)，超導(dǎo)部件R₁為正常態(tài)，電流表示數(shù)為1.2A，即能檢測(cè)到短路故障；當(dāng)短路故障排除后，通過(guò)超導(dǎo)部件R₁的電流會(huì)小于臨界電流，即超導(dǎo)部件R₁為超導(dǎo)態(tài)，故電路會(huì)自動(dòng)恢復(fù)；故C正確；D不正確．
故選C．
故答案為：（1）0；（2）B；（3）D；（4）從0.5A變化到1.2A；（5）C．

點(diǎn)評(píng) 本題考查串并聯(lián)電路的特點(diǎn)，題目閱讀量大，要關(guān)于從諸多文字中提取材料，合理運(yùn)用公式解題．