Question

8．某同學(xué)設(shè)計(jì)了一種“自動(dòng)限重器”，如圖（甲）所示．該裝置由控制電路和工作電路組成，其主要元件有電磁繼電器、貨物裝載機(jī)（實(shí)質(zhì)是電動(dòng)機(jī)）、壓敏電阻R₁和滑動(dòng)變阻器R₂等．壓敏電阻R₁的阻值隨壓力F變化的關(guān)系如圖（乙）所示．當(dāng)貨架承受的壓力達(dá)到限定值，電磁繼電器會(huì)自動(dòng)控制貨物裝載機(jī)停止向貨架上擺放物品．已知控制電路的電源電動(dòng)勢E=6V，r=2Ω，電磁繼電器線圈的阻值忽略不計(jì)．請(qǐng)你解答下列問題：

（1）用筆畫線代替導(dǎo)線將圖（甲）的電路連接完整．
（2）當(dāng)電磁繼電器線圈中的電流大小為15mA時(shí)，銜鐵被吸下．若貨架能承受的最大壓力為800N，則所選滑動(dòng)變阻器R₂的最大阻值至少為318Ω
（3）硅光電池是一種可將光能轉(zhuǎn)換為電能的器件．現(xiàn)將控制電路中的電源，換成硅光電源，用一定強(qiáng)度的光照射硅光電池，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，通過測量得到該電池的U-I曲線（如圖丙）．不改變滑片的位置，當(dāng)貨架能承受的壓力逐漸增加時(shí)，該硅光電池的內(nèi)阻將增大，內(nèi)電路上消耗的功率將增大．（以上兩格填寫“增加”“減小”“先增大后減小”“先減小后增大”或“不變”）．
（4）若控制電路中的電源，換成硅光電源，不改變滑片的位置，即如（2）中數(shù)值，現(xiàn)測得硅光電源兩端電壓為5.4V，則貨架上承受的壓力為90N．

Answer 1

分析 （1）將貨物裝載機(jī)和上觸點(diǎn)串聯(lián)組成工作電路，將R₁、滑動(dòng)變阻器R₂、電磁鐵串聯(lián)接入控制電路；當(dāng)壓力過大時(shí)，壓敏電阻變小、控制電路中的電流變大、電磁鐵磁性增強(qiáng)，增強(qiáng)到一定程度，將銜鐵吸下，使工作電路斷開，貨物裝載機(jī)停止工作．
（2）壓敏電阻受到最大壓力是800N，從圖象上找到此時(shí)壓敏電阻對(duì)應(yīng)的電阻值是80Ω，電源電壓是6V，根據(jù)R₁與R₂串聯(lián)和歐姆定律就可以求出R₂的最大阻值．
（3）由丙圖可知，隨著外電路電阻變大，硅光電源的U-I圖線的斜率絕對(duì)值逐漸變大，即硅光電源的內(nèi)阻隨外電路電阻變大而變大；
隨著外電路電阻變大，硅光電源的路端電壓逐漸減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律，內(nèi)電壓變大．電路的總電流又增大，根據(jù)P_內(nèi)=U_內(nèi)I即可判斷內(nèi)電阻上消耗的功率．
（4）硅光電源兩端電壓為5.4V，由丙圖可知此時(shí)電流為10mA，所以根據(jù)歐姆定律外電路的總電阻為R₁+R₂=$\frac{U}{I}$，可求得R₁的阻值，根據(jù)乙圖可知此時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力大小．

解答 解：（1）將貨物裝載機(jī)和上觸點(diǎn)串聯(lián)組成工作電路，將R₁、滑動(dòng)變阻器R₂、電磁鐵串聯(lián)接入控制電路，
連接電路如圖所示：
（2）R₁與R₂串聯(lián)，
I₁=I₂=I_max=15mA=0.015A，
所以根據(jù)閉合電路的歐姆定律R₁+R₂+r=$\frac{E}{I}$
由圖乙可知：F=800N時(shí)，R₁=80Ω，
所以R₂=$\frac{E}{I}$-r-R₁=$\frac{6}{0.015}$-2-80Ω=318Ω
即：滑動(dòng)變阻器R₂的最大阻值至少為318Ω．
（3）由丙圖可知，隨著外電路電阻變大，硅光電源的U-I圖線的斜率絕對(duì)值逐漸變大，即硅光電源的內(nèi)阻隨外電路電阻變大而變大．
當(dāng)不改變滑片的位置，當(dāng)貨架能承受的壓力逐漸增加時(shí)，R₁的電阻變大，所以該硅光電池的內(nèi)阻將增大．
由丙圖可知，隨著外電路電阻變大，硅光電源的路端電壓逐漸減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律，內(nèi)電壓變大．電路的總電流又增大，所以P_內(nèi)=U_內(nèi)I逐漸變大．
（4）硅光電源兩端電壓為5.4V，由丙圖可知此時(shí)電流為10mA，所以根據(jù)歐姆定律外電路的總電阻為R₁+R₂=$\frac{U}{I}$，所以R₁=$\frac{U}{I}$-R₂=$\frac{5.4}{0.01}$-318Ω=220Ω，根據(jù)乙圖可知，此時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力為90N．
故答案為：（1）電路圖如上圖所示 （2）318 （3）增大，增大 （4）90

點(diǎn)評(píng) 本題考查描繪小燈泡的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)；要注意讀懂題意，明確機(jī)械的工作要求與控制程序是進(jìn)行電路連接的前提，本題在連接時(shí)，注意與銜鐵處觸點(diǎn)開關(guān)連接的位置有上下兩個(gè)觸點(diǎn)，這是本題易錯(cuò)的地方，連接任意一處都可以工作，但工作的條件恰好相反，必須根據(jù)題意的要求來最終確定．