Question

3．如圖是一種光控電路，它主要由工作電路和控制電路兩部分組成，工作電路由工作電源U₁、發(fā)熱電阻R₁和R₂等組成；控制電路由光敏電阻R、磁控開關(guān)L、定值電阻R₀、電源U₂等組成．當(dāng)磁控開關(guān)L線圈中的電流等于或大于15mA時，磁控開關(guān)的磁性簧片相互吸合（簧片電阻忽略不計）；當(dāng)L線圈中的電流小于15mA時，簧片斷開．已知U₁=24V，R₁=10Ω，R₂=20Ω，U₂=1.5V，光敏電阻R的阻值隨照射在它上面的光強E（表示光照射強弱的物理量，單位是坎德拉，符號是cd）變化的關(guān)系如圖2示．當(dāng)開關(guān)S閉合時，則：

 （1）寫出光敏電阻的阻值R與光強E的關(guān)系：R=$\frac{18Ω•cd}{E}$．
 （2）當(dāng)控制電路中的開關(guān)S斷開時，工作電路在10s內(nèi)消耗多少電能？
（3）若線圈阻止忽略不計，當(dāng)照射到光敏電阻的光強達(dá)到3cd時，磁控開關(guān)L的磁性簧片恰好閉合，求R₀的阻值，工作電路中的電功率．

Answer 1

分析 （1）分析光敏電阻R的阻值隨照射在它上面的光強E的圖象，可得其關(guān)系；
（2）分析開關(guān)S斷開時，工作電路的連接狀態(tài)，由W=$\frac{{U}^{2}}{R}$t計算消耗電能；
（3）由圖象光照強度為3cd時，R的阻值大小，根據(jù)串聯(lián)電路特點，利用歐姆定律計算R₀的阻值，由P=UI計算電路消耗功率．

解答 解：
（1）由圖2，光敏電阻R的阻值隨照射在它上面的光強E的圖象知，R與光強E成反比，且R×E=18Ω•cd，
所以R=$\frac{18Ω•cd}{E}$；
（2）由圖1知，開關(guān)S斷開時，工作電路中R₁、R₂串聯(lián)，
所以工作電路在10s內(nèi)消耗電能：
W=$\frac{{{U}_{1}}^{2}}{{R}_{1}+{R}_{2}}$t=$\frac{（24V）^{2}}{10Ω+20Ω}$×10s=192J；
（3）由圖象光照強度為E=3cd時，光敏電阻R的阻值：R=6Ω，
磁控開關(guān)L的磁性簧片恰好閉合，所以此時電路中電流I=15mA=0.015A，
由串聯(lián)電路特點和歐姆定律可得：
R₀=$\frac{{U}_{2}}{I}$-R=$\frac{1.5V}{0.015A}$-6Ω=94Ω；
電路此時消耗的功率：
P=UI=1.5V×0.015A=0.0225W．
答：（1）$\frac{18Ω•cd}{E}$；
（2）當(dāng)控制電路中的開關(guān)S斷開時，工作電路在10s內(nèi)消耗電能192J；
（3）R₀的阻為94Ω，當(dāng)照射到光敏電阻的光強達(dá)到3cd時，磁控開關(guān)L的磁性簧片恰好閉合，工作電路中的電功率為0.0225W．

點評 本題考查了串聯(lián)電路特點、歐姆定律、電功和電功率的計算，能從圖象中獲取有用信息，正確分析電路是關(guān)鍵．