Question

有一種半導(dǎo)體材料的電阻值隨著光照射強(qiáng)度的變化而明顯改變，用這種材料制作的電阻稱為光敏電阻．物理學(xué)上用“光強(qiáng)”這個(gè)物理量來表示光強(qiáng)弱的程度，符號(hào)為E，國際單位為坎德拉（cd），某光敏電阻的阻值R與光強(qiáng)E之間的一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示：

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3	4	5	6
光強(qiáng)E/cd	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0	6.0
光敏電阻R/Ω	36.0	18.0	12.0		7.2	6.0

（1）分析上表數(shù)據(jù)，根據(jù)光敏電阻的阻值R隨光強(qiáng)E變化的規(guī)律，填寫表格空格處的電阻，并歸納出光敏電阻的阻值R隨光強(qiáng)E變化的關(guān)系式為R=

 

Ω．
（2）小明將該光敏電阻R、電流表（量程為0～0.6A）、電壓表（量程為0～3V）、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器R．（最大阻值為50Ω）和電壓恒為6V的電源組成如圖所示的電路，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電流表的示數(shù)為0.4A時(shí)，電壓表的示數(shù)為3.6V，此時(shí)，光敏電阻所在處的光強(qiáng)為多大？
（3）在上述電路中，隨著電阻的變化，電流可能會(huì)超過電流表的量程，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓可能會(huì)超過電壓表的量程．若光敏電阻處的光強(qiáng)在2.0cd至4.5cd范圍內(nèi)，為保證不超過電表量程，求出滑動(dòng)變阻器允許連入電路的阻值范圍．
（4）若用該光敏電阻制作成如圖所示的電磁繼電器來控制路燈L，要求當(dāng)光照減弱到一定光強(qiáng)時(shí)，電磁繼電器能接通路燈L，則路燈L所在電路的M、N觸點(diǎn)應(yīng)安裝在銜鐵的

 

（上方/下方）．

Answer 1

分析：（1） 分析表中的數(shù)據(jù)可知：光強(qiáng)與電阻的乘積是一定的為：36．
（2） 要求出光敏電阻所在處的光強(qiáng)是多大，根據(jù)光強(qiáng)與電阻的關(guān)系，只要知道電阻，就可以知道光強(qiáng)了．由圖可知，光敏電阻與滑動(dòng)變阻器是串聯(lián)，由題中的電源電壓和電壓表的示數(shù)，先計(jì)算出光敏電阻兩端的電壓，然后除以電流，就可以算出此時(shí)的光敏電阻了，最后查表就可以知道光強(qiáng)了．
（3） 變阻器的阻值變化會(huì)引起電路中的電流和部分電路兩端的電壓發(fā)生變化．
為了保護(hù)電流表，電路中的電流不能超過0.6A，最大只能是0.6A，用電源電壓除以最大電流，算出最小總電阻，然后減去光敏電阻（利用光強(qiáng)與電阻的關(guān)系求出），從而算出滑動(dòng)變阻器的最小阻值．
為了保護(hù)電壓表（電壓表測的是滑動(dòng)變阻器電壓），滑動(dòng)變阻器兩端的最大電壓只能是3V．先利用光強(qiáng)與電阻的關(guān)系求出光敏電阻的阻值（這樣它就是題中的已知數(shù)據(jù)了），再用電源電壓減去滑動(dòng)變阻器兩端的最大電壓3V，算出光敏電阻兩端的電壓，這樣就可以算出電路中的電流了，最后就可以算出滑動(dòng)變阻器的最大阻值了．
（4） 白天，路燈不需要發(fā)光，只有到了晚上路燈才會(huì)發(fā)光．
由于白天光強(qiáng)大，光敏電阻小，此時(shí)低壓控制電路的電流大，電磁鐵的磁性強(qiáng)，會(huì)把銜鐵吸下來，銜鐵應(yīng)與M、N觸點(diǎn)分離，使得工作電路成為斷路，燈泡不發(fā)光；到了晚上，光強(qiáng)減小，光敏電阻變大，此時(shí)低壓控制電路的電流變小，電磁鐵的磁性變?nèi)酰�銜鐵會(huì)在彈簧的作用下向上彈起，這時(shí)銜鐵就應(yīng)與M、N觸點(diǎn)相接觸，使得工作電路接通，燈泡發(fā)光．

解答：解：（1）分析表中的6組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)每一組的光強(qiáng)與電阻的乘積是一定的，都是36，所以電阻R與光強(qiáng)E的關(guān)系式為：R=

36

E

；
第四次，光強(qiáng)是4.0cd，那么光敏電阻的阻值是9.0Ω．
故答案為  9.0，

36

E

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3	4	5	6
光強(qiáng)E/cd	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0	6.0
光敏電阻R/Ω	36.0	18.0	12.0	9.0	7.2	6.0

（2）光敏電阻兩端電壓：U_R=U-U₀=6V-3.6V=2.4V，
光敏電阻的阻值：R=

UR

I

=

2.4V

0.4A

=6Ω．
查表知，光強(qiáng)為E=6.0cd．
答：此時(shí)，光敏電阻所在處的光強(qiáng)為6.0cd．
（3）當(dāng)E=2.0cd時(shí)，查表得 R=18Ω． 當(dāng)R₀=OΩ時(shí)，電路中的最大電流I=

U

R

=

6V

18Ω

=0.3A，
電流表不會(huì)超過量程．
為保護(hù)電壓表，R0兩端的最大電壓為3V，由串聯(lián)電路電壓規(guī)律得：U_R=U-U₀=6V-3V=3V，
電流I=

UR

R

=

3V

18Ω

=

1

6

A，滑動(dòng)變阻器的最大阻值R₀=

U0

I

=

3V

1 6 A

=18Ω．
則R₀≤18Ω．
當(dāng)E=4.5cd時(shí)，根據(jù)R=

36

E

得R=8Ω，
為了保護(hù)電流表，電路中的最大電流為0.6A，
最小總電阻R_總=

U

I

=

6V

0.6A

=10Ω，則R₀的最小阻值是10Ω-8Ω=2Ω，
為了保護(hù)電壓表，R₀兩端的最大電壓為3V，由串聯(lián)電路電壓規(guī)律得：U_R=U-U₀=6V-3V=3V，
電流I=

UR

R

=

3V

8Ω

=

3

8

A，滑動(dòng)變阻器的最大阻值R₀=

U0

I

=

3V

3 8 A

=8Ω，
則滑動(dòng)變阻器允許接入的阻值范圍為 2Ω～8Ω．
答：滑動(dòng)變阻器允許接入的阻值范圍為 2Ω～8Ω．
（4）晚上當(dāng)光強(qiáng)減弱時(shí)，光敏電阻的阻值會(huì)變大，此時(shí)低壓控制電路的電流會(huì)減小，電磁鐵磁性減弱，
不再吸引銜鐵，為了能使工作電路接通，所以M、N觸點(diǎn)應(yīng)安裝在銜鐵的上方．
故答案為  上方．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了學(xué)生的分析能力．有對(duì)數(shù)據(jù)的分析能力，有計(jì)算題的分析能力，有解決實(shí)際問題的能力．