Question

如圖甲所示為某型號(hào)光敏變阻器的結(jié)構(gòu)圖，AB為一條長(zhǎng)10cm、阻值為50Ω且阻值均勻的薄膜電阻，EF為一條導(dǎo)電電極（相當(dāng)于導(dǎo)線，不計(jì)其電阻），在AB、EF之間敷設(shè)一層光導(dǎo)電層（無(wú)激光照射時(shí)為絕緣體），當(dāng)激光束照射到薄膜電阻和導(dǎo)電電極之間某點(diǎn)時(shí)，被照射處的光導(dǎo)電層導(dǎo)電，將該點(diǎn)處的薄膜電阻和導(dǎo)電電極接通．A、B、C為接線柱．由于溫室效應(yīng)導(dǎo)致全球氣候變暖，兩極冰雪加速融化．小明想利用該光敏變阻器設(shè)計(jì)一個(gè)監(jiān)測(cè)冰山高度的裝置，設(shè)計(jì)電路如圖乙所示：在冰山頂上放置一激光源，由其射出的激光束水平照射到光敏變阻器上．已知電源電壓為4.5V，電壓表的量程為0～3V．

（1）閉合開關(guān)，當(dāng)冰山高度下降時(shí)，電壓表示數(shù)將如何變化？為了保護(hù)電壓表，定值電阻R的阻值至少多大？
（2）若R=35Ω，當(dāng)冰山下降2cm時(shí)，R消耗的功率多大？
（3）若將電壓表改成冰山下降高度顯示儀，該高度顯示裝置有何不足之處？請(qǐng)說(shuō)出1點(diǎn)．

Answer 1

【答案】分析：（1）當(dāng)冰山高度下降時(shí)，接入電路中的光敏電阻阻值變大，電路電流變小，定值電阻R電壓變小，與之串聯(lián)的光敏電阻電壓變大，電壓表示數(shù)變大．當(dāng)光敏電阻電壓為3V時(shí)，定值電阻的阻值最小，由歐姆定律求出定值電阻的最小值．
（2）先求出冰山下降2cm時(shí)光敏電阻接入電路的電阻值，然后由歐姆定律I=求出電路電流I，最后由P=I²R求R消耗的功率．
（3）光敏電阻AB總長(zhǎng)為10cm，如果按小明的設(shè)計(jì)，則它的測(cè)量范圍太小，所能測(cè)的冰山消融的高度太小，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值不大．
解答：解：（1）由題意知，電源電壓U不變．由圖知當(dāng)冰山高度下降時(shí)，接入電路中的光敏電阻阻值R變大，所以電路的總電阻R_總變大，由I=知電路電流I變小，則R的電壓U_R0=IR變小，光敏電阻電壓，即電壓表示數(shù)U_R=U-U_R0變大．
當(dāng)激光照射在光敏電阻最下端，光敏電阻接入電路阻值R=50Ω時(shí)，電表示數(shù)最大，為不損毀電壓表則最大電壓為3V，此時(shí)電路電流I===0.06A，定值電阻的電壓U_R0=4.5V-3.0V=1.5V，由歐姆定律得定值電阻阻值R===25Ω．
答：為了保護(hù)電壓表，定值電阻R的阻值至為25Ω．
（2）當(dāng)冰山下降2cm時(shí)，光敏電阻接入電路的阻值R'=×2cm=10Ω，此時(shí)電路電流I'===0.1A．此時(shí)R消耗的功率P=I'²R=（0.1A）²×35Ω=0.35W．
答：R消耗的功率是0.35W．
（3）由題意知光敏電阻的長(zhǎng)度為10cm，如果按小明的設(shè)計(jì)測(cè)冰山下降的高度，它能顯示的冰山變化的高度太小，只有10cm．
點(diǎn)評(píng)：本題是一道應(yīng)用性的創(chuàng)新題，難度較大．本題把課堂所學(xué)的電路分析、歐姆定律、電功率的公式用來(lái)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，學(xué)以致用，符合新課標(biāo)要求，是一道好題．