Question

3．電梯為居民出入帶來很大的便利，小明家住16樓，放學(xué)后，乘電梯回家：
    小明查閱資料，了解到出于安全考慮，電梯都設(shè)置超載自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，其工作原理如圖甲所示，電路由工作電路和控制電路組成：在工作電路中，當(dāng)電梯沒有超載時(shí)，觸點(diǎn)K與觸點(diǎn)A   接觸，閉合開關(guān)S，電動(dòng)機(jī)正常工作；當(dāng)電梯超載時(shí)，觸點(diǎn)K與觸點(diǎn)B接觸，電鈴發(fā)出報(bào)警鈴聲，閉合開關(guān)S，電動(dòng)機(jī)不工作．在控制電路中，已知電源電壓U=6V，保護(hù)電阻R₁=100Ω，電阻式壓力傳感器（壓敏電阻）R₂的阻值隨壓力F大小變化如圖乙所示，電梯底架自重和電磁鐵線圈的阻值都忽略不計(jì)．
（1）在圖中的控制電路中，電磁鐵上端為其磁場(chǎng)的N極，當(dāng)壓敏電阻R₂受到的壓力F增大時(shí)，電磁鐵的磁性增強(qiáng)（填“增強(qiáng)”、“減弱”或“不變”）．
（2）若電磁鐵線圈電流達(dá)到20mA時(shí)，銜鐵剛好被吸住，電鈴發(fā)出警報(bào)聲．當(dāng)該電梯廂內(nèi)站立總質(zhì)量為1000kg的乘客時(shí)，試通過計(jì)算說明電梯是否超載？（g取10N/kg）
（3）若電鈴發(fā)出警報(bào)聲條件如（2），需要減小最大載客量，可采取什么措施？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)右手安培定則判斷出電磁鐵上端的極性；在控制電路中，當(dāng)壓敏電阻R₂受到的壓力F增大時(shí)，其阻值減小，根據(jù)歐姆定律可知電路中電流的變化，再根據(jù)電磁鐵中電流增大時(shí)磁性增強(qiáng)判斷此時(shí)電磁鐵的磁性的變化；
（2）根據(jù)G=mg求出乘客的重力，也就是對(duì)電梯的壓力，找出圖象中壓力對(duì)應(yīng)的R₂電阻值，根據(jù)歐姆定律的知識(shí)計(jì)算出此時(shí)電路中的電流，將這個(gè)電流和20mA比較得出結(jié)論；
（3）減小最大載客量，根據(jù)歐姆定律可知電路中電流的變化，可采取什么措施．

解答 解：（1）觀察電路可知，電磁鐵中電流的方向從下向上，用右手握住螺線管，讓電流方向與彎曲的四肢方向保持一致，大拇指所指的一端為電磁鐵的N級(jí)，所以電磁鐵上端為N極（或北極）；
在控制電路中，當(dāng)壓敏電阻R₂受到的壓力F增大時(shí)，其阻值減小，電路中的總電阻減小，根據(jù)歐姆定律可知，電路中的電流變大，電流增大時(shí)電磁鐵的磁性增強(qiáng)；
（2）電梯廂內(nèi)站立總質(zhì)量為1000kg的乘客時(shí)，電梯受到的壓力等于乘客的重力，
即F=G=mg=1000kg×10N/kg=10000N，
由圖乙，當(dāng)壓力F=10000N，對(duì)應(yīng)的壓敏電阻阻值R₂=100Ω
因?yàn)榇��?lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以控制電路中的電流：
I=$\frac{U}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=$\frac{6V}{100Ω+100Ω}$=0.03A=30mA，
因?yàn)?0mA＞20mA，所以此時(shí)電梯超載．
（3）由于電磁鐵線圈電流達(dá)到20mA時(shí)，電鈴發(fā)出警報(bào)聲，減小最大載客量則R₂的阻值變大，為了使電路中的電流提前達(dá)到20mA，所以根據(jù)I=$\frac{U}{{R}_{1}+{R}_{2}}$可知應(yīng)減小R₁或增大電源電壓．
答：（1）N；增強(qiáng)；
（2）此時(shí)電梯超載；
（3）減小R₁或增大電源電壓．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了速度、功、功率的計(jì)算和串聯(lián)電路的特點(diǎn)、歐姆定律的靈活應(yīng)用，明白電梯超載自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的工作原理是電磁鐵和知道電磁鐵磁性的強(qiáng)弱與電流的關(guān)系是解決本題的關(guān)鍵．