Question

8．路燈自動控制電路
光敏電阻是一種阻值會隨光照射強(qiáng)度的變化而明顯改變的元件，它由半導(dǎo)體材料制成．
物理學(xué)上用“光強(qiáng)”這個物理量來表示光照射強(qiáng)度，國際單位為坎德拉（cd），
某光敏電阻R₂的阻值與光強(qiáng)E之間的關(guān)系如表格數(shù)據(jù)所示．

光強(qiáng)（cd）	5	10	15	20	25
R2的阻值（Ω）	60	30	20		12

生活中，路燈的工作狀態(tài)是自動控制的，其主要原件是光控開關(guān)中的光敏電阻R₂．開關(guān)S₂的狀態(tài)由R₂兩端的電壓決定．光照足夠強(qiáng)時，R₂兩端的電壓很小，開關(guān)S₂處于斷開狀態(tài)，ab接觸，路燈L關(guān)閉．當(dāng)光強(qiáng)降為15cd時，R₂兩端的電壓剛好升至3V，此時開關(guān)S₂自動閉合，ac接觸，路燈打開．已知控制電路的電源電壓為6V．

（1）下列能夠用來制作光敏電阻材料的是C
A．銅   B．塑料   C．硅   D．碳
（2）分析表格中的數(shù)據(jù)，根據(jù)其阻值R₂隨光強(qiáng)E變化的規(guī)律，空格中的電阻大小為15Ω．
（3）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)圖2上描點(diǎn)并作出電阻與光強(qiáng)關(guān)系的圖象．
（4）當(dāng)R₂兩端的電壓為2V時，光照強(qiáng)度為30cd．
（5）為了節(jié)約能源，使路燈更晚一些打開，應(yīng)該對控制電路做怎樣的調(diào)整？（光敏電阻不更換，寫出一種方法即可）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)導(dǎo)電性的不同，材料可分為導(dǎo)體，半導(dǎo)體，絕緣體三大類，容易導(dǎo)電的物體叫導(dǎo)體，不容易導(dǎo)電的物體叫絕緣體，導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的叫半導(dǎo)體．
（2）由表中數(shù)據(jù)知光敏電阻R₂與光強(qiáng)E的積等于定值300，據(jù)此可得出空格中的電阻的大小．
（3）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)作出圖象，根據(jù)圖象得特點(diǎn)得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論．
（4）根據(jù)歐姆定律求出定值電阻R₁的值，再根據(jù)R₂兩端電壓為2V時，求出此時的電阻，然后根據(jù)R₂•E=300，求出此時的光照強(qiáng)度．
（5）為了節(jié)約能源，使路燈更晚一些打開，光敏電阻不更換，可以增加R₁的阻值或減小電源電壓．

解答 解：（1）由題意可知，光敏電阻是由半導(dǎo)體材料制成的；
常見的半導(dǎo)體有硅、鍺等，銅、碳屬于導(dǎo)體，塑料屬于絕緣體，故選C．
（2）由表格數(shù)據(jù)可知，光敏電阻的阻值R₂與光強(qiáng)E的乘積等于定值300，即R₂•E=300，
所以，當(dāng)光強(qiáng)E=20cd時，R₂=$\frac{300}{E}$=$\frac{300}{20}$Ω=15Ω．
（3）根據(jù)描點(diǎn)法作出電阻與光強(qiáng)關(guān)系的圖象，如圖所示：

4）當(dāng)光強(qiáng)降為15cd時，R₂兩端的電壓剛好升至3V，此時開關(guān)S₂自動閉合，ac接觸，路燈打開．
當(dāng)光強(qiáng)為15cd時，R₂兩端的電壓為3V時，由表格數(shù)據(jù)可知R₂=20Ω，
由于控制電路的電源電壓為6V，根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)可知，R₁兩端的電壓U₁=U-U₂=6V-3V=3V；
根據(jù)串聯(lián)分壓的規(guī)律可得$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，所以R₁=$\frac{{U}_{1}{R}_{2}}{{U}_{2}}$=$\frac{3V×20Ω}{3V}$=20Ω．
當(dāng)R₂兩端電壓為2V時，R₁兩端的電壓U₁′=U-U₂′=6V-2V=4V，
根據(jù)串聯(lián)分壓的規(guī)律可得$\frac{{U}_{1}′}{{U}_{2}′}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}′}$，則此時光敏電阻的阻值R₂′=$\frac{{U}_{2}′{R}_{1}}{{U}_{1}′}$=$\frac{2V×20Ω}{4V}$=10Ω，
再根據(jù)R₂•E=300可得，此時的光照強(qiáng)度E=$\frac{300}{{R}_{2}′}$=$\frac{300}{10}$=30cd．
（5）由圖象可知，光敏電阻的電阻隨光照強(qiáng)度的減小而增大；
當(dāng)路燈更晚一些打開時，光照強(qiáng)度更低，R₂的阻值越大，由串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)可知，R₂兩端的電壓越大，
仍然要在R₂兩端的電壓為3V時打開路燈，應(yīng)降低R₂兩端的電壓；
由于光敏電阻R₂不更換，根據(jù)U₂=IR₂=$\frac{U}{{R}_{2}+{R}_{1}}$•R₂可知，可以增大R₁的阻值或減小電源電壓．
故答案為：（1）C；（2）15；（3）如上圖所示；（4）30；（5）增大R₁的阻值或減小電源電壓．

點(diǎn)評 本題通過給出的信息考查了串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律的應(yīng)用，關(guān)鍵是讀懂題意并根據(jù)表格數(shù)據(jù)找出R₂隨光強(qiáng)E變化的規(guī)律，分析好“路燈L更晚一些打開”時R₂兩端的電壓變化是難點(diǎn)．