Question

20．小明發(fā)現(xiàn)手機有“光線自動感應(yīng)”的功能，即手機屏幕能自動根據(jù)外界光照強度來調(diào)節(jié)亮度，于是他找來一光敏電阻，并從說明書上看到如圖甲所示的圖象，其中橫軸E代表光照強度，單位是cd，設(shè)計如圖乙所示的電路來模擬“光線自動感應(yīng)”，已知電源電壓是9V，電流表量程0-0.6A，燈泡L“6V 3W”且忽略溫度變化對燈絲電阻的影響．
（1）當(dāng)光照強度增加時，小燈泡會變亮（選填“變亮”或“變暗”）
（2）為了保證各元件的安全，則光照強度最大是多大？此時電路1min內(nèi)消耗的電能是多少？
（3）當(dāng)光照強度分別為1cd和2cd時，小燈泡的功率之比是多少？

Answer 1

分析 （1）分析圖甲可知，當(dāng)光照強度變大時，光敏電阻變小，根據(jù)歐姆定律得出電路中的電流變大，進(jìn)而得出燈的亮度變化；
（2）知道燈的額定功率、額定電壓，利用P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求燈絲電阻，利用P=UI求燈正常工作電流，結(jié)合電流表量程確定最大電流，根據(jù)歐姆定律求出此時總電阻，可求此時光敏電阻阻值，根據(jù)圖甲可知光照度的大小，即光照強度最大值；利用W=UIt求電路1min內(nèi)消耗的電能；
（3）由圖甲可知光照度為1cd時，R_光1=18Ω，根據(jù)歐姆定律求電路中電流，利用P=I²R求燈的實際功率；同理求出當(dāng)光照度為2cd時燈的實際功率，進(jìn)而求出小燈泡的功率之比．

解答 解：
（1）由圖甲可知，當(dāng)光照強度變大時，光敏電阻變小，使得電路中的電流變大，燈變亮；
（2）由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得燈絲電阻：
R_L=$\frac{{{U}_{L}}^{2}}{{P}_{L}}$=$\frac{（{6V）}^{2}}{3W}$=12Ω，
正常工作電流：
I_L=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{3W}{6V}$=0.5A，
當(dāng)燈正常發(fā)光時，總電阻：
R=$\frac{U}{{I}_{L}}$=$\frac{9V}{0.5A}$=18Ω，
此時光敏電阻阻值：
R_光=R-R_L=18Ω-12Ω=6Ω，
由圖甲可知光照度為3.0cd，
當(dāng)光照強度超過3.0cd時，光敏電阻的過小，電流過大、實際功率超過燈泡額定功率而損壞燈泡；
此時電路1min內(nèi)消耗的電能：
W=UIt=9V×0.5A×60s=180J；
（3）由圖甲可知光照度為1cd時，R_光1=18Ω，
電路中電流：
I₁=$\frac{U}{{R}_{光1}+{R}_{L}}$=$\frac{9V}{18Ω+12Ω}$=0.3A，
燈的實際功率：
P_L1=（I₁）²R_L=（0.3A）²×12Ω=1.08W；
當(dāng)光照度為2cd時，R_光2=9Ω，
電路中電流：
I₂=$\frac{U}{{R}_{光2}+{R}_{L}}$=$\frac{9V}{9Ω+12Ω}$=$\frac{3}{7}$A，
燈的實際功率：
P_L2=（I₂）²R_L=（$\frac{3}{7}$A）²×12Ω=$\frac{108}{49}$W；
小燈泡的功率之比：
P_L1：P_L2=1.08W：$\frac{108}{49}$W=49：100．
故答案為：
（1）變亮；
（2）為了保證各元件的安全，則光照強度最大是3.0cd；此時電路1min內(nèi)消耗的電能是180J；
（3）當(dāng)光照強度分別為1cd和2cd時，小燈泡的功率之比是49：100．

點評 本題考查了串聯(lián)電路的特點和歐姆定律、電功率公式的應(yīng)用，能從光敏電阻-光照度圖象得出相關(guān)信息是關(guān)鍵．