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如图所示,是一个照明系统模拟控制电路.已知电源电压U=4.5V,定值电阻R1=5Ω.滑动变阻器R2上标有“25Ω1A”字样,R3为光敏电阻,其阻值随光照度的变化遵循某一规律,部分数据如下表所

题目详情
如图所示,是一个照明系统模拟控制电路.已知电源电压U=4.5V,定值电阻R1=5Ω.滑动变阻器R2上标有“25Ω 1A”字样,R3为光敏电阻,其阻值随光照度的变化遵循某一规律,部分数据如下表所示(相同条件下,光越强,光照度越大,光照度单位为勒克斯,符号为lx,白天光照度大于3lx),当R1两端电压低至0.5V时,控制开关自动启动照明系统(不考虑控制开关对虚线框内电路的影响).利用该装置可以实现当光照度低至某一设定值E0时,照明系统内照明灯自动工作.
作业帮
 光照度E/lx  0.5  1  1.5  2  2.5  3
 光敏电阻R3阻值/Ω  60  30 20   15  12  10
(1)标有“6V 3W”字样的照明灯,正常工作时的电流为多大?
(2)闭合开关S,将滑片P移至b端,求E0为多少?
(3)要使E0=1.2lx,则R2接入电路的电阻应调为多大?若环境的光照度降至1.2lx时能保持5min不变,求这段时间内R2消耗的电能.
(4)本系统可调E0的最小值是___lx.
▼优质解答
答案和解析
(1)由P=UI可得,照明灯正常工作时的电流:
IL=
PL
UL
=
3W
6V
=0.5A;
(2)闭合开关S,将滑片P移至b端,变阻器接入电路中的电阻最大,
由题可知,当R1两端电压低至0.5V时,控制开关自动启动照明系统,
因串联电路中各处的电流相等,
所以,电路中的电流:
I=
U0
R0
=
0.5V
=0.1A,
电路中的总电阻:
R=
U
I
=
4.5V
0.1A
=45Ω,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,R3的阻值:
R3=R-R1-R2=45Ω-5Ω-25Ω=15Ω,
由表格数据可知,当R3=15Ω时,E0的值为2lx;
(3)由表格数据可知,光照度与光敏电阻R3阻值的乘积不变,
由第一组数据可知,光照度与光敏电阻R3阻值的乘积E×R3=0.5lx×60Ω=30lx•Ω,
当E0=1.2lx时,此时光敏电阻的阻值:
R3′=
30lx•Ω
1.2lx
=25Ω,
因启动照明系统的条件不变(启动照明系统时,控制电路中的电流恒为0.1A),则控制电路中的总电阻不变,所以,R2接入电路的电阻:
R2′=R-R1-R3′=45Ω-5Ω-25Ω=15Ω;
已知t=5min,则这段时间内R2消耗的电能:
W2=I2R2′t=(0.1A)2×15Ω×5×60s=45J;
(4)由前面分析可知,启动照明系统时,控制电路中的总电阻为45Ω不变,且光照度与光敏电阻R3阻值的乘积不变;
所以,当滑动变阻器接入电路中的电阻为零时,光敏电阻R3阻值最大,此时光照度E0的值最小,
光敏电阻的最大阻值:
R3大=R-R1=45Ω-5Ω=40Ω,
因为E×R3=30lx•Ω,
所以,E0小=
30lx•Ω
R3大
=
30lx•Ω
40Ω
=0.75lx.
答:(1)标有“6V 3W”字样的照明灯,正常工作时的电流为0.5A;
(2)闭合开关S,将滑片P移至b端,则E0为2lx;
(3)要使E0=1.2lx,则R2接入电路的电阻应调为15Ω,这段时间内R2消耗的电能为45J;
(4)0.75.