Question

有一種半導體材料的電阻值隨著光照射強度的變化而明顯改變，用這種材料制作的電阻稱為光敏電阻．物理學上用“光強”這個物理量來表示光強弱的程度，符號為E，國際單位為坎德拉（cd），某光敏電阻的阻值R與光強E之間的一組實驗數據如下表所示：

實驗次數	1	2	3	4	5	6
光強E/cd	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0	6.0
光敏電阻R/Ω	36.0	18.0	12.0		7.2	6.0

（1）分析上表數據，根據光敏電阻的阻值R隨光強E變化的規律，填寫表格空格處的電阻，并歸納出光敏電阻的阻值R隨光強E變化的關系式為R=

 

Ω．
（2）小明將該光敏電阻R、電流表（量程為0～0.6A）、電壓表（量程為0～3V）、開關、滑動變阻器R．（最大阻值為50Ω）和電壓恒為6V的電源組成如圖所示的電路，閉合開關，調節滑動變阻器使電流表的示數為0.4A時，電壓表的示數為3.6V，此時，光敏電阻所在處的光強為多大？
（3）在上述電路中，隨著電阻的變化，電流可能會超過電流表的量程，滑動變阻器兩端的電壓可能會超過電壓表的量程．若光敏電阻處的光強在2.0cd至4.5cd范圍內，為保證不超過電表量程，求出滑動變阻器允許連入電路的阻值范圍．
（4）若用該光敏電阻制作成如圖所示的電磁繼電器來控制路燈L，要求當光照減弱到一定光強時，電磁繼電器能接通路燈L，則路燈L所在電路的M、N觸點應安裝在銜鐵的

 

（上方/下方）．

Answer 1

分析：（1） 分析表中的數據可知：光強與電阻的乘積是一定的為：36．
（2） 要求出光敏電阻所在處的光強是多大，根據光強與電阻的關系，只要知道電阻，就可以知道光強了．由圖可知，光敏電阻與滑動變阻器是串聯，由題中的電源電壓和電壓表的示數，先計算出光敏電阻兩端的電壓，然后除以電流，就可以算出此時的光敏電阻了，最后查表就可以知道光強了．
（3） 變阻器的阻值變化會引起電路中的電流和部分電路兩端的電壓發生變化．
為了保護電流表，電路中的電流不能超過0.6A，最大只能是0.6A，用電源電壓除以最大電流，算出最小總電阻，然后減去光敏電阻（利用光強與電阻的關系求出），從而算出滑動變阻器的最小阻值．
為了保護電壓表（電壓表測的是滑動變阻器電壓），滑動變阻器兩端的最大電壓只能是3V．先利用光強與電阻的關系求出光敏電阻的阻值（這樣它就是題中的已知數據了），再用電源電壓減去滑動變阻器兩端的最大電壓3V，算出光敏電阻兩端的電壓，這樣就可以算出電路中的電流了，最后就可以算出滑動變阻器的最大阻值了．
（4） 白天，路燈不需要發光，只有到了晚上路燈才會發光．
由于白天光強大，光敏電阻小，此時低壓控制電路的電流大，電磁鐵的磁性強，會把銜鐵吸下來，銜鐵應與M、N觸點分離，使得工作電路成為斷路，燈泡不發光；到了晚上，光強減小，光敏電阻變大，此時低壓控制電路的電流變小，電磁鐵的磁性變弱，銜鐵會在彈簧的作用下向上彈起，這時銜鐵就應與M、N觸點相接觸，使得工作電路接通，燈泡發光．

解答：解：（1）分析表中的6組數據，發現每一組的光強與電阻的乘積是一定的，都是36，所以電阻R與光強E的關系式為：R=

36

E

；
第四次，光強是4.0cd，那么光敏電阻的阻值是9.0Ω．
故答案為  9.0，

36

E

實驗次數	1	2	3	4	5	6
光強E/cd	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0	6.0
光敏電阻R/Ω	36.0	18.0	12.0	9.0	7.2	6.0

（2）光敏電阻兩端電壓：U_R=U-U₀=6V-3.6V=2.4V，
光敏電阻的阻值：R=

UR

I

=

2.4V

0.4A

=6Ω．
查表知，光強為E=6.0cd．
答：此時，光敏電阻所在處的光強為6.0cd．
（3）當E=2.0cd時，查表得 R=18Ω． 當R₀=OΩ時，電路中的最大電流I=

U

R

=

6V

18Ω

=0.3A，
電流表不會超過量程．
為保護電壓表，R0兩端的最大電壓為3V，由串聯電路電壓規律得：U_R=U-U₀=6V-3V=3V，
電流I=

UR

R

=

3V

18Ω

=

1

6

A，滑動變阻器的最大阻值R₀=

U0

I

=

3V

1 6 A

=18Ω．
則R₀≤18Ω．
當E=4.5cd時，根據R=

36

E

得R=8Ω，
為了保護電流表，電路中的最大電流為0.6A，
最小總電阻R_總=

U

I

=

6V

0.6A

=10Ω，則R₀的最小阻值是10Ω-8Ω=2Ω，
為了保護電壓表，R₀兩端的最大電壓為3V，由串聯電路電壓規律得：U_R=U-U₀=6V-3V=3V，
電流I=

UR

R

=

3V

8Ω

=

3

8

A，滑動變阻器的最大阻值R₀=

U0

I

=

3V

3 8 A

=8Ω，
則滑動變阻器允許接入的阻值范圍為 2Ω～8Ω．
答：滑動變阻器允許接入的阻值范圍為 2Ω～8Ω．
（4）晚上當光強減弱時，光敏電阻的阻值會變大，此時低壓控制電路的電流會減小，電磁鐵磁性減弱，
不再吸引銜鐵，為了能使工作電路接通，所以M、N觸點應安裝在銜鐵的上方．
故答案為  上方．

點評：本題主要考查了學生的分析能力．有對數據的分析能力，有計算題的分析能力，有解決實際問題的能力．