Question

【題目】為響應市政府提出的“創建海綿型城市”的號召，小科設計了如圖所示的市政自動排水裝置模型，控制電路由電壓為12V、最大容量為6000mAh的蓄電池供電，蓄電池用“發電玻璃”制成的太陽能電板充電。R0為定值電阻，R為壓敏電阻，壓敏電阻通過杠桿ABO與圓柱形浮體相連，AO：BO＝4：1，壓敏電阻的阻值隨壓力變化

的關系如下表。（壓板、杠桿和硬質連桿的質量及電磁鐵線圈電阻忽略不計，所用綠燈紅燈及排水泵的額定電壓均為220V）

壓敏電阻受到的壓力F/N	60	120	180	240	300	360	420	480	…
壓敏電阻R阻值/Ω	400	260	180	125	100	80	65	55	…

（1）“發電玻璃”面積為0.2m2，其光電轉化率為10%，要對沒有電的控制電路蓄電池充滿電需要_____小時.（太陽能輻射到每平方米地面上的平均功率按1kW計算）

（2）按照設計要求，當水位上升到浮體剛好全部浸入水中時，壓敏電阻受到壓力為360N，通過電磁鐵線圈的電流為100mA，排水泵啟動；R0的電阻為_____Ω。該浮體重力為10N，浮體剛好全部浸入水中時受到的浮力為_____N。

（3）制作壓敏電阻的材料屬于_____（填“導體”或“半導體“）。在實際調試過程中，小科發現水位已達到安全位置上限，但排水裝置還未啟動。如果在其他條件保持不變的前提下，要使排水裝置符合設計要求，應該將與壓敏電阻相連的壓板向_____（填“左”或“右“）移動。

（4）若選用額定功率為5kW的排水電動機，排水泵機械效率為80%，工作2小時能將_____kg的水抽到6米高處。(g=10N／kg)

Answer 1

【答案】3.6h 40 100 半導體 右 480000

【解析】

（1）控制電路蓄電池沖滿電時儲存的電能：

由題意得：

所以：

（2）在控制電路中，R0與壓敏電阻串聯，電磁鐵線圈的電流為100mA。

由得，

由表中數據得，壓敏電阻受到壓力為360N時，壓敏電阻R阻值為80。

設此時連桿對A端的作用力為FA，壓敏電阻對B處的作用力為FB，
已知AO：BO＝4：1
根據杠桿的平衡條件有：，則：
因為力的作用是相互的，所以A端對浮體向下的壓力：，
由力的平衡條件可得，此時浮體受到的浮力：

（3）制作壓敏電阻的材料屬于半導體,水位已達到安全位置上限，排水裝置還未啟動（說明控制電路的電流減小），由歐姆定律可知，應減小控制電路中的電阻以增大控制電路中電流，從而使電磁鐵磁性增強吸下銜鐵，而其他條件保持不變，則應減小壓敏電阻R的阻值，根據表格數據可知，應增大壓敏電阻受到的壓力；在A端作用力和動力臂不變的情況下，由杠桿平衡條件知，將壓板向右移動時，減小了阻力臂，可增大對壓敏電阻的壓力。

（4）若選用額定功率為5kW的排水電動機，排水泵機械效率為80%，工作2小時做的有用功為：