Question

如下圖甲所示為某型號(hào)光敏變阻器的結(jié)構(gòu)圖，AB為一條長(zhǎng)10cm、阻值為50Ω且阻值均勻的薄膜電阻，EF為一條導(dǎo)電電極（相當(dāng)于導(dǎo)線，不計(jì)其電阻），在AB、EF之間敷設(shè)一層光導(dǎo)電層（無(wú)激光照射時(shí)為絕緣體），當(dāng)激光束照射到薄膜電阻和導(dǎo)電電極之間某點(diǎn)時(shí)，被照射處的光導(dǎo)電層導(dǎo)電，將該點(diǎn)處的薄膜電阻和導(dǎo)電電極接通。A、B、C為接線柱。由于溫室效應(yīng)導(dǎo)致全球氣候變暖，兩極冰雪加速融化。小明想利用該光敏變阻器設(shè)計(jì)一個(gè)監(jiān)測(cè)冰山高度的裝置。設(shè)計(jì)電路如圖乙所示：在冰山頂上放置一激光源，由其射出的激光束水平照射到光敏變阻器上。已知電源電壓為4.5V，電壓表的量程為0～3V。

 

（1）閉合開關(guān)，當(dāng)冰山高度下降時(shí)，電壓表示數(shù)將如何變化？為了保護(hù)電壓表，定值電阻R₀的阻值至少多大？

（2）若R₀=40Ω，當(dāng)冰山下降2cm時(shí)，電壓表示數(shù)為多少？

（3）若將電壓表改成冰山下降高度顯示儀，該高度顯示裝置有何不足之處？請(qǐng)說(shuō)出1點(diǎn)。

（4）國(guó)際專門研究全球變暖現(xiàn)象的眾多科學(xué)家的研究成果表明：如果人們不做任何決定性的改變，讓環(huán)境照過(guò)去幾十年的速度惡化下去的話，十年之后，再怎么努力也不能挽回。現(xiàn)在努力還有救。我們拯救地球，只剩下10年時(shí)間！而你，正是可以阻止這災(zāi)難發(fā)生的其中一人，因此，現(xiàn)在就請(qǐng)你從物理學(xué)的角度，提出兩條保護(hù)地球環(huán)境的合理化建議。

 

Answer 1

【答案】

（1）變大，25Ω（2）0.9V （3）能顯示冰山變化的高度太小，只有10cm  （4）用清潔能源  節(jié)約能源等

【解析】分析：當(dāng)冰山高度下降時(shí)，接入電路中的光敏電阻阻值變大，電路電流變小，定值電阻R0電壓變小，與之串聯(lián)的光敏電阻電壓變大，電壓表示數(shù)變大．當(dāng)光敏電阻電壓為3V時(shí)，定值電阻的阻值最小，由歐姆定律求出定值電阻的最小值；先求出冰山下降2cm時(shí)光敏電阻接入電路的電阻值，然后由歐姆定律I=U/R 求出電路電流和電壓表的示數(shù)；光敏電阻AB總長(zhǎng)為10cm，如果按小明的設(shè)計(jì)，則它的測(cè)量范圍太小，所能測(cè)的冰山消融的高度太小，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值不大；結(jié)合節(jié)約能源的措施和能用的利用進(jìn)行分析解答。（1）由題意知，電源電壓U不變．由圖知當(dāng)冰山高度下降時(shí)，接入電路中的光敏電阻阻值R變大，所以電路的總電阻R總變大；

由I=U/ R 知電路電流I變小，則R0的電壓U_R0=IR₀變小，光敏電阻電壓，即電壓表示數(shù)U_R=U-U_R0變大．當(dāng)激光照射在光敏電阻最下端，光敏電阻接入電路阻值R=50Ω時(shí)，電表示數(shù)最大；

為不損毀電壓表則最大電壓為3V，此時(shí)電路電流I=U_V /R =3V/50Ω =0.06A，

定值電阻的電壓U_R0=4.5V-3.0V=1.5V，

由歐姆定律得定值電阻阻值R₀=U_R0 /I =1.5V 0.06A =25Ω．

（2）當(dāng)冰山下降2cm時(shí)，光敏電阻接入電路的阻值R'=50Ω/10cm ×2cm=10Ω，

此時(shí)電路電流I'=U /(R′+R₀) =4.5V/( 10Ω+40Ω) =0.09A．

此時(shí)電壓表的示數(shù)U_V′=I′R′=0.09A×10Ω=0.9V．

（3）由題意知光敏電阻的長(zhǎng)度為10cm，如果按小明的設(shè)計(jì)測(cè)冰山下降的高度，它能顯示的冰山變化的高度太小，只有10cm．

（4）建議：用清潔能源  節(jié)約能源等．