Question

某同學設計了一種“自動限重器”，如圖（甲）所示．該裝置由控制電路和工作電路組成，其主要元件有電磁繼電器、貨物裝載機（實質是電動機）、壓敏電阻R₁和滑動變阻器R₂等．壓敏電阻R₁的阻值隨壓力F變化的關系如圖（乙）所示．當貨架承受的壓力達到限定值，電磁繼電器會自動控制貨物裝載機停止向貨架上擺放物品．已知控制電路的電源電動勢E=6V，r=2Ω，電磁繼電器線圈的阻值忽略不計．請你解答下列問題：
（1）用筆畫線代替導線將圖（甲）的電路連接完整．
（2）當電磁繼電器線圈中的電流大小為15mA時，銜鐵被吸下．若貨架能承受的最大壓力為800N，則所選滑動變阻器R₂的最大阻值至少為______Ω
（3）硅光電池是一種可將光能轉換為電能的器件．現將控制電路中的電源，換成硅光電源，用一定強度的光照射硅光電池，調節滑動變阻器，通過測量得到該電池的U-I曲線（如圖丙）．不改變滑片的位置，當貨架能承受的壓力逐漸增加時，該硅光電池的內阻將______，內電路上消耗的功率將______．（以上兩格填寫“增加”“減小”“先增大后減小”“先減小后增大”或“不變”）．
（4）若控制電路中的電源，換成硅光電源，不改變滑片的位置，即如（2）中數值，現測得硅光電源兩端電壓為5.4V，則貨架上承受的壓力為______N．

Answer 1

（1）將貨物裝載機和上觸點串聯組成工作電路，將R₁、滑動變阻器R₂、電磁鐵串聯接入控制電路，
連接電路如圖所示：
（2）∵R₁與R₂串聯，
∴I₁=I₂=I_max=15mA=0.015A，
所以根據閉合電路的歐姆定律R1+R2+r=

E

I

由圖乙可知：F=800N時，R₁=80Ω，
所以R2=

E

I

-r-R1=

6

0.015

-2-80Ω=318Ω
即：滑動變阻器R₂的最大阻值至少為318Ω．
（3）由丙圖可知，隨著外電路電阻變大，硅光電源的U-I圖線的斜率絕對值逐漸變大，即硅光電源的內阻隨外電路電阻變大而變大．
當不改變滑片的位置，當貨架能承受的壓力逐漸增加時，R₁的電阻變大，所以該硅光電池的內阻將增大．
由丙圖可知，隨著外電路電阻變大，硅光電源的路端電壓逐漸減小，根據閉合電路歐姆定律，內電壓變大．電路的總電流又增大，所以P_內=U_內I逐漸變大．
（4）硅光電源兩端電壓為5.4V，由丙圖可知此時電流為10mA，所以根據歐姆定律外電路的總電阻為R1+R2=

U

I

，所以R1=

U

I

-R2=

5.4

0.01

-318Ω=220Ω，根據乙圖可知，此時對應的壓力為90N．
故答案為：（1）電路圖如上圖所示     （2）318    （3）增大，增大    （4）90 N