Question

（9分）為保證潤揚大橋以及過橋車輛的安全，工作人員在橋的入口處安裝了“超載檢測報警系統”．檢測時，當車輛重量小于1×10⁵N時，綠燈亮、紅燈滅，表示可以通行；當車輛重量大于等于1×10⁵N時，紅燈亮、綠燈滅，表示禁止通行．系統中的電路元件如圖（甲）所示，其中壓敏電阻R_x在檢測時承受車輛的全部重量，它的阻值隨所受壓力F變化的圖像如圖（乙）所示；R₀為定值電阻；電磁繼電器線圈上標有“10Ω 40mA”.當流過線圈的電流大于等于30mA時，通電線圈的作用效果大于彈簧的作用效果，銜鐵被吸下，動觸點P和靜觸點M斷開并和靜觸點N接通；電池組的電壓為6V；綠燈規格為“220V  40W”，紅燈規格為“220V  60W”.

(1) 請在圖（甲）中用筆畫線代替導線完成電路連接．
（2）電磁繼電器線圈上標有“10Ω 40mA”,它的意思是指線圈的電阻是10Ω，允許通過的       （選填“最大”“最小”）電流是40mA，超過了會燒壞線圈.
（3）根據分析可以知道：_________（A/B）燈是紅燈.
（4）定值電阻R₀的阻值為多大？
（5）一輛大型貨車停在檢測裝置上5分鐘，因其嚴重超載導致電磁繼電器線圈中電流太大而被燒壞，超載車輛的總重至少是多大？這段時間內指示燈消耗的電能是多少？

Answer 1

（1）如圖所示；

（2）最大；（3）B；（4）定值電阻R₀的阻值為90Ω；（5）超載車輛的總重力至少是2×10⁵N，這段時間內指示燈消耗的電能是1.8×10⁴J．

解析試題分析：（1）由題意知壓敏電阻R_x的阻值可以控制電磁繼電器工作位置，所以應把R_x串聯在電路中，連接電路如答案所示；（2）電磁繼電器線圈上標有“10Ω 40mA”,它的意思是指線圈的電阻是10Ω，允許通過的最大電流是40mA，超過了會燒壞線圈.（3）根據乙圖可知R_x的阻值隨壓力的增大而減小，從而使電磁繼電器線圈電流增大，而電流增大一定時會吸引銜鐵，接通B，又由當車輛重量大于等于1×10⁵N時，紅燈亮、綠燈滅，表示禁止通行．分析可以知道B燈是紅燈；（4）由題意當車輛重量大于等于1×10⁵N時，紅燈亮、綠燈滅，表示禁止通行，和當流過線圈的電流大于等于30mA時，通電線圈的作用效果大于彈簧的作用效果，銜鐵被吸下，及結合乙圖可得當F=1×10⁵N時，R_x=100Ω，此時電路電流I=30Ma=0.03A，U=6V，所以得R_總=U/I=6V/0.03A=200Ω，線圈電阻R_線=10Ω，所以R₀=R_總-R_x-R_線=200Ω-100Ω-10Ω=90Ω；（5）電磁繼電器線圈被燒壞時電路中的最小電流為40mA，此時電路中的總電阻：
R′=U/I′=6V/40×10^?3A=150Ω，此時壓敏電阻的阻值：R_x′=R′-R₀-R_線=150Ω-90Ω-10Ω=50Ω，由圖乙可知，R_x受到的最小壓力F=2×10⁵N，因水平面上物體的壓力和自身的重力相等，所以，超載車輛的最小總重力為2×10⁵N，此時紅燈發光，則5min消耗的電能：W_紅=P_紅t=60W×5×60s=1.8×10⁴J．
考點：歐姆定律的應用；電功的計算