例析光控电阻形成的自动控制

刘瑞祥

光敏电阻器的特性是在特定光的照射下，其阻值迅速减小，可用于检测可见光. 如声控灯中采用了光敏电阻器作为白天控制灯光的装置.轻轻按一下按钮，远处的甚至你目力所不能及的地方的设备就开始工作，这是自动控制的神奇魅力.通常情况下，如图1所示，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能.根据题目反映的物理现象，选择适当的物理规律进行分析求解.

1 电磁铁的工作过程

例1 在昼夜明灯的地下停车场，驾驶员根据车位入口上方的红绿灯入停.如图2是小吴设计的自动控制电路，将光控开关（遮光时开关闭合）装在每个车位地面中央，红绿灯装在车位入口上方.当车位未停车时绿灯亮，当车位己停车时红灯亮，则图中L1、L2（ ）

A.都是红灯 B.都是绿灯

C.分别是红灯、绿灯 D.分别是绿灯、红灯

解析 本题考查学生对电磁铁原理的理解.根据光控开关的作用，分析左侧控制电路的通断，再分析两灯的工作状态即可解题.

由题意可知，当车位已停车时，光控开关被遮光而闭合，由图可知，此时左侧控制电路连通，电磁继电器中的电磁铁产生磁性，吸下衔铁，L2灯泡电路被接通，所以L2为红灯；当车位未停车时，光控开关有光照而断开，电磁铁中无磁性，弹簧将衔铁拉起，L1电路接通而发光，所以L1为绿灯.故ABC错误，D正确.答案选D.

点拨 本题考查电磁继电器的应用，紧扣光控开关遮光时开关闭合，未遮光开关断开是解题的关键.

2 电能、电阻的计算

例2 为倡导节能环保，某科研机构设计了新型路灯，工作原理如图3所示.控制电路中R2为半导体硅制成的光敏电阻，R2阻值随光强（国际单位坎德拉，符号：cd）变化的规律见表1所示.工作电路中开关S2的状态由R2两端的电压决定：光照足够强时，R2两端 的电压很小，开关S2与b点接触，处于断开状态，路灯L关闭；当光强降为20 cd时，R2两端的电压刚好升至2 V.开关S2与c点接触，电路接通，路灯正常工作.已知控制电路和工作电路中电源电压分别为6 V和220 V，路灯L正常工作时电流为1 A.求：（1）若路灯L每天正常工作8小时，其消耗的电能；（2）工作电路刚好接通时，RL接入电路的阻值；图3（3）保持R1接入电路的阻值不变，当R2两端的电压为1 V时，R2的阻值是多大？分析表格中光强与电阻数据的规律，确定此时光强是多大；（4）为了节约能源，使路灯更晚一些打开，应怎样调节R1.

解析 （1）由图工作电路中只有L，已知电源电压、路灯L正常工作电流和工作时间，由W=UIt计算其消耗电能.

由题路灯两端电压U=220 V，正常工作电流1 A，所以正常工作8小时消耗的电能

（2）由图控制电路R1与R2串联，工作电路接通时R2电压为2 V，由表格数据知此时R2的电阻大小，由欧姆定律计算电路中电流.

当光强度为20 cd时，R2两端的电压刚好至2 V，开关S2与c点接触，电路接通，路灯L正常工作.

由表1数据可知，当光照强度为20 cd时，R2的阻值为10 Ω，由图控制电路R

解析 由图4甲可知两电阻串联，电压表测量R两端的电压，电流表测量电路电流.

由图4乙可知随温度升高时，热敏电阻阻值的变化.由电阻的变化利用欧姆定律可求得电路中电流的变化及电压表示数的变化.最后根据P=UI确定功率的变化.

当温度升高时，热敏电阻的阻值减小，即电路中的总电阻减小，由欧姆定律可得电路中电流变大，即电流表示数变大；根据UR=IR，R不变，I变大，R两端的电压增大，而串联电路两端电压等于各部分电压之和，电源电压不变，则热敏电阻两端电压等于电源电压减去R两端的电压，故电压表示数减小.故AB错误；当温度降低时，热敏电阻的阻值增大，即电路中的总电阻增大，由欧姆定律可得电路中电流变小，即电流表示数变小.

根据UR=IR，R不变，I变小，R两端的电压减小，而串联电路两端电压等于各部分电压之和，电源电压不变，则热敏电阻两端电压等于电源电压减去R两端的电压，故电压表示数增大；电源电压不变，电流减小，由P=UI可知，电路消耗的总功率减小.故答案选C.

点拨 本题考查学生对图像的认知及欧姆定律的使用，从图中得出热敏电阻的阻值与温度的变化关系是本题的突破口.