Question

應(yīng)急照明燈是在正常照明電源發(fā)生故障時，能持續(xù)照明而不間斷工作的一類燈具，如圖1所示．應(yīng)急照明燈主要由燈泡（或LED燈珠）、蓄電池、充電器、自動控制電路及相關(guān)部件組成．在照明電源正常情況下，應(yīng)急照明燈通過充電器給蓄電池充電，此時，自動控制電路及相關(guān)部件自動將燈泡（或LED燈珠）與蓄電池斷開不發(fā)光．當(dāng)照明電源突然停電時，應(yīng)急照明燈通過自動控制電路及相關(guān)部件自動把燈泡（或LED燈珠）跟蓄電池接通，從而實現(xiàn)自動應(yīng)急照明．下表為某型號應(yīng)急照明燈的主要技術(shù)數(shù)據(jù)：

輸入電壓		充電時間		應(yīng)急照明時間		應(yīng)急照明功率
AC200V		＜24h		＞90min		0.96W×2
應(yīng)急照明光源					蓄電池
種類	數(shù)量		燈泡額定電壓		類別	額定電壓	容量
燈泡	2只		2.4V		Ni-Cd	2.4V	1.8Ah

（注：蓄電池的容量Q的計算公式：Q=It）
（一）在該型號應(yīng)急照明燈剛投入使用階段，待蓄電池充滿電后，可以實現(xiàn)的最長連續(xù)應(yīng)急照明時間為多少？
（二）小蘭跟老師提出自己要設(shè)計并組裝一只簡易的應(yīng)急照明燈．老師告訴她實驗室現(xiàn)有以下器材：雙孔插座及與之配套的插頭1套、小燈泡（額定電壓：DC3.0～3.4V，額定電流：350mA）4只、電磁繼電器（額定電壓：DC6V；額定電流：0.15A）1套及與之配套的低壓直流電源（輸入電壓：AC220V，輸出電壓：DC6V）1臺，蓄電池（兩端電壓：6V）1只及與之配套的充電器（輸入電壓：AC220V，輸出電壓：DC6V）1只，導(dǎo)線（足量），如圖2所示．

（1）請你幫助小蘭在圖上完成簡易應(yīng)急照明的接線．要求如下：
①家庭電路正常工作時，充電器自動給蓄電池充電，各燈泡不發(fā)光；
②當(dāng)家庭電路停電時，蓄電池自動給各燈泡供電，使各燈泡均正常發(fā)光，且在一盞小燈泡燈絲燒斷后還應(yīng)該有部分小燈泡能正常工作；
（2）小明看到小蘭連接的電路后，認(rèn)為可以去掉低壓直流電源，而將電磁鐵的兩個接線柱直接接在充電器的輸出端．請你分析這樣做不可行的原因．

Answer 1

分析：（一）由表格數(shù)據(jù)可知，兩燈泡的額定電壓和蓄電池的兩端的電壓相等，根據(jù)并聯(lián)電路的電壓特點可知兩燈泡為并聯(lián)，根據(jù)P=UI求出每只燈泡的額定電流，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點求出干路電流，根據(jù)I=

Q

t

求出實現(xiàn)的最長連續(xù)應(yīng)急照明時間；
（二）電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的，只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合；當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合，這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的．

解答：解：（一）由該型號應(yīng)急照明燈的主要技術(shù)數(shù)據(jù)可知，其所用燈泡的額定電壓為2.4V，其蓄電池兩端的電壓也是2.4V；
由此可知，兩只燈泡應(yīng)并聯(lián)；
根據(jù)P=UI可得，單只燈泡正常發(fā)光時的電流：
I_L=

PL

UL

=

0.96W

2.4V

=0.4A，
∵并聯(lián)電路中干路電流等于各支路電流之和，
∴干路中的總電流：
I=2×I_L=2×0.4A=0.8A，
即蓄電池對外供電電流為I=0.8A，
根據(jù)I=

Q

t

可得，蓄電池充滿電后，可以實現(xiàn)的最長應(yīng)急照明時間：
t=

Q

I

=

1.8Ah

0.8A

=2.25h；
（二）（1）①家庭電路正常工作時，充電器自動給蓄電池充電，各燈泡不發(fā)光，說明銜鐵與下觸點接觸，充電器給蓄電池充電，要注意電磁繼電器的電磁鐵應(yīng)接于低壓直流電源的輸出端；
②當(dāng)家庭電路停電時，蓄電池自動給各燈泡供電，說明銜鐵與下觸點接觸，蓄電池要提供電能；小燈泡的額定電壓為3.0～3.4V，且在一盞小燈泡燈絲燒斷后還應(yīng)該有部分小燈泡能正常工作說明四只燈泡兩兩串聯(lián)后再并聯(lián)；氣壓直流電源與電磁繼電器相連，如下圖所示：

（2）若將電磁鐵的兩個接線柱直接接在充電器兩端，當(dāng)家庭電路正常工作時，電磁鐵有磁性，吸引銜鐵下移，接通蓄電池充電電路，充電器給蓄電池充電；當(dāng)家庭電路停電時，蓄電池與電磁鐵構(gòu)成通路，電磁鐵依然保持磁性，蓄電池?zé)o法為小燈泡供電，小燈泡不能發(fā)光．
答：（一）在該型號應(yīng)急照明燈剛投入使用階段，待蓄電池充滿電后，可以實現(xiàn)的最長連續(xù)應(yīng)急照明時間為2.25h；
（二）（1）如上圖所示；
（2）若將電磁鐵的兩個接線柱直接接在充電器兩端，當(dāng)家庭電路正常工作時，電磁鐵有磁性，吸引銜鐵下移，接通蓄電池充電電路，充電器給蓄電池充電；當(dāng)家庭電路停電時，蓄電池與電磁鐵構(gòu)成通路，電磁鐵依然保持磁性，蓄電池?zé)o法為小燈泡供電，小燈泡不能發(fā)光．

點評：本題以應(yīng)急照明燈為背景，考查了串并聯(lián)的辨別、電流定義式、并聯(lián)電路特點、電磁繼電器的應(yīng)用，綜合性強(qiáng)，難度較大，關(guān)鍵是明白電磁繼電器的工作原理，同時注意蓄電池充電和放電時正負(fù)極的連接．