Question

17．如圖是我市快速道上安裝的太陽能LED燈．這種LED燈是通過光電轉(zhuǎn)換來供電的．下圖是利用太陽能給LED路燈供電的自動控制電路的原理示意圖．其中，R是光敏電阻，電磁鐵線圈A電阻不計、保護(hù)電阻R₀=80Ω、電源U=3V，其設(shè)計思想為：白天，太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，這種能量通過再次轉(zhuǎn)化儲存在大容量蓄電池內(nèi)．在傍晚，當(dāng)光敏電阻接收到的光照減弱到一定程度時，LED燈發(fā)光．此光敏電阻的阻值R與光照度E（單位勒克斯，符號lx）之間的幾次實驗數(shù)據(jù)如表所示．

光照度E/lx	5	10	15	20	25	30
光敏電阻R/Ω	60	30	20	15	12	10

（1）由表格中數(shù)據(jù)可知，光敏電阻的阻值R隨光照度E的增強而減�。�
（2）當(dāng)線圈A中的電流I＞30.0mA時，動觸點D與靜觸點G、H接觸．則在傍晚，當(dāng)光照度小于多少lx（勒克斯）時，路燈會開始工作？
（3）請用鉛筆畫線將電路原理圖連接完整，使工作電路能正常工作（與觸點的接線只能接在靜觸點上，圖中已給出靜觸點E、F、G、H的四根引線；連線不能交叉）．
（4）一只功率為6W的LED燈，通電后其發(fā)光亮度相當(dāng)于30W的日光燈．某間教室有24盞30W的日光燈，每天平均使用2h，如果能用6W的LED燈進(jìn)行照明，則一個月（按30天計算）可節(jié)約電能多少千瓦時？

Answer 1

分析 （1）分析表格中數(shù)據(jù)得出光敏電阻的阻值與光照度的關(guān)系．
（2）由表格數(shù)據(jù)知，當(dāng)線圈A中的電流I＜30.0mA時（光照度小于15lx），動觸點D與靜觸點E、F接觸，路燈開始工作．
（3）白天充電（動觸點D與靜觸點G、H接觸）、夜晚供電（動觸點D與靜觸點E、F接觸），據(jù)此連接電路．
（4）用公式W=Pt分別計算兩種燈消耗的電能進(jìn)行比較．

解答 解：（1）由實驗數(shù)據(jù)可知，光敏電阻的阻值R隨光照度E的增強而減�。�
（2）由題知，當(dāng)線圈A中的電流I＞30.0mA時，動觸點D與靜觸點G、H接觸；白天充電；當(dāng)線圈A中的電流I≤30.0mA時，動觸點D與靜觸點E、F接觸，路燈開始工作．
則由歐姆定律得：自動控制電路的總阻值為：R_總=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{0.03A}$=100Ω，
由串聯(lián)電路的總阻值等于各電阻之和可知：此時光敏電阻的阻值R=R_總-R₀=100Ω-80Ω=20Ω，
由實驗數(shù)據(jù)可知，光敏電阻的阻值R=20Ω時光照度為15lx，即光照度小于15lx，路燈開始工作．
（3）為了使照明電路白天斷開，就需要電磁鐵吸引銜鐵，電路中電流大；夜間電磁鐵磁性小，不吸引銜鐵．電路中電流的變化要通過電阻的變化來控制．光敏電阻與電磁鐵串聯(lián)在一起，以此來調(diào)節(jié)電路中的電流，由于光敏電阻的阻值R隨光照度E的增強而減�。粍t白天電路中電流大；需要電磁鐵吸引銜鐵斷開照明電路．故設(shè)計電路如圖：

（4）用LED燈消耗電能：
W=Pt=6×10^-3 kW×24×2h×30=8.64kW•h；
用日光燈消耗電能：
W′=P′t=30×10^-3 kW×24×2h×30=43.2kW•h；
W′-W=43.2kW•h-8.64kW•h=34.56kW•h．
答：（1）減�。唬�2）在傍晚，當(dāng)光照度小于15lx（勒克斯）時，路燈會開始工作；
（3）如上圖．
（4）一個月（按30天計算）可節(jié)約電能34.56kW•h．

點評 本題考查了學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)的分析、消耗電能（電功）的計算、電磁鐵的使用、LED燈的節(jié)能、能量的轉(zhuǎn)化，對于實物電路圖的連接，明白電磁繼電器工作的原理和從題干中得出有用的信息是關(guān)鍵．