5. [工程实践]阅读短文,回答问题。
光电效应
光电效应分为外光电效应和内光电效应。外光电效应是指被光激发产生的电子逸出物质表面的现象;内光电效应是指被光激发所产生的电荷仍在物质内部运动,但使物质的导电能力发生变化或在物体两端产生电压的现象。光电效应广泛存在于光敏电阻、太阳能电池等器件上。某光敏电阻因光电效应使其阻值R与所受光照的强弱E[物理学上的物理量“光强”,国际单位为坎德拉(cd)]之间的关系如表格数据所示。小明利用它设计了一个简易烟雾报警控制器,工作电路如图17-M-5所示,R₀为定值电阻,激光发生器发出的激光强度恒定不变,当烟雾浓度增大时,光敏电阻R上的光照强度减小;当光强降为7.5 cd时,R两端的电压刚好升至4 V,此时,报警控制器所控制的报警器(图中没有画出)报警。已知电路中电源电压恒为6 V。


(1)外光电效应会从物质中激发出带(选填“正”或“负”)电的粒子。
(2)开关S闭合后,当有烟雾遮挡射向R的激光时,电压表V的示数将变。
(3)当R两端的电压为2 V时,光照强度为cd。
(4)为了更保险,要求当光强为10 cd时触发报警器,则应更换R₀为Ω的电阻。

5. (1)负 (2)大 (3)30 (4)15

【分析】
本题围绕光电效应和串联电路知识展开，需分问题拆解：
1. 第一问：明确外光电效应的本质是电子逸出，电子带负电，直接判断；
2. 第二问：烟雾遮挡激光时，光敏电阻R的光照强度减小，结合光敏电阻“光强越小阻值越大”的特性，利用串联分压规律判断电压表示数变化；
3. 第三问：先通过“光强7.5cd时R两端电压4V”算出原定值电阻R₀的阻值，再结合串联电路电压、电流规律，算出R两端电压为2V时的阻值，对应光照强度；
4. 第四问：先确定光强10cd时光敏电阻的阻值，再根据串联电路规律算出触发报警所需的R₀阻值。
【解析】
(1) 外光电效应的本质是被光激发的电子逸出物质表面，电子带负电，故填负；
(2) 烟雾遮挡激光时，光敏电阻R的光照强度减小，其阻值增大；R与定值电阻R₀串联，电源电压恒为6V，根据串联分压原理，电阻越大分压越大，因此R两端电压（电压表V的示数）变大；
(3) 当光强为7.5cd时，R两端电压U_R=4V，此时R₀两端电压U₀=6V-4V=2V，串联电路电流相等，即I=U_R/R = U₀/R₀，得R/R₀=4V/2V=2，即R=2R₀；当R两端电压为2V时，R₀两端电压U₀'=6V-2V=4V，电流I'=U₀'/R₀=4V/R₀，此时R的阻值R'=U_R'/I'=2V/(4V/R₀)=0.5R₀，结合光敏电阻特性，对应光照强度为30cd；
(4) 当光强为10cd时，光敏电阻R的阻值为30Ω，触发报警时R两端电压需为4V，此时R₀两端电压U₀''=6V-4V=2V，串联电流I''=U_R''/R''=4V/30Ω，由I''=U₀''/R₀''得：4V/30Ω=2V/R₀''，解得R₀''=15Ω。
【答案】
(1)负 (2)大 (3)30 (4)15
【知识点】
光电效应、串联电路规律、欧姆定律
【点评】
本题结合工程实践场景，将光电效应与电路知识结合，考查学生对串联分压、欧姆定律的应用，需理解光敏电阻特性，难度适中。
【难度系数】
0.5

6. [跨学科实践]飞船在发射前，科技人员设计了如图17-M-6甲所示的模拟检测电路来检验飞船舱体的气密性。电源电压不变，定值电阻$R_1=100\ \Omega$，$R_2$为压力传感器，其阻值随环境气压的变化规律如图乙所示，将$R_2$置于舱体中，舱体置于真空室中。舱体不漏气时，舱体内气压为$1.0×10^5\ \mathrm{Pa}$，此时电压表示数为20 V。舱体不漏气时，求：
(1)通过$R_1$的电流。
(2)电源电压。
(3)当舱内的气压值为$0.6×10^5\ \mathrm{Pa}$时，电压表的示数。

图17-M-6

6. (1)由图甲可知,定值电阻$R_1$与压敏电阻$R_2$串联,电压表测$R_1$两端的电压，
舱体不漏气时,电压表的示数为 20 V,则通过$R_1$的电
流 $I_1=\frac{U_1}{R_1}=\frac{20\ \mathrm{V}}{100\ \Omega}=0.2\ \mathrm{A}$。
(2)舱体不漏气时,舱体内气压为 $1.0×10^5\ \mathrm{Pa}$,由图乙可知,压敏电阻$R_2=10\ \Omega$,此时电路中的总电阻:$R_总=R_2+R_1=10\ \Omega+100\ \Omega=110\ \Omega$,此时电路中的电流为$I=I_1=0.2\ \mathrm{A}$,
则电源电压为 $U=IR_总=0.2\ \mathrm{A}×110\ \Omega=22\ \mathrm{V}$。
(3)当舱内的气压值为 $0.6×10^5\ \mathrm{Pa}$ 时,由图乙可知,$R_2'=25\ \Omega$,
$R_总'=R_1+R_2'=100\ \Omega+25\ \Omega=125\ \Omega$,
则电路中的电流:$I'=\frac{U}{R_总'}=\frac{22\ \mathrm{V}}{125\ \Omega}=0.176\ \mathrm{A}$,
根据欧姆定律可得电压表的示数：
$U_1'=I'R_1=0.176\ \mathrm{A}×100\ \Omega=17.6\ \mathrm{V}$。

【分析】
首先明确电路结构：图甲中定值电阻$R_1$与压力传感器$R_2$串联，电压表测$R_1$两端电压，电流表测电路电流。解题思路：(1)已知$R_1$阻值和其两端电压，根据欧姆定律直接计算通过$R_1$的电流；(2)从图乙读取气压为$1.0×10^5\ \mathrm{Pa}$时$R_2$的阻值，结合串联电路总电阻规律算出总电阻，再根据串联电路电流特点和欧姆定律求电源电压；(3)从图乙读取气压为$0.6×10^5\ \mathrm{Pa}$时$R_2$的阻值，算出总电阻后求电路电流，最后用欧姆定律计算$R_1$两端电压（电压表示数）。
【解析】
(1) 由图甲可知，$R_1$与$R_2$串联，电压表测$R_1$两端电压。已知舱体不漏气时电压表示数$U_1=20\ \mathrm{V}$，$R_1=100\ \Omega$，根据欧姆定律，通过$R_1$的电流：
$I_1=\frac{U_1}{R_1}=\frac{20\ \mathrm{V}}{100\ \Omega}=0.2\ \mathrm{A}$。
(2) 舱体不漏气时，舱内气压为$1.0×10^5\ \mathrm{Pa}$，由图乙可知此时$R_2=10\ \Omega$。串联电路总电阻等于各电阻之和，总电阻：
$R_总=R_1+R_2=100\ \Omega+10\ \Omega=110\ \Omega$。
串联电路电流处处相等，电路电流$I=I_1=0.2\ \mathrm{A}$，根据欧姆定律，电源电压：
$U=IR_总=0.2\ \mathrm{A}×110\ \Omega=22\ \mathrm{V}$。
(3) 当舱内气压为$0.6×10^5\ \mathrm{Pa}$时，由图乙可知此时$R_2'=25\ \Omega$，总电阻：
$R_总'=R_1+R_2'=100\ \Omega+25\ \Omega=125\ \Omega$。
电路电流：$I'=\frac{U}{R_总'}=\frac{22\ \mathrm{V}}{125\ \Omega}=0.176\ \mathrm{A}$。
电压表测$R_1$两端电压，所以电压表示数：
$U_1'=I'R_1=0.176\ \mathrm{A}×100\ \Omega=17.6\ \mathrm{V}$。
【答案】
(1)$0.2\ \mathrm{A}$；(2)$22\ \mathrm{V}$；(3)$17.6\ \mathrm{V}$
【知识点】
欧姆定律、串联电路特点、图像分析
【点评】
本题为跨学科电学应用题，结合气压与电阻的图像，考察串联电路规律和欧姆定律的应用，需准确读取图像数据，步骤清晰，难度适中。
【难度系数】
0.6