5. 小科和同学们一起设计自动折叠伞控制系统。
【项目背景】下雨时,户外的学习园地中巨大的折叠伞(如图甲)打开操作困难。
【项目要求】当空气相对湿度达到一定程度时,工作电路中的电动机 M 转动,折叠伞展开。
【项目设计】根据要求设计如图乙的电路图。
【器材选择】电磁继电器(线圈电阻不计,当通过电磁继电器的电流达到 0.03安时,衔铁被吸下)、控制电压 $ U_1 $ 为 6 伏、滑动变阻器 $ R_1 $ 规格为“1 安 200欧”、灵敏电流表、电动机 M、湿敏电阻 $ R_2 $、开关、导线等。
(1)要满足上述项目要求,他们应该选择的湿敏电阻是下表中的(填字母)。
| 空气相对湿度/% | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 湿敏电阻 A/Ω | 92 | 90 | 86 | 80 | 72 | 56 | 42 | 30 | 20 | 13 |
| 湿敏电阻 B/Ω | 13 | 20 | 30 | 42 | 56 | 72 | 80 | 86 | 90 | 92 |
【项目调试】
(2)利用上述选择的器材,组装好电路后开始测试。将滑动变阻器的滑片移至阻值最大处时,闭合开关 $ S_1 $,折叠伞不展开。若要使折叠伞在空气相对湿度达到 80%时打开,则需要将滑动变阻器滑片 P 移至阻值多大处?(请通过计算说明)
【项目评价及反思】
| 评价指标 | 合格 | 待改进 |
| --- | --- | --- |
| 指标一 | 伞可以自动展开 | 伞不能自动展开 |
| 指标二 | 开伞时的湿度可多档调节 | 开伞时的湿度不可调节 |
(3)根据指标二,该装置被评为合格,请你结合上述信息和所学知识解释原因:。

5.(1)A
(2)170Ω
(3)通过调节滑动变阻器接入电路的阻值,可以改变开伞时对应的空气相对湿度(合理即可)

【分析】
首先明确项目要求：空气相对湿度达到一定程度时，控制电路电流需达到0.03A，使电磁继电器吸合，电动机转动展开伞面。
第(1)问：需判断湿敏电阻特性：湿度增大时，控制电路电流要增大（才能达到吸合电流），根据欧姆定律，总电阻需减小，因此湿敏电阻应随湿度增大而阻值减小，对比表格选对应类型。
第(2)问：先根据电磁继电器吸合电流和控制电压，用欧姆定律算出控制电路总电阻，再结合目标湿度下湿敏电阻的阻值，计算滑动变阻器需接入的阻值。
第(3)问：滑动变阻器可改变控制电路总电阻，使达到吸合电流时对应的湿敏电阻阻值变化，即对应不同湿度，因此可实现多档调节。
【解析】
(1) 控制电压$U_1=6V$，电磁继电器吸合电流为$0.03A$，根据欧姆定律$I=\frac{U}{R}$，控制电路总电阻需为$R_{总}=\frac{U_1}{I}=\frac{6V}{0.03A}=200Ω$。当湿度增大时，总电阻需减小才能让电流达到吸合值，因此湿敏电阻应随湿度增大而阻值减小，表格中湿敏电阻A的阻值随湿度增大而减小，故选A。
(2) 当空气相对湿度为80%时，湿敏电阻A的阻值$R_2=30Ω$，控制电路总电阻需为$200Ω$，则滑动变阻器接入的阻值$R_1=R_{总}-R_2=200Ω-30Ω=170Ω$。
(3) 滑动变阻器接入电路的阻值可调节，当滑动变阻器阻值变化时，控制电路总电阻改变，要使电流达到0.03A，对应的湿敏电阻阻值不同，即对应不同的空气相对湿度，因此开伞时的湿度可多档调节，符合合格指标。
【答案】
(1)A；(2)170Ω；(3)通过调节滑动变阻器接入电路的阻值，可以改变开伞时对应的空气相对湿度（合理即可）
【知识点】
欧姆定律、电磁继电器、滑动变阻器的作用
【点评】
本题结合自动折叠伞的实际项目，将物理知识与生活应用结合，考查欧姆定律的应用、电磁继电器的工作原理，以及滑动变阻器的调节作用，需要学生理解电路中电阻、电流、电压的关系，难度适中。
【难度系数】
0.6