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22. (14分)新趋势 材料综合题(2025·南通海门区期末)阅读短文，回答问题。
跨学科实践活动——设计节能路灯模拟装置
【实践调查】晓华发现村道的路灯存在不足：(1)采用交流电供电，没有用好可再生能源，如光能、风能。(2)路灯每天定时开启，没有结合实际光照强度来控制路灯。
【实践目标】结合实际问题，晓华和自己嘉年华科技小组的同学一起制定了如下目标：一是增添风光互补发电蓄电装置，二是采用光控装置控制路灯。
【实践设计】
目标一：同学们设计了如图甲所示的风光互补发电、蓄电装置电路图，选购器材的相应参数如表一所示。
查阅资料获知：最大输出功率是指风速达到最大限制风速时风力发电机的输出功率，风力发电机的输出功率P与风速v的三次方成正比，蓄电池容量是指蓄电池放电电流与放电总时间的乘积，当地太阳最大辐射强度为120 W/m²。
(1)风力发电机工作时把
(2)要使太阳能电板的最大输出功率达到36 W，太阳能电板的面积至少要
目标二：图乙是同学们设计的控制电路，用它来替代图甲中的开关S。电路中电源两端电压恒定，电阻R₁和R₂其中一个是定值电阻，另一个是光敏电阻，查阅资料可知某型号硫化铅光敏电阻的阻值与光照强度E(单位：lx)的关系如表二所示，其中触发和恢复阈值分别为10 lx和60 lx，当该光敏电阻外界光照低于触发阈值，控制开关两端电压U控升高到某一设定值时控制开关自动闭合，超过恢复阈值就自动断开，达到自动控制照明系统效果。
(3)结合信息和已学知识，下列说法错误的是
A. 光敏电阻是一种半导体
B. R₁为定值电阻，R₂为光敏电阻
C. 光照强度越弱，U控越大
D. 定值电阻阻值越大，照明系统工作时间越短
【实践调试】
(4)项目设计完检验中发现，当光照强度分别为15 lx和30 lx时，定值电阻的两端电压分别为2 V和3 V；当光照强度达到触发光照强度时，照明系统开始启动，则设定的启动电压U =
(5)嘉年华科技小组的同学在完善项目的可行性过程中，小华发现设计中还需要考虑LED灯选择，你觉得要考虑问题是：
跨学科实践活动——设计节能路灯模拟装置
【实践调查】晓华发现村道的路灯存在不足：(1)采用交流电供电，没有用好可再生能源，如光能、风能。(2)路灯每天定时开启，没有结合实际光照强度来控制路灯。
【实践目标】结合实际问题，晓华和自己嘉年华科技小组的同学一起制定了如下目标：一是增添风光互补发电蓄电装置，二是采用光控装置控制路灯。
【实践设计】
目标一：同学们设计了如图甲所示的风光互补发电、蓄电装置电路图，选购器材的相应参数如表一所示。
查阅资料获知：最大输出功率是指风速达到最大限制风速时风力发电机的输出功率，风力发电机的输出功率P与风速v的三次方成正比，蓄电池容量是指蓄电池放电电流与放电总时间的乘积，当地太阳最大辐射强度为120 W/m²。
(1)风力发电机工作时把
机械
能转化为电
能，白天，LED灯不工作时，蓄电池相当于用电器
，2盏LED灯应该是并
联。(2)要使太阳能电板的最大输出功率达到36 W，太阳能电板的面积至少要
3
m²，在仅靠风力发电的情况下，当风速为6 m/s时将蓄电池电能由30%充至90%至少所需时间为36
h。目标二：图乙是同学们设计的控制电路，用它来替代图甲中的开关S。电路中电源两端电压恒定，电阻R₁和R₂其中一个是定值电阻，另一个是光敏电阻，查阅资料可知某型号硫化铅光敏电阻的阻值与光照强度E(单位：lx)的关系如表二所示，其中触发和恢复阈值分别为10 lx和60 lx，当该光敏电阻外界光照低于触发阈值，控制开关两端电压U控升高到某一设定值时控制开关自动闭合，超过恢复阈值就自动断开，达到自动控制照明系统效果。
(3)结合信息和已学知识，下列说法错误的是
B
。A. 光敏电阻是一种半导体
B. R₁为定值电阻，R₂为光敏电阻
C. 光照强度越弱，U控越大
D. 定值电阻阻值越大，照明系统工作时间越短
【实践调试】
(4)项目设计完检验中发现，当光照强度分别为15 lx和30 lx时，定值电阻的两端电压分别为2 V和3 V；当光照强度达到触发光照强度时，照明系统开始启动，则设定的启动电压U =
4.5
V。(5)嘉年华科技小组的同学在完善项目的可行性过程中，小华发现设计中还需要考虑LED灯选择，你觉得要考虑问题是：
LED灯的功率不能太大
(说出一种即可)。答案
22.(1)机械 电 用电器 并 (2)3 36 (3)B (4)4.5
(5)LED灯的功率不能太大
解析：(1)风力发电机利用电磁感应原理，工作时把机械能转化为电能.白天，LED灯不工作时，蓄电池相当于用电器，将太阳能电板产生的电能以化学能的形式储存起来.2盏LED灯独立工作，互不影响，是并联的关系.
(2)当地太阳最大辐射强度为$120W/m^2$，光电转化效率为10%，所以太阳能电板的面积至少为$S=\frac{36W}{10\%×120W/m^2}=3m^2$.风力发电机的输出功率P与风速v的三次方成正比，则有$\frac{P}{800W}=\frac{(6m/s)^3}{(12m/s)^3}$，解得风速为6m/s时风力发电机的输出功率为100W.蓄电池容量为$W = UIt = 12V×500A×3600s = 2.16×10^7J$，则需要的时间为$t=\frac{W'}{P}=\frac{(90\%-30\%)×2.16×10^7J}{100W}=129600s = 36h$.
(3)分析电路可知，$R_1、R_2$串联，控制开关与$R_1$并联.ABC.光敏电阻是一种半导体，导电性介于导体和绝缘体之间，当该光敏电阻外界光照低于触发阈值，控制开关两端电压$U_控$升高到某一设定值时控制开关自动闭合，超过恢复阈值就自动断开，达到自动控制照明系统效果.可知光照强度变小时，控制开关两端的电压变大；根据表格的数据可知，当光照强度变小时，光敏电阻的阻值变大，根据串联电路分压原理，可推断$R_1$为光敏电阻，$R_2$为定值电阻；光照强度越大，光敏电阻$R_1$的阻值就越小，所以该电路控制开关两端的电压越小，光照强度越弱，$U_控$越大，故AC正确，不符合题意，B错误，符合题意.D.根据题意可知，控制开关自动启动的电压不变.该电路中的定值电阻的阻值越大，控制开关自动启动时，光敏电阻的阻值越大，此时对应的光照强度就越小，则可得照明系统工作的时间就越短，故D正确，不符合题意.故选B.
(4)由表二可知，光敏电阻的阻值和光照度的乘积为定值300，即光敏电阻的阻值和光照度成反比.当光照强度为15lx时，光敏电阻的阻值为$20\Omega$，定值电阻两端电压为2V，根据串联电路的特点和欧姆定律可知电源电压为$U_0=2V+\frac{2V}{R_2}×20\Omega$①，当光照强度为30lx时，光敏电阻的阻值为$R=\frac{300}{30}\Omega=10\Omega$，此时定值电阻两端电压为3V，则电源电压为$U_0=3V+\frac{3V}{R_2}×10\Omega$②，联立①②，解得电源电压$U_0=6V$，$R_2=10\Omega$.触发阈值为10lx，根据表格数据可知：此时光敏电阻的阻值$R_1=\frac{300}{10}\Omega=30\Omega$，根据欧姆定律和串联电路的特点可知设定的启动电压为$U=\frac{U_0}{R_1+R_2}× R_1=\frac{6V}{30\Omega+10\Omega}×30\Omega=4.5V$.
(5)嘉年华科技小组的同学在完善项目的可行性过程中，小华发现设计中还需要考虑LED灯选择，LED灯的功率不能太大.
(5)LED灯的功率不能太大
解析：(1)风力发电机利用电磁感应原理，工作时把机械能转化为电能.白天，LED灯不工作时，蓄电池相当于用电器，将太阳能电板产生的电能以化学能的形式储存起来.2盏LED灯独立工作，互不影响，是并联的关系.
(2)当地太阳最大辐射强度为$120W/m^2$，光电转化效率为10%，所以太阳能电板的面积至少为$S=\frac{36W}{10\%×120W/m^2}=3m^2$.风力发电机的输出功率P与风速v的三次方成正比，则有$\frac{P}{800W}=\frac{(6m/s)^3}{(12m/s)^3}$，解得风速为6m/s时风力发电机的输出功率为100W.蓄电池容量为$W = UIt = 12V×500A×3600s = 2.16×10^7J$，则需要的时间为$t=\frac{W'}{P}=\frac{(90\%-30\%)×2.16×10^7J}{100W}=129600s = 36h$.
(3)分析电路可知，$R_1、R_2$串联，控制开关与$R_1$并联.ABC.光敏电阻是一种半导体，导电性介于导体和绝缘体之间，当该光敏电阻外界光照低于触发阈值，控制开关两端电压$U_控$升高到某一设定值时控制开关自动闭合，超过恢复阈值就自动断开，达到自动控制照明系统效果.可知光照强度变小时，控制开关两端的电压变大；根据表格的数据可知，当光照强度变小时，光敏电阻的阻值变大，根据串联电路分压原理，可推断$R_1$为光敏电阻，$R_2$为定值电阻；光照强度越大，光敏电阻$R_1$的阻值就越小，所以该电路控制开关两端的电压越小，光照强度越弱，$U_控$越大，故AC正确，不符合题意，B错误，符合题意.D.根据题意可知，控制开关自动启动的电压不变.该电路中的定值电阻的阻值越大，控制开关自动启动时，光敏电阻的阻值越大，此时对应的光照强度就越小，则可得照明系统工作的时间就越短，故D正确，不符合题意.故选B.
(4)由表二可知，光敏电阻的阻值和光照度的乘积为定值300，即光敏电阻的阻值和光照度成反比.当光照强度为15lx时，光敏电阻的阻值为$20\Omega$，定值电阻两端电压为2V，根据串联电路的特点和欧姆定律可知电源电压为$U_0=2V+\frac{2V}{R_2}×20\Omega$①，当光照强度为30lx时，光敏电阻的阻值为$R=\frac{300}{30}\Omega=10\Omega$，此时定值电阻两端电压为3V，则电源电压为$U_0=3V+\frac{3V}{R_2}×10\Omega$②，联立①②，解得电源电压$U_0=6V$，$R_2=10\Omega$.触发阈值为10lx，根据表格数据可知：此时光敏电阻的阻值$R_1=\frac{300}{10}\Omega=30\Omega$，根据欧姆定律和串联电路的特点可知设定的启动电压为$U=\frac{U_0}{R_1+R_2}× R_1=\frac{6V}{30\Omega+10\Omega}×30\Omega=4.5V$.
(5)嘉年华科技小组的同学在完善项目的可行性过程中，小华发现设计中还需要考虑LED灯选择，LED灯的功率不能太大.
