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3. 以下是小江项目化学习小组同学设计的自动折叠伞控制系统.
【项目名称】设计自动折叠伞控制系统.
【项目背景】同学们很喜欢到户外的学习园地中(如图甲所示)讨论问题. 遇到下雨时，巨大的折叠伞打开操作困难.
【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所示的电路图.
(1)【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 A时，衔铁被吸下)、控制电压$U_1$为6 V、滑动变阻器$R_1$规格为“1 A 200 Ω”、灵敏电流表、电动机M、湿敏电阻$R_2$、开关、导线等.
要满足上述项目要求，他们应该选择的湿敏电阻是表中
(2)【项目调试】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%RH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)
(3)【项目评价及反思】
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：
【项目名称】设计自动折叠伞控制系统.
【项目背景】同学们很喜欢到户外的学习园地中(如图甲所示)讨论问题. 遇到下雨时，巨大的折叠伞打开操作困难.
【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所示的电路图.
(1)【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 A时，衔铁被吸下)、控制电压$U_1$为6 V、滑动变阻器$R_1$规格为“1 A 200 Ω”、灵敏电流表、电动机M、湿敏电阻$R_2$、开关、导线等.
要满足上述项目要求，他们应该选择的湿敏电阻是表中
A
(填字母).(2)【项目调试】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%RH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)
(3)【项目评价及反思】
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：
在空气相对湿度在80%左右时，电流满足吸合的条件，自动闭合电动机的开关，自动打开伞，调节滑动变阻器接入阻值的大小可以改变自动闭合时的湿敏电阻的阻值，因而开伞时的湿度可多挡调节
.答案
A
在空气相
对湿度在80%左右时，电流满足吸合的条件，自动闭合电动机的开关，自动打开伞，调
节滑动变阻器接入阻值的大小可以改变自动闭合时的湿敏电阻的阻值，因而开伞时的湿度可多挡调节
在空气相
对湿度在80%左右时，电流满足吸合的条件，自动闭合电动机的开关，自动打开伞，调
节滑动变阻器接入阻值的大小可以改变自动闭合时的湿敏电阻的阻值，因而开伞时的湿度可多挡调节
解析
【分析】
(1) 要确定合适的湿敏电阻，先根据电磁继电器的吸合电流和控制电压，利用欧姆定律算出控制电路总电阻：当电流达到0.03A时，控制电路总电阻$ R_{\mathrm{总}} = \frac{U_1}{I} = \frac{6\,\mathrm{V}}{0.03\,\mathrm{A}} = 200\,\Omega $。滑动变阻器最大阻值为200Ω，结合项目要求（湿度达到一定值时电动机工作），湿敏电阻需满足湿度升高时阻值减小，这样才能让控制电路电流增大到吸合电流，据此对比湿敏电阻参数选择型号A。
(2) 要使折叠伞在80%RH时打开，此时控制电路电流需达到0.03A，先明确该湿度下湿敏电阻的阻值，再根据串联电路电阻的关系，计算滑动变阻器需要接入的阻值。
(3) 从项目评价指标出发，结合电路中滑动变阻器的调节作用分析：滑动变阻器可改变控制电路总电阻，从而改变衔铁吸合时对应的湿敏电阻阻值，实现开伞湿度的多挡调节，且在80%RH时能满足吸合条件自动开伞。
【解析】
(1) 由欧姆定律 $ I = \frac{U}{R} $，可得控制电路总电阻：
$ R_{\mathrm{总}} = \frac{U_1}{I} = \frac{6\,\mathrm{V}}{0.03\,\mathrm{A}} = 200\,\Omega $
滑动变阻器最大阻值为200Ω，当空气相对湿度升高时，湿敏电阻阻值需减小，才能使控制电路总电阻减小，电流增大到0.03A，衔铁被吸下，电动机工作。对比湿敏电阻参数，只有型号A能满足要求，因此选择A。
(2) 当空气相对湿度为80%RH时，查湿敏电阻A的参数可知其阻值$ R_2 = 100\,\Omega $。
根据串联电路电阻规律 $ R_{\mathrm{总}} = R_1 + R_2 $，可得滑动变阻器接入的阻值：
$ R_1 = R_{\mathrm{总}} - R_2 = 200\,\Omega - 100\,\Omega = 100\,\Omega $
即需将滑动变阻器滑片P移至阻值为100Ω处。
(3) 当空气相对湿度在80%左右时，控制电路电流满足衔铁吸合的条件，工作电路接通，电动机转动，自动打开伞；调节滑动变阻器接入阻值的大小，可改变控制电路的总电阻，从而改变衔铁吸合时湿敏电阻的阻值，对应不同的空气相对湿度，因此开伞时的湿度可多挡调节，符合合格标准。
【答案】
(1) $\boldsymbol{A}$
(2) 滑动变阻器滑片P需移至阻值为$\boldsymbol{100\,\Omega}$处
(3) 当空气相对湿度在80%左右时，电流满足吸合的条件，自动闭合电动机的开关，自动打开伞，调节滑动变阻器接入阻值的大小可以改变自动闭合时的湿敏电阻的阻值，因而开伞时的湿度可多挡调节
【知识点】
电磁继电器应用、欧姆定律、串联电路电阻规律
【点评】
本题以自动折叠伞控制系统为载体，将电磁继电器、欧姆定律及串联电路规律结合，考查学生运用物理知识解决实际工程问题的能力，体现了物理与生活的紧密联系，注重对实践应用能力的培养。
【难度系数】
0.6
(1) 要确定合适的湿敏电阻，先根据电磁继电器的吸合电流和控制电压，利用欧姆定律算出控制电路总电阻：当电流达到0.03A时，控制电路总电阻$ R_{\mathrm{总}} = \frac{U_1}{I} = \frac{6\,\mathrm{V}}{0.03\,\mathrm{A}} = 200\,\Omega $。滑动变阻器最大阻值为200Ω，结合项目要求（湿度达到一定值时电动机工作），湿敏电阻需满足湿度升高时阻值减小，这样才能让控制电路电流增大到吸合电流，据此对比湿敏电阻参数选择型号A。
(2) 要使折叠伞在80%RH时打开，此时控制电路电流需达到0.03A，先明确该湿度下湿敏电阻的阻值，再根据串联电路电阻的关系，计算滑动变阻器需要接入的阻值。
(3) 从项目评价指标出发，结合电路中滑动变阻器的调节作用分析：滑动变阻器可改变控制电路总电阻，从而改变衔铁吸合时对应的湿敏电阻阻值，实现开伞湿度的多挡调节，且在80%RH时能满足吸合条件自动开伞。
【解析】
(1) 由欧姆定律 $ I = \frac{U}{R} $，可得控制电路总电阻：
$ R_{\mathrm{总}} = \frac{U_1}{I} = \frac{6\,\mathrm{V}}{0.03\,\mathrm{A}} = 200\,\Omega $
滑动变阻器最大阻值为200Ω，当空气相对湿度升高时，湿敏电阻阻值需减小，才能使控制电路总电阻减小，电流增大到0.03A，衔铁被吸下，电动机工作。对比湿敏电阻参数，只有型号A能满足要求，因此选择A。
(2) 当空气相对湿度为80%RH时，查湿敏电阻A的参数可知其阻值$ R_2 = 100\,\Omega $。
根据串联电路电阻规律 $ R_{\mathrm{总}} = R_1 + R_2 $，可得滑动变阻器接入的阻值：
$ R_1 = R_{\mathrm{总}} - R_2 = 200\,\Omega - 100\,\Omega = 100\,\Omega $
即需将滑动变阻器滑片P移至阻值为100Ω处。
(3) 当空气相对湿度在80%左右时，控制电路电流满足衔铁吸合的条件，工作电路接通，电动机转动，自动打开伞；调节滑动变阻器接入阻值的大小，可改变控制电路的总电阻，从而改变衔铁吸合时湿敏电阻的阻值，对应不同的空气相对湿度，因此开伞时的湿度可多挡调节，符合合格标准。
【答案】
(1) $\boldsymbol{A}$
(2) 滑动变阻器滑片P需移至阻值为$\boldsymbol{100\,\Omega}$处
(3) 当空气相对湿度在80%左右时，电流满足吸合的条件，自动闭合电动机的开关，自动打开伞，调节滑动变阻器接入阻值的大小可以改变自动闭合时的湿敏电阻的阻值，因而开伞时的湿度可多挡调节
【知识点】
电磁继电器应用、欧姆定律、串联电路电阻规律
【点评】
本题以自动折叠伞控制系统为载体，将电磁继电器、欧姆定律及串联电路规律结合，考查学生运用物理知识解决实际工程问题的能力，体现了物理与生活的紧密联系，注重对实践应用能力的培养。
【难度系数】
0.6
