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32.(8分)某科学小组展开了“电动车安全性”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程,请帮助他们完成下列内容:
【项目分解】(1)设计电动车骑行时的安全警示灯;(2)设计转向指示灯。
【项目实施】
(1)设计一种“警示灯”,要求骑行过程中灯泡会持续交替闪烁发光,以提示过往的行人和车辆。如图甲所示为“警示灯”的电路图,$R_0$为定值电阻,电磁铁线圈及弹性衔铁的电阻均忽略不计。当电流通过电磁铁时,电磁铁的下端是极。“警示灯”能自动进行交替闪烁发光的工作原理如下:闭合开关,电磁铁与灯泡都有电流经过,灯泡发光且电磁铁产生磁性,之后电磁铁将动触点吸下,与静触点分离,电路被切断,灯灭且电磁铁磁性消失,弹性衔铁形变恢复,动触点与静触点接触,电路通路,灯泡发光且电磁铁又产生磁性,如此反复,灯泡闪烁发光。
(2)设计转向指示灯,转向指示灯警示时要具备“一亮一暗”持续闪烁的功能;雾天湿度增加,能见度低。设计优化要求:雾天时仍能闪烁,需要“一亮”时灯发光比平时更亮,“一暗”时亮度无要求,从而提高警示功能。已知湿敏电阻$R$的阻值随湿度的增大而减小,线圈有电阻,衔铁的电阻忽略不计,衔铁具有弹性。下列能实现设计功能的一项是(填字母)。
【项目拓展】为了操作方便,同学们想将转向指示灯和“警示灯”整合在同一个电路中,于是设计了图乙所示的电路图,接通相应指示灯后,该指示灯会亮、暗(微弱发光)交替闪烁发光,$R_0$为定值电阻,电磁铁线圈及衔铁的电阻均忽略不计。
(1)若让左转、右转指示灯同时工作(即双跳灯开启),转向开关应与触点(填“1和2”“2和3”“3和4”或“4和5”)接通。
(2)请根据电路图解释图乙电路实现指示灯亮、暗(微弱发光)交替闪烁发光的工作原理。
【项目分解】(1)设计电动车骑行时的安全警示灯;(2)设计转向指示灯。
【项目实施】
(1)设计一种“警示灯”,要求骑行过程中灯泡会持续交替闪烁发光,以提示过往的行人和车辆。如图甲所示为“警示灯”的电路图,$R_0$为定值电阻,电磁铁线圈及弹性衔铁的电阻均忽略不计。当电流通过电磁铁时,电磁铁的下端是极。“警示灯”能自动进行交替闪烁发光的工作原理如下:闭合开关,电磁铁与灯泡都有电流经过,灯泡发光且电磁铁产生磁性,之后电磁铁将动触点吸下,与静触点分离,电路被切断,灯灭且电磁铁磁性消失,弹性衔铁形变恢复,动触点与静触点接触,电路通路,灯泡发光且电磁铁又产生磁性,如此反复,灯泡闪烁发光。
(2)设计转向指示灯,转向指示灯警示时要具备“一亮一暗”持续闪烁的功能;雾天湿度增加,能见度低。设计优化要求:雾天时仍能闪烁,需要“一亮”时灯发光比平时更亮,“一暗”时亮度无要求,从而提高警示功能。已知湿敏电阻$R$的阻值随湿度的增大而减小,线圈有电阻,衔铁的电阻忽略不计,衔铁具有弹性。下列能实现设计功能的一项是(填字母)。
【项目拓展】为了操作方便,同学们想将转向指示灯和“警示灯”整合在同一个电路中,于是设计了图乙所示的电路图,接通相应指示灯后,该指示灯会亮、暗(微弱发光)交替闪烁发光,$R_0$为定值电阻,电磁铁线圈及衔铁的电阻均忽略不计。
(1)若让左转、右转指示灯同时工作(即双跳灯开启),转向开关应与触点(填“1和2”“2和3”“3和4”或“4和5”)接通。
(2)请根据电路图解释图乙电路实现指示灯亮、暗(微弱发光)交替闪烁发光的工作原理。
答案
S
C
3和4
当转向开关接触3、4或3和4的瞬间，灯泡较暗，电磁铁中有电流经过，产生磁性，之后将动触点A吸下，电路中的电流会经过衔铁、动触点A和指示灯回到负极，即电磁铁和定值电阻$R_0$被短路，电路中的电阻变小，灯泡变亮；但此时电磁铁失去磁性，由于弹簧的原因，使得动触点A与静触点B分离，即上面的电路会断开，电磁铁和定值电阻$R_0$重新接入电路，灯泡又变暗，且此时电磁铁会再次产生磁性，从而使得动触点A再次被吸下，灯泡再变亮，如此更替循环。
C
3和4
当转向开关接触3、4或3和4的瞬间，灯泡较暗，电磁铁中有电流经过，产生磁性，之后将动触点A吸下，电路中的电流会经过衔铁、动触点A和指示灯回到负极，即电磁铁和定值电阻$R_0$被短路，电路中的电阻变小，灯泡变亮；但此时电磁铁失去磁性，由于弹簧的原因，使得动触点A与静触点B分离，即上面的电路会断开，电磁铁和定值电阻$R_0$重新接入电路，灯泡又变暗，且此时电磁铁会再次产生磁性，从而使得动触点A再次被吸下，灯泡再变亮，如此更替循环。
解析
【分析】
本题围绕电动车安全警示灯和转向指示灯的项目化设计展开，需分步骤分析各问题：1. 判断电磁铁极性：利用安培定则（右手螺旋定则），根据电流方向确定螺线管磁极；2. 转向指示灯选项选择：结合湿敏电阻阻值随湿度的变化规律，分析各选项电路在湿度增大时的通断、电流变化及灯的亮度，选出符合要求的选项；3. 双跳灯开关选择：明确左转、右转指示灯的接线端，同时工作需接通对应公共端及左右支路；4. 亮暗闪烁原理分析：分阶段梳理电路通断、电磁铁磁性变化、电阻变化及灯亮度的循环过程，明确触点吸合/断开对电路的影响。
【解析】
1. 电磁铁极性判断：根据安培定则，右手握住螺线管，四指指向电流方向，大拇指指向螺线管N极。由图甲电路可知电流从电磁铁上端流入、下端流出，因此大拇指指向上端，下端为S极；2. 转向指示灯选项分析：湿敏电阻R阻值随湿度增大而减小，要求雾天（湿度大）时“一亮更亮、一暗闪烁”。选项C中，湿度增大时R阻值减小，电磁铁电流增大、磁性增强吸合触点，灯直接接电源（电阻小、电流大）更亮；触点断开时灯与R串联（电阻大、电流小）变暗，且能实现闪烁，符合要求，故选C；3. 双跳灯开关选择：左转指示灯接触点1、2，右转指示灯接触点4、5，公共端为3，因此同时工作需接通3和4，使左右支路同时接入电路；4. 亮暗闪烁原理：转向开关接触3、4瞬间，灯泡与R₀串联，电路电阻大、电流小，灯泡较暗，电磁铁有电流产生磁性，吸下动触点A；动触点A吸下后，电流经衔铁、动触点A直接回负极，电磁铁和R₀被短路，电路电阻变小、电流变大，灯泡变亮；此时电磁铁因短路失去磁性，弹性衔铁使动触点A与静触点B分离，电路恢复为灯泡与R₀串联，灯泡变暗，电磁铁再次获电产生磁性，重复上述过程，实现亮暗交替闪烁。
【答案】
S；C；3和4；当转向开关接触3、4或3和4的瞬间，灯泡较暗，电磁铁中有电流经过，产生磁性，之后将动触点A吸下，电路中的电流会经过衔铁、动触点A和指示灯回到负极，即电磁铁和定值电阻R₀被短路，电路中的电阻变小，灯泡变亮；但此时电磁铁失去磁性，由于弹簧的原因，使得动触点A与静触点B分离，即上面的电路会断开，电磁铁和定值电阻R₀重新接入电路，灯泡又变暗，且此时电磁铁会再次产生磁性，从而使得动触点A再次被吸下，灯泡再变亮，如此更替循环。
【知识点】
安培定则、电磁铁、电路动态分析
【点评】
本题以电动车安全警示灯的项目化学习为载体，将电磁学知识与实际应用结合，考察学生对安培定则、电磁铁工作原理、电路动态分析的掌握，注重知识的应用能力，需理清电路变化的循环过程，难度适中。
【难度系数】
0.5
本题围绕电动车安全警示灯和转向指示灯的项目化设计展开，需分步骤分析各问题：1. 判断电磁铁极性：利用安培定则（右手螺旋定则），根据电流方向确定螺线管磁极；2. 转向指示灯选项选择：结合湿敏电阻阻值随湿度的变化规律，分析各选项电路在湿度增大时的通断、电流变化及灯的亮度，选出符合要求的选项；3. 双跳灯开关选择：明确左转、右转指示灯的接线端，同时工作需接通对应公共端及左右支路；4. 亮暗闪烁原理分析：分阶段梳理电路通断、电磁铁磁性变化、电阻变化及灯亮度的循环过程，明确触点吸合/断开对电路的影响。
【解析】
1. 电磁铁极性判断：根据安培定则，右手握住螺线管，四指指向电流方向，大拇指指向螺线管N极。由图甲电路可知电流从电磁铁上端流入、下端流出，因此大拇指指向上端，下端为S极；2. 转向指示灯选项分析：湿敏电阻R阻值随湿度增大而减小，要求雾天（湿度大）时“一亮更亮、一暗闪烁”。选项C中，湿度增大时R阻值减小，电磁铁电流增大、磁性增强吸合触点，灯直接接电源（电阻小、电流大）更亮；触点断开时灯与R串联（电阻大、电流小）变暗，且能实现闪烁，符合要求，故选C；3. 双跳灯开关选择：左转指示灯接触点1、2，右转指示灯接触点4、5，公共端为3，因此同时工作需接通3和4，使左右支路同时接入电路；4. 亮暗闪烁原理：转向开关接触3、4瞬间，灯泡与R₀串联，电路电阻大、电流小，灯泡较暗，电磁铁有电流产生磁性，吸下动触点A；动触点A吸下后，电流经衔铁、动触点A直接回负极，电磁铁和R₀被短路，电路电阻变小、电流变大，灯泡变亮；此时电磁铁因短路失去磁性，弹性衔铁使动触点A与静触点B分离，电路恢复为灯泡与R₀串联，灯泡变暗，电磁铁再次获电产生磁性，重复上述过程，实现亮暗交替闪烁。
【答案】
S；C；3和4；当转向开关接触3、4或3和4的瞬间，灯泡较暗，电磁铁中有电流经过，产生磁性，之后将动触点A吸下，电路中的电流会经过衔铁、动触点A和指示灯回到负极，即电磁铁和定值电阻R₀被短路，电路中的电阻变小，灯泡变亮；但此时电磁铁失去磁性，由于弹簧的原因，使得动触点A与静触点B分离，即上面的电路会断开，电磁铁和定值电阻R₀重新接入电路，灯泡又变暗，且此时电磁铁会再次产生磁性，从而使得动触点A再次被吸下，灯泡再变亮，如此更替循环。
【知识点】
安培定则、电磁铁、电路动态分析
【点评】
本题以电动车安全警示灯的项目化学习为载体，将电磁学知识与实际应用结合，考察学生对安培定则、电磁铁工作原理、电路动态分析的掌握，注重知识的应用能力，需理清电路变化的循环过程，难度适中。
【难度系数】
0.5
