登录
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
(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
【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
(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
S
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
C
(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
3和4
(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
答：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
答：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的设计展开，需分步骤解决四个核心问题：1. 利用安培定则判断电磁铁的极性；2. 结合湿敏电阻特性分析转向指示灯的设计选项；3. 确定双跳灯开启时转向开关的触点；4. 分析乙图电路实现指示灯交替闪烁的原理，需理清电路通断、电磁铁磁性变化、电阻与电流的关联。
【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（甲图中电流从电磁铁上端流入），大拇指指向螺线管的N极，因此电磁铁下端为S极；
2. 转向指示灯选项分析：湿敏电阻R随湿度增大而减小，雾天需灯更亮，说明此时电路电流更大。选项C中，雾天R阻值小，电磁铁电流大，吸合衔铁后灯泡直接接电源，电阻小、电流大，灯更亮；平时湿度小，R阻值大，电流小，衔铁不吸合，灯泡与R串联，电流小，灯暗，符合设计要求，故选C；
3. 双跳灯触点：观察乙图，转向开关与触点3和4接通时，左转、右转指示灯的电路均导通，实现同时工作；
4. 闪烁原理：接通3、4瞬间，电流路径为：电源正极→指示灯→定值电阻R₀→电磁铁线圈→负极，电路总电阻大，电流小，指示灯微弱发光（暗），电磁铁有磁性；电磁铁吸下动触点A，电流路径变为：电源正极→指示灯→动触点A→衔铁→负极，此时R₀和电磁铁被短路，电路总电阻变小，电流变大，指示灯变亮；电磁铁因电流减小失去磁性，弹簧使动触点A与静触点B分离，电路重新接入R₀和电磁铁，指示灯变暗，电磁铁再次产生磁性，重复上述过程，实现交替闪烁。
【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】
电磁铁极性判断、电磁继电器、电路动态分析
【点评】
本题以项目化学习为载体，综合考查电磁学核心知识，注重知识的实际应用，需学生理解电磁继电器的工作逻辑及动态电路的分析方法，难度适中。
【难度系数】
0.5
本题围绕电动车安全警示灯的设计展开，需分步骤解决四个核心问题：1. 利用安培定则判断电磁铁的极性；2. 结合湿敏电阻特性分析转向指示灯的设计选项；3. 确定双跳灯开启时转向开关的触点；4. 分析乙图电路实现指示灯交替闪烁的原理，需理清电路通断、电磁铁磁性变化、电阻与电流的关联。
【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（甲图中电流从电磁铁上端流入），大拇指指向螺线管的N极，因此电磁铁下端为S极；
2. 转向指示灯选项分析：湿敏电阻R随湿度增大而减小，雾天需灯更亮，说明此时电路电流更大。选项C中，雾天R阻值小，电磁铁电流大，吸合衔铁后灯泡直接接电源，电阻小、电流大，灯更亮；平时湿度小，R阻值大，电流小，衔铁不吸合，灯泡与R串联，电流小，灯暗，符合设计要求，故选C；
3. 双跳灯触点：观察乙图，转向开关与触点3和4接通时，左转、右转指示灯的电路均导通，实现同时工作；
4. 闪烁原理：接通3、4瞬间，电流路径为：电源正极→指示灯→定值电阻R₀→电磁铁线圈→负极，电路总电阻大，电流小，指示灯微弱发光（暗），电磁铁有磁性；电磁铁吸下动触点A，电流路径变为：电源正极→指示灯→动触点A→衔铁→负极，此时R₀和电磁铁被短路，电路总电阻变小，电流变大，指示灯变亮；电磁铁因电流减小失去磁性，弹簧使动触点A与静触点B分离，电路重新接入R₀和电磁铁，指示灯变暗，电磁铁再次产生磁性，重复上述过程，实现交替闪烁。
【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】
电磁铁极性判断、电磁继电器、电路动态分析
【点评】
本题以项目化学习为载体，综合考查电磁学核心知识，注重知识的实际应用，需学生理解电磁继电器的工作逻辑及动态电路的分析方法，难度适中。
【难度系数】
0.5
