樓道燈為何只在天黑時才能聲控?這道物理競賽題很出乎考生意外!

2020-11-23 物理畢業班

每當夜晚來臨或者天空布滿烏雲時,走在樓道上,一片漆黑,這時候,只需要跺跺腳或者拍上一巴掌或者隨便喊一聲,樓道裡的燈就立刻亮起來了,而人走後沒多久,燈又會自動熄滅。對於初次遇到此現象的人們來說,這簡直太讓人驚奇了,太方便了!

沒錯,現在多數地區的樓道都有光控開關和聲控開關同時控制的樓道燈,甚至還有各種自動智能感應燈,這些電學應用大大方便了人們的生活。而且,最為重要的是,人們不但因此解放了雙手,不用再去直接按開關,還節省了大量的電能。簡直是一件利國利民的最好設計之一。可是,你知道這些應用背後的電路是如何設計的麼?

這種電路設計問題不但是生活中最為基本的電工常識問題,同時也是中考物理題中幾乎年年必考的類型題。這類題由於難度比較大,成為最為考驗學生智力的物理題之一!

今天,我們通過一道全國物理競賽題來說一下這類電路設計問題到底如何解答,如何才能提高物理解題正確率的問題。

請看一下這道物理競賽題:

對於很多已經學了電學的初三學生們來說,這道全國物理競賽題似乎有點小兒科了,特別是第一問,都是平時經常練習的題。這很出乎考生的意外,為什麼會出這麼簡單的題目呢?

其實,此題出的很有價值,特別是第二問,對於一般初中生們來說,並不簡單。

本題題意說明了聲控燈的原理:「為了節省電能,居民樓的樓道燈通常由兩個開關共同控制。一個是利用光敏器件製成的光控開關,它的作用是光線暗時自動閉合,光線亮時自動斷開;一個是利用聲敏器件製成的聲控開關,它的作用是有聲音時自動閉合電路,兩分鐘後,如果再無聲音則自動斷開。」

此原理告訴我們,所謂的「聲控」和「光控」其實依然是通過「開關」來控制的,但是此開關不需要再用手來控制,而是通過對聲音和光線敏感的聲敏器件和光敏器件來自動開啟斷開電路、閉合電路的功能。從而實現遠程無接觸控制。

對於還沒有學過電學的初二學生或者剛剛學習電學的初三學生們來說,這真是一件神奇的事情,只需大叫一聲,燈就亮了。

對於本題第一問,需要兩個開關進行組合然後控制樓道燈。很顯然只有兩個開關串聯和並聯兩種情況。怎麼連接呢?根據題意要求,為了達到節能的目的,必須天黑並且有聲音時,燈才能亮起來。即要同時滿足這兩個條件時,燈才能亮。這屬於「與電路」。因此兩個開關必須串聯。

具體電路圖如下:

對於本題第二問,問題稍微複雜一些,需要實現三個功能,首先依然需要滿足第一問的條件;然後,在夜晚打雷時不會一直亮,也就是需要自動取消功能;然後在睡覺前需要燈一直亮。好複雜啊,怎麼辦呢?

直接上圖:

其實本題的真正要求如下:1.兩個開關串聯,從而保證能實現燈自動工作的功能;2.在打雷時讓兩個開關不起作用,那麼我們直接通過第三個開關把這兩個開關短路不就可以了麼!3.睡覺前燈一直亮,那麼我們直接把第四個開關放在幹路上,然後手動控制即可。如圖所示,當S2閉合,S1斷開時,滿足燈自動工作功能。晚上打雷時斷開S2即可。當把S1S2同時閉合時,燈可以一直被點亮!

以上分析解答過程看似非常完美,很多中學生到此一般就結束了。

可是,千萬別忘了最重要的最後一步:花上幾秒時間去檢查!檢查的方法非常重要,由於電路設計題的方法非常單一,那就是直接把設計好的電路圖與題意對比就可以了,每一步都符合題意就是正確的。可是往往就是最後這一步,很多考生都給忘記了。

中學生朋友們,電學是中考物理的重點,一定要在平時多歸納總結,養成及時糾錯的結論。為了美好的未來,加油!

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