3. 2022 年卡塔尔世界杯足球赛，球场草坪所用的自动灌溉工程得到了中国技术团队的支持。球场草坪种植的黑麦草，适合在相对湿度为 50％的土壤中生长。
(1)灌溉技术
① 传统灌溉采用如图 16-8-3(a)所示的喷洒技术，这会导致草叶灼伤。这是因为，水喷洒在草叶上，如图 16-8-3(b)所示，透过水珠可见叶面正立、放大的
虚
(虚/实)像，水珠作为
凸
透镜，对太阳光有
会聚
作用。
② 技术团队选择如图 16-8-3(c)所示的地下渗透灌溉新技术，既可避免灼伤草叶，又可节水。这种技术能够节水的原因是
减慢蒸发
。
(2)电阻测量
自动灌溉系统需要湿敏电阻$R_{x}$，小明把$R_{x}$放入相对湿度为 50％的土壤内，并用如图 16-8-4(a)所示的电路测量$R_{x}$的阻值。
① 图中有一根导线连接错误，请在这根导线上打“×”，并以笔画线重新连接该导线。
② 闭合开关 S 前，应将滑动变阻器的滑片 P 移到
右
(左/右)端。
③ 闭合开关 S，移动滑片 P，测得多组数据如右表所示。实验②的数据如图 16-8-4(b)所示，电压表示数为
1.8
V，电流表示数为
0.2
A。根据表中的实验数据可得：在相对湿度为 50％的土壤内$R_{x}$的阻值为
10
$\Omega$。
(3)装置设计
① 湿敏电阻$R_{x}$的阻值随所在土壤湿度变化的图像如图 16-8-5(a)所示。已知：蓄电池电压恒为 6 V；电磁继电器线圈电流大于 0.2 A 时衔铁被吸下，小于 0.2 A 时衔铁被弹回，线圈电阻不计；电动机的额定电压为 220 V。请以笔画线代替导线完成图 16-8-5(b)所示的电路连接。要求：闭合开关 S，当土壤相对湿度低于 50％时，电动机转动送水；当土壤相对湿度高于 50％时，电动机不转并停止送水。
② 定值电阻$R_{0}$的阻值为
20
$\Omega$。
③ 科学家正在培育新品黑麦草，它们能在相对湿度低于 50％的土壤中生长，一旦成功，电路中的电阻$R_{0}$应换用阻值更
小
的定值电阻。
解析：
【分析】
(1)①：先明确水珠的透镜类型，再根据凸透镜成像规律判断像的性质，结合凸透镜对光线的作用分析草叶灼伤的原因；②从影响蒸发快慢的角度分析地下渗透灌溉节水的原理。
(2)①识别电路中电压表的错误连接方式，将其改为并联在待测电阻两端；②根据滑动变阻器的使用规则，闭合开关前滑片移至最大阻值处；③根据电表量程和分度值读取示数，利用欧姆定律计算湿敏电阻的阻值。
(3)①根据湿度变化对湿敏电阻阻值的影响，结合电磁继电器的工作原理，完成控制电路和工作电路的连接；②利用欧姆定律，结合衔铁吸下的电流条件计算定值电阻的阻值；③分析新品黑麦草生长条件对电路的要求，确定定值电阻的调整方向。
【解析】
(1)①：水珠中间厚、边缘薄，属于凸透镜；当草叶位于凸透镜的一倍焦距以内时，成正立、放大的虚像；凸透镜对太阳光有会聚作用，会聚的光线会使草叶局部温度过高，导致灼伤。
②：地下渗透灌溉时，水分直接渗透到土壤中，减少了水分与空气的接触面积，同时避免水分暴露在阳光下，减慢了水分的蒸发，从而达到节水目的。
(2)①：原电路中电压表串联在电路中，正确连接为电压表并联在$R_x$两端，修改方式为：在连接电压表正接线柱与滑动变阻器的导线上打“×”，重新将电压表正接线柱与$R_x$的右端接线柱相连。
②：闭合开关S前，滑动变阻器滑片应移到最大阻值处，由电路图可知，滑片移到右端时，滑动变阻器接入电路的电阻最大。
③：电压表选用0~3V量程，分度值为0.1V，示数为1.8V；电流表选用0~0.6A量程，分度值为0.02A，示数为0.2A；根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$，可得$R_x=\frac{1.8V}{0.2A}=10\Omega$，验证其他数据，结果一致。
(3)①：控制电路连接：蓄电池正极→开关S→$R_x$→$R_0$→电磁继电器线圈→蓄电池负极；工作电路连接：220V电源一端→电动机→电磁继电器常开触点→220V电源另一端（衔铁吸下时，电动机电路导通）。
②：当土壤相对湿度为50%时，$R_x=10\Omega$，线圈电流$I=0.2A$时衔铁刚好吸下，总电阻$R_{总}=\frac{U}{I}=\frac{6V}{0.2A}=30\Omega$，则$R_0=R_{总}-R_x=30\Omega-10\Omega=20\Omega$。
③：新品黑麦草能在相对湿度低于50%的土壤中生长，需在更低湿度时才启动灌溉，此时$R_x$阻值更小，为保持线圈电流达到0.2A时的总电阻不变，$R_0$应换用更小的阻值。
【答案】
(1)① 虚；凸；会聚
② 减慢水分的蒸发（合理即可）
(2)① 如图（在错误导线上打“×”，重新连接$R_x$与电压表）
② 右
③ 1.8；0.2；10
(3)① 如图（控制电路串联$R_x$、$R_0$、线圈，工作电路通过继电器触点连接电动机）
② 20
③ 小
【知识点】
凸透镜成像规律；欧姆定律的应用；电磁继电器的工作原理
【点评】
本题以世界杯灌溉技术为背景，综合考查光学、热学、电学的核心知识点，将物理知识与实际工程应用结合，侧重考查知识迁移和实际分析能力。解题时需紧扣各知识点的基本原理，结合题目情境逐步分析。
【难度系数】
0.6
