Question

1．為了建一個(gè)更大的孵化箱，并且可控制箱內(nèi)的溫度變化，小陽設(shè)計(jì)了一個(gè)溫度自動(dòng)控制裝置，如圖所示，其中半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻阻值R₁在不同的溫度下的阻值如下表所示．已知繼電器電阻R₂為20Ω，電源的電壓U₀恒為12V．大紙箱內(nèi)共安裝有4只標(biāo)有“220V 60W”的燈泡．當(dāng)繼電器線圈中的電流大于或等于60mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合，紙箱內(nèi)照明電路斷開；當(dāng)線圈中的電流小于或等于50mA時(shí)，繼電器的銜鐵被釋放，紙箱內(nèi)照明電路閉合．
求：若將此裝置安放在紙箱內(nèi)，那么紙箱內(nèi)的溫度可控制在什么范圍中？紙箱內(nèi)的溫度可控制在30℃～38℃范圍內(nèi)
如何改進(jìn)小陽的溫控設(shè)計(jì)，才能符合孵化小雞所需42℃的要求？繼電器線圈中的電流大于或等于80mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合，紙箱內(nèi)照明電路斷開；當(dāng)線圈中的電流小于或等于50mA時(shí)，繼電器的銜鐵被釋放，紙箱內(nèi)照明電路閉合．
R₁在不同溫度下的阻值

溫度t（℃）	30	38	40	42
R1  （Ω）	220	180	151	130

Answer 1

分析 （1）取臨界情況，當(dāng)電流為60mA時(shí)和當(dāng)電流等于50mA時(shí)，知道電源電壓U₀，分別求出總電阻，利用串聯(lián)電阻的特點(diǎn)求熱敏電阻R₁的大小，對(duì)應(yīng)表格找出溫度值，從而得到浴室內(nèi)溫度的變化范圍；
（2）從表中可以看出，當(dāng)孵化溫度為42℃時(shí)，對(duì)應(yīng)R₁電阻為130歐姆，根據(jù)歐姆定律即可求出對(duì)應(yīng)的電流．

解答 解：（1）當(dāng)電路閉合時(shí)：
P_總=nP_L=60W×4=240W，
通過電路的總電流：
I=$\frac{{P}_{總}}{U}$=$\frac{240W}{220V}$≈1A；
（2）取臨界情況，當(dāng)電流為I=60mA=0.06A時(shí)：
因?yàn)镽₁+R₂=$\frac{{U}_{0}}{I}$=$\frac{12V}{0.06A}$=200Ω，
所以R₁=200Ω-R₂=200Ω-20Ω=180Ω，由表可得對(duì)應(yīng)的溫度為38℃；-----①
當(dāng)電流為I′=50mA=0.05A時(shí)：
因?yàn)镽₁′+R₂=$\frac{{U}_{0}}{{I}^{′}}$=$\frac{12V}{0.05A}$=240Ω，
所以R₁′=240Ω-R₂=240Ω-20Ω=220Ω，由圖可得對(duì)應(yīng)的溫度為30℃；------②
由①②可知室內(nèi)溫度可控制在30℃～38℃范圍內(nèi)．
（2）孵化小雞所需42℃時(shí)，R₁電阻為130歐姆，繼電器線圈電流為I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{1}{+R}_{2}}$=$\frac{12V}{130Ω+20Ω}$=0.08A=80mA；
所以繼電器線圈中的電流大于或等于80mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合，紙箱內(nèi)照明電路斷開；當(dāng)線圈中的電流小于或等于50mA時(shí)，繼電器的銜鐵被釋放，紙箱內(nèi)照明電路閉合．
故答案為：（1）紙箱內(nèi)的溫度可控制在30℃～38℃范圍內(nèi)；
（2）繼電器線圈中的電流大于或等于80mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合，紙箱內(nèi)照明電路斷開；當(dāng)線圈中的電流小于或等于50mA時(shí)，繼電器的銜鐵被釋放，紙箱內(nèi)照明電路閉合．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了串聯(lián)電路中歐姆定律的應(yīng)用、電磁鐵的應(yīng)用，能從熱敏電阻阻值R₁隨溫度變化圖表上搜集到相關(guān)信息是本題的關(guān)鍵．