Question

6．熱熔膠，一種非晶體，常溫下是固體，熔化后再冷卻就能將物體牢牢的粘合在一起，生產(chǎn)中常用作粘合劑．圖甲是熱熔膠槍（簡稱“膠槍”）的外形，其內(nèi)部有兩只相同的PTC加熱元件，電路如圖乙所示，單只PTC加熱元件的電阻與溫度的變化關(guān)系如圖丙所示．松開膠槍扳機(jī)，開關(guān)S_l斷開，開關(guān)S₂的觸片與b觸點(diǎn)接通，若此時接通電源，膠槍就進(jìn)入預(yù)熱狀態(tài)，約60s后熱熔膠熔化成的膠液溫度達(dá)到正常工作溫度（170℃～200℃）．此后，若扣動扳機(jī)，膠槍就進(jìn)入正常工作狀態(tài)：固體膠條向前擠壓，開關(guān)S₁閉合，開關(guān)S₂的觸片與a觸點(diǎn)接通，槍口冒出溫度為170℃～210℃的膠液，此時可以粘合物體了．在近似計算時，可以認(rèn)為膠液的溫度與PTC加熱元件的溫度相同．問：

（1）膠槍在預(yù)熱過程中電路中最小的總電阻是多少？
（2）假設(shè)膠槍在溫度為170℃的條件下正常工作200s，則電路消耗的電能多少焦？
（3）PTC電熱元件是一種典型具有溫度敏感性的半導(dǎo)體電阻，超過一定的溫度時，它的電阻值隨溫度的升高而急劇升高，試根據(jù)PTC特定定性分析該裝置能使溫度穩(wěn)定在170℃附近的道理．

Answer 1

分析 （1）當(dāng)松開扳機(jī)時，R₁與R₂串聯(lián)，膠槍在預(yù)熱過程中根據(jù)串聯(lián)電阻的電阻特點(diǎn)即可求出總電阻；
（2）扣動扳機(jī)，當(dāng)溫度為170℃時，R₁與R₂并聯(lián)，并且從丙圖中可知電阻的阻值，根據(jù)W=$\frac{{U}^{2}}{R}$t求出電路消耗的總功率；
（3）溫度取決于PTC元件的加熱功率，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，當(dāng)電壓一定，加熱功率又取決于導(dǎo)體的電阻，因此可結(jié)合圖表中170℃附近的阻值變化規(guī)律來進(jìn)行定性分析．

解答 解：（1）當(dāng)松開扳機(jī)時，R₁與R₂串聯(lián)，膠槍在預(yù)熱過程中，由圖丙可知溫度為80℃時加熱元件的電阻最小，為1000Ω，則：R_總最小=R_1最小+R_2最小=1000Ω+1000Ω=2000Ω；
（2）膠槍在溫度為170℃的條件下正常工作時需要扣動扳機(jī)，此時R₁與R₂并聯(lián)，由圖丙可知溫度為170℃時加熱元件的電阻為R₁=R₂=1600Ω，
則W=2×$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$t=2×$\frac{（{220V）}^{2}}{1600Ω}$×200s=12100J；
（3）由圖可知，當(dāng)PTC的溫度達(dá)到170℃時，如果溫度升高，則PTC電阻變大，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，在電源電壓一定時，若電阻變大，則發(fā)熱功率減小，升溫速度減慢；反之，溫度降低，PTC電阻減小，發(fā)熱功率增大，會快速升溫，這樣它的溫度會在170℃附近穩(wěn)定下來．
答：（1）膠槍在預(yù)熱過程中電路中最小的總電阻是2000Ω；
（2）假設(shè)膠槍在溫度為170℃的條件下正常工作200s，則電路消耗的電能12100J；
（3）當(dāng)PTC的溫度達(dá)到170℃時，如果溫度升高，則PTC電阻變大，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，在電源電壓一定時，若電阻變大，則發(fā)熱功率減小，升溫速度減慢；反之，溫度降低，PTC電阻減小，發(fā)熱功率增大，會快速升溫，這樣它的溫度會在170℃附近穩(wěn)定下來．

點(diǎn)評 本題考查了學(xué)生對歐姆定律、電功率公式的掌握以及讀圖分析能力，重點(diǎn)是能對計算公式進(jìn)行靈活變形，同時能讀懂電路圖中開關(guān)對元件的控制作用．