Question

12．某自動(dòng)恒溫箱在一個(gè)溫度為10℃左右的房間中工作，其原理如下：圖1表示恒溫箱內(nèi)的電路，其定值電阻R_l=5千歐（kΩ），R₂為熱敏電阻，其阻值隨溫度變化的曲線(xiàn)如圖2所示，電源電壓為12伏．當(dāng)電壓鑒別器的兩接入點(diǎn)a，b間的電壓U_ab減少到2伏時(shí)，鑒別器將使開(kāi)關(guān)S接通，使恒溫箱內(nèi)的電熱絲通電而發(fā)熱，從而使箱內(nèi)溫度升高；當(dāng)U_ab升高到4伏時(shí)，鑒別器將使S斷開(kāi)，停止加熱．

（1）從圖2中讀出環(huán)境溫度為20℃時(shí)的熱敏電阻R₂為25千歐．
（2）通過(guò)計(jì)算判定該恒溫箱內(nèi)的溫度最低能降到多少℃？
（3）為了使此恒溫箱內(nèi)保持的最低溫度再降低一些，在其他條件不變的情況下，某同學(xué)采用增大定值電阻R_l阻值的方法，請(qǐng)你解釋其中的原理？
（4）請(qǐng)你再設(shè)計(jì)一種方法使此恒溫箱內(nèi)保持的最低溫度降低一些：增大電源電壓．
（5）若環(huán)境溫度為35℃時(shí)，請(qǐng)預(yù)測(cè)該自動(dòng)恒溫箱將怎樣工作：處于加熱狀態(tài)．

Answer 1

分析 （1）由圖2中的坐標(biāo)可直接讀出15℃時(shí)熱敏電阻的阻值；
（2）由題意可得出R₁兩端的電壓范圍，同時(shí)可求出臨界電壓值時(shí)的電流，則由歐姆定律可求得R₂的阻值，由圖2可讀出對(duì)應(yīng)的溫度值；
（3）保持電源電壓一定，此時(shí)R₂的阻值變大，分壓增多，若保持R₁兩端的電壓不變，就必須增大R₁兩端的電壓來(lái)提高分壓；
（4）由圖知：熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，若要溫度變化范圍降低一些，熱敏電阻R₂的阻值就必須增大，使得R₂兩端增多的電壓從電源電壓那里得到補(bǔ)償；
（5）若環(huán)境溫度為35℃時(shí)，由圖知此時(shí)的熱敏電阻阻值，根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律求出R₁兩端的電壓，然后根據(jù)工作電壓范圍比較判斷即可．

解答 解：（1）由圖2可得，當(dāng)溫度為20℃其對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)為25KΩ．
（2）電路中電流為；I=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}$=$\frac{2V}{5000Ω}$=0.0004A，
R₂兩端的電壓U₂=U-U₁=12V-2V=10V，
則熱敏電阻的阻值R₂=$\frac{{U}_{2}}{I}$=$\frac{10V}{0.0004A}$=25000Ω，
所以由圖2可知最低的溫度是20℃；
（3）在電源電壓不變時(shí)，增大定值電阻R_l阻值，根據(jù)串聯(lián)分壓的原理，R₁獲得的電壓變大；由于保持R₁兩端電壓的變化范圍不變，則當(dāng)R₁兩端電壓為2V時(shí)，R₂的阻值增大，從圖上可以看出，R₂的阻值增大，恒溫箱的最低溫度降低；
（4）從圖上可以看出，若恒溫箱的溫度變化降低一些，則需增大R₂的阻值，此時(shí)R₂分得的電壓增多；
一些，若保持R₁兩端的電壓變化范圍不變，而R₂兩端的電壓增大，可通過(guò)增大電源電壓來(lái)承擔(dān)R₂兩端多出的電壓值；所以可以采取增大電源電壓的方法使此恒溫箱內(nèi)保持的最低溫度降低一些．
（5）若環(huán)境溫度為35℃時(shí)，由圖知此時(shí)的熱敏電阻阻值為15kΩ，則電路中的總電阻R'=R₁+R₂'=5k?+15k?=20k?=20000Ω；
此時(shí)電流I′=$\frac{U}{R′}$=$\frac{12V}{20000Ω}$=0.0006A，
由歐姆定律得R₁兩端的電壓U₁′=I′R₁=0.0006A×5000Ω=3V，
由于3V在2V～4V之間，則自動(dòng)恒溫箱處于加熱狀態(tài)．
答：（1）25；
（2）通過(guò)計(jì)算判定該恒溫箱內(nèi)的溫度最低能降到20℃；
（3）在其他條件不變的情況下根據(jù)串聯(lián)分壓的原理可知增大定值電阻R_l阻值，R₁獲得的電壓變大；所以當(dāng)R₁兩端電壓為2V時(shí)，R₂的阻值增大，從圖上可以看出，R₂的阻值增大，恒溫箱的最低溫度降低；
（4）增大電源電壓；
（5）處于加熱狀態(tài)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物理知識(shí)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，此類(lèi)題型較為常見(jiàn)，并且難度相對(duì)較大，應(yīng)在認(rèn)真審題的基礎(chǔ)上聯(lián)系所學(xué)物理知識(shí)進(jìn)行解答．