Question

小明在研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)中，查閱到一種熱敏電阻的阻值隨溫度變化的規(guī)律如下表，并將該型號(hào)的熱敏電阻應(yīng)用于如圖所示由“控制電路”和“工作電路”組成的恒溫箱電路中．

溫度/℃	…	30	40	50	60	70	…
熱敏電阻阻值/Ω	…	350	300	250	210	175	…

“控制電路”由熱敏電阻R₁、電磁鐵（線圈阻值R=50Ω）、電源U₁、開(kāi)關(guān)等組成，當(dāng)線圈中的電流大于或等于20mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合，右邊工作電路則斷開(kāi)；“工作電路”由工作電源U₂（U₂=10V）、發(fā)熱電阻R₂（R₂=5Ω）、導(dǎo)線等組成．問(wèn)：
（1）圖中用到哪些物理知識(shí)，請(qǐng)說(shuō)出兩點(diǎn)．______，______．
（2）工作電路工作時(shí)的電流為多大？電阻R₂的發(fā)熱功率為多大？
（3）若發(fā)熱電阻R₂需提供1.2×10⁴J的熱量，則工作電路需工作多長(zhǎng)時(shí)間（不計(jì)熱量的損失）？
（4）若恒溫箱的溫度最高不得超過(guò)50℃，則控制電路的電源電壓U₁最小值為多大？

Answer 1

【答案】分析：（1）根據(jù)圖示的結(jié)構(gòu)：杠桿、電磁鐵可以聯(lián)系到對(duì)應(yīng)的物理知識(shí)．
（2）根據(jù)工作電路的電源電壓和發(fā)熱電阻的阻值，利用歐姆定律可以求得電路中的電流；利用功率的計(jì)算公式可以求得發(fā)熱功率．
（3）利用求得的發(fā)熱功率和需要的熱量，可以求得工作電路的工作時(shí)間．
（4）選取50℃時(shí)，熱敏電阻R₁對(duì)應(yīng)的阻值250Ω為電路中的R₁的阻值，根據(jù)電路的特點(diǎn)，求出電路的總電阻；結(jié)合繼電器的銜鐵被吸合時(shí)，電路中的最小電流，可以求得控制電路中的最小電源電壓．
解答：解：（1）控制電路中的電磁繼電器里面的構(gòu)造中有電磁鐵，所以用到了電流的磁效應(yīng)；
有杠桿，涉及了杠桿的原理．
（2）工作電路中，電源電壓U₂=10V，發(fā)熱電阻R₂=5Ω，工作電路工作時(shí)的電流：I₂===2A；
電阻R₂的發(fā)熱功率P₂=U₂I₂=10 V×2 A=20 W．
（3）發(fā)熱電阻工作時(shí)產(chǎn)生的熱量：Q=1.2×10⁴J，發(fā)熱電阻的功率P₂=20 W．
所以發(fā)熱電阻工作時(shí)間：t===6OOs．
（4）當(dāng)R₁溫度為50℃時(shí)，其阻值R₁=250Ω，
∵R₁和R串聯(lián)，R=50Ω，
∴R_總=R₁+R=250Ω+50Ω=300Ω，
電路的最小工作電流：I₁=20mA=0.02A，
因此，控制電路的最小電壓為：U₁=I₁R_總=0.02 A×300Ω=6 V．
答：（1）圖中用到物理知識(shí)：電流的磁效應(yīng)；杠桿的原理．
（2）工作電路工作時(shí)的電流為2A．電阻R₂的發(fā)熱功率為20W．
（3）若發(fā)熱電阻R₂需提供1.2×10⁴J的熱量，則工作電路需工作6OOs．
（4）恒溫箱的溫度最高不得超過(guò)50℃，則控制電路的電源電壓U₁最小值為6V．
點(diǎn)評(píng)：在第四問(wèn)中，熱敏電阻的阻值由很多個(gè)，如何選取熱敏電阻的阻值是解決此題的關(guān)鍵．