Question

小明在研究性學習活動中，查閱到一種熱敏電阻的阻值隨溫度變化的規律如下表，并將該型號的熱敏電阻應用于如圖所示由“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、開關等組成，當線圈中的電流大于或等于20mA時，繼電器的銜鐵被吸合，右邊工作電路則斷開；“工作電路”由工作電源U₂（U₂=10V）、發熱電阻R₂（R₂=5Ω）、導線等組成．問：
（1）圖中用到哪些物理知識，請說出兩點．______，______．
（2）工作電路工作時的電流為多大？電阻R₂的發熱功率為多大？
（3）若發熱電阻R₂需提供1.2×10⁴J的熱量，則工作電路需工作多長時間（不計熱量的損失）？
（4）若恒溫箱的溫度最高不得超過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）根據圖示的結構：杠桿、電磁鐵可以聯系到對應的物理知識．
（2）根據工作電路的電源電壓和發熱電阻的阻值，利用歐姆定律可以求得電路中的電流；利用功率的計算公式可以求得發熱功率．
（3）利用求得的發熱功率和需要的熱量，可以求得工作電路的工作時間．
（4）選取50℃時，熱敏電阻R₁對應的阻值250Ω為電路中的R₁的阻值，根據電路的特點，求出電路的總電阻；結合繼電器的銜鐵被吸合時，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造中有電磁鐵，所以用到了電流的磁效應；
有杠桿，涉及了杠桿的原理．
（2）工作電路中，電源電壓U₂=10V，發熱電阻R₂=5Ω，工作電路工作時的電流：I₂===2A；
電阻R₂的發熱功率P₂=U₂I₂=10 V×2 A=20 W．
（3）發熱電阻工作時產生的熱量：Q=1.2×10⁴J，發熱電阻的功率P₂=20 W．
所以發熱電阻工作時間：t===6OOs．
（4）當R₁溫度為50℃時，其阻值R₁=250Ω，
∵R₁和R串聯，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：電流的磁效應；杠桿的原理．
（2）工作電路工作時的電流為2A．電阻R₂的發熱功率為20W．
（3）若發熱電阻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50℃，則控制電路的電源電壓U₁最小值為6V．
點評：在第四問中，熱敏電阻的阻值由很多個，如何選取熱敏電阻的阻值是解決此題的關鍵．