Question

小明利用實驗室的電磁繼電器、熱敏電阻R₁、可變電阻器R₂等器件設計了一個恒溫箱控制電路，如圖甲所示．如圖乙是小明通過實驗測得的R₁的阻值隨溫度變化的關系曲線．

（1）電磁繼電器中電磁鐵上端是______極（N/S）．
（2）當溫度較低時，電磁鐵的磁性較______，觸點開關______（接通/斷開）．
（3）電磁繼電器的電源兩端電壓U=6V，電磁繼電器線圈的電阻可不計，通過實驗測得當電流為30mA時，電磁繼電器的銜鐵被吸合．若可變電阻器R₂的電阻值設定為150Ω時，恒溫箱溫度可達到______℃．當可變電阻器R₂的電阻變大時，恒溫箱設定的溫度將變______（高/低）．
（4）如果要使恒溫箱內預設的溫度可調節范圍是90℃～150℃，可供選擇的可變電阻器R₂的電阻值有如下的幾種，你選擇______．
A．0～100Ω       B． 0～200Ω        C．0～1000Ω        D． 0～1500Ω
（5）小明設計的這個控制電路，使用起來有不足之處，請你指出：______．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據螺線管的線圈繞向和電流方向，利用安培定則可以確定螺線管的NS極．
（2）溫度較低，決定了熱敏電阻的阻值較大，控制電路中的電流較小，電磁鐵的磁性較弱，結合圖示的工作電路的連接情況，即可確定工作電路的工作狀態．
（3）根據電源電壓、R₂接入電路中的電阻和控制電路中的臨界電流，求得熱敏電阻的阻值，然后利用該阻值結合圖象可以得到此時的恒溫箱的溫度值．
恒溫箱內的溫度如何變化，取決于加熱絲的工作時間的長短，工作時間是由電磁鐵磁性的強弱來決定的，而電磁鐵的磁性強弱又是由控制電路中的電流來決定的．由此入手分析即可解決此題．
（4）根據要求的溫度范圍，結合R₁的阻值隨溫度變化的關系可以確定R₁的阻值變化范圍；利用電路的總電阻，結合串聯電路電阻的特點，可以求得對應的滑動變阻器R₂的變化范圍，由此即可確定選用哪個滑動變阻器．
（5）從溫度到達臨界值時會出現的實際情況入手分析找出其問題所在．
解答：解：（1）電流從電磁鐵的下端流入上端流出，結合圖示的線圈繞向利用安培定則可以確定電磁鐵的上端為S極，下端為N極．
（2）溫度較低時，由R₁的阻值隨溫度變化的關系曲線可知，熱敏電阻的阻值較大，控制電路中的電流較小，電磁鐵的磁性較弱，此時的銜鐵不會被吸下來，根據圖示的工作電路可知，加熱絲所在的電路接通．
（3）U_源=6V  I=30mA=0.03A，
電路的總電阻：R_總===200Ω，
此時R1=熱敏電阻的阻值：R₁=R_總-R₂=200Ω-150Ω=50Ω，
由圖象知，熱敏電阻的阻值為50Ω時，對應的溫度為90℃．
當可變電阻器R₂的電阻變大時，在熱敏電阻阻值不變的情況下，電路中的電流會減小，此時電磁鐵的磁性會減弱，所以銜鐵不會被吸下來，工作電路繼續工作，恒溫箱內的溫度持續升高，熱敏電阻的阻值會繼續降低，控制電路中的電流會增大，直到電流到達臨界值時，電磁鐵切斷工作電路．
（4）由第三問的分析可知：當設定溫度最低為90℃，根據熱敏電阻R₁的阻值隨溫度變化的關系曲線可知，此時熱敏電阻的阻值最大為50Ω，因為控制電路的U_源=6V不變，I=0.03A不變，極控制電路的總電阻200Ω保持不變，所以此時要求R₂的阻值為150Ω，且此時為最小值；
當設定溫度為150℃時，根據熱敏電阻R₁的阻值隨溫度變化的關系曲線可知，此時熱敏電阻的阻值最小為30Ω，因為控制電路的總電阻為200Ω不變，所以此時要求R₂的阻值為170Ω，且為最大值．
綜上分析，當恒溫箱內預設的溫度可調節范圍是90℃～150℃時，滑動變阻器的阻值變化范圍為150Ω～170Ω，故選B．
（5）小明設計的這個電路，從理論上講控制的只是一個固定的溫度值，這樣使用時，就會出現恒溫箱內溫度在某一固定值附近時，電磁繼電器頻繁通斷的現象，這對電磁繼電器和加熱器電路的使用壽命是十分不利的．
故答案為：（1）S；       （2）弱；     接通；       （3）90；     高；        （4）B；
（5）小明設計的這個電路，從理論上講控制的只是一個固定的溫度值，這樣使用時，就會出現恒溫箱內溫度在某一固定值附近時，電磁繼電器頻繁通斷的現象，這對電磁繼電器和加熱器電路的使用壽命是十分不利的
點評：通過圖象中的溫度和阻值的對應關系，通過溫度值得到電阻值是解決此題的關鍵．