Question

10．有一种电加热恒温箱，工作原理如图甲所示，控制电路由电压为U₁=9V的电源、电磁继电器（线圈电阻不计）、滑动变阻器R₂和热敏电阻R₁组成，图乙是热敏电阻R₁的阻值随温度变化的图象；工作电路由电压为U₂=220V的电源和电阻为R₀=44Ω的电热丝组成．通过实验测得当电磁继电器线圈的电流达到60mA时，电磁继电器的衔铁被吸下来，求：

（1）请用笔画线代替导线，按照题意将图中的工作电路连接完整．
（2）在升温的过程中，电阻R₁两端的电压会变小（选填“变大”、“变小”或“不变”）；要使恒温箱设定的温度值升高，应调节滑动变阻器R₂的滑片，使其接入电路的阻值变大（选填“变大”、“变小”或“不变”）． 
（3）电热丝R₀正常工作100s产生的热量是多少？
（4）当滑动变阻器R₂接入电路中的电阻为50Ω时，可使恒温箱的温度保持多高？

Answer 1

分析 （1）分析题意可知，当电磁继电器线圈的电流达到60mA时，电磁继电器的衔铁被吸下来，则恒温箱停止工作；说明工作电路电源与电阻R₀通过上面两个触点组成电路；
（2）从图乙可知，要提高恒温箱的设定温度，就要减小热敏电阻的阻值，根据欧姆定律可知，热敏电阻两端的电压减小；
从图乙可知，要提高恒温箱的设定温度，就要减小热敏电阻的阻值；但为了使衔铁吸合工作电流即线圈中的电流仍为60mA，根据欧姆定律就要增大电阻箱连入的电阻值，即R₂的阻值必须调大；
（3）已知电压、电阻和工作时间，利用Q=$\frac{{U}^{2}}{R}$t计算产生的热量；
（4）根据电源电压、R₂接入电路中的电阻和控制电路中的临界电流，求得热敏电阻的阻值，然后利用该阻值结合图象可以得到此时的恒温箱的温度值．

解答 解：（1）根据当电磁继电器线圈的电流达到60mA时电磁继电器的衔铁被吸下来可知：这时恒温箱停止工作，所以恒温箱工作电路是由电源与电阻R₀通过上面两个触点组成；如图所示：

（2）从图乙可知，要提高恒温箱的设定温度，就要减小热敏电阻的阻值，根据欧姆定律可知，热敏电阻两端的电压变小；
从图乙可知，要提高恒温箱的设定温度，需减小热敏电阻的阻值，为了使衔铁吸合工作电流即线圈中的电流仍为60mA，根据欧姆定律就要增大电阻箱连入的电阻值，即R₂的阻值必须变大；
（3）电热丝R₀正常工作100s产生的热量：Q=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{0}}$t=$\frac{（220V）^{2}}{44Ω}$×100s=1.1×10⁵J；
（4）已知U₁=9V，I=60mA=0.06A，
由I=$\frac{U}{R}$可知，电路的总电阻：R_总=$\frac{{U}_{1}}{I}$=$\frac{9V}{0.06A}$=150Ω，
此时热敏电阻的阻值：R₁=R_总-R₂=150Ω-50Ω=100Ω，
由图象知，热敏电阻的阻值为100Ω时，对应的温度为50℃．
答：（1）如上图所示．
（2）变小；变大；
（3）电热丝R₀正常工作100s产生的热量是1.1×10⁵J；
（4）当滑动变阻器R₂接入电路中的电阻为50Ω时，可使恒温箱的温度保持50℃．

点评 本题难度较大，既需要从电磁铁的性质上进行分析，还要对电磁继电器的原理进行分析．能从图乙得出相关信息、结合串联电路的特点和欧姆定律求解是本题的关键．