Question

5．小明利用实验室的电磁继电器、热敏电阻R₁，可变电阻器R₂等器件设计了一个恒温箱控制电路，如图甲所示，图乙是小明通过实验测得的R₁的阻值随温度变化的关系曲线．
（1）当温度较低时，电磁铁的磁性较弱（选填“强”或“弱”），触点开关接通（接通/断开）．
（2）电磁继电器的电源两端电压U=6V，电磁继电器线圈的电阻可不计，通过实验测得当电流为30mA时，电磁继电器的衔铁被吸合．若可变电阻器R₂的电阻值设定为150Ω时，恒温箱温度可达到90℃．当可变电阻器R₂的电阻变大时，恒温箱设定的温度将变升高（选填“升高”或“降低”）．
（3）小明设计的这个控制电路，使用起来有不足之处，请你指出：电磁继电器频繁通断，整个装置的使用寿命因此受到影响．

Answer 1

分析 （1）温度较低，决定了热敏电阻的阻值较大，控制电路中的电流较小，电磁铁的磁性较弱，结合图示的工作电路的连接情况，即可确定工作电路的工作状态．
（2）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．
恒温箱内的温度如何变化，取决于加热丝的工作时间的长短，工作时间是由电磁铁磁性的强弱来决定的，而电磁铁的磁性强弱又是由控制电路中的电流来决定的．由此入手分析即可解决此题；
（3）从温度到达临界值时会出现的实际情况入手分析找出其问题所在．

解答 解：（1）当温度较低时，由R₁的阻值随温度变化的关系曲线可知，热敏电阻的阻值较大，由I=$\frac{U}{R}$可知，控制电路中的电流较小，电磁铁的磁性较弱，此时的衔铁不会被吸下来，根据图示的工作电路可知，加热丝所在的电路接通；
（2）电磁继电器的衔铁被吸合时，电路中的总电阻：
R_总=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{30×1{0}^{-3}A}$=200Ω，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以，热敏电阻的阻值：
R₁=R_总-R₂=200Ω-150Ω=50Ω，
由图象知，热敏电阻的阻值为50Ω时，对应的温度为90℃．
当可变电阻器R₂的电阻变大时，在热敏电阻阻值不变的情况下，电路中的电流会减小，此时电磁铁的磁性会减弱，所以衔铁不会被吸下来，工作电路继续工作，恒温箱内的温度持续升高，热敏电阻的阻值会继续降低，控制电路中的电流会增大，直到电流到达临界值时，电磁铁切断工作电路．
（3）小明设计的这个电路，从理论上讲控制的只是一个固定的温度值，这样使用时，就会出现恒温箱内温度在某一固定值附近时，电磁继电器频繁通断的现象，这对电磁继电器和加热器电路的使用寿命是十分不利的．
故答案为：
（1）弱；接通；
（2）90；高；
（3）电磁继电器频繁通断，整个装置的使用寿命因此受到影响．

点评 本题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．