Question

醫(yī)院里利用高溫高壓蒸汽消毒鍋對器械進行消毒，不同的器械所要求的溫度、壓強不同．如圖為自動測量鍋內(nèi)溫度、氣壓的電路原理圖（虛線框內(nèi)為鍋內(nèi)部分電路）．電源電壓恒為4.5V．
（1）若對總質(zhì)量為5kg、初溫為15℃的鋼制器械進行消毒，消毒溫度須達到115℃時，器械共吸收多少熱量？[C_鋼=0.46×10³J/（kg?℃）]
（2）熱敏傳感器R₂（阻值隨溫度發(fā)生變化的可變電阻）置于鍋內(nèi)，A₂為顯示溫度的儀表（實質(zhì)是電流表）；R₂的電阻與溫度的關(guān)系如下表所示：

溫度t/℃	80	85	90	95	100	105	110	115	…
電阻R2/Ω	120	110	100	90	80	70	60	50	…

當(dāng)電流表A₂示數(shù)為60mA時，鍋內(nèi)的溫度為多少？
（3）若R₁阻值為200Ω，當(dāng)鍋內(nèi)的溫度達到鋼制器械的消毒溫度115℃時，該電路消耗的總功率多大？

Answer 1

分析：（1）知道鋼制器械的質(zhì)量、鋼的比熱容、鋼制器械的初溫和末溫，利用吸熱公式Q_吸=cm△t求鋼制器械吸收的熱量；
（2）知道電流表A₂的示數(shù)，利用歐姆定律求熱敏電阻的阻值，根據(jù)熱敏電阻與溫度的關(guān)系表得出答案；
（3）由表格數(shù)據(jù)可知，當(dāng)鍋內(nèi)的溫度達到鋼制器械的消毒溫度115℃時R₂的阻值，兩電阻并聯(lián)，求出并聯(lián)總電阻，利用P=

U2

R

求電路消耗的總功率．

解答：解：
（1）鋼制器械吸收的熱量：
Q_吸=cm△t=0.46×10³J/（kg?℃）×5kg×（115℃-15℃）=2.3×10⁵J；
（2）由題知，I₂=60mA=0.06A的阻值：
R₂=

U

I2

=

4.5V

0.06A

=75Ω，
由表中數(shù)據(jù)可以看出，熱敏電阻的阻值從80Ω變到75Ω，電阻減小5Ω，溫度升高2.5℃，鍋內(nèi)溫度為：t=100℃+2.5℃=102.5℃；
（3）當(dāng)鍋內(nèi)的溫度達到鋼制器械的消毒溫度115℃時，R₂=50Ω，兩電阻并聯(lián)，
R_并=

R1R2

R1+R2

=

200Ω×50Ω

200Ω+50Ω

=40Ω，
電路消耗的總功率：
P=

U2

R并

=

(4.5V)2

40Ω

≈0.5W．
答：（1）鋼制器械共吸收2.3×10⁵J的熱量；
（2）當(dāng)電流表A₂示數(shù)為60mA時，鍋內(nèi)的溫度為102.5℃；
（3）電路消耗的總功率為0.5W．

點評：本題考查了學(xué)生對吸熱公式、歐姆定律、電功率公式的掌握和運用，屬于電學(xué)、熱學(xué)綜合應(yīng)用題，有難度．