Question

17．熱熔膠在室溫下為固體，加熱到一定程度時變?yōu)檩^強黏性的液體，冷卻后，將物體牢牢地粘在一起，如圖甲是熱熔膠槍的外形，其內部有2只相同的PTC加熱元件，電路如圖乙．單只PTC元件的電阻與溫度的變化如圖丙所示．扣動扳機能使固體膠條向前擠壓，聯動開關S同時倒向A、B，槍口冒出膠液，松開扳機S同時倒向B、C．

（1）松開扳機時為預熱狀態(tài)，當溫度為80℃時，電路中的電流是多少？
（2）當溫度為180℃時，膠液有最佳粘性，若熔化1kg膠需要吸收6.0×10⁵J熱量，已知一根膠條的質量為40g，而加熱時間為400s，試計算熱熔膠槍的加熱效率？
（3）試根據PTC特性定性分析該裝置能使溫度穩(wěn)定在180℃附近的道理．

Answer 1

分析 （1）松開扳機時，開關S同時倒向B、C，此時兩只PTC元件串聯，由圖讀出80℃時，PTC元件的阻值，由歐姆定律可求得電路中的電流．
（2）要熔化膠條，聯動開關需同時倒向A、B，此時兩個PTC加熱元件并聯在電路中，首先根據圖表讀出此時每個PTC元件的阻值，進而可求它們并聯后的等效電阻和加熱功率；然后求出熔化一根膠條（即40g）所需吸收的熱量，利用Q=W=Pt即可求出總熱量，利用η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{總}}$求加熱的效率．
（3）溫度取決于PTC元件的加熱功率，而加熱功率又取決于導體的電阻，因此可結合圖表中180℃附近的阻值變化規(guī)律來進行定性分析．

解答 解：（1）由圖丙可知，80℃時，PTC電阻為880Ω，
此時兩只PTC串聯，電路中電流為I=$\frac{U}{R}$=$\frac{U}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=0.125A．
（2）加熱到180℃時單只PTC電阻為1210Ω，兩只電阻并聯，總電阻為605Ω，加熱功率為：
P=$\frac{{U}^{2}}{R}$=$\frac{（{220V）}^{2}}{605Ω}$=80W，
加熱400s產生的熱量：Q_總=W=Pt=80W×400s=32000J
熔化一根膠條要吸熱Q=6×10⁵J/kg×40×10^-3kg=24000J，
熱熔膠槍加熱的效率η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{總}}$×100%=$\frac{24000J}{32000J}$×100%=75%．
（3）由圖可知，當PTC的溫度達到180℃時，如果溫度升高，則電阻變大．由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$知，在電源電壓一定時，若電阻變大，則發(fā)熱功率減小，升溫速度減慢．反之，溫度降低，電阻減小，發(fā)熱功率增大，會快速升溫，這樣它的溫度會在180℃附近穩(wěn)定下來．
答：（1）電路中的電流為0.125A．
（2）熱熔膠槍加熱的效率為75%．
（3）道理同上．

點評 本題結合實際考查物理知識，這類題型是命題人比較喜歡的一種命題方式，一般作為壓軸題出現，解決此類問題時，應注意從題目中尋找我們熟悉的模型，將大題拆分為若干小題．