Question

下圖是某興趣小組設(shè)計(jì)的一恒溫箱的原理圖．“控制電路”由熱敏電阻R₁、滑動(dòng)變阻器R₀、電磁鐵（線(xiàn)圈電阻不計(jì)）、電源U₁（U₁=8V）、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線(xiàn)等組成．熱敏電阻的阻值隨溫度變化的規(guī)律如下表．當(dāng)線(xiàn)圈中的電流大于或等于20mA時(shí)，電磁鐵的銜鐵被吸下．“工作電路”由電源U₂（U₂=220V）、發(fā)熱電阻R₂ （R₂=110Ω）、導(dǎo)線(xiàn)等組成．

溫度/℃	…	30	35	40	45	50	…
熱敏電阻阻值/Ω	…	350	300	250	200	160	…

問(wèn)：
（1）為使恒溫箱溫度升高到一定值時(shí)，“工作電路”自動(dòng)斷開(kāi)，導(dǎo)線(xiàn)端點(diǎn)C應(yīng)接哪個(gè)接線(xiàn)柱？
（2）若設(shè)定恒溫箱的溫度最高為45℃，則“控制電路”中的滑動(dòng)變阻器的阻值為多大？
（3）“工作電路”工作時(shí)的電流為多大？
（4）若要發(fā)熱電阻R₂產(chǎn)生1.32×10⁵J的熱量，則工作電路需工作多長(zhǎng)時(shí)間？
（5）“控制電路”中用到了哪些物理知識(shí)？請(qǐng)說(shuō)出兩點(diǎn)．

Answer 1

解：（1）溫度升高到一定值時(shí)，熱敏電阻阻值變小，控制電路中電流變大，電磁鐵磁性增強(qiáng)，把銜鐵吸下來(lái)，此時(shí)工作電路斷開(kāi)，說(shuō)明C點(diǎn)接在A接線(xiàn)柱上；
（2）查表可知，當(dāng)溫度為45℃時(shí)，R₁=200Ω，此時(shí)電路中的電流I=20mA=0.02A，
所以控制電路中的總電阻為：R_總===400Ω，
所以滑動(dòng)變阻器的阻值為：R₀=R_總-R₁=400Ω-200Ω=200Ω．
（3）工作電路工作時(shí)的電流為：I₂===2A．
（4）由焦耳定律可得：t===300s．
（5）電磁鐵應(yīng)用了電流的磁效應(yīng)；銜接應(yīng)用了杠桿原理；還有歐姆定律等．
答：（1）導(dǎo)線(xiàn)C應(yīng)接在A接線(xiàn)柱上；
（2）滑動(dòng)變阻器接入的電陰為200Ω；
（3）工作電路中的電流為2A；
（4）工作電路加熱時(shí)間為300s；
（5）電流的磁效應(yīng)；歐姆定律；通過(guò)電磁鐵線(xiàn)圈的電流越大，電磁鐵的磁性越強(qiáng)；電路兩端電壓一定時(shí)，電阻越小，電流越大；杠桿原理等．
分析：（1）溫度升高到一定值時(shí)，熱敏電阻阻值變小，控制電路中電流變大，電磁鐵磁性增強(qiáng)，把銜鐵吸下來(lái)，此時(shí)工作電路斷開(kāi)，說(shuō)明C點(diǎn)接在A接線(xiàn)柱上；
（2）從表中查得45℃時(shí)，熱敏電阻對(duì)應(yīng)的電阻，由于此時(shí)工作電路斷開(kāi)，則控制電路中電流至少為20mA，根據(jù)歐姆定律求出總電阻，減去熱敏電阻的阻值，即為滑動(dòng)變阻器的阻值；
（3）根據(jù)歐姆定律I=就可求出工作電路中的電流；
（4）根據(jù)焦耳定律Q=I²Rt可以算出工作電路需要的時(shí)間；
（5）分析控制電路的工作過(guò)程可知應(yīng)用了歐姆定律、杠桿原理、電流的磁效應(yīng)等．
點(diǎn)評(píng)：該題通過(guò)電磁繼電器綜合考查了學(xué)生對(duì)歐姆定律和焦耳定律的理解和運(yùn)用，以及對(duì)串聯(lián)電路電流、電阻、電壓規(guī)律的考查．考查的內(nèi)容都是電學(xué)部分的基礎(chǔ)和重點(diǎn)內(nèi)容，一定要掌握．