某校科技小組的同學(xué)們用PTC元件(即半導(dǎo)體陶瓷材料)制作了一個(gè)電加熱保溫杯.常溫下的涼開(kāi)水放在杯內(nèi)可加熱至60℃,并利用這種元件的特性設(shè)定保溫溫度為60℃.已知所用的PTC元件的阻值RT隨溫度的變化關(guān)系如圖甲,使用時(shí)PTC元件如圖乙接入家庭電路中.

請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
(1)當(dāng)溫度為60℃時(shí),電路中的電流是______mA,通電1min,PTC元件消耗的電能是______J.
(2)PTC元件的最大電功率是______W.
(3)保溫杯可以利用PTC元件的特性進(jìn)行保溫的原理是:當(dāng)溫度達(dá)到60℃時(shí),PTC元件發(fā)熱功率等于散熱功率(即在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量與散失的熱量相等),溫度保持不變.從圖甲可以看出,①當(dāng)它的溫度高于60℃時(shí),______,溫度下降;②當(dāng)溫度低于60℃時(shí),______,溫度上升.因此保溫杯中的水可以保持在60℃左右.
【答案】分析:(1)從乙圖可知,電路中只有電阻Rr,根據(jù)環(huán)境溫度,由甲圖可以判斷出電阻Rr的大小,知道電源電壓,根據(jù)歐姆定律I=計(jì)算出電路中的電流.又知道工作時(shí)間,可利用公式W=UIt計(jì)算出PTC元件消耗的電能.
(2)由公式P=可知,要想PTC元件的電功率最大,此時(shí)PTC元件的電阻Rr應(yīng)最小.首先從甲圖中讀出PTC元件的最小電阻,再利用公式P=計(jì)算出PTC元件的最大電功率.
(3)知道當(dāng)溫度達(dá)到60℃時(shí),PTC元件發(fā)熱功率等于散熱功率.首先判斷出當(dāng)溫度高于60℃或低于60℃時(shí),PTC元件的電阻Rr的變化,再利用公式P=判斷出PTC元件發(fā)熱功率的變化,最后判斷出當(dāng)溫度高于或低于穩(wěn)定溫度時(shí)發(fā)熱功率與散熱功率間的關(guān)系,從而可以判斷出溫度的變化.
解答:解:
(1)從乙圖可知,電路中只有電阻Rr,
當(dāng)溫度為60℃時(shí),由甲圖可知電阻Rr=10KΩ=10000Ω,
而電源電壓為U=220V,
∴電路中的電流為:I===0.022A=22mA.
而t=1min=60s,
∴消耗的電能為:W=UIt=220V×0.022A×60s=290.4J.
(2)從乙圖可知,PTC元件的最小電阻為30℃時(shí)的電阻,Rr小=2KΩ=2000Ω,
∴PTC元件的最大電功率為:P最大===24.2W.
(3)①當(dāng)溫度達(dá)到60℃時(shí),PTC元件發(fā)熱功率等于散熱功率,溫度保持不變.
從圖甲可以看出,當(dāng)它的溫度高于60℃時(shí),PTC元件的電阻Rr增大,由公式P=可知PTC元件發(fā)熱功率變小,發(fā)熱功率小于散熱功率,溫度下降;
②從圖甲可以看出,當(dāng)它的溫度低于60℃時(shí),PTC元件的電阻Rr減小,由公式P=可知PTC元件發(fā)熱功率變大,發(fā)熱功率大于散熱功率,溫度上升;因此保溫杯中的水可以保持在60℃左右.
故答案為:(1)22;290.4.
(2)24.2.
(3)PTC元件的電阻Rr增大,由公式P=可知PTC元件發(fā)熱功率變小,發(fā)熱功率小于散熱功率;PTC元件的電阻Rr減小,由公式P=可知PTC元件發(fā)熱功率變大,發(fā)熱功率大于散熱功率.
點(diǎn)評(píng):(1)本題考查了學(xué)生對(duì)歐姆定律的應(yīng)用、電功的計(jì)算和的功率的計(jì)算,關(guān)鍵是對(duì)公式和公式變形的理解和應(yīng)用,在計(jì)算過(guò)程中要注意單位的換算.
(2)本題考查學(xué)生對(duì)圖象的理解及應(yīng)用,圖象法為物理中常用方法,應(yīng)學(xué)會(huì)熟練應(yīng)用.在應(yīng)用中重點(diǎn)掌握:①圖象中坐標(biāo)的含義;②圖象的變化;③截矩的意義;④斜率的意義.
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(2009?延慶縣一模)某?萍夹〗M的同學(xué)們?yōu)椤氨容^不同的保溫瓶的保溫效果”,做了大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn).同學(xué)們將其中一只保溫瓶?jī)?nèi)裝入2.5kg的水,某段時(shí)間內(nèi),經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn),水的溫度從97℃降低到57℃,則該保溫瓶?jī)?nèi)的水在這段時(shí)間內(nèi)放出了多少的熱量?[水的比熱容為4.2×103J/(kg?℃)].

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請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
(1)當(dāng)溫度為60℃時(shí),電路中的電流是
22
22
mA,通電1min,PTC元件消耗的電能是
290.4
290.4
J.
(2)PTC元件的最大電功率是
24.2
24.2
W.
(3)保溫杯可以利用PTC元件的特性進(jìn)行保溫的原理是:當(dāng)溫度達(dá)到60℃時(shí),PTC元件發(fā)熱功率等于散熱功率(即在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量與散失的熱量相等),溫度保持不變.從圖甲可以看出,①當(dāng)它的溫度高于60℃時(shí),
PTC元件的電阻Rr增大,由公式P=
U2
R
可知PTC元件發(fā)熱功率變小,發(fā)熱功率小于散熱功率
PTC元件的電阻Rr增大,由公式P=
U2
R
可知PTC元件發(fā)熱功率變小,發(fā)熱功率小于散熱功率
,溫度下降;②當(dāng)溫度低于60℃時(shí),
PTC元件的電阻Rr減小,由公式P=
U2
R
可知PTC元件發(fā)熱功率變大,發(fā)熱功率大于散熱功率
PTC元件的電阻Rr減小,由公式P=
U2
R
可知PTC元件發(fā)熱功率變大,發(fā)熱功率大于散熱功率
,溫度上升.因此保溫杯中的水可以保持在60℃左右.

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科目:初中物理 來(lái)源:2013屆江蘇省南京市白下區(qū)中考二模物理試卷(帶解析) 題型:實(shí)驗(yàn)題

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(1)當(dāng)溫度為60℃時(shí),電路中的電流是          A,通電1min,PTC元件消耗的電能是          J。
(2)PTC元件的最大電功率是          W。
(3)保溫杯可以利用PTC元件的特性進(jìn)行保溫的原理是:當(dāng)溫度達(dá)到60℃時(shí),PTC元件發(fā)熱功率等于散熱功率(即在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量與散失的熱量相等),溫度保持不變。從圖甲可以看出,①當(dāng)它的溫度高于60℃時(shí),                           ,溫度下降;②當(dāng)溫度低于60℃時(shí),                       ,溫度上升。因此保溫杯中的水可以保持在60℃左右。

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科目:初中物理 來(lái)源:2012-2013學(xué)年江蘇省南京市白下區(qū)中考二模物理試卷(解析版) 題型:實(shí)驗(yàn)題

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(1)當(dāng)溫度為60℃時(shí),電路中的電流是          A,通電1min,PTC元件消耗的電能是          J。

(2)PTC元件的最大電功率是          W。

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科目:初中物理 來(lái)源:2012-2013學(xué)年江蘇省阜寧縣九年級(jí)上學(xué)期期末學(xué)情調(diào)研物理試卷(解析版) 題型:實(shí)驗(yàn)題

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請(qǐng)回答下列問(wèn)題:

(1)當(dāng)溫度為60℃時(shí),電路中的電流是  mA,通電10s,PTC元件消耗的電能是  J.

(2)PTC元件的最大電功率是     W.

(3)保溫杯可以利用PTC元件的特性進(jìn)行保溫的原理是:當(dāng)溫度達(dá)到60℃時(shí),PTC元件發(fā)熱功率等于散熱功率(即在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量與散失的熱量相等),溫度保持不變. 從圖甲中可以看出,①當(dāng)它的溫度高于60℃時(shí),PTC元件的電阻        ,電功率     .(“變大”、“變小”、“不變”)溫度下降;②當(dāng)溫度低于60℃時(shí),PTC元件的電阻     ,電功率     .(“變大”、“變小”、“不變”),溫度上升. 因此保溫杯中的水可以保持在60℃左右.

 

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