Question

16．圖甲是“膠槍”外形，其功能是將固體膠加熱融化成粘合劑，圖乙是其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)簡圖，兩只PTC加熱元件R₁和R₂相同，單只PTC加熱元件的電阻與溫度的變化關(guān)系如圖丙所示．膠槍工作原理：接通220V電源，膠槍扳機(jī)松開時，進(jìn)入預(yù)熱狀態(tài)；開關(guān)S₁斷開，開關(guān)S₂的觸片與b觸點(diǎn)接通，約60s后固體膠熔化成液態(tài)粘合劑，達(dá)到正常工作溫度．此后，若扣動扳機(jī)，膠槍就進(jìn)入正常工作狀態(tài)：開關(guān)S₁閉合，開關(guān)S₂的觸片與a觸點(diǎn)接通，固體膠條向前擠壓，槍口冒出溫度為150℃～180℃的粘合劑．在近似計算時，可以認(rèn)為粘合劑的溫度與PTC加熱元件的溫度相同．問：

（1）單只PTC加熱元件在預(yù)熱過程中的最小電阻為多少？
（2）膠槍預(yù)熱狀態(tài)時R₁和R₂是串聯(lián)還是并聯(lián)？正常工作狀態(tài)時R₁和R₂是串聯(lián)還是并聯(lián)？
（3）膠槍在預(yù)熱過程中消耗的最大功率是多少？
（4）接通電源60s后，假設(shè)膠槍在恒溫為150℃的條件下正常工作100s，它產(chǎn)生熱量的60%被膠條吸收，在這過程中膠條吸收了多少熱量？

Answer 1

分析 （1）預(yù)熱的溫度在0～150℃之間，由圖象丙讀出單只PTC加熱元件在預(yù)熱過程中的最小電阻；
（2）根據(jù)預(yù)熱狀態(tài)時功率最小，正常狀態(tài)時功率最大，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$進(jìn)行判斷；
（3）開關(guān)S_l斷開，開關(guān)S₂的觸片與b觸點(diǎn)接通，R₁與R₂串聯(lián)，膠槍進(jìn)入預(yù)熱狀態(tài)；知道單只PTC加熱元件在預(yù)熱過程中的最小電阻，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出膠槍在預(yù)熱過程中消耗的最大功率；
（4）開關(guān)S₁閉合，開關(guān)S₂的觸片與a觸點(diǎn)接通，R₁與R₂并聯(lián)，膠槍正常工作，由丙圖可知150℃時PTC的電阻，根據(jù)電阻的并聯(lián)求出電路中的總電阻，根據(jù)Q=I²Rt=$\frac{{U}^{2}t}{R}$求出電路消耗電能產(chǎn)生的熱量，再根據(jù)效率公式求出在這過程中膠條吸收的熱量．

解答 解：
（1）預(yù)熱的溫度在0～150℃之間，由丙圖象可知每只PTC加熱元件的最小阻值R₁=R₂=500Ω；
（2）由題可知，膠槍在預(yù)熱狀態(tài)時功率最小，正常狀態(tài)下功率最大；當(dāng)R₁、R₂串聯(lián)時，電路中電阻最大，電流最小，由P=UI可知此時功率最小，即處于預(yù)熱狀態(tài)，當(dāng)R₁、R₂并聯(lián)時，電路中電阻最小，電流最大，由P=UI可知，此時電路功率最大，即處于正常工作狀態(tài)；
（3）開關(guān)S_l斷開，開關(guān)S₂的觸片與b觸點(diǎn)接通，R₁與R₂串聯(lián)，膠槍進(jìn)入預(yù)熱狀態(tài)，
膠槍在預(yù)熱過程中消耗的最大功率：
P_大=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=$\frac{（220V）^{2}}{500Ω+500Ω}$=48.4W；
（4）開關(guān)S₁閉合，開關(guān)S₂的觸片與a觸點(diǎn)接通，R₁與R₂并聯(lián)，膠槍正常工作，
由丙圖可知，150℃時PTC的電阻為1100Ω，
電路中的總電阻：
R_總=$\frac{{R}_{1}}{2}$=$\frac{1100Ω}{2}$=550Ω，
電路消耗電能產(chǎn)生的熱量：
Q_放=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{總}}$t=$\frac{（220V）^{2}}{550Ω}$×100s=8800J，
在這過程中膠條吸收的熱量：
Q_吸=Q_放η=8800J×60%=5280J．
答：（1）單只PTC加熱元件在預(yù)熱過程中的最小電阻為500Ω；
（2）膠槍預(yù)熱狀態(tài)時R₁和R₂串聯(lián)，正常工作狀態(tài)時R₁和R₂并聯(lián)；
（3）膠槍在預(yù)熱過程中消耗的最大功率是48.4W；
（4）接通電源60s后，假設(shè)膠槍在恒溫為150℃的條件下正常工作100s，它產(chǎn)生熱量的60%被膠條吸收，在這過程中膠條吸收的熱量為5280J．

點(diǎn)評 本題信息量較大，要仔細(xì)讀懂題意，正確分析圖象，根據(jù)題意從圖象中獲取信息，能結(jié)合電路圖進(jìn)行正確分析，綜合性較強(qiáng)．