(2008全国初中应用物理知识竞赛复赛)小明利用实验室的电磁继电器、热敏电阻R1、可变电阻器R2等器件设计了一个恒温箱控制电路,如图1所示。其中“交流电源”是恒温箱加热器的电源(加热器在恒温箱内,图中未画出);R1处于恒温箱内,图2是小明通过实验测得的R1的阻值随温度变化的关系曲线;电磁继电器的电源两端电压U = 6 V,电磁继电器线圈的电阻可不计,通过实验测得当电流为30mA时,电磁继电器的衔铁被吸合。
(1).请简述此恒温箱的工作过程。
(2).为什么恒温箱的加热器应该接在A、B端,而不能接在C、D端?
(3).如果要使恒温箱内预设的温度可调节范围是90℃~150℃,可供选择的可变电阻器R2的电阻值有如下的几种:
A.0~100Ω B.0~200Ω C.0~1000Ω D.0~1500Ω
请问应选择哪一个可变电阻器?为什么?
(4).小明设计的这个控制电路,使用起来有何不足之处?请你提出一种解决的方案。
解:(1).恒温箱温控系统是由交流电加热电路和直流控制电路组成,适当调节变阻器R2的阻值,利用热敏电阻R1的性能和阻值等使该系统能保证恒温箱的温度保持在预设的温度范围内。工作过程如下:
当恒温箱内的温度达到或者超过预设之最高温度时,热敏电阻R1的阻值下降,直流控制电路中电流增大,电磁继电器吸合衔铁,切断交流加热电路,恒温箱开始降温。当恒温箱内的温度低于预设之最低温度时,热敏电阻R1的阻值增大,直流控制电路中电流减小,电磁继电器释放衔铁,交流加热电路接通,恒温箱又开始升温。如此反复接通和断开交流加热电路,使恒温箱的温度保持在预设温度范围内。
(2).恒温箱的加热器应接在A、B端。这样温度高于预设最高温度时,电磁继电器的衔铁吸合,停止加热;而温度低于预设温度时,电磁继电器的衔铁断开,进行加热。这样才能实现温度控制。如果加热器在C、D两端,当温度高于预设温度时,R1的阻值减小,电磁继电器的衔铁吸合,加热器继续工作,温度将更高,这样就无法实现恒温控制.。
(3).电磁继电器吸合时的电流为30mA,则控制电路的总电阻为R总=R1+R2=200Ω,
控制90℃时,由曲线图可知,R1=50Ω,可变电阻值应为 R2=200Ω-50Ω=150Ω。
控制150℃时,由曲线图可知,R1=30Ω,可变电阻值应为 R2=200Ω-30Ω=170Ω
所以,要选一个能提供150Ω~170Ω阻值的可变电阻器,选择B即可满足上述阻值要求,又能便于调节,故选用B即可。
(4).小明设计的这个电路,从理论上讲控制的只是一个固定的温度值,这样使用时,就会出现恒温箱内温度在某一固定值附近时,电磁继电器频繁通断的现象,这对电磁继电器和加热器电路的使用寿命是十分不利的。为了解决这个问题,可以设想制造一种继电器,当已经达到了预设的温度时,继电器达到吸合电流值(如此题中的30mA),这种继电器可以延长一段时间或限时到规定时间才吸合,从而断开被控制电路。当低于预设的温度时,通过继电器的电流小于吸合电流值,这种继电器同样可以延长一段时间或限时到规定时间才释放衔铁。从而实现继电器和加热电路有一个较长的稳定工作状态,达到既能实现恒温控制又能延长使用寿命的目的。(说明:只要提出的设计合理,即可得分)
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(2013全国初中应用物理知识竞赛题)某测量仪器及其控制电路如图5所示。仪器的等效内阻为100Ω,正常工作电流为100~300mA,电源电压为30V。控制电路由两个滑动变阻器组成,为了快速准确地调节仪器的工作电流,应选用哪一组变阻器?( )
A.R1=100Ω,R2=10Ω B.R1=200Ω,R2=20Ω
C.R1=100Ω,R2=100Ω D.R1=200Ω,R2=200Ω
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(2011全国初中应用物理知识竞赛河南预赛)节能是这个时代的主旋律。小强要测量一盏节能灯的额定功率,他利用如图甲所示的照明电路,将标有“220V60W”的白炽灯L1和标有“220V4W-40W”的节能灯L2正确接入电路中,当开关S1和S2都闭合时,两盏灯都正常发光,且在2000s内,标有1800r/kWh的电能表转了71转。试问:
(1) 节能灯的发光功率是多少?
(2) 当开关S1和S2都断开时,小明将图乙所示的电路插入照明电路的插座内。超导限流器是一种短路故障电流限制装置,它的电阻R随电流I变化关系如图丙所示,L为用电器。为使用电器短路后电路仍能保持稳定状态,超导电阻R应满足什么条件?
(3) 在R满足一定条件时,有人把超导限流器称为“不断电保险丝”,请你说明理由。
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(2008河南初中物理竞赛题)如图所示,ab为可以沿着光滑的金属轨道移动的导体,若使ab向左运动时,小磁针的N极会向左偏转,则下列说法中正确的是( )
A.若使ab向左运动时,螺线管的A端为N极
B.若使ab向右运动时,螺线管的A端为S极
C.若使ab向右运动时,小磁针的N极会向右偏转
D.若使ab向右运动时,小磁针的N极仍会向左偏转
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(2011全国初中应用物理知识竞赛初赛)用传感器进行自动控制时,常常要用到继电器,某光敏电阻的阻值R与光强E的关系如下左图所示。试用笔划代替导线在右下图中设计一个用光电敏电阻来控制路灯的实验电路图,要求:光暗时灯亮,光亮时灯熄,可供选择的仪器如下:光敏电阻、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。
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用电高峰期,会看到家里的白炽灯泡比正常发光要暗一些.这是因为,用电高峰期并联用电器增多,造成( )
A.电路中的总电阻增大
B.电路中的总电流减小
C.白炽灯泡的实际功率减小
D.白炽灯泡的额定功率减小
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(2012全国初中应用物理知识竞赛)图4甲所示的热熔胶枪是一种装修工具,用于材料涂胶。它的内部有2只相同的PTC(正温度系数)加热元件,其工作电路如图4乙所示,扣动扳机能使固体胶条向前挤压,联动开关S同时掷向A、B,枪口冒出胶液,松开扳机,联动开关S同时掷向B、C。单只PTC元件的电阻随温度的变化如图4丙所示。关于PTC元件的工作情况,下列说法中正确的是 ( )
A.扣动扳机,两只PTC元件串联在电路中
B.松开扳机,只有一只PTC元件接入电路
C.松开扳机,当温度为80℃时,电路消耗的电功率为55W
D.扣动扳机,当温度为180℃时,1min电路消耗的电能为4800J
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(2008全国初中应用物理知识竞赛)光在同种均匀介质中是沿直线传播的,小红一直不明白:在光纤通信中,光信号是怎样经过漫长而又曲折的线路,从一端传到另一端的呢?后来通过“探究光纤怎样传输光信号”的活动中,她终于明白了:光信号在光纤中( )
A.是靠光纤壁不断地反射而向前传播
B.就像电流沿弯曲导线那样传播
C.就像水流沿弯曲水管流动那样传播
D.是靠光纤壁不断地折射而向前传播
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同学们学习了“能源与可持续发展”的内容后,知道热电站既能发电,又能供热,随着热电站技术不断更新,煤的燃烧程度比传统火电站更充分.为深入了解,他们对某热电站进行调查,获取信息如下:
工作时间 | 燃煤 | 发电总功率 | 废气 | |
××热电站 | 20 h | 4000 t | 5×105kW | 向周边居民供热 3.4×1013J |
(1)①4000t煤完全燃烧放出多少热量?②20h发电多少千瓦时?(q煤=3×107J/kg)
(2)该热电站的能量利用率是多少?
(3)请你结合以上信息,写出提高热电站能量利用率的方法。
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