Question

（2011?如皋市一模）小明在研究性学习活动中，查阅到一种热敏电阻的阻值随温度变化的规律如下表，并将该型号的热敏电阻应用于如图所示由“控制电路”和“工作电路”组成的恒温箱电路中．

温度/℃	…	30	40	50	60	70	…
热敏电阻阻值/Ω	…	350	300	250	210	175	…

“控制电路”由热敏电阻R₁、电磁铁（线圈阻值R₀=50Ω）、电源U₁、开关等组成，当线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合，右边工作电路则断开；“工作电路”由工作电源U₂（U₂=10V）、发热电阻R₂（R₂=5Ω）、导线等组成．问：
（1）图中用到哪些物理知识，请说出两点．

电流的磁效应

，

杠杆的原理

．
（2）工作电路工作时的电流为多大？电阻R₂的发热功率为多大？
（3）若发热电阻R₂需提供1.2×10⁴J的热量，则工作电路需工作多长时间（不计热量的损失）？
（4）若恒温箱的温度最高不得超过50℃，则控制电路的电源电压U₁最小值为多大？

Answer 1

分析：（1）根据图示的结构：杠杆、电磁铁可以联系到对应的物理知识．
（2）根据工作电路的电源电压和发热电阻的阻值，利用欧姆定律可以求得电路中的电流；利用功率的计算公式可以求得发热功率．
（3）利用求得的发热功率和需要的热量，可以求得工作电路的工作时间．
（4）选取50℃时，热敏电阻R₁对应的阻值250Ω为电路中的R₁的阻值，根据电路的特点，求出电路的总电阻；结合继电器的衔铁被吸合时，电路中的最小电流，可以求得控制电路中的最小电源电压．

解答：解：（1）控制电路中的电磁继电器里面的构造中有电磁铁，所以用到了电流的磁效应；
有杠杆，涉及了杠杆的原理．
（2）工作电路中，电源电压U₂=10V，发热电阻R₂=5Ω，工作电路工作时的电流：I₂=

U2

R2

=

10V

5Ω

=2A；
电阻R₂的发热功率P₂=U₂I₂=10 V×2 A=20 W．
（3）发热电阻工作时产生的热量：Q=1.2×10⁴J，发热电阻的功率P₂=20 W．
所以发热电阻工作时间：t=

Q

P2

=

1.2×104J

20W

=6OOs．
（4）当R₁温度为50℃时，其阻值R₁=250Ω，
∵R₁和R₀串联，R₀=50Ω，
∴R_总=R₁+R₀=250Ω+50Ω=300Ω，
电路的最小工作电流：I₁=20mA=0.02A，
因此，控制电路的最小电压为：U₁=I₁R_总=0.02 A×300Ω=6 V．
答：（1）图中用到物理知识：电流的磁效应；杠杆的原理．
（2）工作电路工作时的电流为2A．电阻R₂的发热功率为20W．
（3）若发热电阻R₂需提供1.2×10⁴J的热量，则工作电路需工作6OOs．
（4）恒温箱的温度最高不得超过50℃，则控制电路的电源电压U₁最小值为6V．

点评：在第四问中，热敏电阻的阻值由很多个，如何选取热敏电阻的阻值是解决此题的关键．