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17.热熔胶在室温下为固体,加热到一定程度时变为较强黏性的液体,冷却后,将物体牢牢地粘在一起,如图甲是热熔胶枪的外形,其内部有2只相同的PTC加热元件,电路如图乙.单只PTC元件的电阻与温度的变化如图丙所示.扣动扳机能使固体胶条向前挤压,联动开关S同时倒向A、B,枪口冒出胶液,松开扳机S同时倒向B、C.

(1)松开扳机时为预热状态,当温度为80℃时,电路中的电流是多少?
(2)当温度为180℃时,胶液有最佳粘性,若熔化1kg胶需要吸收6.0×105J热量,已知一根胶条的质量为40g,而加热时间为400s,试计算热熔胶枪的加热效率?
(3)试根据PTC特性定性分析该装置能使温度稳定在180℃附近的道理.

分析 (1)松开扳机时,开关S同时倒向B、C,此时两只PTC元件串联,由图读出80℃时,PTC元件的阻值,由欧姆定律可求得电路中的电流.
(2)要熔化胶条,联动开关需同时倒向A、B,此时两个PTC加热元件并联在电路中,首先根据图表读出此时每个PTC元件的阻值,进而可求它们并联后的等效电阻和加热功率;然后求出熔化一根胶条(即40g)所需吸收的热量,利用Q=W=Pt即可求出总热量,利用η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{总}}$求加热的效率.
(3)温度取决于PTC元件的加热功率,而加热功率又取决于导体的电阻,因此可结合图表中180℃附近的阻值变化规律来进行定性分析.

解答 解:(1)由图丙可知,80℃时,PTC电阻为880Ω,
此时两只PTC串联,电路中电流为I=$\frac{U}{R}$=$\frac{U}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=0.125A.
(2)加热到180℃时单只PTC电阻为1210Ω,两只电阻并联,总电阻为605Ω,加热功率为:
P=$\frac{{U}^{2}}{R}$=$\frac{({220V)}^{2}}{605Ω}$=80W,
加热400s产生的热量:Q=W=Pt=80W×400s=32000J
熔化一根胶条要吸热Q=6×105J/kg×40×10-3kg=24000J,
热熔胶枪加热的效率η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{总}}$×100%=$\frac{24000J}{32000J}$×100%=75%.
(3)由图可知,当PTC的温度达到180℃时,如果温度升高,则电阻变大.由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$知,在电源电压一定时,若电阻变大,则发热功率减小,升温速度减慢.反之,温度降低,电阻减小,发热功率增大,会快速升温,这样它的温度会在180℃附近稳定下来.
答:(1)电路中的电流为0.125A.
(2)热熔胶枪加热的效率为75%.
(3)道理同上.

点评 本题结合实际考查物理知识,这类题型是命题人比较喜欢的一种命题方式,一般作为压轴题出现,解决此类问题时,应注意从题目中寻找我们熟悉的模型,将大题拆分为若干小题.

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