Question

图甲是一种小型电热式烧制炉的电路示意图，其加热元件由八段相同的电阻丝组成，每段电阻丝的阻值均为4Ω．烧制炉设有高温、低温两档，通过开关实现两档的转换．用热电偶式温度计对炉内温度进行监测，图乙是监测炉内温度的工作示意图．
热电锅式温度计的原理如图丙所示，两种不同的导体（如铂、镍）各取一端接在一起作为热点（J₁点）放在高温处，另一端作为冷点（J₂点）放在低温处，在低温处的A、B两点之间就会存在一定的电压，这就是热电偶．已知热电偶的电压与J₁、J₂两点间的温度差成正比．因此，若已知冷点J₂的温度，就可以通过接在A、B两点间电压表的读数确定热点J₁的温度．
（1）这样的热电偶实际上是一个电源，它的电能是由什么形式的能转化而来的？
（2）已知铂、镍热电偶式温度计热、冷两点间的温度差为100℃时，产生的电压为1.5mV．那么当冷点温度为20℃、电压表的示数为12mV时，炉内对应的温度是多少？
（3）若烧制炉使用的电源电压为220V，则该烧制炉高温档的电功率是多少？

Answer 1

解：（1）因为热电偶高温两点放在高温处，在低温两点间间就会产生电压，因此是内能转化成了电能．
答：热电偶的电能是由内能转化而来的．
（2）∵热电偶的电压与J₁、J₂两点间的温度差成正比，设高温处温度为t，
∴=
解得t=820℃
答：当冷点温度为20℃、电压表的示数为12mV时，炉内对应的温度是820℃．
（3）①由图甲可见，当开关置于1时，电流路径（红线部分）如下图：

因此是6段电阻丝串联，电路总电阻为R₁=R₀×6=4Ω×6=24Ω，
此时电功率为P===2016.7W
②当开关置于2时，电流路径（绿线部分）如下图：

因此是8段电阻丝串联，电路总电阻为R₂=R₀×8=4Ω×8=32Ω，
此时电功率为P===1512.5W
∵2016.7W＞1512.5W
∴高档功率为2016.7W
答：若烧制炉使用的电源电压为220V，则该烧制炉高温档的电功率是2016.7W．
分析：（1）电压表是测量电压的仪表，热电偶低温处两点间存在电压，就说明导体中有电流，因此是内能转化成了电能；
（2）根据“热电偶的电压与J₁、J₂两点间的温度差成正比”计算炉内对应的温度；
（3）分析出开关分别置于1和2时，电阻丝的连接情况，然后利用P=计算出电功率．
点评：本题学生在第（3）问上可能出错，不能正确分析出开关置于不同档位时电路的连接情况是出错的原因所在，因此要求解题时一定要细心．