Question

12．如圖1為一恒溫水箱電路結構示意圖，包括控制電路和工作電路兩部分，控制電路：電源電壓恒為12V，R₁為熱敏電阻（置于水箱中），阻值隨溫度變化的關系如圖2所示，R₀為滑動變阻器，線圈電阻不計，線圈中電流大于0.2A時銜鐵被吸下；工作電路：R₂為電熱器，上面標有“220V  1000W”的字樣，L₁、L₂為紅綠指示燈，其額定電壓均為220V，加熱時紅燈正常發(fā)光，綠燈不亮，停止加熱時綠燈正常發(fā)光，紅燈不亮．

（1）按要求連接好工作電路；
（2）為了使水箱內(nèi)溫度保持在60℃（水溫低于60℃時電熱器工作，高于60℃時停止加熱），滑動變阻器接入電路阻值應為多少？
（3）水箱內(nèi)裝有質(zhì)量為6kg20℃的冷水，電熱器正常工作20min后自動停止加熱，求電熱器的加熱效率；
（4）為了使恒溫水箱內(nèi)設定的溫度降低一些，請你想出兩種辦法？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題意可知，當動觸點與上方靜觸點接觸時，停止加熱時綠燈正常發(fā)光，因此此時為綠燈的基本電路；當動觸點與下方靜觸點接觸時，加熱電路工作，并且紅燈亮，因此R₂與紅燈并聯(lián)接入電路；
（2）先根據(jù)圖2讀出當溫度為60℃時R₁歐姆定律求出控制電流為0.2A時，電路中的總電阻，然后根據(jù)串聯(lián)電路電阻的特點求出滑動變阻器接入電路阻值；
（3）先根據(jù)Q_吸=cm△t求出水吸收的熱量，然后根據(jù)W=Pt求出電流做的功，最后根據(jù)η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%求出電熱器的加熱效率；
（4）從圖乙可知，要降低恒溫箱的設定溫度，就要減小熱敏電阻的阻值；但為了使銜鐵吸合工作電流即線圈中的電流仍為0.2A，根據(jù)歐姆定律可知，增大滑動變阻器連入的電阻值或減小電源電壓，據(jù)此設計方案．

解答 解：（1）當動觸點與上方靜觸點接觸時，電路為綠燈的基本電路；當動觸點與下方靜觸點接觸時，電路為R₂與紅燈的并聯(lián)電路；如下圖所示：

（2）根據(jù)圖2示可知，當溫度為60℃時，熱敏電阻R₁的阻值為32Ω；
由I=$\frac{U}{R}$可知，當電路電流為0.2A時，控制電路的總電阻：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{12V}{0.2A}$=60Ω；
因為R₁與R₀串聯(lián)，所以R₀接入電路的阻值：R₀=R-R₁=60Ω-32Ω=28Ω；
（3）水吸收的熱量：Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×6kg×（60℃-20℃）=1.008×10⁶J；
電流做的功：W=Pt=1000W×20×60s=1.2×10⁶J；
電熱器的加熱效率：η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=$\frac{1.008×1{0}^{6}J}{1.2×1{0}^{6}J}$×100%=84%；           
（4）從圖乙可知，要降低恒溫箱的設定溫度，就要減小熱敏電阻R₁的阻值；但為了使銜鐵吸合工作電流即線圈中的電流仍為0.2A，根據(jù)歐姆定律I=$\frac{U}{{R}_{0}+{R}_{1}}$可知，應增大滑動變阻器R₀接入電路的阻值或減小電源電壓．
故方案一：將滑動變阻器R₀接入電路的阻值調(diào)大一些；            
方案二：換電源，降低電源電壓．
答：（2）滑動變阻器接入電路阻值應為28Ω；
（3）電熱器的加熱效率為84%；
（4）方案一：將滑動變阻器R₀接入電路的阻值調(diào)大一些；          
方案二：換電源，降低電源電壓．

點評 本題考查了歐姆定律的運用、熱量、電功公式的運用、串聯(lián)電路的特點等．關鍵點是弄明白工作原理，并能從圖中讀出有用信息，具有一定的綜合性．