Question

7．小明利用實(shí)驗(yàn)室的電磁繼電器、熱敏電阻R₁、可變電阻器R₂等器件設(shè)計(jì)了一個(gè)恒溫箱控制電路，如圖甲所示．如圖乙是小明通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的R₁的阻值隨溫度變化的關(guān)系曲線(xiàn)．

（1）請(qǐng)用筆畫(huà)線(xiàn)代替導(dǎo)線(xiàn)，按照題意將圖中的工作電路連接完整；
（2）當(dāng)溫度較低時(shí)，電磁鐵的磁性較弱，觸電開(kāi)關(guān)接通（接通/斷開(kāi)）．
（3）電磁繼電器的電源兩端電壓U=6V，電磁繼電器線(xiàn)圈的電阻可不計(jì)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得當(dāng)電流為30mV時(shí)，電磁繼電器的磁鐵被吸合，若可變電阻器R₂的電阻設(shè)定為150Ω時(shí)，恒溫箱溫度可達(dá)到90℃，當(dāng)可變電阻器R₂的電阻變大時(shí)，恒溫箱設(shè)定的溫度將變高（高/低）；
（4）如果要使恒溫箱內(nèi)預(yù)設(shè)的溫度可調(diào)節(jié)范圍是90℃～150℃，可供選擇的可變電阻器R₂電阻值有如下的
幾種，你選擇B
A．0～100Ω  B．0～200Ω  C．0～1000Ω  D．0～1500Ω
（5）小明設(shè)計(jì)的這個(gè)控制電路，使用起來(lái)有不足之處，請(qǐng)你指出：小明設(shè)計(jì)的這個(gè)電路，從理論上講控制的只是一個(gè)固定的溫度值，這樣使用時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)恒溫箱內(nèi)溫度在某一固定值附近時(shí)，電磁繼電器頻繁通斷的現(xiàn)象，這對(duì)電磁繼電器和加熱器電路的使用壽命是十分不利的．

Answer 1

分析 （1）分析題意可知，工作電路電源與電阻R₀通過(guò)上面兩個(gè)觸點(diǎn)組成電路；
（2）溫度較低，決定了熱敏電阻的阻值較大，控制電路中的電流較小，電磁鐵的磁性較弱，結(jié)合圖示的工作電路的連接情況，即可確定工作電路的工作狀態(tài)．
（3）根據(jù)電源電壓、R₂接入電路中的電阻和控制電路中的臨界電流，求得熱敏電阻的阻值，然后利用該阻值結(jié)合圖象可以得到此時(shí)的恒溫箱的溫度值．
恒溫箱內(nèi)的溫度如何變化，取決于加熱絲的工作時(shí)間的長(zhǎng)短，工作時(shí)間是由電磁鐵磁性的強(qiáng)弱來(lái)決定的，而電磁鐵的磁性強(qiáng)弱又是由控制電路中的電流來(lái)決定的．由此入手分析即可解決此題．
（4）根據(jù)要求的溫度范圍，結(jié)合R₁的阻值隨溫度變化的關(guān)系可以確定R₁的阻值變化范圍；利用電路的總電阻，結(jié)合串聯(lián)電路電阻的特點(diǎn)，可以求得對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)變阻器R₂的變化范圍，由此即可確定選用哪個(gè)滑動(dòng)變阻器．
（5）從溫度到達(dá)臨界值時(shí)會(huì)出現(xiàn)的實(shí)際情況入手分析找出其問(wèn)題所在．

解答 解：（1）如圖所示

（2）溫度較低時(shí)，由R₁的阻值隨溫度變化的關(guān)系曲線(xiàn)可知，熱敏電阻的阻值較大，控制電路中的電流較小，電磁鐵的磁性較弱，此時(shí)的銜鐵不會(huì)被吸下來(lái)，根據(jù)圖示的工作電路可知，加熱絲所在的電路接通．
（3）U_源=6V I=30mA=0.03A，
電路的總電阻：R_總=$\frac{{U}_{源}}{I}$=$\frac{6V}{0.03A}$=200Ω，
此時(shí)R1=熱敏電阻的阻值：R₁=R_總-R₂=200Ω-150Ω=50Ω，
由圖象知，熱敏電阻的阻值為50Ω時(shí)，對(duì)應(yīng)的溫度為90℃．
當(dāng)可變電阻器R₂的電阻變大時(shí)，在熱敏電阻阻值不變的情況下，電路中的電流會(huì)減小，此時(shí)電磁鐵的磁性會(huì)減弱，所以銜鐵不會(huì)被吸下來(lái)，工作電路繼續(xù)工作，恒溫箱內(nèi)的溫度持續(xù)升高，熱敏電阻的阻值會(huì)繼續(xù)降低，控制電路中的電流會(huì)增大，直到電流到達(dá)臨界值時(shí)，電磁鐵切斷工作電路．
（4）由第三問(wèn)的分析可知：當(dāng)設(shè)定溫度最低為90℃，根據(jù)熱敏電阻R₁的阻值隨溫度變化的關(guān)系曲線(xiàn)可知，此時(shí)熱敏電阻的阻值最大為50Ω，因?yàn)榭刂齐娐返腢_源=6V不變，I=0.03A不變，極控制電路的總電阻200Ω保持不變，所以此時(shí)要求R₂的阻值為150Ω，且此時(shí)為最小值；
當(dāng)設(shè)定溫度為150℃時(shí)，根據(jù)熱敏電阻R₁的阻值隨溫度變化的關(guān)系曲線(xiàn)可知，此時(shí)熱敏電阻的阻值最小為30Ω，因?yàn)榭刂齐娐返目傠娮铻?00Ω不變，所以此時(shí)要求R₂的阻值為170Ω，且為最大值．
綜上分析，當(dāng)恒溫箱內(nèi)預(yù)設(shè)的溫度可調(diào)節(jié)范圍是90℃～150℃時(shí)，滑動(dòng)變阻器的阻值變化范圍為150Ω～170Ω，故選B．
（5）小明設(shè)計(jì)的這個(gè)電路，從理論上講控制的只是一個(gè)固定的溫度值，這樣使用時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)恒溫箱內(nèi)溫度在某一固定值附近時(shí)，電磁繼電器頻繁通斷的現(xiàn)象，這對(duì)電磁繼電器和加熱器電路的使用壽命是十分不利的．
故答案為：（1）見(jiàn)上圖； （2）接通； （3）90； 高； （4）B；
（5）小明設(shè)計(jì)的這個(gè)電路，從理論上講控制的只是一個(gè)固定的溫度值，這樣使用時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)恒溫箱內(nèi)溫度在某一固定值附近時(shí)，電磁繼電器頻繁通斷的現(xiàn)象，這對(duì)電磁繼電器和加熱器電路的使用壽命是十分不利的．

點(diǎn)評(píng) 通過(guò)圖象中的溫度和阻值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)溫度值得到電阻值是解決此題的關(guān)鍵．