Question

6．如圖所示，是某科技活動(dòng)小組的同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)的恒溫箱內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)示意圖．它包括了工作電路和控制電路兩部分，用于獲得高室溫、控制在一定范圍內(nèi)恒溫．其中，R′為滑動(dòng)變阻器，R為可變電阻，電磁鐵整個(gè)線圈的電阻R₀=20Ω，加熱器的電阻R₁=121Ω．當(dāng)控制電路的電流I≥0.03A時(shí)，電磁繼電器的銜鐵被吸引；當(dāng)控制電路的電流I≤0.024A時(shí)，電磁繼電器的銜鐵被彈簧拉起，則：
（1）當(dāng)該恒溫箱處于加熱狀態(tài)時(shí)，工作電路1min消耗的電能為多少？
（2）當(dāng)滑動(dòng)變阻器的電阻R′=300Ω，可變電阻R=180Ω時(shí)，銜鐵恰好被拉起，控制電路的電源電壓是多少？
（3）當(dāng)滑動(dòng)變阻器的電阻R′=300Ω時(shí)，銜鐵恰好被吸引，可變電阻的最小電阻是多少？

Answer 1

分析 （1）知道恒溫箱的加熱電壓和加熱器的電阻，根據(jù)W=$\frac{{U}^{2}}{R}t$求出工作電路1min消耗的電能；
（2）當(dāng)控制電路的電流為0.024A時(shí)銜鐵恰好被拉起，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出控制電路的電源電壓；
（3）當(dāng)控制電路的電流為0.03A時(shí)，銜鐵恰好被吸引，根據(jù)歐姆定律求出電路中的總電阻，利用電阻的串聯(lián)求出滑動(dòng)變阻器和可變電阻的最小電阻的阻值．

解答 解：
（1）當(dāng)該恒溫箱處于加熱狀態(tài)時(shí)，工作電路1min消耗的電能為：
W=$\frac{{U}^{2}}{R}t$=$\frac{（220V）^{2}}{121Ω}$×60s=24000J；
（2）當(dāng)控制電路的電流I_小=0.024A時(shí)，銜鐵恰好被拉起，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，由I=$\frac{U}{R}$可得，控制電路的電源電壓：
U=I_小（R_線+R′+R）=0.024A×（20Ω+300Ω+180Ω）=12V；
（3）當(dāng)控制電路的電流I_大=0.03A時(shí)，銜鐵恰好被吸引，
此時(shí)電路中的總電阻：
R_總=$\frac{U}{{I}_{大}}$=$\frac{12V}{0.03A}$=400Ω；
滑動(dòng)變阻器和可變電阻的最小電阻的阻值：
R_滑=R_總-R_線-R′=400Ω-20Ω-300Ω=80Ω．
答：
（1）當(dāng)該恒溫箱處于加熱狀態(tài)時(shí)，工作電路1min消耗的電能為24000J；
（2）控制電路的電源電壓是12V；
（3）當(dāng)銜鐵恰好被吸引時(shí)，滑動(dòng)變阻器和可變電阻的最小電阻的阻值是80Ω．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律、電功率公式的靈活應(yīng)用，明白電路的特點(diǎn)和控制電路的工作電流是關(guān)鍵．