Question

7．如圖1所示為一恒溫水箱電路結(jié)構(gòu)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(guān)系如圖2 所示，R₀為滑動(dòng)變阻器，線圈電阻不計(jì)，線圈中電流大于0.2A 時(shí)銜鐵被吸下；工作電路：R₂為電熱器，上面標(biāo)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(shí)紅燈正常發(fā)光，綠燈不亮，停止加熱時(shí)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40℃（水溫低于40℃時(shí)電熱器工作，高于40℃時(shí)停止加熱），滑動(dòng)變阻器接入電路阻值應(yīng)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10min 后自動(dòng)停止加熱，求電熱器的加熱效率；
（4）為了使恒溫水箱內(nèi)設(shè)定的溫度降低一些，請(qǐng)你想出兩種辦法？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題意可知，當(dāng)動(dòng)觸點(diǎn)與上方靜觸點(diǎn)接觸時(shí)，停止加熱時(shí)綠燈正常發(fā)光，所以此時(shí)為綠燈的基本電路；當(dāng)動(dòng)觸點(diǎn)與下方靜觸點(diǎn)接觸時(shí)，加熱電路工作，并且紅燈亮，所以R₂與紅燈并聯(lián)接入電路；銜鐵的實(shí)質(zhì)為一開(kāi)關(guān)，銜鐵應(yīng)接在火線上，零線直接接在用電器的另一端；
（2）先根據(jù)圖2讀出當(dāng)溫度為40℃時(shí)R₁的阻值；控制電流為0.2A，利用歐姆定律求出此時(shí)電路中的總電阻，然后根據(jù)串聯(lián)電路電阻的特點(diǎn)求出滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值；
（3）先根據(jù)Q_吸=cm△t求出水吸收的熱量，然后根據(jù)W=Pt求出電熱器正常工作10min消耗的電能，最后根據(jù)η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%求出電熱器的加熱效率；
（4）由圖2可知，要降低恒溫箱的設(shè)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，應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器連入的電阻值或減小電源電壓，據(jù)此設(shè)計(jì)方案．

解答 解：
（1）由題意可知，當(dāng)動(dòng)觸點(diǎn)與上方靜觸點(diǎn)接觸時(shí)，電路為綠燈的基本電路；當(dāng)動(dòng)觸點(diǎn)與下方靜觸點(diǎn)接觸時(shí)，電路為R₂與紅燈的并聯(lián)電路；銜鐵應(yīng)接在火線上，零線直接接在用電器的另一端，如下圖所示：

（2）根據(jù)圖2可知，當(dāng)溫度為40℃時(shí)，熱敏電阻R₁的阻值為28Ω；
當(dāng)線圈中電流為0.2A時(shí)，由歐姆定律可得控制電路的總電阻：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{12V}{0.2A}$=60Ω；
因?yàn)镽₁與R₀串聯(lián)，
所以滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值：R₀=R-R₁=60Ω-28Ω=32Ω；
（3）水吸收的熱量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×6kg×（40℃-20℃）=5.04×10⁵J；
由P=$\frac{W}{t}$可得，電熱器正常工作10min消耗的電能：
W=Pt=1000W×10×60s=6×10⁵J；
則電熱器的加熱效率：
η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=$\frac{5.04×1{0}^{5}J}{6×1{0}^{5}J}$×100%=84%；           
（4）由圖2可知，要使恒溫水箱內(nèi)設(shè)定的溫度降低一些，就要減小熱敏電阻R₁的阻值；但為了使銜鐵吸合時(shí)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(yīng)增大滑動(dòng)變阻器R₀接入電路的阻值或減小電源電壓．
所以，方案一：將滑動(dòng)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：（1）如上圖所示；
（2）滑動(dòng)變阻器接入電路阻值應(yīng)為32Ω；
（3）電熱器的加熱效率為84%；
（4）方案一：將滑動(dòng)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(diǎn)評(píng) 本題考查了電磁繼電器的連接、歐姆定律、吸熱公式、電功公式的運(yùn)用、電熱轉(zhuǎn)化效率以及串聯(lián)電路的特點(diǎn)，關(guān)鍵是明白電磁繼電器的工作原理，并能從圖中獲取有用信息，本題綜合性強(qiáng)、難度較大．