Question

11．如圖甲所示，某恒溫箱的加熱電路由交流電源、電熱絲等組成，其電路通斷由控制電路控制，控制電路由電磁繼電器．熱敏電阻R₁（安裝在恒溫箱內(nèi)）、可變電阻器R₂、低壓電源、開關(guān)等組成，R₁的阻值隨溫度變化的關(guān)系如圖乙所示，調(diào)節(jié)可變電阻器使得R₂=110Ω，閉合開關(guān)，當(dāng)恒溫箱內(nèi)溫度升高到50℃時，由于電磁繼電器的作用，加熱電路被斷開，電池繼電器的線圈電阻忽略不計，請回答：
（1）電磁繼電器中電磁鐵上端是N極．（填“N”或“S”）
（2）恒溫箱內(nèi)溫度不斷升高時，電磁鐵的磁性變強(qiáng)，加熱電路會因此被斷開（填“接通”或“斷開”）
（3）調(diào)節(jié)可變電阻器使得R₂′=170Ω，恒溫箱內(nèi)溫度升高到多少攝氏度時，加熱電路被斷開．
（4）整個裝置在設(shè)計上有何不足之處電磁繼電器頻繁通斷，整個裝置的使用壽命因此受到影響．

Answer 1

分析 （1）利用安培定則可以判斷電磁鐵的N、S極；
（2）根據(jù)圖象知R₁的阻值隨溫度變化的關(guān)系，由此分析甲圖中控制電路中電阻變化，電流變化，由此判斷電磁鐵的磁性變化，從而知加熱電路的工作狀態(tài)；
（3）電磁鐵的吸合電流不變，即吸合時電路的總電阻不變，先由恒溫箱溫度50℃時控制電路的總電阻，再由計算R₂′=170Ω時R₁的阻值，由圖象可知此時恒溫箱的溫度；
（4）電磁繼電器頻率工作，這樣會減小它的使用壽命．

解答 解：
（1）根據(jù)安培定則，用右手握住螺線管，使四指指向線圈中電流的方向，則大拇指所指的上端為電磁鐵的N極；
（2）由圖甲知，控制電路中，R₁、R₂和電磁鐵串聯(lián)在電路，
由圖象乙知，R₁的阻值隨溫度升高而減小，所以恒溫箱內(nèi)溫度不斷升高時，R₁的阻值減小，控制電路中總電阻變小，由歐姆定律知控制電路中電流變大，所以電磁鐵的磁性變強(qiáng)，電磁鐵吸下銜鐵，加熱電路會斷開；
（3）由圖象知，當(dāng)恒溫箱溫度升高到50℃時，R₁=90Ω，
由串聯(lián)電路特點知此時控制電路的總電阻：
R_總=R₁+R₂=90Ω+110Ω=200Ω，
因為控制電路中電磁鐵吸合電流是相同的，即電路的總電阻不變，當(dāng)R₂′=170Ω時，
R₁′=R_總-R₂′=200Ω-170Ω=30Ω，
由圖象知，此時恒溫箱內(nèi)的溫度為130℃，即恒溫箱內(nèi)溫度升高到130℃時，加熱電路被斷開；
（4）由題知，每次工作時，恒溫箱控制的只是一個固定的溫度值，使用過程中，恒溫箱內(nèi)溫度只允許在這個值附近．電磁繼電器頻繁通斷，整個裝置的使用壽命因此受到影響．
故答案為：（1）N；（2）強(qiáng)；斷開；（3）R₂′=170Ω，恒溫箱內(nèi)溫度升高到130℃時，加熱電路被斷開；（4）電磁繼電器頻繁通斷，整個裝置的使用壽命因此受到影響．

點評 本題考查了安培定則的應(yīng)用、串聯(lián)電路特點和歐姆定律的應(yīng)用，關(guān)鍵是從圖象中獲取有用的信息．本題體現(xiàn)的物理在實際生活中的應(yīng)用，是一道好題．