Question

19．家用电器在日常生活中随处可见，其制造与使用均体现着科学知识的运用．

（1）某饮水机的电路如图甲所示，水沸腾前，红灯亮、绿灯灭、加热管正常工作；水沸腾后，绿灯亮，红灯灭，加热管不工作；且每种工作状态连入该电路的用电器最多只有两个．试分析温控开关1和2在水沸腾前、后的通断情况是开关1和2在水沸腾前同时闭合，在水沸腾后同时断开；以及红、绿指示灯电阻R_红、R_绿应满足的条件是红灯电阻远远小于绿灯电阻．
（2）如图乙是某型号高温高压蒸汽消毒锅．图乙右为自动测定锅内温度的电路原理图．其中 R₀为定值电阻，阻值为5Ω，温度指示表实质是一只量程为“0～0.6A”的电流表，R_X（测温探头）为热敏电阻．热敏电阻的阻值与温度的对应关系如下表所示：

锅内的温度值（℃）	25	37.5	50	62.5	75	87.5	100	112.5	125
Rx对应的电阻值（Ω）	150	80	50	30	20	15	10	7

①若锅内温度为75℃时电流表的示数为0.24A，求电源的电压U．
②若锅内温度为125℃时电流表的示数为0.6A，求此时热敏电阻R_X的阻值及其功率．

Answer 1

分析 （1）水沸腾前，需要加热，加热管需要工作，闭合开关1，绿灯被短路，不能发光，闭合开关2，加热管和红灯并联同时工作；沸腾后，加热管停止工作，两开关同时断开，红灯和绿灯串联，要想绿灯亮，红灯灭，红灯的电阻必须远远小于绿灯的电阻．
（2）①若锅内温度为75℃时，根据图象，查得R_X阻值，计算串联电路的总电阻，又知道电路中的电流，根据欧姆定律求电源电压U；②若锅内温度为125℃时，知道电流，电源电压，求出总电阻，计算此时热敏电阻的阻值．

解答 解：（1）开关1和2在水沸腾前同时闭合，在水沸腾后同时断开，R_红＜R_绿（红灯电阻远远小于绿灯电阻）；
（2）由图可知，R₀与R_x串联，由表可知，当t=75℃，R_x=20Ω，R₀=5Ω，
①R=R_x+R₀=20Ω+5Ω=25Ω，
U=IR=0.24A×25Ω=6V；
②由表可知，当t′=125℃，I′=0.6A，
R′=$\frac{U}{I'}$=$\frac{6V}{0.6A}$=10Ω，
R_x=R′-R₀=10Ω-5Ω=5Ω，
R_x的电功率P_x=U_xI'=I'²R_x=（0.6A）²×5Ω=1.8W．
答：（1）开关1和2在水沸腾前同时闭合，在水沸腾后同时断开；红灯电阻远远小于绿灯电阻；
（2）①若锅内温度为75℃时电流表的示数为0.24A，电源的电压为6V；
②若锅内温度为125℃时电流表的示数为0.6A，此时热敏电阻R_X的阻值为5Ω，其电功率为1.8W．

点评 本题考查体积、电功率的计算以及对电路的分析，主要是公式及其变形的灵活运用，难点是对电路的分析，知道开关断开与闭合时，电路的连接情况，尤其是两灯串联时一个不发光的情况，善于把物理知识应用于实践中，体现了物理和生活的密切关系．