题目内容

14.同学们在研究性学习活动中,查阅到一种热敏电阻的阻值随温度变化的规律如下表,并将该型号的热敏电阻应用于如图所示由“控制电路”和“工作电路”组成的恒温箱电路中.
温度/℃…3040506070…
热敏电阻阻值/Ω…350300250210175…
“控制电路”由热敏电阻R1、电磁铁(线圈阻值R0=30Ω)、电源U1、开关等组成,当线圈中的电流大于或等于15mA时,继电器的衔铁被吸合,右边工作电路则断开;“工作电路”由工作电源U2(U2=9V)、发热电阻R2(R2=5Ω)、导线等组成.问:
(1)工作电路工作时的电流为多大?电阻R2的发热功率为多大?
(2)若发热电阻R2需提供8100J的热量,且热量损失10%,则工作电路要工作多长时间(保留整数)?
(3)若恒温箱的温度最高不得超过60℃,则控制电路的电源电压U1最小值为多大?

分析 (1)已知电压和电阻,根据欧姆定律公式计算工作电路的电流;根据P=UI计算电功率.
(2)发热电阻R2需提供8100J的热量,且热量损失10%,即:Q=(1-10%)W2,再根据P=$\frac{W}{t}$可计算出工作电路的工作时间.
(3)先从表格中找出温度为60℃时热敏电阻的阻值,然后利用串联电路电阻规律算出总电阻,最后用最小电流乘以总电阻算出最小电源电压值

解答 解:
(1)由欧姆定律可得,工作电路工作时的电流:
I2=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{9V}{5Ω}$=1.8A;
电阻R2的发热功率:P2=U2I2=9V×1.8A=16.2W;
(2)发热电阻R2需提供8100J的热量,且热量损失10%,即有:
Q=(1-10%)W2=90%P2t,
所以:t=$\frac{Q}{90%{P}_{2}}$=$\frac{8100J}{90%×16.2W}$≈556s;
(3)当R1温度为60℃时,其阻值R1=210Ω;
因为R1和R0串联,所以R总=R1+R0=210Ω+30Ω=240Ω;
因此,控制电路的最小电压为:U1=I1R总=0.015A×240Ω=3.6V.
答:(1)工作电路工作时的电流为1.8A.电阻R2的发热功率为16.2W.
(2)若发热电阻R2需提供8100J的热量,则工作电路要工作556s.
(3)若恒温箱的温度最高不得超过60℃,则控制电路的电源电压U1最小值为3.6V.

点评 本题综合考查了学生对欧姆定律公式和电功率公式的理解和运用,以及对串联电路电流、电阻、电压规律的考查.考查的内容都是电学部分的基础和重点内容,一定要掌握.

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