题目内容

7．小明利用实验室的电磁继电器、热敏电阻R1、可变电阻器R2等器件设计了一个恒温箱控制电路，如图甲所示．如图乙是小明通过实验测得的R1的阻值随温度变化的关系曲线．

（1）请用笔画线代替导线，按照题意将图中的工作电路连接完整；
（2）当温度较低时，电磁铁的磁性较弱，触电开关接通（接通/断开）．
（3）电磁继电器的电源两端电压U=6V，电磁继电器线圈的电阻可不计，通过实验测得当电流为30mV时，电磁继电器的磁铁被吸合，若可变电阻器R2的电阻设定为150Ω时，恒温箱温度可达到90℃，当可变电阻器R2的电阻变大时，恒温箱设定的温度将变高（高/低）；
（4）如果要使恒温箱内预设的温度可调节范围是90℃～150℃，可供选择的可变电阻器R2电阻值有如下的
几种，你选择B
A．0～100Ω  B．0～200Ω  C．0～1000Ω  D．0～1500Ω
（5）小明设计的这个控制电路，使用起来有不足之处，请你指出：小明设计的这个电路，从理论上讲控制的只是一个固定的温度值，这样使用时，就会出现恒温箱内温度在某一固定值附近时，电磁继电器频繁通断的现象，这对电磁继电器和加热器电路的使用寿命是十分不利的．

分析 （1）分析题意可知，工作电路电源与电阻R0通过上面两个触点组成电路；
（2）温度较低，决定了热敏电阻的阻值较大，控制电路中的电流较小，电磁铁的磁性较弱，结合图示的工作电路的连接情况，即可确定工作电路的工作状态．
（3）根据电源电压、R2接入电路中的电阻和控制电路中的临界电流，求得热敏电阻的阻值，然后利用该阻值结合图象可以得到此时的恒温箱的温度值．
恒温箱内的温度如何变化，取决于加热丝的工作时间的长短，工作时间是由电磁铁磁性的强弱来决定的，而电磁铁的磁性强弱又是由控制电路中的电流来决定的．由此入手分析即可解决此题．
（4）根据要求的温度范围，结合R1的阻值随温度变化的关系可以确定R1的阻值变化范围；利用电路的总电阻，结合串联电路电阻的特点，可以求得对应的滑动变阻器R2的变化范围，由此即可确定选用哪个滑动变阻器．
（5）从温度到达临界值时会出现的实际情况入手分析找出其问题所在．

解答 解：（1）如图所示

（2）温度较低时，由R1的阻值随温度变化的关系曲线可知，热敏电阻的阻值较大，控制电路中的电流较小，电磁铁的磁性较弱，此时的衔铁不会被吸下来，根据图示的工作电路可知，加热丝所在的电路接通．
（3）U源=6V I=30mA=0.03A，
电路的总电阻：R总=$\frac{{U}_{源}}{I}$=$\frac{6V}{0.03A}$=200Ω，
此时R1=热敏电阻的阻值：R1=R总-R2=200Ω-150Ω=50Ω，
由图象知，热敏电阻的阻值为50Ω时，对应的温度为90℃．
当可变电阻器R2的电阻变大时，在热敏电阻阻值不变的情况下，电路中的电流会减小，此时电磁铁的磁性会减弱，所以衔铁不会被吸下来，工作电路继续工作，恒温箱内的温度持续升高，热敏电阻的阻值会继续降低，控制电路中的电流会增大，直到电流到达临界值时，电磁铁切断工作电路．
（4）由第三问的分析可知：当设定温度最低为90℃，根据热敏电阻R1的阻值随温度变化的关系曲线可知，此时热敏电阻的阻值最大为50Ω，因为控制电路的U源=6V不变，I=0.03A不变，极控制电路的总电阻200Ω保持不变，所以此时要求R2的阻值为150Ω，且此时为最小值；
当设定温度为150℃时，根据热敏电阻R1的阻值随温度变化的关系曲线可知，此时热敏电阻的阻值最小为30Ω，因为控制电路的总电阻为200Ω不变，所以此时要求R2的阻值为170Ω，且为最大值．
综上分析，当恒温箱内预设的温度可调节范围是90℃～150℃时，滑动变阻器的阻值变化范围为150Ω～170Ω，故选B．
（5）小明设计的这个电路，从理论上讲控制的只是一个固定的温度值，这样使用时，就会出现恒温箱内温度在某一固定值附近时，电磁继电器频繁通断的现象，这对电磁继电器和加热器电路的使用寿命是十分不利的．
故答案为：（1）见上图； （2）接通； （3）90； 高； （4）B；
（5）小明设计的这个电路，从理论上讲控制的只是一个固定的温度值，这样使用时，就会出现恒温箱内温度在某一固定值附近时，电磁继电器频繁通断的现象，这对电磁继电器和加热器电路的使用寿命是十分不利的．

点评 通过图象中的温度和阻值的对应关系，通过温度值得到电阻值是解决此题的关键．

练习册系列答案
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