Question

11．如图甲所示，某恒温箱的加热电路由交流电源、电热丝等组成，其电路通断由控制电路控制，控制电路由电磁继电器．热敏电阻R₁（安装在恒温箱内）、可变电阻器R₂、低压电源、开关等组成，R₁的阻值随温度变化的关系如图乙所示，调节可变电阻器使得R₂=110Ω，闭合开关，当恒温箱内温度升高到50℃时，由于电磁继电器的作用，加热电路被断开，电池继电器的线圈电阻忽略不计，请回答：
（1）电磁继电器中电磁铁上端是N极．（填“N”或“S”）
（2）恒温箱内温度不断升高时，电磁铁的磁性变强，加热电路会因此被断开（填“接通”或“断开”）
（3）调节可变电阻器使得R₂′=170Ω，恒温箱内温度升高到多少摄氏度时，加热电路被断开．
（4）整个装置在设计上有何不足之处电磁继电器频繁通断，整个装置的使用寿命因此受到影响．

Answer 1

分析 （1）利用安培定则可以判断电磁铁的N、S极；
（2）根据图象知R₁的阻值随温度变化的关系，由此分析甲图中控制电路中电阻变化，电流变化，由此判断电磁铁的磁性变化，从而知加热电路的工作状态；
（3）电磁铁的吸合电流不变，即吸合时电路的总电阻不变，先由恒温箱温度50℃时控制电路的总电阻，再由计算R₂′=170Ω时R₁的阻值，由图象可知此时恒温箱的温度；
（4）电磁继电器频率工作，这样会减小它的使用寿命．

解答 解：
（1）根据安培定则，用右手握住螺线管，使四指指向线圈中电流的方向，则大拇指所指的上端为电磁铁的N极；
（2）由图甲知，控制电路中，R₁、R₂和电磁铁串联在电路，
由图象乙知，R₁的阻值随温度升高而减小，所以恒温箱内温度不断升高时，R₁的阻值减小，控制电路中总电阻变小，由欧姆定律知控制电路中电流变大，所以电磁铁的磁性变强，电磁铁吸下衔铁，加热电路会断开；
（3）由图象知，当恒温箱温度升高到50℃时，R₁=90Ω，
由串联电路特点知此时控制电路的总电阻：
R_总=R₁+R₂=90Ω+110Ω=200Ω，
因为控制电路中电磁铁吸合电流是相同的，即电路的总电阻不变，当R₂′=170Ω时，
R₁′=R_总-R₂′=200Ω-170Ω=30Ω，
由图象知，此时恒温箱内的温度为130℃，即恒温箱内温度升高到130℃时，加热电路被断开；
（4）由题知，每次工作时，恒温箱控制的只是一个固定的温度值，使用过程中，恒温箱内温度只允许在这个值附近．电磁继电器频繁通断，整个装置的使用寿命因此受到影响．
故答案为：（1）N；（2）强；断开；（3）R₂′=170Ω，恒温箱内温度升高到130℃时，加热电路被断开；（4）电磁继电器频繁通断，整个装置的使用寿命因此受到影响．

点评 本题考查了安培定则的应用、串联电路特点和欧姆定律的应用，关键是从图象中获取有用的信息．本题体现的物理在实际生活中的应用，是一道好题．