Question

8．如圖甲所示是溫控電路（設(shè)環(huán)境溫度不高于20℃），控制電路由電磁鐵、滑動變阻器R₁、熱敏電阻R_t組成．其中熱敏電阻用于感知溫度，起到控制工作電路的作用，工作電路由電熱器與銜鐵組成，電熱器的規(guī)格為“220V   2500W”．圖乙為熱敏電阻阻值隨溫度變化的關(guān)系，圖丙是電磁鐵產(chǎn)生的吸引力F與控制電路中電流的關(guān)系，銜鐵只有在不小于4.5N吸引力的作用下才能被吸下．（不計繼電器線圈的電阻）

（1）用電熱器給120kg的水加熱，電熱器正常工作，40min將水溫由15℃升高到25℃，求加熱效率？（　1千克水溫升高1℃，吸收熱量4.2×10³J）
（2）當(dāng)溫度高于規(guī)定值時，銜鐵被吸下，電熱器停止加熱，指示燈正常發(fā)光；當(dāng)溫度低于規(guī)定值時，銜鐵彈起，電熱器加熱，指示燈熄滅．此指示燈的額定電壓為多少？
（3）控制電路的電源電壓為36V，為了把水溫控制在20℃左右，設(shè)定在水溫低于20℃時能自動加熱，當(dāng)水溫達(dá)到20℃時停止加熱，此時滑動變阻器接入電路中的阻值多大？

Answer 1

分析 （1）知道水的質(zhì)量和初溫、末溫以及比熱容，根據(jù)Q_吸=cm（t-t₀）求出水吸收的熱量，根據(jù)W=Pt求出消耗的電能，利用η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%求出加熱效率；
（2）當(dāng)溫度高于規(guī)定值時，銜鐵被吸下，電熱器停止加熱，指示燈正常發(fā)光，由甲圖可知此時工作電路為指示燈的簡單電路，據(jù)此可知指示燈的額定電壓；
（3）由圖乙可知，把水溫控制在20℃左右時R_t的阻值，由圖丙可知銜鐵在4.5N吸引力的作用下被吸下時控制電路中的電流，根據(jù)歐姆定律求出電路中的總電阻，利用電阻的串聯(lián)求出此時滑動變阻器接入電路中的阻值．

解答 解：（1）水吸收的熱量：
Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×120kg×（25℃-15℃）=5.04×10⁶J，
由P=$\frac{W}{t}$可得，消耗的電能：
W=P_速熱t′=2500W×40×60s=6×10⁶J，
加熱效率：
η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=$\frac{5.04×1{0}^{6}J}{6×1{0}^{6}J}$×100%=84%；
（2）當(dāng)溫度高于規(guī)定值時，銜鐵被吸下，電熱器停止加熱，指示燈正常發(fā)光，
由甲圖可知，此時工作電路為指示燈的簡單電路，則指示燈的額定電壓為220V；
（3）由圖乙可知，把水溫控制在20℃左右時，R_t=120Ω，
由圖丙可知，銜鐵在4.5N吸引力的作用下被吸下時控制電路中的電流I=150mA=0.15A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，電路中的總電阻：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{36V}{0.15A}$=240Ω，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，此時滑動變阻器接入電路中的阻值：
R₁=R-R_t=240Ω-120Ω=120Ω．
答：（1）加熱效率為84%；
（2）此指示燈的額定電壓為220V；
（3）此時滑動變阻器接入電路中的阻值為120Ω．

點評 本題考查了吸熱公式、電功公式、效率公式、串聯(lián)電路的特點和歐姆定律的應(yīng)用以及電磁繼電器的有關(guān)知識，從圖象中獲取有用的信息是解決問題的關(guān)鍵．