Question

【題目】科技小組的同學設計了如圖甲所示的恒溫水箱溫控電路（設環境溫度不高于20℃），由工作電路和控制電路組成．工作電路中的電熱器上標有“220V 2000W”的字樣；控制電路中熱敏電阻Rt作為感應器探測水溫，置于恒溫水箱內，其阻值隨溫度變化的關系如圖乙所示，R1為滑動變阻器．電磁鐵產生的吸引力F與控制電路中電流I的關系如圖丙所示，銜鐵只有在不小于3N吸引力的作用下才能被吸下．閉合開關S（不計繼電器線圈的電阻）．
（1）用電熱器給恒溫箱中100kg的水加熱，正常工作20min時，水溫由20℃升高到25℃，求電熱器的加熱效率？
（2）調節滑動變阻器，使R1=280Ω，為了把溫度控制在25℃左右，設定在水溫低于25℃時自動加熱，在水溫達到25℃時停止加熱，求控制電路中的電源電壓U是多少？
（3）設控制電路中電源電壓U不變，將水箱中水溫由25℃的恒溫調節到30℃的恒溫，應（填“增大”或“減小”）滑動變阻器接入電路中的阻值．

Answer 1

【答案】
（1）解：水吸收的熱量是

Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg℃）×100kg×（25℃﹣20℃）=2.1×106J；

電熱器消耗的電能W=Pt=2000W×20×60s=2.4×106J，

電熱器的加熱效率η= = =87.5%

（2）解：當水溫達到25℃時停止加熱，由圖乙可知，熱敏電阻的阻值為：Rt=80Ω，

則根據串聯電路的總阻值等于各電阻之和可知：

電路中的總電阻是R總=Rt+R1=80Ω+280Ω=360Ω，

銜鐵受到3N的吸引力，由圖象丙可知，控制電路中電流為：

I=100mA=0.1A，

由歐姆定律得：

電源電壓U=IR總=0.1A×360Ω=36V

（3）增大
【解析】解： （3）將水箱中水溫由25℃的恒溫調節到30℃的恒溫，即將啟動的溫度調高，則熱敏電阻的阻值將減小，由I= 可知，當電源電壓一定時，熱敏電阻越小，則滑動變阻器接入電路的阻值應增大． 答：（3）增大．
（1）根據Q吸=cm△t求出水吸收的熱量；根據Q=W=Pt求出1min電熱絲R0產生的電熱，利用η= 求電熱器的加熱效率；（2）從乙圖直接讀出恒溫箱中溫度在25℃時熱敏電阻的阻值，根據電阻的串聯求出總阻值，銜鐵受到3N的吸引力，由圖象丙可知，控制電路中電流，根據歐姆定律求出電源電壓；（3）將水箱中水溫由25℃的恒溫調節到30℃的恒溫，根據熱敏電阻的變化和歐姆定律判斷滑動變阻器滑片移動的方向．