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12.某同學利用熱敏電阻為家中燈暖型“浴霸”(用電燈取暖的用電器)設計了一個溫度可自動控制的裝置,如圖甲.“控制電路”中的熱敏電阻R1的阻值隨溫度變化的曲線如圖乙所示.電磁鐵線圈可看成阻值為40Ω的純電阻R0,“浴霸”共安裝有2盞標有“220V   550W”的燈泡,當電磁鐵線圈中電流大于或等于50mA時,繼電器的銜鐵被吸合,使“浴霸”電路斷開;當線圈中的電流小于或等于40mA時,繼電器的銜鐵被釋放,使“浴霸”電路閉合.

求(1)工作電路閉合時時,浴霸正常工作1min內產生的熱量是多少?
(2)若浴室中的溫度不得超過38℃,則控制電路的電源電壓U1最小值是多少?
(3)若電源U1電壓恒定為10V,則將此裝置放在浴室內,浴室內溫度可控制在多大范圍內?

分析 (1)燈泡正常發(fā)光時的功率和額定功率相等,根據Q=W=Pt求出每盞燈泡在1min內產生的熱量;
(2)先從表格中找出溫度為38℃時熱敏電阻的阻值,然后利用串聯(lián)電路電阻規(guī)律算出總電阻,最后用最小電流乘以總電阻算出最小電源電壓值;
(3)取臨界情況,當電流為50mA時和當電流等于40mA時,知道電源電壓U0,分別求出總電阻,利用串聯(lián)電阻的特點求熱敏電阻R1的大小,對應圖象找出溫度值,從而得到浴室內溫度的變化范圍.

解答 解:
(1)由題知,“浴霸”共安裝有2盞標有“220V 550W”的燈泡,在1min內產生的熱量:
Q=W=Pt=2×550W×60s=6.6×104J;
(2)由圖象知,當R1溫度為38℃時,其阻值R1=120Ω;
由圖甲知,R1和R0串聯(lián),
所以此時電路的總電阻:R=R1+R0=120Ω+20Ω=140Ω;
由題知,當電磁鐵線圈中電流大于或等于50mA時,繼電器的銜鐵被吸合,使“浴霸”電路斷開,
由I=UR可得,控制電路的最小電壓為:
U1=I1R=0.05A×140Ω=7V;
(3)取臨界情況,當電流為I=50mA=0.05A時:
串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和,
由I=UR可得:R1+R0=U1I=10V0.05A=200Ω,
則R1=200Ω-R0=200Ω-40Ω=160Ω,由圖可得對應的溫度為34℃;
當電流為I′=40mA=0.04A時:
R1′+R0=U1I=10V0.04A=250Ω,
則R1′=250Ω-R0=250Ω-40Ω=210Ω,由圖可得對應的溫度為30℃;
所以,室內溫度可控制在30℃~34℃范圍內.
答:(1)工作電路正常工作時,浴霸正常工作1min內產生的熱量是6.6×104J;
(2)若浴室中的溫度不得超過38℃,則控制電路的電源電壓U1最小值是7V;
(3)若電源U1電壓恒定為10V,則將此裝置放在浴室內,浴室內溫度可控制的范圍為30℃~34℃.

點評 本題考查了電功計算公式的應用、串聯(lián)電路中歐姆定律的應用、電磁鐵的應用,能從熱敏電阻阻值R1隨溫度變化圖象上搜集到相關信息是本題的關鍵.

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