Question

医院、宾馆等公共场所普遍使用高温高压蒸气消毒锅对物品消毒．图甲为自动测定锅内温度的电路原理图，其中R为定值电阻，A为温度指示表（实质是一只电流表），Rx为热敏电阻（其电阻值随锅内温度的变化而变化）．热敏电阻的阻值与温度的对应关系如下表所示，电源两端的电压不变．

锅内温度值/℃	25	37	50	62	75	87	100	112	125
Rx对应的电阻值/Ω	150	80	50	30	20	15	10	7

（1）若锅内温度为75℃时电流表指针指向0.24A；若锅内温度为112℃时电流表指针指向0.50A；求电源电压和R的阻值
（2）若锅内温度为125℃时电流表指针指向0.6A；求锅内温度为125℃时热敏电阻R_x的阻值和R_x发热功率．
（3）高温高压蒸气消毒锅内温度与锅内气压的关系如下表所示：

锅内温度t/℃	87	100	112	125
锅内气压值p/Pa	1.8×10^5	2.0×10^5	2.5×10^5	3.3×10^5

为了使高温高压蒸气消毒锅内温度不超过112℃，高压锅盖上有一限压阀，图乙为限压阀的原理图，限压阀由一直立圆柱形金属体和滤网型外套组成．当锅内温度达到112℃时，锅内高压气体将圆柱形金属体顶起，并对外排气减压，从而起到限压的作用．已知圆柱形金属体的底面积为0.2cm²，求该金属体的质量m．（外界大气压p_外=1.0×10⁵Pa，g取10N/kg）

Answer

（1）由电路图可知R、RX串联，由表格可知当电流为0.24A时，热敏电阻的阻值为20Ω，当电流为0.50A时，热敏电阻的阻值为7Ω，根据此关系式列出方程算出电源电压和定值电阻的阻值．
（2）当电流为0.6A时，根据欧姆定律可求出热敏电阻的阻值，再利用公式P=I2R可求出此时热敏电阻消耗的功率．
（3）由二力平衡的条件可知，当高温高压蒸气消毒锅内气体产生的压力与大气产生的压力和金属体的重力相等时，起到限压的作用，据此求出金属体的质量．
【解析】
（1）当电流为I1=0.24A时，
电源电压U=I1R1+I1R=0.24A×20Ω+0.24A×R---------------①
当电流为I2=0.50A时，
电源电压U=I2R2+I2R=0.50A×7Ω+0.50A×R----------------②
①②联立可得
R=5Ω，U=6V；
（2）锅内温度为125时，电流为I3=0.6A，
热敏电阻的阻值RX=-R=-5Ω=10Ω-5Ω=5Ω，
它此时消耗的功率PX=I32RX=（0.6A）2×5Ω=1.8W．
（3）有表格可知，当锅内温度达到112℃时，气体的压强为P=2.5×105Pa；
由二力平衡的条件可知：Ps=Ps+mg，
即：2.5×105Pa×2×10-5m2=1.0×105Pa×2×10-5m2+m×10N/kg，
解得：m=0.3kg．
答：（1）电源电压为6V；R的阻值为5Ω；
（2）锅内温度为125℃时热敏电阻Rx的阻值为5Ω；Rx发热功率为1.8W；
（3）该金属体的质量为0.3kg．