Question

小明在研究性学习活动中，查阅到一种热敏电阻的阻值随温度变化的规律如下表，并将该型号的热敏电阻应用于如图所示由“控制电路”和“工作电路”组成的恒温箱电路中．

温度/℃	…	30	40	50	60	70	…
热敏电阻阻值/Ω	…	350	300	250	210	175	…

“控制电路”由热敏电阻R₁、电磁铁（线圈阻值R=50Ω）、电源U₁、开关等组成，当线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合，右边工作电路则断开；“工作电路”由工作电源U₂（U₂=10V）、发热电阻R₂（R₂=5Ω）、导线等组成．问：
（1）图中用到哪些物理知识，请说出两点．______，______．
（2）工作电路工作时的电流为多大？电阻R₂的发热功率为多大？
（3）若发热电阻R₂需提供1.2×10⁴J的热量，则工作电路需工作多长时间（不计热量的损失）？
（4）若恒温箱的温度最高不得超过50℃，则控制电路的电源电压U₁最小值为多大？

Answer

（1）根据图示的结构：杠杆、电磁铁可以联系到对应的物理知识．
（2）根据工作电路的电源电压和发热电阻的阻值，利用欧姆定律可以求得电路中的电流；利用功率的计算公式可以求得发热功率．
（3）利用求得的发热功率和需要的热量，可以求得工作电路的工作时间．
（4）选取50℃时，热敏电阻R1对应的阻值250Ω为电路中的R1的阻值，根据电路的特点，求出电路的总电阻；结合继电器的衔铁被吸合时，电路中的最小电流，可以求得控制电路中的最小电源电压．
【解析】
（1）控制电路中的电磁继电器里面的构造中有电磁铁，所以用到了电流的磁效应；
有杠杆，涉及了杠杆的原理．
（2）工作电路中，电源电压U2=10V，发热电阻R2=5Ω，工作电路工作时的电流：I2===2A；
电阻R2的发热功率P2=U2I2=10 V×2 A=20 W．
（3）发热电阻工作时产生的热量：Q=1.2×104J，发热电阻的功率P2=20 W．
所以发热电阻工作时间：t===6OOs．
（4）当R1温度为50℃时，其阻值R1=250Ω，
∵R1和R串联，R=50Ω，
∴R总=R1+R=250Ω+50Ω=300Ω，
电路的最小工作电流：I1=20mA=0.02A，
因此，控制电路的最小电压为：U1=I1R总=0.02 A×300Ω=6 V．
答：（1）图中用到物理知识：电流的磁效应；杠杆的原理．
（2）工作电路工作时的电流为2A．电阻R2的发热功率为20W．
（3）若发热电阻R2需提供1.2×104J的热量，则工作电路需工作6OOs．
（4）恒温箱的温度最高不得超过50℃，则控制电路的电源电压U1最小值为6V．