Question

小明利用实验室的电磁继电器、热敏电阻R₁、可变电阻器R₂等器件设计了一个恒温箱控制电路，如图甲所示．如图乙是小明通过实验测得的R₁的阻值随温度变化的关系曲线．

（1）电磁继电器中电磁铁上端是______极（N/S）．
（2）当温度较低时，电磁铁的磁性较______，触点开关______（接通/断开）．
（3）电磁继电器的电源两端电压U=6V，电磁继电器线圈的电阻可不计，通过实验测得当电流为30mA时，电磁继电器的衔铁被吸合．若可变电阻器R₂的电阻值设定为150Ω时，恒温箱温度可达到______℃．当可变电阻器R₂的电阻变大时，恒温箱设定的温度将变______（高/低）．
（4）如果要使恒温箱内预设的温度可调节范围是90℃～150℃，可供选择的可变电阻器R₂的电阻值有如下的几种，你选择______．
A．0～100Ω       B． 0～200Ω        C．0～1000Ω        D． 0～1500Ω
（5）小明设计的这个控制电路，使用起来有不足之处，请你指出：______．

Answer

（1）根据螺线管的线圈绕向和电流方向，利用安培定则可以确定螺线管的NS极．
（2）温度较低，决定了热敏电阻的阻值较大，控制电路中的电流较小，电磁铁的磁性较弱，结合图示的工作电路的连接情况，即可确定工作电路的工作状态．
（3）根据电源电压、R2接入电路中的电阻和控制电路中的临界电流，求得热敏电阻的阻值，然后利用该阻值结合图象可以得到此时的恒温箱的温度值．
恒温箱内的温度如何变化，取决于加热丝的工作时间的长短，工作时间是由电磁铁磁性的强弱来决定的，而电磁铁的磁性强弱又是由控制电路中的电流来决定的．由此入手分析即可解决此题．
（4）根据要求的温度范围，结合R1的阻值随温度变化的关系可以确定R1的阻值变化范围；利用电路的总电阻，结合串联电路电阻的特点，可以求得对应的滑动变阻器R2的变化范围，由此即可确定选用哪个滑动变阻器．
（5）从温度到达临界值时会出现的实际情况入手分析找出其问题所在．
【解析】
（1）电流从电磁铁的下端流入上端流出，结合图示的线圈绕向利用安培定则可以确定电磁铁的上端为S极，下端为N极．
（2）温度较低时，由R1的阻值随温度变化的关系曲线可知，热敏电阻的阻值较大，控制电路中的电流较小，电磁铁的磁性较弱，此时的衔铁不会被吸下来，根据图示的工作电路可知，加热丝所在的电路接通．
（3）U源=6V  I=30mA=0.03A，
电路的总电阻：R总===200Ω，
此时R1=热敏电阻的阻值：R1=R总-R2=200Ω-150Ω=50Ω，
由图象知，热敏电阻的阻值为50Ω时，对应的温度为90℃．
当可变电阻器R2的电阻变大时，在热敏电阻阻值不变的情况下，电路中的电流会减小，此时电磁铁的磁性会减弱，所以衔铁不会被吸下来，工作电路继续工作，恒温箱内的温度持续升高，热敏电阻的阻值会继续降低，控制电路中的电流会增大，直到电流到达临界值时，电磁铁切断工作电路．
（4）由第三问的分析可知：当设定温度最低为90℃，根据热敏电阻R1的阻值随温度变化的关系曲线可知，此时热敏电阻的阻值最大为50Ω，因为控制电路的U源=6V不变，I=0.03A不变，极控制电路的总电阻200Ω保持不变，所以此时要求R2的阻值为150Ω，且此时为最小值；
当设定温度为150℃时，根据热敏电阻R1的阻值随温度变化的关系曲线可知，此时热敏电阻的阻值最小为30Ω，因为控制电路的总电阻为200Ω不变，所以此时要求R2的阻值为170Ω，且为最大值．
综上分析，当恒温箱内预设的温度可调节范围是90℃～150℃时，滑动变阻器的阻值变化范围为150Ω～170Ω，故选B．
（5）小明设计的这个电路，从理论上讲控制的只是一个固定的温度值，这样使用时，就会出现恒温箱内温度在某一固定值附近时，电磁继电器频繁通断的现象，这对电磁继电器和加热器电路的使用寿命是十分不利的．
故答案为：（1）S；       （2）弱；     接通；       （3）90；     高；        （4）B；
（5）小明设计的这个电路，从理论上讲控制的只是一个固定的温度值，这样使用时，就会出现恒温箱内温度在某一固定值附近时，电磁继电器频繁通断的现象，这对电磁继电器和加热器电路的使用寿命是十分不利的