Question

如图所示为一恒温水箱电路结构示意图，包括控制电路和工作电路两部分，控制电路：电源电压恒为12V，R₁为热敏电阻（置于水箱中），阻值随温度变化的关系如图2所示，R₀为滑动变阻器，线圈电阻不计，线圈中电流大于0.2A时衔铁被吸下；工作电路：R₂为电热器，上面标有“220V 1000W＂的字样，L₁、L₂为红绿指示灯，其额定电压均为220V，加热时红灯正常发光，绿灯不亮，停止加热时绿灯正常发光，红灯不亮。

(1)按要求连接好工作电路；

(2)为了使水箱内温度保持在40℃（水温低于40℃时电热器工作，高于40℃时停止加热），滑动变阻器接入电路阻值应为多少？

(3)水箱内装有质量为6kg 、20℃的冷水，电热器正常工作10min后自动停止加热，求电热器的加热效率；

(4)为了使恒温水箱内设定的温度降低一些，请你想出两种办法？

Answer

(1) ；(2) 32Ω；(3) 84%；(4) 方案一：将滑动变阻器R0 接入电路的阻值调大一些；方案二：换电源，降低电源电压。

【解析】

(1)当动触点与上方静触点接触时，电路为绿灯的简单电路；当动触点与下方静触点接触时，电路为R2 与红灯的并联电路，故工作电路如下图所示：

(2)由图2示知道，当温度为40℃时，热敏电阻R1 的阻值为28Ω；由知道，当电路电流为0.2A时，控制电路的总电阻是：

；

因为R1 与R0 串联，所以，R0 接入电路的阻值是：

R0=R- R1 =60Ω-28Ω=32Ω；

(3)由Q=cmΔt知道，水吸收的热量是：

Q吸=cmΔt=4.2×103 kg/m3 ×6kg×（40℃-20℃）=5.04×105 J；

电流做的功是：

W=Pt=100W×10×60s=6×105 J；

电热器的加热效率是：

；

(4)由图乙知道，要降低恒温箱的设定温度，就要减小热敏电阻R1的阻值；但为了使衔铁吸合工作电流即线圈中的电流仍为0.2A，根据欧姆定律知道，应增大滑动变阻器R0接入电路的阻值或减小电源电压。

故方案一：将滑动变阻器R0 接入电路的阻值调大一些；

方案二：换电源，降低电源电压。

答：(2)滑动变阻器接入电路阻值应为32Ω；

(3)电热器的加热效率为84%；

(4)方案一：将滑动变阻器R0 接入电路的阻值调大一些；方案二：换电源，降低电源电压。