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题目
如图1所示电路是在环境温度为10℃左右的条件下工作的某自动恒温箱原理简图. 箱内电阻Rl=5kΩ,R2为热敏电阻,其阻值随温度变化的图线如图2所示,电源电压为12V.当电压鉴别器的两接入点a,b间的电压Uab小于2V时,鉴别器将使开关S接通,使恒温箱内的电热丝通电而发热,从而使箱内温度升高;当Uab大于4V时,鉴别器将使S断开,停止加热.

(1)从图2中读出环境温度为15℃时的热敏电阻R2为______kΩ.
(2)通过计算判定该恒温箱内的温度将保持在怎样的范围?
(3)若想使此恒温箱内的温度变化范围在第(2)问的基础上降低一些,在鉴别器功能和热敏电阻不变的条件下,可采取怎样的措施?

提问时间:2020-12-20

答案
(1)由图2可得,当温度为15℃其对应的纵坐标为25KΩ,故答案应为25.
(2)当R1两端电压为2V时,电路中电流为;I=
U1
R1
2V
5000Ω
=0.0004A

R2两端的电压U2=U-U1=12V-2V=10V,
则热敏电阻的阻值R2=
U2
I
10V
0.0004A
=25KΩ

由图2可得,此时温度为15℃;
当R1两端的电压为4V时,R2两端的电压U2'=U-U1'=12V-4V=8V;
同理可得此时热敏电阻的阻值 R2'=
U2
U1
R1
8V
4V
5000Ω
=10KΩ

由图2可得此时温度为50℃
故温度的变化范围为15℃到50℃;
(3)由分析知:从图上可以看出,若恒温箱的温度变化降低一些,则需增大R2的阻值,此时R2分得的电压增多;
若保持R1两端的电压变化范围不变,可以考虑两种方法:
①在电源电压不变时,R2两端的电压增大,则R1两端的电压必然减小,若要保持R1两端电压的变化范围不变,根据串联分压的原理,通过增大R1的电阻,来获得更多的电压;
②R1两端的电压不变,而R2两端的电压增大,可通过增大电源电压来承担R2两端多出的电压值;
答:(1)25;(2)温度变化范围为15℃~50℃;(3)增大R1的阻值或增大电源电压.
(1)由图2中的坐标可直接读出15℃时热敏电阻的阻值;
(2)由题意可得出R1两端的电压范围,同时可求出临界电压值时的电流,则由欧姆定律可求得R2的阻值,由图2可读出对应的温度值;
(3)由图知:热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,若要温度变化范围降低一些,热敏电阻R2的阻值就必须增大,而鉴别器功能保持不变,即a、b间的电压范围仍和原来相同,可从两方面入手考虑:
①保持电源电压一定,此时R2的阻值变大,分压增多,若保持R1两端的电压不变,就必须增大R1两端的电压来提高分压;
②增大电源电压,使得R2两端增多的电压从电源电压那里得到补偿.

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本题考查物理知识在生产生活中的应用,此类题型较为常见,并且难度相对较大,应在认真审题的基础上联系所学物理知识进行解答.

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