Question

如圖1所示電路某自動(dòng)恒溫箱原理簡(jiǎn)圖．箱內(nèi)電阻R_l=5kΩ，R₂為熱敏電阻，其阻值隨溫度變化的圖線如圖2所示，電源電壓為12V．當(dāng)電壓傳感器的兩接入點(diǎn)a、b間的電壓U_ab小于2V時(shí)，傳感器將使開關(guān)S接通，使恒溫箱內(nèi)的電熱絲通電而發(fā)熱，從而使箱內(nèi)溫度升高；當(dāng)U_ab大于4V時(shí)，傳感器將使S斷開，停止加熱．

（1）從圖2中讀出箱內(nèi)溫度為35℃時(shí)的熱敏電阻R₂為

 

kΩ．
（2）通過計(jì)算判定該恒溫箱內(nèi)的溫度將保持在怎樣的范圍？
（3）若想使此恒溫箱內(nèi)的溫度變化范圍在第2問的基礎(chǔ)上縮小一些，在傳感器功能和熱敏電阻不變的條件下，可采取怎樣的措施？

Answer 1

分析：（1）由圖2中的坐標(biāo)可直接讀出35℃時(shí)熱敏電阻的阻值；
（2）由題意可得出R₁兩端的電壓范圍，同時(shí)可求出臨界電壓值時(shí)的電流，則由歐姆定律可求得R₂的阻值，由圖2可讀出對(duì)應(yīng)的溫度值；
（3）由圖知：熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，若要溫度變化范圍降低一些，熱敏電阻R₂的阻值就必須增大，而鑒別器功能保持不變，即a、b間的電壓范圍仍和原來相同，可從兩方面入手考慮：
①保持電源電壓一定，此時(shí)R₂的阻值變大，分壓增多，若保持R₁兩端的電壓不變，就必須增大R₁兩端的電壓來提高分壓；
②增大電源電壓，使得R₂兩端增多的電壓從電源電壓那里得到補(bǔ)償．

解答：解：（1）由圖2可得，當(dāng)溫度為35℃其對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)為5kΩ；
（2）當(dāng)R₁兩端電壓為2V時(shí)，電路中電流為：
I=

U1

R1

=

2V

5000Ω

=0.0004AA，
R₂兩端的電壓：
U₂=U-U₁=12V-2V=10V，
則熱敏電阻的阻值：
R₂=

U2

I

=

10V

0.0004A

=25000Ω=25kΩ，
由圖2可得，此時(shí)溫度為15℃；
當(dāng)R₁兩端的電壓為4V時(shí)，R₂兩端的電壓：
U₂′=U-U₁'=12V-4V=8V；
同理可得此時(shí)熱敏電阻的阻值：
R₂′=

U2′

U1′ R1

=

8V

4V 5000Ω

=10000Ω=10kΩ，
由圖2可得此時(shí)溫度為55℃
故溫度的變化范圍為15℃到55℃；
（3）由分析知：從圖上可以看出，若恒溫箱的溫度變化降低一些，則需增大R₂的阻值，此時(shí)R₂分得的電壓增多；
若保持R₁兩端的電壓變化范圍不變，可以考慮兩種方法：
①在電源電壓不變時(shí)，R₂兩端的電壓增大，則R₁兩端的電壓必然減小，若要保持R₁兩端電壓的變化范圍不變，根據(jù)串聯(lián)分壓的原理，通過增大R₁的電阻，來獲得更多的電壓；
②R₁兩端的電壓不變，而R₂兩端的電壓增大，可通過增大電源電壓來承擔(dān)R₂兩端多出的電壓值；
答：（1）25；
（2）溫度變化范圍為15℃～55℃；
（3）增大R₁的阻值或增大電源電壓．

點(diǎn)評(píng)：本題考查物理知識(shí)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，此類題型較為常見，并且難度相對(duì)較大，應(yīng)在認(rèn)真審題的基礎(chǔ)上聯(lián)系所學(xué)物理知識(shí)進(jìn)行解答．