Question

15．2015年1月，“蛟龍”號深潛器在印度洋下潛，游弋于海底高溫熱液區(qū)，為避免過高溫度的熱液對器材造成損壞，技術(shù)人員按照兩種方法設計“高溫自動報警電路”，請選擇其中一種方法完成電路設計并算出相應答案．（兩種方法都做，以第一種為準）

方法一 器材：恒為12V的蓄電池，開關S，定值電阻R0，熱敏電阻Rx（電阻隨溫度的變化關系如圖所示），電壓表，電磁繼電器（線圈電阻不計，線圈電流大于0.2A時銜鐵被吸下，線圈電流小于0.2A時銜鐵被彈回），額定電壓均為220V的紅燈和綠燈． 功能：閉合開關S，水溫越高，電壓表示數(shù)越大．水溫低于500℃時，綠燈正常發(fā)光；水溫高于500℃時，紅燈正常發(fā)光． （1）請以筆畫線代替導線完成電路連接． （2）定值電阻R0的阻值為35Ω． （3）電壓表示數(shù)為3.6V時，熱液溫度為 320℃．

方法二 器材：恒為12V的蓄電池，開關S，定值電阻R0，熱敏電阻Rx（電阻隨溫度的變化關系如圖所示），電壓表，電磁繼電器（線圈電阻不計，線圈電流大于0.2A時銜鐵被吸下，線圈電流小于0.2A時銜鐵被彈回），額定電壓均為220V的紅燈和綠燈． 功能：閉合開關S，水溫越高，電壓表示數(shù)越大．水溫低于500℃時，綠燈正常發(fā)光；水溫高于500℃時，紅燈正常發(fā)光． （1）請以筆畫線代替導線完成電路連接． （2）定值電阻R0的阻值為52Ω． （3）電壓表示數(shù)為9.6V時，熱液溫度為 320℃．

Answer 1

分析 根據(jù)圖象判斷兩種方法中，電阻隨溫度變化的關系，再根據(jù)對電路功能的要求，確定電壓表的并聯(lián)位置，以及紅燈和綠燈的連接特點，最后連接電路圖，并利用歐姆定律結(jié)合圖象對定值電阻和阻值和熱液溫度進行計算．

解答 解：方法一：（1）由圖象可知，電阻隨溫度的升高而增大，根據(jù)“閉合開關S，水溫越高，電壓表示數(shù)越大”可知，電壓表應并聯(lián)在熱敏電阻的兩端．
根據(jù)“水溫低于500℃時，綠燈正常發(fā)光；水溫高于500℃時，紅燈正常發(fā)光”可知，綠燈與下面觸點接通，紅燈與上面觸電接通．電路連接如圖所示：

（2）讀圖可知，當溫度為500℃時，R_x的阻值為25Ω，
此時電路的總電阻為：R_總=$\frac{U}{I}$=$\frac{12V}{0.2A}$=60Ω，
則此時定值電阻的阻值為：R₀=R_總-R_x=60Ω-25Ω=35Ω；
（3）當電壓表示數(shù)為3.6V時，定值電阻兩端的電壓：U₀=12V-3.6V=8.4V，
電路中的電流：I′=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{8.4V}{35Ω}$=0.24A，
則熱敏電阻的阻值為：R_x′=$\frac{{U}_{X}}{I′}$=$\frac{3.6V}{0.24A}$=15Ω，
讀圖象可知，此時熱液的溫度為320℃．
方法二：（1）由圖象可知，電阻隨溫度的升高而減小，根據(jù)“閉合開關S，水溫越高，電壓表示數(shù)越大”可知，電壓表應并聯(lián)在定值電阻的兩端．
根據(jù)“水溫低于500℃時，綠燈正常發(fā)光；水溫高于500℃時，紅燈正常發(fā)光”可知，綠燈與上面觸點接通，紅燈與下面觸電接通．電路連接如圖所示：

（2）讀圖可知，當溫度為500℃時，R_x的阻值為8Ω，
此時電路的總電阻為：R_總=$\frac{U}{I}$=$\frac{12V}{0.2A}$=60Ω，
則此時定值電阻的阻值為：R₀=R_總-R_x=60Ω-8Ω=52Ω；
（3）當電壓表示數(shù)為9.6V時，
電路中的電流：I′=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{9.6V}{52Ω}$≈0.18A，
熱敏電阻兩端的電壓：U₀=12V-9.6V=2.4V，
則熱敏電阻的阻值為：R_x′=$\frac{{U}_{X}}{I′}$=$\frac{2.4V}{0.18A}$≈13.3Ω，
讀圖象可知，此時熱液的溫度約為320℃．
故答案為：方法一：（1）見上圖；（2）35；（3）320．
方法二：（1）見上圖；（2）52；（3）320．

點評 本題考查了“高溫自動報警電路”的設計與相關計算，設計電路是難點，要注意控制電路與工作電路應分開，并逐一對照其所設計功能的要求，最后的計算中，熟練運用歐姆定律并能正確結(jié)合圖象中的信息，是解答的關鍵，有一定難度．