13. 新趋势 项目式探究 学校“水培种植小屋”的蔬菜适宜生长的温度在10~30℃之间,项目式学习小组利用热敏电阻和电阻箱设计温度报警电路.

甲
乙
(1) 利用如图甲所示的电路探究热敏电阻$R_{t}$的阻值随环境温度t变化的规律.
① 根据图甲,用笔画线表示导线,将图乙中的实物电路连接完整.
② 连接电路的过程中,应将开关______;将电阻箱的阻值调至最大,起到______的作用.
③ 将热敏电阻置于0℃的环境中,闭合$S_{1}$、断开$S_{2}$,记录电流表示数$I_{0}$;然后______,调节电阻箱$R_{0}$直至电流表示数为______,此时$R_{t}= R_{0}$.
④ 将热敏电阻$R_{t}$置于不同温度的环境中,重复步骤③,测得的数据如表所示.

分析数据可得:热敏电阻的阻值随温度的升高而______.
(2) 根据上述探究结果,设计报警电路.实验器材:电源(恒为12 V)、热敏电阻$R_{t}$、电阻箱$R_{0}(0\sim 9999Ω)$、数字电压表V($U≥7.2V$时报警)、数字电流表mA($I≥6mA$时报警)、开关一个、导线若干.设计要求:小屋温度$t≥30^{\circ }C或t≤10^{\circ }C$时都有一个电表报警.
① 虚线框中的电路图(图丙)是学习小组设计的报警电路,但它不能完全满足要求,请你根据设计要求将电路图补画完整.

丙
② 报警电路中,电阻箱$R_{0}$应调为______Ω,当温度降低到10℃时电路报警,此时电流表的示数为______mA.

(1)①如图乙所示 ②断开 保护电路 ③断开$S_{1}$、闭合$S_{2}$ $I_{0}$ ④减小 (2)①如图丙所示 ②1200 4


解析:(1)②连接电路的过程中，应将开关断开；闭合开关前，应将电阻箱的阻值调至最大，起到保护电路的作用。③闭合$S_{1}$、断开$S_{2}$，只有热敏电阻接入电路，电流表示数$I_{0}$为通过热敏电阻的电流；然后断开$S_{1}$、闭合$S_{2}$，只有电阻箱接入电路，调节电阻箱使电流表示数为$I_{0}$，$I_{0}$为通过电阻箱的电流。两种状态下电压不变，电流相等，则热敏电阻与电阻箱阻值相等。④由表中数据可知，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。(2)①由(1)可知，温度升高时，热敏电阻的阻值减小，则电路中的电流增大，当$I≥6mA$时，数字电流表报警；温度降低时，热敏电阻的阻值增大，由串联分压可知，热敏电阻两端的电压增大，当$U≥7.2V$时，数字电压表报警，应将电压表并联在热敏电阻两端。②由表中数据可知，当温度为$10^{\circ }C$时，$R_{t}$的阻值为1800Ω，此时数字电压表报警，即$R_{t}$两端的电压为7.2V，则此时电流表示数即电路中的电流$I=\frac {U_{t}}{R_{t}}=\frac {7.2V}{1800Ω}=0.004A=4mA$；此时$R_{0}$两端的电压$U_{0}=U_{电源}-U_{t}=12V-7.2V=4.8V$，由欧姆定律可得，电阻箱的阻值$R_{0}=\frac {U_{0}}{I}=\frac {4.8V}{0.004A}=1200Ω$，当温度为$30^{\circ }C$时，$R_{t}$的阻值为800Ω，此时数字电流表应报警，即电路中的电流为6mA，由串联电路的电阻规律及欧姆定律可得，电阻箱的阻值应为$R'_{0}=\frac {U_{电源}}{I'}-R'_{t}=\frac {12V}{0.006A}-800Ω=1200Ω=R_{0}$，所以电阻箱的阻值应调为1200Ω。