7. (真实情境)图甲为低温液化制酒示意图。天锅内装有1 m高的冷水,底部连有控制排水与注水的装置,该装置内部简化电路如图乙所示。电源电压恒为12 V,$R_t$为热敏电阻,其阻值随天锅中水温变化的关系如图丙所示,当水温达到50 ℃时,排水口打开将水全部排出;$R_p$为压敏电阻,其阻值随水对锅底的压强变化关系如图丁所示,当水压为零时,注水口打开,排水口关闭,将冷水注入天锅,注水高度达到1 m时注水口关闭。($\rho_{水}=1×10^3 kg/m^3$,g取10 N/kg,不考虑水的蒸发)

(1)水高为1 m时,$R_p$的阻值为
(2)排水口刚打开时,电路中的电流为
(3)排水过程中,当$R_t$的功率为1 W时,求$R_p$的阻值(设排水过程中水温保持50 ℃不变)。
(1)水高为1 m时,$R_p$的阻值为
100
Ω。(2)排水口刚打开时,电路中的电流为
0.06
A。(3)排水过程中,当$R_t$的功率为1 W时,求$R_p$的阻值(设排水过程中水温保持50 ℃不变)。
答案
7.【解】(1)100 (2)0.06
(3)当水温达到 50 ℃时,排水口打开,热敏电阻阻值为100 Ω,当$R_t$的功率为1 W时,由$P=I^2R$可知,此时电路中电流$I'=\sqrt{\frac{P}{R_t}}=\sqrt{\frac{1\ \mathrm{W}}{100\ \Omega}}=0.1\ \mathrm{A}$,
根据串联电路电阻规律及欧姆定律知,$R_p$的阻值$R_p'=R_{总}'-R_t=\frac{U}{I'}-R_t=\frac{12\ \mathrm{V}}{0.1\ \mathrm{A}}-100\ \Omega=20\ \Omega$。
【点拨】(1)水高为1 m时,水对锅底的压强$p=\rho_{水}gh=1 × 10^3\ \mathrm{kg/m}^3 × 10\ \mathrm{N/kg} × 1\ \mathrm{m}=1 × 10^4\ \mathrm{Pa}$,由图丁可知,此时$R_p$的阻值为100 Ω。(2)当水温达到50 ℃时,排水口打开,由图丙可知,此时热敏电阻$R_t$的阻值为100 Ω,根据串联电路电阻规律及欧姆定律知,排水口刚打开时,电路中的电流$I=\frac{U}{R_{总}}=\frac{U}{R_p+R_t}=\frac{12\ \mathrm{V}}{100\ \Omega+100\ \Omega}=0.06\ \mathrm{A}$。
(3)当水温达到 50 ℃时,排水口打开,热敏电阻阻值为100 Ω,当$R_t$的功率为1 W时,由$P=I^2R$可知,此时电路中电流$I'=\sqrt{\frac{P}{R_t}}=\sqrt{\frac{1\ \mathrm{W}}{100\ \Omega}}=0.1\ \mathrm{A}$,
根据串联电路电阻规律及欧姆定律知,$R_p$的阻值$R_p'=R_{总}'-R_t=\frac{U}{I'}-R_t=\frac{12\ \mathrm{V}}{0.1\ \mathrm{A}}-100\ \Omega=20\ \Omega$。
【点拨】(1)水高为1 m时,水对锅底的压强$p=\rho_{水}gh=1 × 10^3\ \mathrm{kg/m}^3 × 10\ \mathrm{N/kg} × 1\ \mathrm{m}=1 × 10^4\ \mathrm{Pa}$,由图丁可知,此时$R_p$的阻值为100 Ω。(2)当水温达到50 ℃时,排水口打开,由图丙可知,此时热敏电阻$R_t$的阻值为100 Ω,根据串联电路电阻规律及欧姆定律知,排水口刚打开时,电路中的电流$I=\frac{U}{R_{总}}=\frac{U}{R_p+R_t}=\frac{12\ \mathrm{V}}{100\ \Omega+100\ \Omega}=0.06\ \mathrm{A}$。
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