11. 阅读下列短文,回答问题。
智能电加热眼罩
近些年,近视成为影响青少年身体健康的重要因素之一。为有效保护眼睛,目前市场上推出了一款电加热眼罩(如图甲所示),对缓解眼疲劳有一定效果。该眼罩的内部加热原理如图乙所示,其中PTC是一种新型的半导体陶瓷材料,PTC加热丝的两端与金属导线相连,形成网状结构,由6 V的锂电池供电。当温度达到40 ℃时,PTC加热丝的发热功率等于散热功率(即在相同时间内产生的热量与散失的热量相等),实现智能控温。

(1) PTC是
(2) 如图乙所示的加热电路中,PTC加热丝的连接方式是
(3) 此眼罩加热电路中一段PTC加热丝的电阻与温度变化的关系如图丙所示,则眼罩加热电路的最大发热功率为
(4) 将眼罩加热电路开关闭合,其功率随时间变化的图像最可能是

智能电加热眼罩
近些年,近视成为影响青少年身体健康的重要因素之一。为有效保护眼睛,目前市场上推出了一款电加热眼罩(如图甲所示),对缓解眼疲劳有一定效果。该眼罩的内部加热原理如图乙所示,其中PTC是一种新型的半导体陶瓷材料,PTC加热丝的两端与金属导线相连,形成网状结构,由6 V的锂电池供电。当温度达到40 ℃时,PTC加热丝的发热功率等于散热功率(即在相同时间内产生的热量与散失的热量相等),实现智能控温。
(1) PTC是
半导体
(选填“导体”“半导体”或“绝缘体”)材料。(2) 如图乙所示的加热电路中,PTC加热丝的连接方式是
并
联;正常工作时金属导线中A、B两处的电流分别为$I_A$和$I_B$,则$I_A$>
(选填“<”“=”或“>”)$I_B$。(3) 此眼罩加热电路中一段PTC加热丝的电阻与温度变化的关系如图丙所示,则眼罩加热电路的最大发热功率为
9
W;当温度为40 ℃时,通电10 min,眼罩加热电路产生的热量是2 160
J。(4) 将眼罩加热电路开关闭合,其功率随时间变化的图像最可能是
C
(填选项字母)。答案
11. (1)半导体
(2)并 >
(3)9 2 160
(4)C
【解析】(1)由题意可知,PTC 是半导体材料。
(2)由题图乙可知,各段 PTC 加热丝互不影响,故 PTC 加热丝是并联的;因为 PTC 加热丝是并联的,所以并联的 PTC 加热丝越多,电流越大,故$I_A>I_B$。(3)由$P=UI=\frac{U^2}{R}$可知,电源电压一定时,电阻越小,电功率越大,由题图丙可知,PTC 加热丝的最小电阻为40 Ω,由题图乙可知,电加热眼罩由 10 段PTC 加热丝并联组成,每段加热丝的最大发热功率$P_0=\frac{U^2}{R_0}=\frac{(6\ \mathrm{V})^2}{40\ \Omega}=0.9\ \mathrm{W}$,则眼罩加热电路的最大发热功率$P=10P_0=9\ \mathrm{W}$。由题图丙可知,当温度为 40 ℃时,PTC 加热丝的电阻为 100 Ω,每段加热丝的发热功率$P_1=\frac{U^2}{R_1}=\frac{(6\ \mathrm{V})^2}{100\ \Omega}=0.36\ \mathrm{W}$,则眼罩加热电路的发热功率$P'=10P_1=3.6\ \mathrm{W}$,则通电10 min,眼罩加热电路产生的热量$Q=W=P't=3.6\ \mathrm{W}×10×60\ \mathrm{s}=2\ 160\ \mathrm{J}$。(4)由题图丙可知,PTC 加热丝的电阻随温度的升高先变小后变大,由题意可知,当温度达到40 ℃时,PTC 加热丝的发热功率等于散热功率,温度保持不变,即温度达到 40 ℃后 PTC加热丝的电阻不变,因此眼罩加热电路开关闭合后,PTC 加热丝的电阻先变小后变大再不变,由$P=UI=\frac{U^2}{R}$可知,其功率先变大后变小再不变,故 C 符合题意。
(2)并 >
(3)9 2 160
(4)C
【解析】(1)由题意可知,PTC 是半导体材料。
(2)由题图乙可知,各段 PTC 加热丝互不影响,故 PTC 加热丝是并联的;因为 PTC 加热丝是并联的,所以并联的 PTC 加热丝越多,电流越大,故$I_A>I_B$。(3)由$P=UI=\frac{U^2}{R}$可知,电源电压一定时,电阻越小,电功率越大,由题图丙可知,PTC 加热丝的最小电阻为40 Ω,由题图乙可知,电加热眼罩由 10 段PTC 加热丝并联组成,每段加热丝的最大发热功率$P_0=\frac{U^2}{R_0}=\frac{(6\ \mathrm{V})^2}{40\ \Omega}=0.9\ \mathrm{W}$,则眼罩加热电路的最大发热功率$P=10P_0=9\ \mathrm{W}$。由题图丙可知,当温度为 40 ℃时,PTC 加热丝的电阻为 100 Ω,每段加热丝的发热功率$P_1=\frac{U^2}{R_1}=\frac{(6\ \mathrm{V})^2}{100\ \Omega}=0.36\ \mathrm{W}$,则眼罩加热电路的发热功率$P'=10P_1=3.6\ \mathrm{W}$,则通电10 min,眼罩加热电路产生的热量$Q=W=P't=3.6\ \mathrm{W}×10×60\ \mathrm{s}=2\ 160\ \mathrm{J}$。(4)由题图丙可知,PTC 加热丝的电阻随温度的升高先变小后变大,由题意可知,当温度达到40 ℃时,PTC 加热丝的发热功率等于散热功率,温度保持不变,即温度达到 40 ℃后 PTC加热丝的电阻不变,因此眼罩加热电路开关闭合后,PTC 加热丝的电阻先变小后变大再不变,由$P=UI=\frac{U^2}{R}$可知,其功率先变大后变小再不变,故 C 符合题意。
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