登录
1 在新农村建设中，大学生村官小王为农户们开发设计了一款小型家用智能蔬菜大棚，用于在寒冷的冬天气温突然下降时自动开启大棚里面的电辅热设备，从而控制大棚里面的温度不低于一定温度，如图所示为该设计的自动控制原理图。
（1）图中的导线
（2）分析原理图可知：热敏电阻$R_2$的阻值随大棚内温度的升高而
（3）若欲将大棚内设定的温度适当提高一些，则可将滑动变阻器$R_1$的滑片向
（1）图中的导线
B
（A/B）应该与家庭电路中的火线相连接。（2）分析原理图可知：热敏电阻$R_2$的阻值随大棚内温度的升高而
减小
。（3）若欲将大棚内设定的温度适当提高一些，则可将滑动变阻器$R_1$的滑片向
左
（左/右）移动一些。除了这个方法你还有什么方法？答：可以减小控制电路的电源电压
（请说出一种合理的方法）。答案
1. （1）B （2）减小 （3）左 可以减小控制电路的电源电压
解析
【分析】
本题围绕电磁继电器的自动控制电路展开，需结合家庭电路安全连接、欧姆定律、热敏电阻特性分析：（1）家庭电路中开关需接火线，保证断开开关时用电器不带电，据此判断导线；（2）根据温度变化时电辅热的工作状态，结合控制电路电流变化，利用欧姆定律分析热敏电阻阻值随温度的变化；（3）设定温度提高时，需结合吸合电流不变的条件，分析滑动变阻器的调节及其他可行方法。
【解析】
（1）家庭电路中，为保证安全，开关应接在火线上，断开开关时用电器与火线断开。图中电辅热设备的控制开关在导线B上，因此导线B应接家庭电路的火线。
（2）当大棚内温度升高时，需要断开电辅热设备，此时控制电路电流需增大，使电磁铁磁性增强以断开电辅热电路。控制电路中R₁与R₂串联，电源电压U₀不变，根据欧姆定律I=U₀/(R₁+R₂)，电流增大说明总电阻减小，因此热敏电阻R₂的阻值随温度升高而减小。
（3）若将设定温度提高，即需要在更高温度时，控制电路电流达到电磁铁的吸合电流。更高温度下R₂阻值更小，为使总电阻对应的电流达到吸合电流，需减小滑动变阻器R₁的接入电阻，因此滑片向左移动。另外，根据I=U₀/(R₁+R₂)，减小控制电路的电源电压，也能让电流在更高温度（R₂更小）时达到吸合电流，故该方法可行。
【答案】（1）B；（2）减小；（3）左；可以减小控制电路的电源电压
【知识点】电磁继电器、家庭电路连接、欧姆定律应用
【点评】本题结合实际应用考查电磁控制电路的分析，需理清控制电路与工作电路的关系，结合欧姆定律和热敏电阻特性推导，是电路知识在生活中的典型应用，难度适中。
【难度系数】0.5
本题围绕电磁继电器的自动控制电路展开，需结合家庭电路安全连接、欧姆定律、热敏电阻特性分析：（1）家庭电路中开关需接火线，保证断开开关时用电器不带电，据此判断导线；（2）根据温度变化时电辅热的工作状态，结合控制电路电流变化，利用欧姆定律分析热敏电阻阻值随温度的变化；（3）设定温度提高时，需结合吸合电流不变的条件，分析滑动变阻器的调节及其他可行方法。
【解析】
（1）家庭电路中，为保证安全，开关应接在火线上，断开开关时用电器与火线断开。图中电辅热设备的控制开关在导线B上，因此导线B应接家庭电路的火线。
（2）当大棚内温度升高时，需要断开电辅热设备，此时控制电路电流需增大，使电磁铁磁性增强以断开电辅热电路。控制电路中R₁与R₂串联，电源电压U₀不变，根据欧姆定律I=U₀/(R₁+R₂)，电流增大说明总电阻减小，因此热敏电阻R₂的阻值随温度升高而减小。
（3）若将设定温度提高，即需要在更高温度时，控制电路电流达到电磁铁的吸合电流。更高温度下R₂阻值更小，为使总电阻对应的电流达到吸合电流，需减小滑动变阻器R₁的接入电阻，因此滑片向左移动。另外，根据I=U₀/(R₁+R₂)，减小控制电路的电源电压，也能让电流在更高温度（R₂更小）时达到吸合电流，故该方法可行。
【答案】（1）B；（2）减小；（3）左；可以减小控制电路的电源电压
【知识点】电磁继电器、家庭电路连接、欧姆定律应用
【点评】本题结合实际应用考查电磁控制电路的分析，需理清控制电路与工作电路的关系，结合欧姆定律和热敏电阻特性推导，是电路知识在生活中的典型应用，难度适中。
【难度系数】0.5
2 综合实践活动——设计蔬菜温室。
【任务与要求】为了在冬天能品尝到夏季的蔬菜，同学们为学校的劳动基地设计一个蔬菜温室（80 m³），要求温度控制在20~30 ℃之间。
【设计与实施】设计温控系统。温控系统原理如图甲所示，控制电路的电源电压为6 V，电阻箱R₀的阻值调为90 Ω，热敏电阻R₁的阻值随温度的变化图像如图乙所示。当控制电路中的电流达到30 mA时，衔铁被吸下；当电流降低到25 mA时，衔铁被弹回。已知工作电路中电热丝R的电阻为22 Ω，浴霸灯L标有“220 V 275 W”字样。
（1）电热丝通电5 min产生的热量使温室气温升高5.5 ℃，则空气吸收的热量为
【交流与评价】
（2）根据表中的指标进行评价，在符合实际情况的对应栏画“√”。
（3）进一步给出优化建议：
【任务与要求】为了在冬天能品尝到夏季的蔬菜，同学们为学校的劳动基地设计一个蔬菜温室（80 m³），要求温度控制在20~30 ℃之间。
【设计与实施】设计温控系统。温控系统原理如图甲所示，控制电路的电源电压为6 V，电阻箱R₀的阻值调为90 Ω，热敏电阻R₁的阻值随温度的变化图像如图乙所示。当控制电路中的电流达到30 mA时，衔铁被吸下；当电流降低到25 mA时，衔铁被弹回。已知工作电路中电热丝R的电阻为22 Ω，浴霸灯L标有“220 V 275 W”字样。
（1）电热丝通电5 min产生的热量使温室气温升高5.5 ℃，则空气吸收的热量为
$5.5×10^5$
J，电热丝对温室的加热效率为83.3
%（结果精确到0.1%）；电磁铁线圈的电阻忽略不计，电热丝刚停止工作时，室温为20
℃。[空气密度取1.25 kg/m³，空气比热容取1.0×10³ J/(kg·℃)]【交流与评价】
（2）根据表中的指标进行评价，在符合实际情况的对应栏画“√”。
（3）进一步给出优化建议：
将电阻箱$R_0$的阻值适当调大
。答案
2. （1）$5.5×10^5$ 83.3 20 （2）如表所示
|评价维度|自动控制室温|在20~30 ℃范围内波动|平缓降温|
| ---- | ---- | ---- | ---- |
|能|√||√|
|否||√||
（3）将电阻箱$R_0$的阻值适当调大
|评价维度|自动控制室温|在20~30 ℃范围内波动|平缓降温|
| ---- | ---- | ---- | ---- |
|能|√||√|
|否||√||
（3）将电阻箱$R_0$的阻值适当调大
解析
【分析】
本题为综合实践类的热学与电学结合题，解题思路如下：第（1）问需分三步计算：①先根据空气密度和温室体积算出空气质量，再利用吸热公式求空气吸收的热量；②根据电热丝的额定参数和工作时间算出总放热，结合吸收热量求加热效率；③利用控制电路的欧姆定律算出热敏电阻阻值，再对应温度得到停止工作时的室温。第（2）问根据温控系统的工作原理判断各评价维度的符合情况。第（3）问结合温度控制范围的要求，提出优化电阻箱的建议。
【解析】
（1）①空气的质量：$m=\rho V=1.25\ \mathrm{kg/m}^3 × 80\ \mathrm{m}^3=100\ \mathrm{kg}$，空气吸收的热量：$Q_{\mathrm{吸}}=cm\Delta t=1.0×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} ×100\ \mathrm{kg} ×5.5\ \mathrm{℃}=5.5×10^5\ \mathrm{J}$；
②电热丝5min产生的总热量：$Q_{\mathrm{放}}=W=\frac{U^2 t}{R}=\frac{(220\ \mathrm{V})^2 × 5×60\ \mathrm{s}}{22\ \Omega}=6.6×10^5\ \mathrm{J}$，加热效率：$\eta=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{Q_{\mathrm{放}}}×100\%=\frac{5.5×10^5\ \mathrm{J}}{6.6×10^5\ \mathrm{J}}×100\%\approx83.3\%$；
③电热丝刚停止工作时，控制电路电流$I=30\ \mathrm{mA}=0.03\ \mathrm{A}$，总电阻$R_{\mathrm{总}}=\frac{U_{\mathrm{控制}}}{I}=\frac{6\ \mathrm{V}}{0.03\ \mathrm{A}}=200\ \Omega$，则热敏电阻阻值$R_1=R_{\mathrm{总}}-R_0=200\ \Omega -90\ \Omega=110\ \Omega$，结合热敏电阻阻值-温度图像，此时室温为$20\ \mathrm{℃}$；
（2）根据温控原理，系统能自动控制室温，但温度波动不在20~30℃范围内，且能平缓降温，对应表格填写如下；
（3）将电阻箱$R_0$的阻值适当调大，可调整控制电路的电流阈值，使温度控制在20~30℃范围内。
【答案】
（1）$5.5×10^5$；83.3；20 （2）|评价维度|自动控制室温|在20~30 ℃范围内波动|平缓降温|
|能|√||√|
|否||√|| （3）将电阻箱$R_0$的阻值适当调大
【知识点】
热量计算、电功与效率、欧姆定律的应用
【点评】
本题结合实际综合实践场景，考查热学与电学的综合应用，要求学生将物理知识与温控设计结合，既考查公式应用能力，又考查实际问题的分析优化能力，是一道综合性较强的题目。
【难度系数】
0.5
本题为综合实践类的热学与电学结合题，解题思路如下：第（1）问需分三步计算：①先根据空气密度和温室体积算出空气质量，再利用吸热公式求空气吸收的热量；②根据电热丝的额定参数和工作时间算出总放热，结合吸收热量求加热效率；③利用控制电路的欧姆定律算出热敏电阻阻值，再对应温度得到停止工作时的室温。第（2）问根据温控系统的工作原理判断各评价维度的符合情况。第（3）问结合温度控制范围的要求，提出优化电阻箱的建议。
【解析】
（1）①空气的质量：$m=\rho V=1.25\ \mathrm{kg/m}^3 × 80\ \mathrm{m}^3=100\ \mathrm{kg}$，空气吸收的热量：$Q_{\mathrm{吸}}=cm\Delta t=1.0×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} ×100\ \mathrm{kg} ×5.5\ \mathrm{℃}=5.5×10^5\ \mathrm{J}$；
②电热丝5min产生的总热量：$Q_{\mathrm{放}}=W=\frac{U^2 t}{R}=\frac{(220\ \mathrm{V})^2 × 5×60\ \mathrm{s}}{22\ \Omega}=6.6×10^5\ \mathrm{J}$，加热效率：$\eta=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{Q_{\mathrm{放}}}×100\%=\frac{5.5×10^5\ \mathrm{J}}{6.6×10^5\ \mathrm{J}}×100\%\approx83.3\%$；
③电热丝刚停止工作时，控制电路电流$I=30\ \mathrm{mA}=0.03\ \mathrm{A}$，总电阻$R_{\mathrm{总}}=\frac{U_{\mathrm{控制}}}{I}=\frac{6\ \mathrm{V}}{0.03\ \mathrm{A}}=200\ \Omega$，则热敏电阻阻值$R_1=R_{\mathrm{总}}-R_0=200\ \Omega -90\ \Omega=110\ \Omega$，结合热敏电阻阻值-温度图像，此时室温为$20\ \mathrm{℃}$；
（2）根据温控原理，系统能自动控制室温，但温度波动不在20~30℃范围内，且能平缓降温，对应表格填写如下；
（3）将电阻箱$R_0$的阻值适当调大，可调整控制电路的电流阈值，使温度控制在20~30℃范围内。
【答案】
（1）$5.5×10^5$；83.3；20 （2）|评价维度|自动控制室温|在20~30 ℃范围内波动|平缓降温|
|能|√||√|
|否||√|| （3）将电阻箱$R_0$的阻值适当调大
【知识点】
热量计算、电功与效率、欧姆定律的应用
【点评】
本题结合实际综合实践场景，考查热学与电学的综合应用，要求学生将物理知识与温控设计结合，既考查公式应用能力，又考查实际问题的分析优化能力，是一道综合性较强的题目。
【难度系数】
0.5
