Question

【題目】圖甲是“膠槍”外形，其功能是將固體膠加熱融化成粘合劑，圖乙是其內部電路結構簡圖，兩只PTC加熱元件R1和R2相同，單只PTC加熱元件的電阻與溫度的變化關系如圖丙所示．膠槍工作原理：接通220V電源，膠槍扳機松開時，進入預熱狀態；開關S1斷開，開關S2的觸片與b觸點接通，約60s后固體膠熔化成液態粘合劑，達到正常工作溫度．此后，若扣動扳機，膠槍就進入正常工作狀態：開關S1閉合，開關S2的觸片與a觸點接通，固體膠條向前擠壓，槍口冒出溫度為150℃～180℃的粘合劑．在近似計算時，可以認為粘合劑的溫度與PTC加熱元件的溫度相同．問：
（1）單只PTC加熱元件在預熱過程中的最小電阻為多少？
（2）膠槍預熱狀態時R1和R2是串聯還是并聯？正常工作狀態時R1和R2是串聯還是并聯？
（3）膠槍在預熱過程中消耗的最大功率是多少？
（4）接通電源60s后，假設膠槍在恒溫為150℃的條件下正常工作100s，它產生熱量的60%被膠條吸收，在這過程中膠條吸收了多少熱量？

Answer 1

【答案】
（1）解：預熱的溫度在0～150℃之間，由丙圖象可知每只PTC加熱元件的最小阻值R1=R2=500Ω
（2）解：由題可知，膠槍在預熱狀態時功率最小，正常狀態下功率最大；當R1、R2串聯時，電路中電阻最大，電流最小，由P=UI可知此時功率最小，即處于預熱狀態，當R1、R2并聯時，電路中電阻最小，電流最大，由P=UI可知，此時電路功率最大，即處于正常工作狀態
（3）解：開關Sl斷開，開關S2的觸片與b觸點接通，R1與R2串聯，膠槍進入預熱狀態，

膠槍在預熱過程中消耗的最大功率：

P大= = =48.4W

（4）解：開關S1閉合，開關S2的觸片與a觸點接通，R1與R2并聯，膠槍正常工作，

由丙圖可知，150℃時PTC的電阻為1100Ω，

電路中的總電阻：

R總= = =550Ω，

電路消耗電能產生的熱量：

Q放= t= ×100s=8800J，

在這過程中膠條吸收的熱量：

Q吸=Q放η=8800J×60%=5280J

【解析】（1）預熱的溫度在0～150℃之間，由圖象丙讀出單只PTC加熱元件在預熱過程中的最小電阻；（2）根據預熱狀態時功率最小，正常狀態時功率最大，由P= 進行判斷；（3）開關Sl斷開，開關S2的觸片與b觸點接通，R1與R2串聯，膠槍進入預熱狀態；知道單只PTC加熱元件在預熱過程中的最小電阻，根據P= 求出膠槍在預熱過程中消耗的最大功率；（4）開關S1閉合，開關S2的觸片與a觸點接通，R1與R2并聯，膠槍正常工作，由丙圖可知150℃時PTC的電阻，根據電阻的并聯求出電路中的總電阻，根據Q=I2Rt= 求出電路消耗電能產生的熱量，再根據效率公式求出在這過程中膠條吸收的熱量．