Question

【題目】河南省實(shí)驗(yàn)中學(xué)初三物理興趣小組為學(xué)校草坪設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)注水噴淋系統(tǒng)，其電路設(shè)計(jì)如圖甲。控制電路電源電壓U1=12V，R0=60Ω，RF為壓敏電阻，電磁鐵線圈電阻忽略不計(jì)；壓敏電阻RF放置于水箱底部（圖乙），其阻值與壓力有關(guān)，阻值隨水位變化關(guān)系如下表。工作電路包括注水系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng)，其電源電壓U2=220V；圓柱體水箱底面積S=0.4m2．當(dāng)通過(guò)電磁鐵線圈的電流大于等于0.1A時(shí)，銜鐵恰好被吸下，注水系統(tǒng)停止工作，此時(shí)電流表示數(shù)I1=1A；當(dāng)水位下降到1米時(shí)，銜鐵恰好被拉起，注水系統(tǒng)開(kāi)始給水箱注水，此時(shí)電流表示數(shù)I2=2A。

水位（米）	0.25	0.50	0.75	1.00	1.25	1.50	1.75	2.00	2.25
壓敏電阻RF阻值（歐）	300	200	125	90	70	65	62	60	59

（1）水箱內(nèi)的水位最高可以達(dá)到多少米？

（2）當(dāng)水箱內(nèi)水位下降到1米時(shí)，控制電路的電功率為多大？

（3）已知噴淋系統(tǒng)一直給草坪噴水，每秒鐘噴水恒為0.001m3；注水系統(tǒng)工作時(shí)，每秒鐘給水箱注水恒為0.005m3．求相鄰兩次開(kāi)始給水箱注水的這段時(shí)間內(nèi)，工作電路消耗的電能。

Answer 1

【答案】（1）2m（2）0.96W（3）1.32×105J

【解析】

（1）當(dāng)通過(guò)電磁鐵線圈的電流大于等于0.1A時(shí)，銜鐵恰好被吸下，注水系統(tǒng)停止工作，此時(shí)的水位即最高水位。由歐姆定律可得，電路總電阻： R＝＝120Ω，

根據(jù)串聯(lián)電路的電阻特點(diǎn)可知，壓敏電阻的阻值： RF＝R﹣R0＝120Ω﹣60Ω＝60Ω，由表可知最高水位為2m；（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)水箱內(nèi)水位下降到1米時(shí)，RF'＝90Ω，

此時(shí)電路中的電流：I'＝＝0.08A，

此時(shí)控制電路的電功率：P＝U1I'＝12V×0.08A＝0.96W；

（3）水位降到1m時(shí)開(kāi)始注水，水位上升到2m時(shí)停止注水，當(dāng)水位再次下降到1m時(shí)，再次開(kāi)始注水。注水系統(tǒng)的電流：I3＝I2﹣I1＝2A﹣1A＝1A，噴淋系統(tǒng)的功率：P噴淋＝UI1＝220V×1A＝220W，注水系統(tǒng)的功率：P注水＝UI3＝220V×1A＝220W，過(guò)程一：水位1m上升到2m，噴淋系統(tǒng)和注水系統(tǒng)同時(shí)工作，注入水的體積為： V＝0.4m2×1m＝0.4m3，

注水和噴淋系統(tǒng)同時(shí)工作的時(shí)間：t1＝＝100s，

W1＝Pt1＝440W×100s＝4.4×104J；程二：只有噴淋系統(tǒng)工作，t2＝＝400s，

W2＝P噴淋t2＝220W×400s＝8.8×104J，

工作電路消耗的電能：W＝W1+W2＝4.4×104J+8.8×104J＝1.32×105J。