Question

【題目】河南省實驗中學初三物理興趣小組為學校草坪設計了一個自動注水噴淋系統(tǒng)，其電路設計如圖甲。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；壓敏電阻RF放置于水箱底部（圖乙），其阻值與壓力有關，阻值隨水位變化關系如下表。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．當通過電磁鐵線圈的電流大于等于0.1A時，銜鐵恰好被吸下，注水系統(tǒng)停止工作，此時電流表示數I1=1A；當水位下降到1米時，銜鐵恰好被拉起，注水系統(tǒng)開始給水箱注水，此時電流表示數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）水箱內的水位最高可以達到多少米？

（2）當水箱內水位下降到1米時，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，每秒鐘給水箱注水恒為0.005m3．求相鄰兩次開始給水箱注水的這段時間內，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）當通過電磁鐵線圈的電流大于等于0.1A時，銜鐵恰好被吸下，注水系統(tǒng)停止工作，此時的水位即最高水位。由歐姆定律可得，電路總電阻： R＝＝120Ω，

根據串聯(lián)電路的電阻特點可知，壓敏電阻的阻值： RF＝R﹣R0＝120Ω﹣60Ω＝60Ω，由表可知最高水位為2m；（2）根據表中數據可知，當水箱內水位下降到1米時，RF'＝90Ω，

此時電路中的電流：I'＝＝0.08A，

此時控制電路的電功率：P＝U1I'＝12V×0.08A＝0.96W；

（3）水位降到1m時開始注水，水位上升到2m時停止注水，當水位再次下降到1m時，再次開始注水。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，過程一：水位1m上升到2m，噴淋系統(tǒng)和注水系統(tǒng)同時工作，注入水的體積為： V＝0.4m2×1m＝0.4m3，

注水和噴淋系統(tǒng)同時工作的時間：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。