《2025年同步解析与测评学考练九年级物理全一册人教版》

拓展创新
11. 阅读下列短文,回答问题。
智能电加热眼罩
近些年,近视眼成为影响青少年身体健康的重要因素。为有效保护眼睛,目前市场上推出一款电加热眼罩(如图甲所示),对缓解眼疲劳有一定效果。PTC 是一种新型的半导体陶瓷材料,它以钛酸钡为主要成分,PTC 加热丝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^{\circ}C $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 处电流分别为 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^{\circ}C $时,通电$ 10\ min $眼罩加热电路产生的热量是2160 $ 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图丁中的C。

答案：
(1)半导体
(2)并 ＞
(3)9 2 160
(4)C【解析】
(1)由题意可知,PTC是一种新型的半导体陶瓷材料,因此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加热丝的最小阻值为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$P_{0}=\frac {U^{2}}{R_{0}}=\frac {(6V)^{2}}{40Ω}=0.9W$,则眼罩加热电路的最大发热功率$P=10P_{0}=9W$。由题图丙可知,当温度为$40^{\circ }C$时,PTC加热丝的阻值为100 Ω,每段加热丝的发热功率$P_{1}=\frac {U^{2}}{R_{1}}=\frac {(6V)^{2}}{100Ω}=0.36W$,则眼罩加热电路的发热功率$P'=10P_{1}=3.6W$,则当温度为$40^{\circ }C$时,通电10 min,眼罩加热电路产生的热量$Q=W=P't=3.6W×10×60s=2160J$。
(4)由题图丙可知,PTC加热丝的阻值随温度的升高,先变小后变大,由题意可知,当温度达到$40^{\circ }C$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$40^{\circ }C$后PTC加热丝的阻值不变,因此眼罩加热电路开关闭合后,PTC加热丝的阻值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,故图C符合题意。