Question

1．圖甲為自動(dòng)調(diào)溫電熨斗，圖乙為其簡(jiǎn)化的電路圖，圖丙為溫控開關(guān)，溫控開關(guān)是由長(zhǎng)和寬都相同的銅片和鐵片緊緊地鉚在一起做成的，受熱時(shí)，由于銅片膨脹得比鐵片大，雙金屬片便向鐵片那邊彎曲，溫度越高彎曲得越明顯．雙金屬片觸點(diǎn)A與彈性鋼片上的觸點(diǎn)B原來(lái)是相通的，通電后，指示燈L亮（R為限流電阻），發(fā)熱板發(fā)熱，使金屬底板溫度升高．當(dāng)溫度升高到設(shè)定溫度時(shí)，A、B觸點(diǎn)分離，電路斷開，底板的溫度不在升高，隨著溫度的降低，雙金屬片逐漸恢復(fù)原狀，A、B觸點(diǎn)又重新接觸，電路再次接通，底板的溫度又開始升高，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控溫的目的．

（1）該電熨斗的溫控開關(guān)是依據(jù)什么物理知識(shí)制成的？
（2）不同織物需要不同的熨燙溫度，若需要較高的熨燙溫度應(yīng)如何調(diào)節(jié)調(diào)溫旋鈕？
（3）若指示燈L采用“3V 0.03W”的小燈泡，那么限流電阻R多大才能使小燈泡正常工作？
（4）發(fā)熱板的額定功率為1000W，則發(fā)熱板的電阻多大？若要使金屬底板的溫度由20℃升高到220℃至少需要多長(zhǎng)時(shí)間？（金屬底板的質(zhì)量為1kg，比熱容為0.4×10³J/（kg•℃），不計(jì)熱量損失）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題意可知，銅片和鐵片受熱膨脹不同，雙金屬片發(fā)生彎曲，據(jù)此進(jìn)行解答；
（2）需要較高的熨燙溫度時(shí)，雙金屬片彎曲的程度變大，據(jù)此判斷調(diào)溫旋鈕的調(diào)節(jié)；
（3）燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓和額定電壓相等，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和P=UI求出電路中的電流，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出限流電阻兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律求出限流電阻R的阻值；
（4）根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得發(fā)熱板的電阻，知道金屬板的質(zhì)量、初溫和末溫以及比熱容，根據(jù)Q_吸=cm（t-t₀）求出金屬板吸收的熱量，不計(jì)熱量損失，根據(jù)W=Q_吸=Pt求出加熱時(shí)間．

解答 解：（1）由題意可知，銅片和鐵片受熱膨脹不同，雙金屬片發(fā)生彎曲，達(dá)到溫控開關(guān)控制電路的目的，利用的是金屬熱脹冷縮的物理知識(shí)制成的；
（2）需要較高溫度熨燙時(shí)，要調(diào)節(jié)調(diào)溫旋鈕，使升降螺絲下移并推動(dòng)彈性鋼片下移，使雙金屬片稍向下彎曲，這時(shí)使觸點(diǎn)斷開雙金屬片向下彎曲程度要大一些，溫度要更高一些；
（3）燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓U_L=3V，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，
所以，由P=UI可得，小燈泡支路的電流：
I=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{0.03W}{3V}$=0.01A，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，限流電阻兩端的電壓：
U_R=U-U_L=220V-3V=217V，
由I=$\frac{U}{R}$可得，限流電阻R的阻值：
R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{217V}{0.01A}$=2.17×10⁴Ω；
（4）由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，發(fā)熱板的電阻：
R_熱=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{熱}}$=$\frac{（220V）^{2}}{1000W}$=48.4Ω，
金屬板吸收的熱量：
Q_吸=cm（t-t₀）=0.4×10³J/（kg•℃）×1kg×（220℃-20℃）=8×10⁴J，
不計(jì)熱量損失，由W=Q_吸=Pt可得，需要的加熱時(shí)間：
t′=$\frac{W}{P}$=$\frac{{Q}_{吸}}{P}$=$\frac{8×1{0}^{4}J}{1000W}$=80s．
答：（1）該電熨斗的溫控開關(guān)是依據(jù)金屬熱脹冷縮的物理知識(shí)制成的；
（2）需要較高溫度熨燙時(shí)，要調(diào)節(jié)調(diào)溫旋鈕，使升降螺絲下移并推動(dòng)彈性鋼片下移；
（3）若指示燈L采用“3V 0.03W”的小燈泡，那么限流電阻R的阻值為2.17×10⁴Ω才能使小燈泡正常工作；
（4）發(fā)熱板的電阻為48.4Ω，若要使金屬底板的溫度由20℃升高到220℃至少需要80s．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電熨斗溫控開關(guān)的原理和調(diào)節(jié)方法以及串聯(lián)電路特點(diǎn)、歐姆定律、電功率公式、吸熱公式、電功公式的應(yīng)用，從題干中獲取有用的信息是關(guān)鍵．