Question

【題目】圖甲為自動調溫電熨斗，圖乙為其簡化的電路圖，圖丙為溫控開關，溫控開關是由長和寬都相同的銅片和鐵片緊緊地鉚在一起做成的，受熱時，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A與彈性鋼片上的觸點B原來是相通的，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．當溫度升高到設定溫度時，A、B觸點分離，電路斷開，底板的溫度不在升高，隨著溫度的降低，雙金屬片逐漸恢復原狀，A、B觸點又重新接觸，電路再次接通，底板的溫度又開始升高，從而實現(xiàn)自動控溫的目的．
（1）該電熨斗的溫控開關是依據(jù)什么物理知識制成的？
（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如何調節(jié)調溫旋鈕？
（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℃至少需要多長時間？（金屬底板的質量為1kg，比熱容為0.4×103J/（kg℃），不計熱量損失）

Answer 1

【答案】
（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，達到溫控開關控制電路的目的，利用的是金屬熱脹冷縮的物理知識制成的

答：該電熨斗的溫控開關是依據(jù)金屬熱脹冷縮的物理知識制成的；

（2）需要較高溫度熨燙時，要調節(jié)調溫旋鈕，使升降螺絲下移并推動彈性鋼片下移，使雙金屬片稍向下彎曲，這時使觸點斷開雙金屬片向下彎曲程度要大一些，溫度要更高一些

答：需要較高溫度熨燙時，要調節(jié)調溫旋鈕，使升降螺絲下移并推動彈性銅片下移；

（3）燈泡正常發(fā)光時的電壓UL=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= = =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：

UR=U﹣UL=220V﹣3V=217V，

由I= 可得，限流電阻R的阻值：

R= = =2.17×104Ω；

答：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）由P= 可得，發(fā)熱板的電阻：

R熱= = =48.4Ω，

金屬板吸收的熱量：

Q吸=cm（t﹣t0）=0.4×103J/（kg℃）×1kg×（220℃﹣20℃）=8×105J，

不計熱量損失，由W=Q吸=Pt可得，需要的加熱時間：

t′= = = =800s．

答：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800s．

【解析】（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)此進行解答；（2）需要較高的熨燙溫度時，雙金屬片彎曲的程度變大，據(jù)此判斷調溫旋鈕的調節(jié)；（3）燈泡正常發(fā)光時的電壓和額定電壓相等，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點和P=UI求出電路中的電流，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點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= 可得發(fā)熱板的電阻，知道金屬板的質量、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，不計熱量損失，根據(jù)W=Q吸=Pt求出加熱時間．本題考查了電熨斗溫控開關的原理和調節(jié)方法以及串聯(lián)電路特點、歐姆定律、電功率公式、吸熱公式、電功公式的應用，從題干中獲取有用的信息是關鍵．