题目内容
【题目】图甲为自动调温电熨斗,图乙为其简化的电路图,图丙为温控开关,温控开关是由长和宽都相同的铜片和铁片紧紧地铆在一起做成的,受热时,由于铜片膨胀得比铁片大,双金属片便向铁片那边弯曲,温度越高弯曲得越明显.双金属片触点A与弹性钢片上的触点B原来是相通的,通电后,指示灯L亮(R为限流电阻),发热板发热,使金属底板温度升高.当温度升高到设定温度时,A、B触点分离,电路断开,底板的温度不在升高,随着温度的降低,双金属片逐渐恢复原状,A、B触点又重新接触,电路再次接通,底板的温度又开始升高,从而实现自动控温的目的.
(1)该电熨斗的温控开关是依据什么物理知识制成的?
(2)不同织物需要不同的熨烫温度,若需要较高的熨烫温度应如何调节调温旋钮?
(3)若指示灯L采用“3V 0.03W”的小灯泡,那么限流电阻R多大才能使小灯泡正常工作?
(4)发热板的额定功率为1000W,则发热板的电阻多大?若要使金属底板的温度由20℃升高到220℃至少需要多长时间?(金属底板的质量为1kg,比热容为0.4×103J/(kg℃),不计热量损失)
【答案】
(1)由题意可知,铜片和铁片受热膨胀不同,双金属片发生弯曲,达到温控开关控制电路的目的,利用的是金属热胀冷缩的物理知识制成的
答:该电熨斗的温控开关是依据金属热胀冷缩的物理知识制成的;
(2)需要较高温度熨烫时,要调节调温旋钮,使升降螺丝下移并推动弹性钢片下移,使双金属片稍向下弯曲,这时使触点断开双金属片向下弯曲程度要大一些,温度要更高一些
答:需要较高温度熨烫时,要调节调温旋钮,使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移;
(3)灯泡正常发光时的电压UL=3V,
因串联电路中各处的电流相等,
所以,由P=UI可得,小灯泡支路的电流:
I= =
=0.01A,
因串联电路中总电压等于各分电压之和,
所以,限流电阻两端的电压:
UR=U﹣UL=220V﹣3V=217V,
由I= 可得,限流电阻R的阻值:
R= =
=2.17×104Ω;
答:若指示灯L采用“3V 0.03W”的小灯泡,那么限流电阻R的阻值为2.17×104Ω才能使小灯泡正常工作;
(4)由P= 可得,发热板的电阻:
R热= =
=48.4Ω,
金属板吸收的热量:
Q吸=cm(t﹣t0)=0.4×103J/(kg℃)×1kg×(220℃﹣20℃)=8×105J,
不计热量损失,由W=Q吸=Pt可得,需要的加热时间:
t′= =
=
=800s.
答:发热板的电阻为48.4Ω,若要使金属底板的温度由20℃升高到220℃至少需要800s.
【解析】(1)根据题意可知,铜片和铁片受热膨胀不同,双金属片发生弯曲,据此进行解答;(2)需要较高的熨烫温度时,双金属片弯曲的程度变大,据此判断调温旋钮的调节;(3)灯泡正常发光时的电压和额定电压相等,根据串联电路的电流特点和P=UI求出电路中的电流,根据串联电路的电压特点求出限流电阻两端的电压,根据欧姆定律求出限流电阻R的阻值;(4)根据P= 可得发热板的电阻,知道金属板的质量、初温和末温以及比热容,根据Q吸=cm(t﹣t0)求出金属板吸收的热量,不计热量损失,根据W=Q吸=Pt求出加热时间.本题考查了电熨斗温控开关的原理和调节方法以及串联电路特点、欧姆定律、电功率公式、吸热公式、电功公式的应用,从题干中获取有用的信息是关键.
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