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.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� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

1．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）

分析（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=$\frac{{U}^{2}}{R}$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．

解答解：（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；
（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；
（3）灯泡正常发光时的电压U_L=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=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{0.03W}{3V}$=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：
U_R=U-U_L=220V-3V=217V，
由I=$\frac{U}{R}$可得，限流电阻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，发热板的电阻：
R_热=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{热}}$=$\frac{（220V）^{2}}{1000W}$=48.4Ω，
金属板吸收的热量：
Q_吸=cm（t-t₀）=0.4×10³J/（kg•℃）×1kg×（220℃-20℃）=8×10⁴J，
不计热量损失，由W=Q_吸=Pt可得，需要的加热时间：
t′=$\frac{W}{P}$=$\frac{{Q}_{吸}}{P}$=$\frac{8×1{0}^{4}J}{1000W}$=80s．
答：（1）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；
（3）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）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80s．