Question

【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）

Answer 1

【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．