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

Question

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___物理知识制成的．
（2）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？
（3）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

（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，
故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）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=(PL)/(UL)=(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=(U)/(R)可得，限流电阻R的阻值：
R=(UR)/(I)=(217V)/(0.01A)=2.17×10⁴Ω；
（3）由P=(U2)/(R)可得，发热板的电阻：
R_热=(U2)/(P热)=((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′=(W)/(P热)=(Q吸)/(P热)=(8×104J)/(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）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；
（3）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．