Question

圖甲是小明家的調(diào)溫電熨斗，額定電壓為220V，其電熱絲的額定功率為800W，圖乙是其原理圖．

（1）小明為了搞明白電熨斗的工作原理，專(zhuān)門(mén)查閱了相關(guān)資料，得知：①雙金屬片是把長(zhǎng)和寬都相同的銅片和鐵片緊緊地粘在一起做成的．受熱時(shí)，由于銅片膨脹得比鐵片明顯，雙金屬片便會(huì)向鐵片一側(cè)彎曲．②調(diào)溫電熨斗的雙金屬位于金屬底板上方附近．請(qǐng)回答：調(diào)溫電熨斗在工作過(guò)程中是如何實(shí)現(xiàn)金屬底板溫度基本恒定的？如果想提高金屬底板的設(shè)定溫度，應(yīng)將升降螺絲向上移動(dòng)還是向下移動(dòng)？
（2）小明在使用電熨斗時(shí)發(fā)現(xiàn)，室溫不變，設(shè)定溫度越高，每1min電熨斗的工作指示燈亮的時(shí)間越長(zhǎng)；進(jìn)一步研究又發(fā)現(xiàn)，當(dāng)設(shè)定溫度不變，環(huán)境溫度越低，每1min電熨斗的工作指示燈亮的時(shí)間越長(zhǎng)．小明查閱資料锝知，其他條件相同，兩個(gè)物體間溫度差不太大的情況下，散熱速度與溫度差成正比．小明為了探究該電熨斗的散熱速度和電熨斗底板與環(huán)境溫度差的關(guān)系，在電熨斗底扳已然達(dá)到設(shè)定溫度后將其豎直放置處于等待狀態(tài)的情況下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到如下數(shù)據(jù)：

電熨斗每1min工作時(shí)間t/s	15	18	21	24	27	30
電熨斗底板與環(huán)境的溫度差△t/℃	100	120	140	160	180	200

假定電熨斗每1s散發(fā)的熱量為Q，請(qǐng)你幫助小明寫(xiě)出Q與△t的關(guān)系式．
（3）利用第2問(wèn)的結(jié)果回答：如果使用該電熨斗在溫度為20℃的房間熨燙毛料西服，要求電熨斗表面溫度約為180℃．問(wèn)該電熨斗表面溫度已然達(dá)到要求，在豎直放置處于等待狀態(tài)的情況下，電熱絲每1min內(nèi)將消耗多少電能？

Answer 1

分析：（1）在溫度變化時(shí)，物體都具有熱脹冷縮的特點(diǎn)．受熱時(shí)，由于銅片膨脹得比鐵片明顯，雙金屬片便會(huì)向鐵片一側(cè)彎曲，在降低相同溫度時(shí)，銅片比鐵片收縮的程度大，鐵片收縮的程度小，則用銅片和鐵片制成的雙金屬片會(huì)向銅片一邊彎曲．根據(jù)雙金屬片熱脹冷縮原理進(jìn)行分析．
（2）通過(guò)表中的數(shù)據(jù)可知，t與△t的關(guān)系，由數(shù)據(jù)可出k₁=0.15s/℃，因?yàn)镼₀=W，所以Q=

W0

t0

，由此可得Q與△t的關(guān)系式．
（3）根據(jù)溫度差由Q=k₂△t計(jì)算即可．

解答：解：（1）銅片和鐵片制成的雙金屬片隨溫度的升高會(huì)向下彎曲，且彎曲程度隨溫度的升高而增大，當(dāng)金屬底板的溫度達(dá)到設(shè)定的溫度時(shí)，由于雙金屬片向下彎曲而使觸點(diǎn)2與觸點(diǎn)1分離，切斷工作電路；同時(shí)當(dāng)金屬底板由于向環(huán)境散熱而使溫度降到設(shè)定的溫度以下時(shí)，雙金屬片彎曲程度會(huì)變小，使觸點(diǎn)2與觸點(diǎn)1接觸，接通工作電路，電熱絲開(kāi)始工作，將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，金屬底板的溫度升高；如此反復(fù)，維持金屬底板的溫度基本恒定．
如果想提高金屬底板的設(shè)定溫度，應(yīng)將升降螺絲向下移動(dòng)．
（2）由表格中的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：
t與△t成正比，即為：t=k₁△t，代入數(shù)據(jù)可知：k₁=0.15s/℃---------①
每1min電熨斗消耗的電能為W=Pt，
假定消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為熱量，則每1min電熱絲產(chǎn)生的熱量為：Q₀=W=Pt---------②
設(shè)t₀=1min=60s，
可得：Q=

W0

t0

=

Pt

t0

，
由①②式可得：Q=k₂△t，其中k₂=2J/℃．
（3）溫度差：△t=180℃-20℃=160℃，根據(jù)Q=k₂△t可得：
W=Qt₀=k₂△tt₀=2J/℃×160℃×60s=1.92×10⁴J．
答：（1）銅片和鐵片制成的雙金屬片隨溫度的升高會(huì)向下彎曲，且彎曲程度隨溫度的升高而增大，當(dāng)金屬底板的溫度達(dá)到設(shè)定的溫度時(shí)，由于雙金屬片向下彎曲而使觸點(diǎn)2與觸點(diǎn)1分離，切斷工作電路；同時(shí)當(dāng)金屬底板由于向環(huán)境散熱而使溫度降到設(shè)定的溫度以下時(shí)，雙金屬片彎曲程度會(huì)變小，使觸點(diǎn)2與觸點(diǎn)1接觸，接通工作電路，電熱絲開(kāi)始工作，將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，金屬底板的溫度升高；如此反復(fù)，維持金屬底板的溫度基本恒定．
如果想提高金屬底板的設(shè)定溫度，應(yīng)將升降螺絲向下移動(dòng)．
（2）表達(dá)式：Q=k₂△t，其中k₂=2J/℃．
（3）電熱絲每1min內(nèi)將消耗1.92×10⁴J的電能．

點(diǎn)評(píng)：此題主要是考查的雙金屬片熱脹冷縮原理的運(yùn)用和數(shù)據(jù)分析能力，會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)得出正比例的系數(shù)是本題的關(guān)鍵．