初中物理电学典题，学以致用，了解电饭锅的工作原理

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典题51:如图为一种电饭煲的工作原理图.下面是王宁同学对电饭煲工作原理的研究,请你也参与共同讨论。情景如下:

按下或扳起电饭煲的开关,有一种“粘连”“吸引”的感觉,取出饭锅,发现电饭煲的底部有一个凸起物,它可以上下弹动,能被磁铁吸引。王宁同学通过用这个电饭煲做米饭和烧水来研究它的工作情况,请回答他在使用过程中发现的如下问题:

(1)如图中只有两根外接导线,这样的用电器有什么危害?应当怎样加以完善?

(2)将三角插头插入电源插座,不用按开关,指示灯就发亮,按下开关后,指示灯度不变.此时为什么开关对指示灯的亮度没有影响？

(3)电饭煲工作了 15 min,会出现大量“白气”,这些“白气”是怎样形成的?

(4)电饭煲工作了 25 min,听见“啪”的一声,指示灯不亮了.以此推测,感温软磁铁的磁性可能受什么因素影响？怎么影响？

(5)听到“啪”的一声后又过了 10 min,指示灯又发光,一会儿指示灯又熄灭了,分析在相同条件下,不同种类金属的热胀冷缩程度是否一样?

(6)要想获得恒温的温水,你可以怎么做?

(7）电饭煲使用较长一段时间后,常常在饭未完全熟透时就“跳闸”,这样就会现“夹生饭”,请问这种情况电饭煲可能在什么地方出现了故障？为什么？

1分析:看懂电路图是关键，并在此基础上，将较为复杂的电路图进行简化。

1.1为了简化电路图，我们将原电路图的线路和节点进行了不同颜色的标注，如下图所示:

①对于红线，我们由电源的一极出发，遇到第一个节点a，兵分两路;

②我们可以把触点想象为开关;

③两条红线经过触点，浩浩荡荡在节点b出汇合，又从b点分为两条支路，一条通向发热体R,另一条通向指示灯。

1.2同理，可以画出电路另一极的线路，等效电路图整体如下图所示:

1.3下一步的重点是结合题意研究触点的变化情况，再结合所学，就可以解决问题了。

2解答

（1）这样的用电器一旦发生漏电,可能会导致触电事放。应该安装一个地线,即把用电器外壳与导线连接,再通过三脚插头与插座的地线相接。(安全用电知识)

(2)从图可以看出,电源是通过双金属片上的触点与发热体、指示灯相连通的,一旦接上电源,发热体和指示灯都会工作;而与开关相连的两根电源导线是直接接在并联的发热体和指示灯上的,所以,不用按开关,指示灯就发亮,按下开关后指示灯亮度不变.即此时开关不起作用.

(3)发热体工作了 15 min 后,把水烧至沸腾,大量的水汽化后遇冷又液化,因而可以看见大量“白气”生成。(白气一定是水蒸气液化成的小水滴。)

(4)“啪”的一声,是俗称的电饭煲“跳闸”。此前,开关按下,通过连杆永磁体E将感温软磁体 D磁化而吸合,使主电路的触点闭合而工作,一段时间后,安装在锅底部的电路元件感温软磁体 D受热到一定温度时,其磁性会骤然下降或消失,在重力作用下通过连杆使开关跳起,触点分离而断电,并发出响声.温度降低时,感温软磁体 D又能被永磁体 E 磁化。看来,感温软磁体的磁性可能受温度因素影响,且温度越高,磁性越弱.

(5)指示灯反复亮、灭,这个现象说明只与双金属片相连的触点的闭合与断开有关,从而控制发热体和指示灯的工作。双金属片受热形变而使动触点下移与静触点分离,指示灯不亮。当温度下降到一定程度时,双金属片收缩而使动触点上移与静触点闭合导通,指示打发光。这表明双金属片受温度影响时 A 金属片比 B 金属片热胀冷缩的形变量要大。可见,在相同条件下,不同种类金属的热胀冷缩程度可能是不一样的。

(6)要想获得恒温的温水,只要把插头插入电源插座,不必按下开关便可。

(7)故障可能是由于感温软磁体老化引起的。因为正常的感温软磁体是在103℃左右才基本失去磁性,永磁体被重力拉向下而带动连杆,使主电路中的触点分离而断电(此时为正常跳闸)。但如果感温软磁体老化,在温度未达 103 ℃时就失去磁性,使主电路中的触点分离而断电,饭未熟透就会出现“夹生饭”了。

小结:本题是应用有关知识解决问题的试题.同学们在分析解答时,一要看懂这种电饭煲的电路原理;二要结合具体问题联系所学知识。