初中物理竞赛，高手进 2004年全国初中物理知识竞赛复赛

Question

图4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，请你也参与共同探讨。
按下、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开水研究它的工作情况，请回答他在使用过程中发现的如下问题。
（1）图4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）将三脚插头插入电源插座，不用按开关，指示灯就发亮，按下开关后，指示灯亮度不变，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15min会出现大量“白气”，这些“白气”是怎样形成的？
（4）电饭煲工作了25min，听到“啪”的一声，指示灯不亮了。以此推测，感温软磁体的磁性可能受什么因素影响？怎样影响？
（5）听到“啪”的一声后又过了10min，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，你可以怎样做？
（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”，这样就会出现“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？

Answer 1

(1)这样的用电器一旦发生漏电，可能会导致触电事故．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．
(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15min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．
(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（来自于ztch空间里所介绍的网站中的“有问有答”）

Answer 2

（1）用电器的金属外壳没有接地，万一漏电人会有触电的危险。应该采用三项插头，金属外壳应接地。
（2）因为指示灯与电热丝并联，开关在按下前与按下后指示灯两端电阻不变。（忽略电源内阻）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,即此时开关不起作用。
（3)白气是锅内水蒸气逸出遇冷液化形成的小水滴。
（4）受温度影响。上升到一定温度后磁性消失。
（5）不一样。
（6）始终通电，不按开关即可。
（7）可能是感温软磁体的磁性减弱（消磁）了，导致提前“跳闸”。