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第十二章:电功率

发布时间:2014-01-19 11:54:02  

第十二章:电功率

第十二章 电功率

动 手 动 脑 学 物 理

复杂开关电路类计算题的分析思路

为了体现习题的综合性,把串联和并联同时进行考查,命题者常通过开关的组合或滑动变阻器的介入而使电路变换不同的连接方式,或是串联,或是并联,但一般不出现混联。这类题有一定的难度,分析时需要我们先将其解开,分清电路的串、并联情况,然后再进行计算。

例1、(2007年重庆)如图1所示,小灯泡L标有“6V 1.5W”字样,R2为阻值未知的定值电阻器,电源电压为12V保持不变。

(1)若开关S1闭合,S2断开,滑动变阻器R1的滑片在它的中点时,小

灯泡恰能正常发光。求:滑动变阻器R1的最大阻值。 (2)若开关S1闭合,S2断开,滑动变阻器R1的滑片P移到最左端时,求:小灯泡这时的实际功率。(小灯泡灯丝的电阻视为不变)

(3)若保持滑动变阻器R1的滑片P在左端不动,将开关S1、S2均闭合,此时电流表的示数为1.25A,求:R2的阻值。

1 分析:该题分为三种情况,我们需要分别加以对待。

(1)当S1闭合、S2断开,P在R1中点时,灯L与R1串联接在电源上,图1 变阻器有一半电阻接入电路,灯泡正常发光。其等效电路为图2所示。

因小灯泡正常发光,其两端电压为UL=6V,故变阻器上分得的电压为

U1=U-UL=12V-6V=6V; 根据P=UI可得,变阻器上通过的电流I?

PL1.5W

==0.25A; UL6V

图2

故变阻器接入电路的电阻为R?

U16V?=24?, I0.25A

图3

滑动变阻器R1的最大阻值为R1=2R=48Ω。

(2)当S1闭合、S2断开,P在R1最左端时,R1与L串联接在电源上,变阻器的最大阻值接入电路,等效电路为图3所示。

U2

由公式P?可得,

R

灯泡的电阻为RL?

U额2P额

(6V)2?=24?, 1.5W

则电路总电阻R总=R1+RL=48Ω+24Ω=72Ω,

U12V1==A。 电路中的电流I?

R总72?6

故灯泡的实际功率为PL′= I2RL = (

1

A)2×24Ω=0.67W。 6

1 图4

(3)当P在R1最左端,S1、S2均闭合时,L被短路,只有R1、R2并联接在电源上,电流表的示数为干路上的电流,其等效电路为图4所示。

第十二章:电功率

通过电阻R1的电流为I1=U12V?=0.25A,故电阻R2上通过的电流为I2=I-I1=1.25A-R148?

U12V?=12?。 I21A0.25A=1A。故电阻R2的阻值为R2=

可见,解决开关电路问题的关键是通过开关的闭合和断开及变阻器的滑片滑动情况分别画出它的等效电路图,有时电路中还可能有电流表和电压表,要根据这些电表所起的作用明确它测量的物理量,然后再由简化的等效电路图去分析、寻找问题的解决方法。电路被简化的好处是分步呈现、互相关照,由于各种情况分得十分清晰,不容易产生混淆,会解题带来了很大的方便。

为了使思维有依托,我们有时还需要把相应的已知、未知量标上去,这样在分析问题时就有了指向性。采用这种化整为零,各个击破的方式会使你很快找到解大题的思路。

测电功率的两种方法

W,二是根据它与电流、电压t计算电功率的公式有两个,一是由电功率的概念得出的公式P?

的关系而得出的公式P=UI。依照这两个公式,我们就能得出测量电功率的两种方法。

方法一、用伏安法测电功率

由公式P=UI可知,只要能测出用电器的两端电压U和通过的电流I,就可以计算用电器的电功率。所以我们要在用电器两端并联一个电压表用来测电压,串联一个电流表用来测电流,为测量不同电压下的电功率,需要改变电路中的电

压,所以在电路中再串联一个滑动变阻器,当然还有电源、导线和开关等,组成

图1 的测量电路如图1所示。

例1、(2007年盐城)在测定“小灯泡电功率”的实验中,已知电源电压为6V,小灯泡的额定电压为3.8V,图2甲是小王同学没有连接完的实物电路。

图2

(1)

请用笔画出导线,将实物电路连接完整,要求滑片P向右移动,小灯泡变亮。

(2)电路连接正确后,小王闭合开关,发现小灯泡不亮,电压表有示数且为6V

,电流表示数为零,则产生这个故障的原因可能是______________________(答对一种即可)。

(3)故障排除后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片使小灯泡正常发光,电流表示数为0.2A,则小灯泡的额定功率是_________W。

(4)小王用上述实验装置测定一个“220V 100W”的灯泡的电阻,移动滑片后,电压表和电流表示数如图乙所示,灯丝的电阻为________Ω。根据测得的灯泡电阻值和灯泡上标出的数据进行分析,应得到的结论是_______________________________________。

分析:(1)电路只剩下了滑动变阻器,根据要求:滑片P向右移动,小灯泡变亮,说明变阻器的电阻应该变小,故应该把变阻器的A接线柱与开关的右端相连接,电路图略;(2)因电流表示数为零,所以电路某处是断开的,因电压表示数接近电源电压,故电压表中有电流通过,所以灯泡处是断开的,填“灯泡接触不良”或“灯丝断开”都可以;(3) 小灯泡正常发光,说明其两端电压是额定电压

第十二章:电功率

3.8V,故灯泡的额定功率P=UI=3.8V×0.2A=0.76W;(4)通过对电表的读数可知,灯泡的电压为7V,电流为0.2A,故其电阻为R?U7V=35Ω;由灯泡上标出的额定电压和额定功率计算得出的电?I0.2A

阻比35Ω要大得多,因为灯泡发光时灯丝的温度比较高,电阻随温度有升高而增大。

伏安法测电功率实际上己经成为电学实验的综合之所,它可以将实物连线、故障类电路、电表的读数、电功率的计算等结合在一起,但它们彼此间联系甚少,我们可以各个击破。

方法二、用电能表和秒表测电功率 W由公式P?可知,只要用电能表测出用电器消耗的电功W,再用秒表测t

出时间t,就可以计算出用电器的电功率。

例2、(2005年哈尔滨)某同学想借助如图4所示的电能表测出家中一盏电灯

的电功率。 图4 (1)测量时除用电能表外,还需要使用的测量工具是___________。

(2)关掉家中其他的所有用电器,只让这盏灯工作,测得电能表转盘转10转所用的时间是2min,则这盏灯的电功率是_________W。

分析:(1)还需要的是测量时间的工具是:秒表。

(2)由电能表的标号“3000r/kW·h”可知,每消耗1 kW·h的电能转盘要转3000转;现在转盘转了10转,则消耗的电能是W?1010kW·h=×3.6×106J=1.2×104J;由于时间是2min=2×60s=120s,30003000

W1.2?104J故电灯的功率P?=100W。 ?t120s

一定要认清铭牌的含义,它是推理的基础。

电功率计算公式的选择技巧

电功率这部分知识涉及的公式较多,有时选择起来总感到无从下手,到底该如何选择恰当的公式对问题进行判断或计算呢?首先,我们对这部分的公式做个总结:

21、电功的计算公式:①W=UIt;②W=Pt;③W=UQ;④W?Ut;⑤W=I2Rt。前三个都是普遍R

适用的,后两个只适用于纯电阻电路。

2、电功率的计算公式:①P?W;②P=UI;③P?U;④P=I2R。前两个都是普遍适用的,后Rt

两个只适用于纯电阻电路。

U2

3、电热的计算公式:①Q= IRt;②Q=t;③Q=UIt;④Q=W=Pt。只有第一个是普遍适用的,R

后三个只适用于纯电阻电路。 22

注意:纯电阻电路是指只含有发热电阻元件的电路,其中电能完全会转化为热能,遵循W=Q;而非纯电阻电路则是电能并不完全转化为热能,它还要转化为其他形式的能。如机械能等,此时W≠Q,而是W>Q,电功仍用W=UIt计算,而电热要用Q= I2Rt来计算,其差值就是电能转化成的其他形式的能。

一、根据题目的已知和未知量选择

例1、(2004年河北)当20C的电荷量定向通过一只为20Ω的电阻时,电流通过电阻所做的功为2×103J,则( )

A.通电时间为4min B.该电阻两端的电压为200V

第十二章:电功率

C.通过电阻的电流为10A D.该电阻消耗的电功率为500W

分析:题中提供的三个已知量是电量Q、电阻R和电功 W,所求的量有时间t、电压U、电流I和电功率P,含有电量Q与电功W 的公式只有W=UQ,则我们可以先求出电压U来,然后再求出其他量。

W2?103JU100V?由W =UQ得,电阻两端电压U==100V;所以电流I=?=5A;时间Q20CR20?

Q20CW2?103Jt=?=4s;电功率P==500W。故D是正确的。 ?t4sI5A

二、根据实际含义进行选择

例1、某发电站向用户输送的电功率是100kW,若输电导线的总功率为0.1Ω,当输电电压为220V时,输电线上损失的功率为多少?

分析:计算输电线上损失功率的公式很多,我们到底选择哪个进行计算输电线 用户 呢?这时我们要对输电的具体含义进行认识。如图1所示为输电示意图,输电线上损失的功率应该用P=I2R计算,因为电流I可以通过输电的总功率和

输电电压求出,而输电线两端的电压不易直接求出,所以不用P=UI和

U2

来计算。 P?图1 R

P105W解:由公式P=UI可得,输电线上的电流I?≈455A; ?U220V

所以输电线上损失的功率为P损=I2R=(455A)2×0.1Ω=20703W。

三、根据电路连接情况选择

例3、定值电阻R1:R2=3:2,当把它们串联接入电路时,其功率之比为____________;当它们并联接入电路时,其功率之比为__________。

分析:由于在串联电路中,电流相等,所以我们选择公式P=I2R进行比较,其功率之比就等于电阻之比,所以P1:P2=3:2; U2在并联电路中,由于电压相等,所以我们选择P?进行比较,其功率之比就是电阻之比的倒R

数,故P1:P2=2:3。

如何“吃”下综合这盘大餐

有人说,考查电学实验最热莫过于测电功率了,因为它能把电学所有的器材都用上,把电学许多的规律能揉进去。是的,它可以把电路的连接、器材的选择、仪表的读数、故障电路的分析、电功率或电阻的计算以及电阻大小与温度有关的知识等都能综合在一起,这样的习题真可谓是一道电学综合大餐。那么我们如何“吃”下这盘大餐呢?

例1、(2006年江西省)在测定“小灯泡的电功率”的实验中,已知电源电压为6V,小灯泡的额定电压为2.5V,小灯泡的电阻约为10Ω,滑动变阻器上标有“20Ω 1A”字样。图15是小向同学没有连接完的实物电路。

(1)请你用笔画线代替导线,将实物电路连接完整;

(2)实验中,小向同学连接好电路后,闭合开关,移动滑片,发现小灯泡始终不亮,且电压表有示数,电流表无示数,则故障的原因可能是________________________;

(3)故障排除后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片到某一点,电压表的示数如图16甲所示,

第十二章:电功率

为________V,要测量小灯泡的额定功率,应将滑片P向________端滑动(选填“左”或“右”);

(4)当小灯泡正常发光时,电流表的示数如图16乙所示,则小灯泡的额定功率是_______ W。

图2

图1

分析:在(1)中,要连接电路,我们需要沿着电流的方向寻找所缺的元件。下面就从电源正极出发,接电流表,如何选择电流表的量程呢?这就要看通过它的电流约是多少,因为小灯泡额定电压为2.5V,其电阻约为10Ω,所以通过灯泡的电流约为0.25A,故选0.6A量程即可;通过电流表后,就是小灯泡、滑动变阻器,变阻器的接线应采用一上一下的方式,现在滑片

P大约在中间位置,所以接下面的A点或B点都可以,然后回开关处,电

流流回电源负极,如图3所示。

可见,连接电路时要沿一定的方向,因为电压表是并联在灯泡两端的,

故它可以最后考虑,是表量程的选取要由已知条件得出,不能超范围使用。

图3 在(2)中,因小灯泡不亮,电流表无示数,故可以判断电路的某处是断

开的,又因为电压表有示数,则可知电压表与电源构成了通路,所以小灯泡处于断路状态。

可见,故障的排除离不开对电路的正确分析,如看不透电路,可以先画出它的等效电路图,然后再判断。

在(3)中,因为电压表所接量程为3V,故甲图中电压表的示数为2.2V,小于小灯泡的额定电压

2.5V,故需要增大其两端电压,即减小变阻器的电阻,所以变阻器如果接的是A接线柱,滑片就应该向左移动,如果接的是B接线柱,滑片就应该向右移动。

可见,仪表在读数时一定要看清其量程的大小,变阻器的滑动一定要与其连接的情况相对应。 在(4)中,因为电流表的示数为0.22A,此时灯泡两端的电压是额定电压2.5V,故其额定功率为P=UI=2.5V×0.22A=0.55W。

计算时,灯泡的电压容易认为是2.2V,所以一定要认清条件,绝不能张冠李戴。

总之,综合大餐通常是由若干方面的问题组合而成的,我们解题时可以化整为零,各个击破,一个小问题的困难并不影响对其他问题的解决。

实验器材规格的选择技巧

在测功率的实验中,实验器材规格的选择很是重要,下面我们看两个例题:

例1、(2005年连云港)为了测定小灯泡的额定功率,提供了下列器材:待测小灯泡(额定电流为0.5A,额定功率不超过1.5W),电压表(0~3V和0~15V两个量程挡),电流表(0~0.6A和0~3A两个量程挡),滑动变阻器、电源、开关、导线。正常情况下实验中电流表应选用___________A量程挡,电压表应选用_________ V量程挡。

分析:因为小灯泡的额定电流为0.5A,故电流表的量程用0~0.6A即可;由灯泡的额定功率可1.5W计算出灯泡的额定电压为故电压表的量程应选0~3V。所以器材的?3V,0.5A

选取不是盲目的,一定要有根。 例2、(2006年太原)为测量一只标有"6.3V 0.3A"的小灯泡的额定功率,某实验小组设计了图1所示的电路图。现有实验器材为:电压表(量程0~3V,0~

1 15V)一块。电流表(量程0~0.6A,0~3A)一块,“10Ω 2A"和"50Ω 1A"

的滑

第十二章:电功率

动变阻器各一只,电源(电压恒为12V)一个,开关一只,导线若干。实验时,甲同学认为电压表和电流表都应选用小量程,滑动变阻器应选用"50Ω1A"的;乙同学认为电压表应选用大量程,电流表应选用小量程,滑动变阻器应选用“10Ω 2A"的。

请你对两位同学器材选择的合理性做出评价并填在下页的表中(如合理,不需说明理由;如不合

分析:由于小灯泡的标号为“6.3V 0.3A”,所以电压表的量程应选15V,如果选3V,由于量程太小而无法指示其额定电压,且可能损坏电压表;电流表的量程选0.6A即可,因为通过灯泡的电流为0.3A,小量程可使测量结果更准确些。

对滑动变阻器的选择,要看其规格,电流都在允许范围内,是没问题的,而阻值的选择要看是否能达到分压的作用,如果选择“10Ω 2A”的滑动变阻器,电路中的最大电阻为10Ω+最小电流为

6.3V

=31Ω,0.3A

12V

=0.38A,超过灯泡的额定电流,所以不可;而“50Ω 1A”的滑动变阻器时,电路中的31?12V

最小电流为=0.17A,经过调节使电流变化的范围较大,能达到要求。所以表中的评价如

50??21?

可见,对电表量程的选择时,一不要超范围,二是尽量选用小量程;对滑动变阻器的选择时,一要看实际电流是不是在其所标电流的范围内,二要看其电阻值是否能起到调节的作用;对电源的选择要看其是否超过用电器的额定电压。

练就火眼金睛,看透电路本质

电功率是电学所引入的最后一个物理量,它极易与前面所学的知识相结合而出现综合题,而电压表、电流表、滑动变阻器共同出现在一个电路中,也极大地增加了电路的复杂

程度,这些变化都使我们在解题时要擦亮眼睛,看透电路的本质。 例1、(2002年河北)在如图1所示的电路中,电源电压不变,R1、R2为定值

电阻,闭合开关后,将滑动变阻器的滑片P向右移动,则下列判断正确的是( ) A.电流表的示数减小,电压表的示数变小

B.电流表的示数增大,电压表的示数变小

图1

C.电阻R1消耗的功率增大 D.整个电路消耗的总功率减小

分析:该电路比较复杂,为了看清电路的连接方式,我们可以先将一些干扰因素去掉,电表就是一类非常显著的干扰因素。将电表去掉的方法是:由于电流表的内阻很小,去掉它可认为电路是直接连通的;电压表的内阻非常大,去掉它可认为电路是断开的。去掉电表后的电路如图2所示,从中可以看出电路是由滑动变阻器与R1并联,然后再与电阻R2串联的电路。电压表测量的是R2两端的电压;电流表测量的是通过滑动变阻器的电流。

第十二章:电功率

当滑片P向右移动时,变阻器的电阻变大,所以变阻器与R1并联后的总电阻

也变大,则并联电路分得的电压也变大,那么电阻R2两端的电压就会变小,所以电压表的示数会变小;又由于电路的总电阻变大,使得整个电路电流减小,在并

联电路中,由于并联的总电阻变大,两端的电压也增大,使得通过R1的电流增大,这样就决定了通过变阻器的电流一定减小,即电流表的示数减小。故A是正确的。

由刚才的分析可知:通过R1的电流变大,所以它消耗的功率将变大,所以C图2

也正确;又由于整个电路的电阻变大,电源电压不变,所以整个电路消耗的功率

将减小,选项D也正确。故选A、C、D。

例2、(2006年南京市)图3所示电路中,电源电压恒定,Rl为定值电阻,R2为滑动变阻器。闭合开关S后,滑动变阻器滑片自b向a移动的过程中( )

A.电流表A的示数变大,电压表V2的示数与电流表A的示数之比变小

B.电流表A的示数变大,电压表V2的示数与电流表A的示数之比变大 C.电压表V1的示数不变,电路消耗的总功率变大

R1D.电压表V2的示数变小,电路消耗的总功率变小

分析:去掉电表后你会发现这是一个R1与R2串联的电路,电压表图3

V1测的是电阻R1的两端电压,V2测的是R2两端电压,电流表A测的是

电路中的电流,如图4所示。当滑片P自b向a移动时,其连入电路的电

阻变小,故电路的总电阻变小,电流变大,电流表示数应变大;这样R1上分得的电压也要变大,故电压表V1的示数变大;由于总电压不变,故

R2上分得的电压会变小,电压表V2 的示数应变小。

而电压表V2与电流表A的示数之比却正好是电阻R2的阻值,它是变小的;对于整个电路来说,总电阻变小,电源电压不变,故电路消耗的总功率是变大的,综合以上情况,你会发现A是正确的。 图4

可见,解这类题的过程一般是:①通过简化电路,看清电路的连接方

式;②通过滑片的移动,判断出变阻器阻值的变化大小;③通过变阻器阻值的变化,根据欧姆定律、电功率的公式等推出电路中各量的变化规律;④最后再结合题中的选项做出正确判断。这一系列的环节中,简化电路,看清电路的连接方式是最为关键的。

利用这种方法,大家不妨练习两个习题 1、(2006年兰州)如图5所示,开关S闭合,当滑动变阻器的滑片P向左时,下列说法正确的是( ) A.灯的亮度变暗 B.电流表的示数减小

C.电压表的示数减小 D.电路中的总功率变大 图

5 2、(2006年江西)如图6所示的电路,闭合开关后,将滑动变阻器滑片

P由a端向b端滑动过程中,电压表和电流表的示数变化正确的是( ) A.电压表示数不变,电流表示数变大

B.电压表示数变小,电流表示数变大 C.电压表示数不变,电流表示数变小 D.电压表示数变大,电流表示数变小

参考答案:1、C;2、C。

图6

第十二章:电功率

焦耳定律在中考的位置

焦耳定律在初中物理中占有很重要的位置,在历年的中考试题中都有它的一席之地,它的出现,不外乎有以下几个方面。

一、简单的变式计算

1、一根1210Ω的电阻丝接在220V的电源上,在10min内产生的热量为__________J。

分析:由焦耳定律Q=I2Rt可知,计算热量Q需知道I、R和t,但题中只给了U、R和t,所以我们必须要先通过欧姆定律的变换求出电流值,从而再计算热量Q。

22即Q?(U)2Rt?Ut?(220V)?10?60s?2.4?104J RR1210?

二、电热结合的典范

2、一个标有“220V 500W”字样的电加热器(俗称“热得快”),正常工作20 min产生的热量为_________J。假如电加热器放出的这些热量全部被水吸收,在标准大气压下__________(选填“能”或“不能”)将质量为2kg 20℃的水加热至沸腾。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]

分析:电流所放出的热量被水所吸收,使水的温度会升高。那么电流所产生的热量该如果计算呢?是用焦耳定律Q=I2Rt吗?由于题中I、R都是未知的,如果用焦耳定律Q=I2Rt,反而更麻烦;我们会发现“热得快”是将电能完全转化为热能的装置,存在Q=W的关系,而W=Pt,故热量可以用Q= Pt来计算。

计算水的质量就应该用热量公式Q=cmΔt了,将数值代入,把质量m求出比较即可;当然也可以通过比较热量、温度变化量求得结果。所以第一空应填:6×105;第二空应填:不能。

在压轴题中,也常常有电热结合的习题出现,有的是计算消耗的电能,有的是计算加热的效率,也有的扫过来是计算实际电压和电流等。

三、信息类习题的首选

3、一台单热饮水机的铭牌上标着如右表所示的数据。当热水箱储满15℃的水后,加热到90℃,需要吸收_________J的热量。若消耗的电能80%3被水吸收,饮水机至少需正常工作__________s。[c=4.2×10J/(kg·℃)]。 分析:计算热量应该知道质量、比热和温度变化量,比热和温度变化量都是已知的,质量虽没直接告诉我们,但热水箱中水的体积却可以在表

中查到,应该是0.8L,由密度公式先算出质量,再得出热量,

-故热量Q=cm△t=cρ水V△t=4.2×103×1.0×103×0.8×103×75J=2.52×105J。

欲求饮水机的工作时间,它应该与饮水机加热的功率、效率有关。因电流放出的热被水所吸收,故Q吸=80%Q放,即2.52×105J=80%×500W×t,解之得t=630s。

在这道题中,学生要具有一定的分辨能力,要知道表中的哪些量是有用的,哪些是无用的,排除干扰因素的本身就是能力突出的标志。

应对复杂“计算”的方法

电学大题的复杂计算曾是制约我们解题信心的主要障碍之一,有什么方法能克服这些障碍呢?下面我们通过例题看一下如何才能让“复杂的计算”变“简单”。

1、目前有一些农村简易剧场用变阻器作为舞台调光器,电路如图所示,造成了电能的浪费。L是“220V 900W”的灯泡,移动滑片P,使舞台灯

光变暗,当灯泡实际功率为400W时,变阻器消耗的电功率为_________W。(不考虑温度对灯丝电阻的影响)

第十二章:电功率

分析:欲求变阻器消耗的电功率,我们首先要选择好计算电功率的公式,选择什么公式要依据U2

题中给你的条件。题中没告诉变阻器的电阻,所以不易用P?IR?来计算,而只能用P=UI来R

考虑了。变阻器两端的电压可以通过计算灯泡的电压来求得;变阻器中通过的电流也可以通过计算灯泡中通过的电流来得到;所以该题的关键就在于求灯泡上的电压和电流了。对于灯泡来说已经知道了它的标号和实际功率,知道了标号就相当于知道了它的电阻,那么已知灯泡的电阻R和它的功2

U2率P,根据公式P?IR?就可以求出灯泡的两端电压和通过它的电流,这样该题就可解了。 R2

2①求灯泡两端的电压:由于灯泡的电阻R?(220V);

900W

所以灯泡两端的实际电压U1=PR=400W?(220V)=20×900W

R2220V2=×220V; 30311②求灯泡中通过的电流:I=P=400W?900W=20?30W=3A。 (220V)2220V

所以变阻器的功率P′=(220V-U1)×I=(220V—2×220V)×3A=200W。 311

反思:该题涉及的计算较多,且多以开方的形式出现,相对来说较复杂,计算中出现小数的机会也多。为了避开这些不利的因素,计算过程的中间量一直没有用相除、相乘而出结果。表面看,式子可能复杂些,但在最后的数据处理时却显出了它的优越性,许多量都能互相约去,给最后的计算带来不少方便,数值也精确了许多。

2、某工地的电源电压为220V,且保持不变。因工作需要,用较长的导线安装了一只“220V 100W”的白炽电灯。通电后发现灯泡亮度比正常工作时暗一些,用电压表测得两端的电压为200V。现用一只“220V 200W”的灯泡替换“220V 100W”的灯泡接在电路中,达到了工地照明要求。

求:①电路中导线的电阻值。 ②“220V 200W”的灯泡在电路中消耗的实际功率。(温度变化对电阻的影

响不计)

分析:由于该题没给出电路图,在分析问题时,我们首先应该依题意将电

路图画出来。如上图所示就是该题在第一种情况时对应的电路图,我们将导线

的电阻等效为R。由图可知,欲求第一问中导线的电阻R,应知道它的两端电压

和通过它的电流;它的两端电压U=220V-200V=20V;通过它的电流应等于通

过灯泡的电流,灯泡的电流可以由它的两端电压除以它的电阻来计算;其电压

为200V,电阻可由它的标号得出,灯泡的电阻R??U额?(220V)?484?,所以22 P额100W

通过它的电流I??200V。所以导线的电阻R?U?20V?484??48.4?。

484?I?200V

欲求第二问中200W的灯泡所消耗的实际功率,应知道灯泡联入电路后所分得的实际电压,这就要先求出它的电阻,由标号可得出其阻值R???(220V)?242?; 200W2

故电路中的总电流I???220V10?A;

48.4??242?11?1.2

11?1.2?)2?242??140W。 所以“220V 200W”的灯泡所消耗的功率为P?I??2R???(10

反思:该题中的计算量也比较大,减小计算量的方法是在计算电流时,并没有将电流的大小直接算出来,而是用分式将它代入到下一步的运算过程中,使后者的计算大大简化;在第二问的计算过程中有些量也没有直接计算出来,而是将它放在了最后的统一计算中,这样既减小了中间的计算环节,又可以使结果更准确。将省去你不少的时间,加上最后的量还能约分,将给你带来意想不到

第十二章:电功率

的惊喜,所以应对“复杂计算”的方法是:中间的计算结果不用非要计算出来,把它留在最后的统一计算中进行约分也许会让你的计算速度加快。同学们以后不妨一试。

多途径寻找开放题的相关信息

一、细审题,关注一定条件下的开放

例1、(2005年四川)如右图所示,这是一个家庭电路中电能表的示意图,根

据图中的数据,你能得到哪些信息?请写出两条:

(1)________________________________________;

(2)________________________________________。

分析:电能表上体现的信息很多,我们可以按照一定的顺序寻找,比如从

上往下看,(1)电能表此时的读数是123.4kW·h;(2)该电能表应该接在220V电

压上;(3)电能表稳定工作时,电流不超过10A;(4)电能表短时间内通过的电流 不能超过20A;(5)该电能表应该在频率为50Hz的交流电路中使用等。

点评:该题的开放,是要求根据图中的数据进行的,不是让你漫天去找信

息,如这是一块单相电能表、电能表的单位是kW·h等就不是根据数据得出的,不能在我们所要的信息之列,所以仔细审题很重要。

二、深思考,挖掘题中相关因素的开放

例2、下面是小丽同学家本月的电费单据。根据此单据,你可以得到哪些数据信息?(说出两点) ××市供电局

户名:××× 地址:×××

(1)_________________________________________________;

(2)_________________________________________________。

分析:题中要求根据此单据可以得到哪些信息,故信息要从单据上得出。(1)截止到本月抄表时己用电3026度;(2)本月耗电183度;(3)上月抄表数为2843度;(4)电价0.40元/度;(5)按30天计算,平均每天用电6.1度等。

点评:本题的开放性在于,我们不但可以从表中直接得出一些信息,而且还可以推算出其他的结论。

新旧电池为什么不能混用?

生活中都有这样的常识,两节都装有新电池的手电筒,使用时间不但长,发光也亮;而用两节旧电池时,发光就暗得多;但如果换成一节是新的,虽然暂时会亮许多,但很快又会暗下来,这是为什么呢?新旧电池混用时,为什么效果会大大降低呢?

原来,电池除了提供电压外,它本身也有一定的电阻,这个电阻随着使用时间的长短还要发生变化,长期供电后,电池本身的电阻会增大。新电池的电阻约在0.1Ω左右,而旧电池的电阻有时可达10Ω左右,两者相差100倍。由于电池电阻的增大,使得通过电路的电流大大减小,电池对外输出的电流也减少,而电源本身消耗的功率在增加。

当新旧电池混用后,由于一个旧电池的电阻较大,使得电池输出的电压减小,电能都被消耗在

第十二章:电功率

电源内部了(旧电池上消耗的能量多),这样新电池的内阻也会很快增加。下面我们通过具体的数值了解一下这种变化。

一、两节都是新电池时 已知串联后的电压是3V,每节电池的内阻是0.1Ω,当电池组外接一个阻值为10Ω

的小灯泡时,小灯泡消耗的功率是多大?电源消耗的功率是多大?电池的利用率是多大? 分析:将题意画成如图1所示的电路图,电路的总电阻为R=0.2Ω+10Ω=10.2Ω,U3V则电路中的电流为I???0.294A。 R10.2?

故小灯泡消耗的功率为P1=I2×10Ω=(0.294A)2×10Ω=0.86W;

电源消耗的功率为P2= I2×0.2Ω=(0.294A)2×0.2Ω=0.017W。 电池的利用率为?? 图1 P10.86W??98.06% P1?P20.86W?0.017W

二、一节新电池、一节旧电池时

已知串联后的电压是3V,新电池的内阻是0.1Ω,旧电池的内阻是10Ω,当电

池组外接一个阻值为10Ω的小灯泡时,小灯泡消耗的功率是多大?电源消耗的功率

是多大?电池的利用率是多大?

分析:将题意画成如图2所示的电路图,电路中的总电阻为 图2 U3VR=0.1Ω+10Ω+10Ω=20.1Ω,则电路中的电流为I???0.149A。 R20.1?

故小灯泡消耗的功率为P1=I2×10Ω=(0.149A)2×10Ω=0.222W;

电源消耗的功率为P2= I2×0.2Ω=(0.149A)2×10.1Ω=0.224W。 电池的利用率为??P10.222W??49.78% P1?P20.222W?0.224W

可见,新旧电池混用时,不但使小灯泡的发光功率大大减小,反而使消耗在旧电池内部的功率大大增加,电池利用率大大降低,所以新旧电池不能混用。

物 理 大 观 园

【资料1】电风扇涉及到的物理知识

电风扇是人们避暑的常用家电,它在工作时涉及到很多物理知识,同时也是中学物理经常考察的知识点。现在从力、热、电三方面分析如下:

1.当电风扇静止时,竖杆对其拉力等于电风扇本身的重力,那么当电风扇工作起来以后有没有必要担心竖杆因受力增大而掉下来呢?

答案是否定的。为什么呢?因为当电风扇转动起来以后,扇叶把空气推向下方。即扇叶对其下方的空气有向下的力,根据“物体间力的作用是相互的”可知:空气对扇叶同时也有向上的力,明确这一点以后,再对电风扇进行受力分析,电风扇在竖直方向上受到3个力的作用,即:竖直向下的重力;竖直向上的竖杆对电风扇的拉力和空气对电风扇的向上的力。因此可以知道:此时竖杆对电风扇的拉力一定要比静止的时候减小。因此,我们完全没有必要担心电风扇转动起来以后会因为承受的力增大而掉下来。

2.当我们在炎热的夏天使用电风扇的时候,会感觉到凉爽。那么凉爽的原因是不是电风扇工作起来以后使室内的温度降低了。

第十二章:电功率

情况恰恰不是这样的。(假设房间与外界没有热传递)室内的温度不仅没有降低,反而会升高。让我们一块来分析一下温度升高的原因:电风扇工作时,由于有电流通过电风扇的线圈,导线是有电阻的,所以会不可避免的产生热量向外放热,故温度会升高。但人们为什么会感觉到凉爽呢?因为人体的体表有大量的汗液,当电风扇工作起来以后,室内的空气会流动起来,所以就能够促进汗液的急速蒸发,结合“蒸发需要吸收大量的热量”,故人们会感觉到凉爽。

请大家思考:使用空调能够制冷的工作原理。并与电风扇的工作原理作比较。(提示:空调制冷循环路线与电冰箱相似,也有压缩机、冷凝器、蒸发器。空气的调节过程是这样的:一方面,室内经过过滤的空气与室外进入的新鲜空气一起进入蒸发器周围受冷却,由离心风机把冷气吹入室内;另一方面,用小风扇加速冷凝器的冷却,并将其周围的热空气吹出室外。这样,就使居室达到降温换气的目的。)

3.电风扇的主要部件是:交流电动机。其工作原理是:通电线圈在磁场中受力而转动。能量的转化形式是:电能主要转化为机械能,同时由于线圈有电阻,所以不可避免的有一部分电能要转化为内能。鉴于其能量转化形式和欧姆定律的使用范围,所以电风扇的电流、电压和电阻不能直接套用欧姆定律。在计算电风扇工作消耗电功的时候,只能用公式:W=UIt,而不能用公式:Q=I2Rt,因为电功的公式:W=UIt适用于电流做功的一切情况,当然包括电流转化为内能的情况。但是焦耳定律:Q=I2Rt的适用范围是:纯电阻电路即电能全部转化为内能的电路。如果利用焦耳定律计算出来的是电风扇工作时,线圈由于有电阻而放出的热量。

下面提供一个这方面的例题供大家理解:一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V,线圈的电阻为2欧,线圈中的电流为10A,这台电动机正常工作1s消耗的电能为W,产生的热量为Q,则这台电动机一秒内消耗的电能和产生的热量分别是多少?转化为的机械能是多少?(答案:W=3800J,Q=200J,转化为机械能是:3600J)

4.电风扇用久以后,扇叶的下面很容易沾上很多灰尘,什么原因呢?

因为电风扇在工作时,由于扇叶和空气相互摩擦而使扇叶带上了静电,结合带电的物体能够吸引轻小物体的性质,从而能够吸收室内飘浮的细小灰尘造成的,所以扇叶的下面很容易沾上很多灰尘。

【资料2】为何白炽电灯不宜频繁开闭?

大家知道,白炽电灯是利用电流热效应制成的。开关闭合时,灯丝中有电流通过,灯丝热到白炽状态就发出明亮的光。一般来说,国产白炽灯的平均使用寿命约1000小时。因为灯丝在白炽状态下,全属钨要升华,有固体微粒不断从灯丝上跑出来。温度越高,升华越厉害。升华的结果使灯丝逐渐变细,使用时间长了,灯丝细到一定程度,就容易烧断。显然,减少灯丝升华,就等于延长了灯泡的寿命。

一个“220V,100W”的白炽电灯,正常发光时,通过灯丝的电流I=P/U=100W/220V=0.455A。这时,灯丝的电阻R=U/I=220V/0.455A=484Ω。可是,把灯泡从灯头上取下来,在室温下测量灯丝的电阻,只有40Ω左右。就是说,白炽电灯不发光时电阻小、发光时电阻大。可以想到,开灯瞬间,通过灯丝的电流是由大变小的。

不难计算,开关刚闭合时,通过灯丝的电流为:220V/40Ω=5.5A;这时的电功率为220V×5.5A=1210W,比灯泡正常发光时的额定功率100W大得多。这说明,开关闭合的瞬间,灯丝是在强电流、大功率下工作的,灯丝温度便急剧升高。这时,灯丝的升华比正常工作时要快些。看来,减少白炽电灯的开闭次数,对于延长它的使用寿命是很有好处的。

同样,电视机的显像管、日光灯管里也都装有灯丝,在开关刚闭合的瞬间,通过灯丝的电流也都大于正常工作时的电流。所以频繁地开关,对它们的使用寿命均有一定程度的影响。有人说,开闭一次,电视机或日光灯的寿命使减少几小时,这话虽有些夸张,却是颇有道理的。

当然,白炽灯泡价格便宜,做到人走灯灭,节约用电是必要的。但对价格昂贵的电视机来说,在正常使用中,尽量减少开闭次数,确实是延长其使用寿命的重要措施。

【资料3】搭丝灯泡的寿命为何不长?

白炽灯泡的灯丝断了,常常有人再搭上使用,但寿命却不长,这是为什么?

第十二章:电功率

白炽灯泡的钨丝断了之后再搭接上,这时钨丝的总长度会缩短一些,钨丝短了,它的电阻就会减小。如果外加电压仍保持220伏不变。通过钨丝的电流就比原来的大,实际消耗的电功率也就会增加,所以搭丝灯泡通电后会比以前明亮。但是,这时的灯泡是在大于原额定功率的情况下工作的,钨丝的温度就大大超过了设计的标准温度,钨丝升华加快。所以,它不能持久,很容易再次烧断。另外,搭接处的断丝不能牢固地熔接在一起,稍有振动,搭接处容易再次脱落。

【资料4】怎样选购电度表?

现在,许多家庭都装上了电度表。当你打开电灯或其他用电器时,电度表里的圆间盘使转起来,数字窗里的读数也慢慢增加。月底的时候查看电度表里的数字,就能知道你家这月用了多少电。

这种能够测量用电多少的仪表叫电能表,又称火表和电度表。

选购电度表要首先注意型号和各项技术数据。在电度表的铭牌上都标有一些字母和数字,如“DD28,220V,50HZ,2(6)A,1950r/KWh……”其中PDD28是电度表的型号,DD表示单相电度表,数字28为设计序号;一般家庭使用就需选用DD系列的电度表,设计序号可以不同。220V、50HZ是电度表的额定电压和工作频率,它必须与电源的规格相符合。就是说,如果电源电压是220伏,就必须选用这种220伏电压的电度表,不能采用110伏电压的电度表。2(6)A,是电度表的标定电流值和最大电流值,括号外的2表示标定电流为2安,括号内的6表示允许使用的最大电流为6安。这样,我们可以知道这只电度表允许室内用电器的最大总功率为P=UI=220V×6A=1320W。

现在,需要把你家中所有用电器的功率加起来,比如,电视机65W+电冰箱93W+洗衣机150W+白炽灯4只共160W+电熨斗300W=768W。

你选购电度表时,要使电度表允许的最大总功率大于你家中所有用电器的总功率768W,而且还应留有适当的余量。看来选购这种2(6)A的电度表是合适的,即使家中所有用电器同时工作,电流的最大值I=P/V=768W/220V=3.5A,没有超过电度表的最大电流值6A,同时还有一定余量,因此是安全可靠的。

学了上面的知识,你就能帮助家长选购一个合适的电度表了。

【资料5】你家的电度表走得准吗?

使用电度表与使用手表一样,总希望它能计量准确。精确地校对电度表准不准,需由专业计量部门进行。不过,如果自己想大致估量一下家中的电度表走得准不准,用以下的方法做一个简单的实验还是很有意思的。

首先还是要注意铭牌上的那些数字。其中1950r/kW·h,叫做电度表常数,表示用电器消耗1度电,表中铝盘旋转1950圈。照此推算,100W的灯泡点亮1小时,消耗1/10度电,铅盘旋转的留数为1950×(1/10)=195(圈)。100W的灯泡点亮1分钟,铝盘旋转的留数应为195÷60=3.3(圈)

现在可以开始实验了。关闭家中所有用电器,只点亮一个100W灯泡,使电度表铝盘旋转起来。等到铝盘边缘上醒目的红漆段出现时,开始计时,并注意记录下在1分钟内铝盘转过的圈数(红漆段重复出现的次数就是转过的圈数)。如果测得的圈数大于3.3圈,说明电度表偏快;如果测得的圈数等于3.3圈,说阴电度表走得准;如果测得的圈数小于3.3圈,说明电度表偏慢。当然,实验结果并不是精确的,因为没有测量电压是否是220V,也没有验证灯泡是否实际消耗为100W。不过,作为一种极其简便的校表方法,仍是很有实用价值的。

【资料6】节电小常识

1、电视机节电

随着人民生活水平的提高,各种家用电器不断进入每个家庭。科学地使用这些电器,不仅能充分发挥家电的作用,延长使用寿命,而且可以节约用电,对个人和国家都有好处。

电视机的最亮状态比最暗状态多耗电50~60%;音量开得越大,耗电量也越大。因此,看电视时,亮度和音量应调在人感觉最佳的状态,不要过亮,音量也不要太大。这样做不仅能够节电,而且有助于延长电视机的使用寿命。有些电视机只要插入电源插头。显像管就预热;耗电量为6~8W。因此,电视机用过后,应把插头从电源插座上拔下来。

2、电冰箱节电

第十二章:电功率

随着人民生活水平的提高,各种家用电器不断进入每个家庭。科学地使用这些电器,不仅能充分发挥家电的作用,延长使用寿命,而且可以节约用电,对个人和国家都有好处。

电冰箱应放置在阴凉通风处。决不能靠近热源,以保证散热片很好地散热。使用时,尽量减少开门次数和时间。电冰箱内的食物不要放得太满,食物之间要留有空隙,以便冷气对流。准备食用的冷冻食物,要提前在冷藏室里慢慢融化,这样可以降低冷藏室温度,节省电能消耗。电冰箱内的温度控制器上标有1、2、3、4、不停、冷等字林,通常数字越大,表示箱内温度越低。在夏天,一般要调在3处,在冬天,要调在1处,春、秋天调在2处。如果使用不当,往往引起压缩机频繁起动或连续工作,不仅浪费电力,而且影响电冰箱的使用寿命。

3、电风扇节电

随着人民生活水平的提高,各种家用电器不断进入每个家庭。科学地使用这些电器,不仅能充分发挥家电的作用,延长使用寿命,而且可以节约用电,对个人和国家都有好处。

选购电风扇最好根据当地的气候特点。一船扇叶大的电风扇,电功率就大、消耗的电能也多。在北京以30厘米左右的电风扇为好,广州天气热,可选用约40厘米的。同一台电风扇的最快档与最慢档的耗电量相差约40%。就是说,在快档上使用1小时的耗电量,在慢档上可使用将近2小时。所以,常用慢速度,可节省电风扇的耗电量。

4、洗衣机节电

随着人民生活水平的提高,各种家用电器不断进入每个家庭。科学地使用这些电器,不仅能充分发挥家电的作用,延长使用寿命,而且可以节约用电,对个人和国家都有好处。

洗衣机的耗电量取决于电动机的额定功率和使用时间的长短。电动机的功率是固定的,因此,恰当地减少洗涤时间,就能节约用电。洗涤时间的长短,首先要根据织物的种类和衣物脏污程度来决定。一般洗涤丝绸、羊毛等精细衣物的时间可短些,洗涤棉、麻等粗厚织物的时间可稍长些。如果用洗衣机漂洗,可以先把衣物上的肥皂水或洗衣粉泡沫拧干,再进行漂清,既可节约用水,也减少了漂清次数,达到节电的目的。

【资料7】生活中常见的发光装置

1、白炽灯

自从1879年白炽灯问世以来,人们便与电灯结下了不解之缘。一百多年来,随着科学技术的不断发展,电光源家族中新灯辈出,大放光彩。

白炽灯是电流把灯丝加热到白炽状态而发光的,它只有7~8%的电能变成可见光,90%以上的电能转化成了热,白白浪费掉。可见白炽灯的发光效率很低,然而,它却是电灯世界的开路先锋。

2、日光灯

后来,人们制成了荧光灯。这是在一根玻璃管中,

抽出空气,装入少量的氩和水银蒸气。当电流通过水银

蒸气时,发出看不见的紫外线,涂在灯管内壁的荧光物

质在紫外线照射下,就发出与自然光相近的光。所以荧

光灯又叫日光灯。荧光灯的发光效率大约是白炽灯的4

倍,无线柔和、使用寿命长,因此倍受欢迎。1986年,

复旦大学研制出双Π型节能荧光灯(图4-3),这种灯

造型美观、工艺独特、采用新的荧光材料,比普通荧光灯的发光效率更高,也更省电。在法国巴黎举办的国际能源博览会上深得好评,被誉为20世纪最有前途

的节能电光源。

3、高压汞灯

高压汞灯也是一种效率高、寿命长的电光源。它由荧光泡

壳和放电管两部分组成(图4-4)。放电管又细又短、只有

人的手指大小、内装高压水银蒸气,放电管外面有一棉球形的

荧光泡壳。通电后放电管产生很强的可见光和紫外线,紫外线

照射在荧光泡壳上,发出大量可见光。

高压汞灯发出的光中不

第十二章:电功率

含红色,它照射下的物体发青,因此只适于广场、街道的照明。

4、金属卤化物灯

人们发现在高压汞灯中加入一点金属卤化物后,不仅亮度增强,而目光色也大为改善,这就是电光源中的后起之秀──金属卤化物灯。现在我国已生产出钠铊钠灯、铊灯、高压铟灯、氯化锡灯等各种系列的金属卤化物灯。这种灯正逐步取代高压汞灯,在照明领域大显身手。

5、碘钨灯

人们在研制荧光灯的同时,也没有忘记对白炽灯的改进。1959年,

一位名叫弗里德里奇的美国人发现,把碘充于白炽电灯中,能把蒸发下来

的钨原子重新送回到钨丝上,这不仅控制了灯丝的升华,而且可以大幅度

提高灯丝温度,发出与日光相似的光。这样制成的灯叫作碘钨灯。碘钨灯

具有亮度高、寿命长的特点,一只1000W的碘钨灯相当于5000W普通灯

泡的亮度。随着研究的深入,人们发现把卤族元素的某些化合物充入白炽

灯内能取得更好的效果,例如把溴化氢充入白炽灯中,制成的溴钨灯比碘

钨灯还要好,这样就产生了各种各样的卤钨灯(图4-5)。卤钨灯适用

于车间、剧院、舞台、摄影棚等场合。我们看到电视台记者拍摄电视新闻

时,手里举着一个很亮的光源,那就是卤钨灯。它的缺点是辐射出来的热

量很大,有时甚至可用它来烘烤物体。

6、氙灯

在新型电光源中,有“人造小太阳”之称的是氙灯。我国电光源专家蔡祖泉在十分简陋的设备条件下,于60年代初试制成我国第一盏长弧氙灯。这种灯的功率可以从几千瓦到几十万瓦,而体积却不大,一个2万瓦的氙灯的大小与一只40瓦荧光灯差不多,而亮度却顶得上1000只这样的荧光灯。所以,如果把它安装在广场、码头、体育场和高大建筑物的顶端,它那强烈、均匀而接近日光的光线,能把一个很大的区域照得如同白昼一般,因此获得“人造小太阳”的美称。

目前,电光源正在向小型、节能、高效及特殊用途的方向发展,人们不仅要制造出更加适合于人类生活的各种照明光源,还要研制出各行各业特殊需要的光源。如在塑料中加入特殊荧光材料而制成的塑料霓虹灯,能做成各种图案,发出绚丽的光彩,用于装饰橱窗和广告显示。为海上救援设计的救生衣闪光灯,每分钟闪亮50次,在10公里外的水面即可看见。用于吸引鱼群的水下捕鱼灯、用于冶炼贵重金属的高温灯以及用于飞机上摄影的高速摄影灯等,都在加紧研制之中。

【资料8】小轿车后窗玻璃上为什么有细条?

冬天,小轿车内外的温差比较大,里面热,外面冷。坐在车里面的人不断呵出的水汽往往在车窗玻璃上凝结,形成一层白白的霜花。这样,车外的景物就看

不清楚。然而,驾驶员在行车、倒立中需要随时知道车后的情

况。怎么办呢?

人们把小轿车的后窗玻璃做成双层,里面帖上带有一条条

电阻丝的薄膜,通电后电阻丝发热,凝结在玻璃上的霜花,随

着玻璃温度的升高就会融化蒸发掉。所以小轿车后窗玻璃上的

细条,实际是一件特制的电热除霸器。有了它,即使天气再冷,

从小轿车里向后看时,外面的景物都能一目了然。

【资料9】物尽其用,各得其所

保险丝、白炽灯丝、导线、电炉丝是用不同材料制作的,电路工作时,它们都能通过电流,它们各有所长,并用自己的所长在各自的“岗位”上尽职尽责,出色地完成任务。

先说保险丝吧,一股家用保险丝大都是用铅(不少于98%)和锑(0.3一1.5%)的合金制成,熔点很低,仅246℃,而且电阻率又比导线高得多。当电路超负荷运行或某处发生短路故障时,通过电路的电流会急剧增大,保险丝发出较多的热量,致使其温度高于它的熔点而熔断,从而切断了电路,保证电路安全。所以保险丝是用“自我牺牲”来保证电路安全的。

第十二章:电功率

白炽灯丝则是用熔点最高的金属钨丝制成。而且钨丝做得很细,电阻较大,当电流通过灯丝时,电流的热效应可使灯丝温度升高到2500℃以上,从而发出耀眼的光。在这个温度时,90%以上的金属都要熔化成液体了,而钨却能泰然自若,不仅不溶化,而且还能保持一定的强度。

有人说:用金做灯丝也可以,不是“真金不怕火炼”吗?不行!金的熔点仅1064℃。所谓真金不怕火炼是指它的化学性质稳定,即使烧至熔化,它仍是黄闪闪的金子而不氧化变质。

在生产和生活中,导线的用量非常大。究竟选用什么材料作导线好呢?当然是电阻率越小越好,不过还要考虑到价格、材料的产量、强度大小等因素。如果把各种材料制成长1米、横截面积1毫米2的导线,在20℃时测量它们的电阻(称为这种材料的电阻率)并进行比较,则银的电阻率最小,其次是按铜、铝、钨、铁、锰铜、镍铬合金的顺序,电阻率依次增大。但是,由于银是贵重金属,产量少,价格高,不适合作普通导线,只有精密的科学实验中,为减小电阻才选用银导线或镀银导线。在普通导线中用的最多的是铜导线和铝导线,虽然电阻率大些,但由于产量大,价格也便宜,所以,铜、铝是制作导线的最佳材料。由于我国的铝土资源特别丰富,铝价格比铜更加便宜,近年来,在生产和生活中的输电导线已大都采用铝制导线。

电炉丝和普通导线相反,它是利用电流通过自身时发出大量的热来加热物体,因此要选电阻率大、熔点高的材料,常采用镍铬合金,其比例多为镍60%、铬15%、铁25%合金的电阻率为1.1×10-6欧·米,正常工作温度为950℃,最高可达1100℃。镍铬合金的熔点在1250℃以上,所以一般不会熔断。

另外,制造标准电阻的电阻丝不仅要电阻率大,而且其阻值受温度的影响要尽量小,因此常用康铜或锰钢来制造。

总之,同是导体,选材各异。真可谓物尽其用,用其所长,各得其所。

【资料10】火线和零线上都安装保险丝好吗?

电路中的保险丝,在电流过大的情况下,能自动熔断。确保家庭电路的

安全。有人以为,既然装保险丝安全,那么在火线和零线上都装保险丝不是

更安全吗?其实不对。我们知道,一般来说,零线对地无电压,站在地上的

人接触零线,没有电流通过人体,因而不会危及人的安全。火线对地有220

伏特的电压,站在地上触摸火线,就会有电流通过人体而造成触电事故。如

果只在火线线上装保险丝(如图5-4),那么当保险丝熔断后,灯口、开关

和连接导线都跟火线脱离而仅与零线连接。它们对地都没有电压,检修电路

时很安全。

若在火线和零线上都装保险丝,那么有可能出现零线上的保险丝熔断,

而火线上的保险丝完好的情况(如图5-5)。此时电路虽然自动切断,不会

引起火灾等事故,但是灯口、开关及连接导线仍和火线相连,它们对地仍有

220V电压。这种情况下,若认为电源已切断而大意,触摸它,最易造成触电

事故。

可见,只在火线上装保险丝比在火线和零线上都装保险丝更好、更安全。

由此我们可以联想到,电源开关必须安装在火线上也是这个道理。

但在有爆炸和火灾的危险场所,为了减轻短路和过负荷的危害,也可以

在零线上装保险丝。另外,在家庭的配电箱中,有的也在火线和零线上都装

了保险丝,以避免住户自己改装线路时,由于把火线和零钱搞错而造成危险。

因此在必须触摸电路时,一定要先用验电笔试试,确定哪根是火线。

【资料11】勿将家用电器地线与零线相接

家用电器的接地线是指从机壳引出的接地导线,它是为了漏掉电器的金属外壳上积累的电荷,避免触电事故而设置的。如果室内无专门接地线,可以将电器外壳同打入潮湿地面的角铁等连接起来(图5-6)。

第十二章:电功率

家用电器如洗衣机、电冰箱、电风扇等,一般都采用三线插头,位于等腰三角形顶点的那个头是外壳接地线。其他两个头,一个接火线,一个接零线。它和三孔插座(图5-7)配套使用。

家庭电路一般是二线供电,一根火线,一根零线。室内插座一般也是双孔插座。有些人为了把用电器上的三线插头改为双线插头,便去掉地线接线柱,把地线和零线接在一起。这是很危险的。因为这就等于将外壳和供电电路短路,一旦插头插反,外壳就直接与火线相连(如图5-8),危险是不言而喻的。即使插头不接反,也有潜在的危险:零线若接触不良或断路,外壳仍相当于直接与火线相连(如图5-9)。

【资料12】怎样快速排除短路故障?

晚上,有时会碰到保险丝突然熔断的情况。屋子里电灯全灭,一片漆黑。你换上一根新的保险丝后,再接通总线路,如果看到保险丝盒内火光一闪,随之“啪”的一声,保险丝又熔断了。这说明电路中发生了短路。一定要把短路处找出来,排除故障,再换上新的保险丝,才能使电灯重放光明。

怎样在黑暗的条件下,迅速查出短路所在处呢?你不妨按照下列步骤试一试,一定会成功的。

(1)将电路中所有灯的开关都拉一下,使原来断开的开关变为接通,原来接通的变为断开。

(2)换上一根新的保险丝,把总开关接通。一般情况下,这时电路中会有一部分灯亮起来。

(3)把电路中没有亮的灯的开关依次拉一下,使它们接通。当拉到哪个灯的开关时,保险丝又断了,这说明短路故障就在这个灯上。

(4)再将这个灯的开关拉一下,使它又成为断开状态。再换上一根新的保险丝,让部分电灯又亮起来,你可以仔细查找该灯短路的原因,并进行修理。

(5)把已修好的灯的开关再拉一下,如果灯亮了,其余的灯也都亮着,这样,短路故障就完全排除了。

【资料13】电器漏电怎么办?

用手触摸电风扇或洗衣机等家用电器时,有时会感到“麻”了一下,这说明用电器存在着漏电现象。如果用试电笔接触用电器的外壳,试电笔中的氖管发红,显示出有电的亮光。如果漏电现象不严重,可以自己动手解决。

第一种方法,是先把电源线的插头从插座上拔下来,将插头两铜片的位置对调一下,再插入插座内。然后用试电笔试一下电器的外壳,如果不再漏电,就在对应的插头和插座孔上做个记号,下次再接电源时,按记号所示插接,不要插错,就可消除用电器外壳带电。

第二种方法,是给用电器的外壳安装地线。如果电源线是三脚插头,可将三孔插座的接地极用导线与地线相连。如果电源线是两脚插头,可用导线把用电器的金属外壳与地线相连。

千万注意,如果漏电现象严重,应及时送到维修部门去修理,以防触电伤人。

【资料14】小学生发明防触电插座

1985年,从日本召开的第三届世界青少年创造发明展览会上传来喜讯:我国12岁的女小学生徐琛发明的防触电插座荣获最佳作品奖。这是建国以来,我国青少年在世界性创造发明比赛中获得的第一块金牌,实现了零的突破。徐琛为国争光,受到全国青少年的称赞。她是怎样走上创造发明之路的呢?还有一段有趣的故事呢!

徐琛是上海市和田路小学的学生,从小聪明好学,爱动脑子。有一天,徐琛放学后在家复习功课,她那顽皮的弟弟把一根铁钉伸到了带电的插座里,随着“哎哟”

一声喊叫,小弟弟被狠狠地摔在

第十二章:电功率

地板上。徐琛马上意识到:弟弟触电了,多危险呵!她先把小弟安顿下来之后,思想便翻腾开了:能不能发明一种防触电插座呢?

徐琛想:要起到防触电的作用,必须在插头和插座上想办法。她首先把通常的直插头,改为顶端弯折的插头,然后在插座中间装上铜片,与电源线相接,而把插孔开在插座旁边。使用时,只要把插头上两个弯折的脚伸进小孔,再向中间移动一点,插头便与插座中间的铜片接触,使电路接通。而铁钉、铜棍之类的直物体即使伸到插孔中,也碰不到中间的铜片,避免了触电事故。徐琛把这种防触电插座带到学校,受到老师同学们的赞扬。

徐琛并没有满足已取得的成绩,她继续思考,不久又有了新的设想:要使除插头以外的其他物体插进插座时不接触通电源的铜片,就要在铜片与插头插入的地方做个活门,而且要做到物体只插进一个孔时,活门不开;只有插入插头时,活门才能自动打开。经过试制,徐琛终于做出了旋转式防触电插座。并在上海市第二届青少年科学创造发明比赛中获得一等奖。

后来,徐琛对防触电插座又进行了新的改进,制作出了更为安全可靠的防触电插座。这件作品被选送到日本参加第三届世界青少年创造发明展览会,在由31个国家送展的160件作品中,该作品以新颖的构思、独到的设计,完美的实用效果而荣登榜首,获得金牌。

【资料15】“热得快”的奥秘

“热得快”是一种新颖的电加热器。用它来热牛奶、烧开水、煮咖啡,快而方便,但是不能用它加热固体,这是什么原因呢?

“热得快”的加热螺圈通常是用一种较细的金属管绕制成的,管内装有电热丝,然后灌入氧化镁粉之类的绝缘材料,把电热丝封装固定在管中间,使它不与管壁接触。电热丝的两端再分别与电源线相接。通电后,电流从电热丝中流过,电热丝便发热。如果在空气中干烧,热量不易散发,金属外管会很快烤焦,甚至烧红、管内的电热丝便会烧断。如果把“热得快”浸没在液体中,热量通过液体很快散发出来,这样不仅使液体很快被加热,而且也不会烧坏电热丝。因此,使用时应先将“热得快”放入液体内,液体最少应淹没加热螺圈(手柄及电线不能浸入液体中),然后再接通电源。加热完毕,也应先断开电源,过一小会,待“热得快”温度降低后,再从液体中拿出,擦干收藏。

另外,由于“热得快”中的电热丝是用镍铁合金制成的细丝,一般较脆、容易震断。因此,“热得快”不能剧烈震动,如果表面有水垢或附着物,可用小毛刷轻轻刷掉,不要用硬物敲击或用小刀刮削。“热得快”一旦断丝便无法修复,只有换新的了。

【资料16】不断改进的电热毯

电热毯是利用电流的热效应,采用必要的绝缘、保温等措施制成的家用低温电热器具。按其用途,可分为电热毯、电热垫等。这类电热器所产生的热量不多,温

度不高,能和人的体温相适应。还有一些温度比人的体温高些的热

敷器具,是在电热毯的基础上派生出来的电热器,并根据人体的不

同部位而做成不同形状以供病人热敷之用。

电热毯、电热垫的耗电量都很少,功率一般在20~100W。使

用前通电,使用过程中随时可将电源关闭,所以用电时间较短。使

用的关键是安全问题。早期生产的电热毯大都使用没有绝缘套管的

电热丝,用220V交流电供电。这种电热毯、电热垫绝缘性能差,

抗拉力不强、不安全,因此事故多有发生。而后人们研制成了低压

供电的调温型或控温型电热毯,用36V以下的安全电压供电,解除了人们的触电之忧。但是,这种低压型电热毯成本高、价格贵,还需要变压器。因此,人们在发展低压供电式电热毯、垫的同时,又在电热元件上作了进一步研究。目前较好的电热元件是用玻璃纤维或尼龙丝做母线,将柔软可绕的特种铜合金电热丝或镍铬合金丝螺旋式绕在母线上,外套绝缘套管,提高抗拉和耐压性能,使其耐折曲,最后再涂以防水涂料。这种旋绕组合式防水型电热元件,交流耐压可达到3000~5000V,耐折曲可达5000~10000次,能承受200N的拉力,具有安全可靠、防水性好、寿命长等优点。

【资料17】合理使用电饭锅

第十二章:电功率

电饭锅是一种半自动电炊具。双层整体式电饭锅如图5-13所示,主要由锅盖、外壳、内胆、指示灯、发热板、电热元件和控温装置组成。

它的使用方法也十分讲究。烧饭时,应先用其他容器将米淘洗干

净,然后倒进内胆铝锅内。加水有一定比例:一杯米可加一杯半水。

在确认发热板上与内胆底部无任何阻碍物后,将内胆放入并左右旋转

几次,使内胆与发热板紧密接触。然后插上电源线,接通电源开关,

指示灯同时点亮,说明电饭锅开始工作了。饭熟时,开关按键自动跳

起,切断电路,指示灯同时熄灭。当锅内饭的温度下降到60至70摄

氏度时,指示灯又会点亮,这是自动保温开始。如此反复,以保持锅

内温度。如果蒸其他食品,要先将有孔的蒸饭板放进锅内,加少许水后,再将要蒸的食品放在蒸饭板上,通电后直到可以食用,都无须人来看管。

使用电饭锅前要清理发热板表面与内胆底部残留的水滴,

切勿让异物介入,否则就会造成内胆和发热板之间接触不良而

煮不好饭,甚至烧毁电热元件。蒸其他食品,不要贪方便而用

其他器皿放在发热板上加热,因其底部并不与发热板紧密接触,

加热后未达到理想温度而开关按键就会提前跳起。此时,更不

能用硬物压住开关按键勉强使用,这样电热元件更容易烧毁。

电饭锅使用后,除锅盖和内胆外,其他部分不要用水冲洗。

否则,会降低电气部分的绝缘性能,再使用时产生漏电。同时,

使用完毕,应及时拨出插头,否则电饭锅仍处在保温状态。

为保持电饭锅外壳的美观,用完后应用软毛巾蘸温水抹拭

干净,切忌使用沙粉作清洁剂,更不能用其他硬物摩擦,损坏

表面涂漆。另外,电饭锅一定要使用带外壳接地线的三脚插头,

以确保使用安全。

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