简析联系日常生活的电磁学综合题，本文主要内容关键词为：电磁学论文,日常生活论文,综合题论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 白炽灯、日光灯
（1）一只普通的家用照明白炽灯在正常发光时， 通过它的电流强度值与下列哪一数值较为接近：
（A）20A。 （B）2A。 （C）0.2A。 （D）0.02A。
（2）如图1所示是四种亮度可调的台灯的电路示意图，它们所用的白炽灯泡相同，都是“220V、40W”。当灯泡所消耗的功率都调至20W时，哪种台灯消耗的功率最小？
（3）日光灯电路主要由日光灯管、镇流器和启动器组成， 在日光灯正常工作过程中：
（A）镇流器给日光灯管的开始点燃提供瞬时高压。
（B）日光灯管点燃发光后，镇流器起降压限流作用。
（C）日光灯管点燃发光后，启动器中的两个触片是接触的。
（D）日光灯管点燃发光后，启动器中的两个触片是分离的。
解析：（1）C正确。这是一道估算题，要求学生具备基本的用电常识。一般照明电路的电压为220V，家用普通白炽灯功率在25W￣100W 之间，故额定电流在0.1A￣0.4A之间。
（2）C正确。因为其他三种电路的变阻器都要产生热，多消耗一部分电能。
（3）ABD正确。要了解日光灯中的镇流器和启动器的作用：启动器是利用氖管的辉光放电，起自动把电路接通和断开的作用；镇流器是在日光灯管点燃时，利用自感现象，产生瞬时高压，而在日光灯正常发光时起降压限流的作用。
2 热水器
淋浴用水的流量约为10L/min，合适的水温约为50℃，用水时间为4min。电热淋浴器有两种设计，一种是淋浴时电流直接对于流动的水加热；另一种则备有水箱，待水箱中的水加热至合适的温度后再淋浴。加热前的水温以20℃计。（1）请根据上面提供的数据论证， 第一种设计不适合大多数家庭的供电电路。（2 ）如果水箱中的水恰好够一个人淋浴用，供电电路允许的电流最大为10A，电加热的效率为80％， 这种条件下加热水箱中的水最少需多长时间？
解析：（1）一定时间t内电流的焦耳热：Q[,1]＝IUt，这段时间内水温上升T所需的热量：Q[,2]＝（pLt）cT，其中L为流量。假定焦耳热全部用来使水升温，则有：Q[,1]＝Q[,2]，解出I＝96A。如果考虑热量的散失，实际电流会比这个数值大。目前家庭电路所能承载的最大电流很少有超过10A的，所以这种设计不适合大多数家庭淋浴。
（2）水箱里水的质量m＝pLt＝40kg，使水箱中水温上升50 ℃所需热量为Q[,2]＝mcT，电流在时间t内产生的热量Q[,1]＝IUt， 由于加热效率为η＝80％，所以有ηQ[,1]＝Q[,2]，解得t＝2.86×10[ 3] s ＝48min。
3 摩托车
图2所示是摩托车转向灯电路，RJ为闪光器， 它可以使电路间歇地通断。D为转向指示灯。当S拔至1位时，RD[,1]、RD[,2] 前后两个右转向灯发光，向其他车辆或路人发出右转信号，同时D也闪亮， 向驾驶员提供转向灯是否工作正常。 左转道理与右转一样。 若四只转向灯用“6V、10W”灯泡，D用“6V、1.5W”灯泡，试通过计算说明该电路左右转向灯不同时亮而指示灯都亮的道理。
解析：当摩托车向右转时，RD[,1]、RD[,2]的电压为6V，正常发光。
转向指示灯D的电阻为：U[2]/P＝6[2]/1.5Ω＝24Ω。
转向灯LD[,1]、LD[,2]的电阻为：
U[2]/P＝6[2]/10Ω＝3.6Ω。
两只转向灯和转向指示灯总电阻：
R＝24Ω＋3.6/2Ω＝25.8Ω。
通过D的电流：I[,D]＝U/R＝6/25.8A＝0.23A。
D上获得的功率：0.23[2]×24W＝1.36W。
每个转向灯上的电流：0.23/2A＝0.12A。
每个转向灯上的功率：0.12[2]×3.6W＝0.052W。
由上述计算可知，当摩托车向右转（或左转）时，在左（或右）转向灯上获得的电功率微乎其微，因此它们是不可能发光的。
4 灭蚊器
在家用的电热灭蚊器的电热部分的电路中， 串联有一个元件是PTC元件，它是一个热敏电阻器，其电阻率随温度变化的关系如图3所示， 由于这种特性，它具有温控功能。对于PTC 元件在电热灭蚊器中的作用，以下说法中正确的是：
①通电后其功率先增大，后减小。
②通电后其功率先减小，后增大。
③当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t[,1]不变。
④当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t[,1]￣t[,2]的某一值不变。
（A）①③。 （B）②③。 （C）①④。 （D）②④。
解析：C正确。根据PTC元件的电阻率随温度变化的曲线，可知在常温下它的电阻是相当小的，通入电流后，随着温度升高，它的电阻率先变小，然后迅速增大，考虑电热灭蚊器工作电压220V是不变的，那么它的功率是先变大，然后变小。当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t[,1]￣t[,2]之间不变。这时候处于稳定状态，如果温度再升高，电阻率变大，导致电流变小，那么温度就会降下来；如果温度再降低，电阻率变小，导致电流变大，那么温度就会升上去。
5 电饭煲
电饭煲的工作原理如图4所示，可分为两部分，即控制部分： 由S[,2]、R[,1]和黄灯组成；工作（加热）部分：由发热电阻R[,3]、 R[,2]、红灯组成。S[,1]是一个磁钢限温开关，手动闭合。当此开关的温度达到居里点（103℃）时，自动断开，且不能自动复位（闭合）。S[,2]是一个双金属片自动开关，当温度达到70℃～80℃时，自动断开，低于70℃时，自动闭合。红灯、黄灯是指示灯，通过其电流必须较小，所以R[,1]、R[,2]起___________作用。R[,3]是发热电阻。由于煮饭前温度低于70℃。所以S[,2]是___________（填断开的或闭合的）。接通电源并按下S[,1]后，黄灯熄而红灯亮，R[,3]发热，当温度达到70℃～80℃时，S[,2]断开，当温度达到103 ℃时饭熟，S[,1]断开，当温度降到70℃以下时， S[,2]闭合，电饭煲处于保温状态。 由以上描述可知R[,2]________R[,3]（填＜、＝、＞）。若用电饭煲烧水时，直到水被烧干S[,1]才会断开，试解释此现象。
解析：应分别填上“限流；闭合的；＞”。当仅接通电源， S[,1]尚未闭合（按下）时， S[,2]已处于自然闭合状态（刚接通时温度低于70℃），黄灯和R[,1]被短路，R[,3]在220V电压下工作（加热），由于红灯为指示灯，通过红灯和R[,2]的电流较小，R[,2]起限流作用，故R[,2]＞R[,3]，这时红灯亮；当R[,3]发热而使温度达到70℃～80℃时，S[,2]自动断开，这时黄灯发光，由于黄灯也为指示灯，所以R[,1] 起限流作用，R[,1]约等于R[,2]且均大于R[,3]，因整个电路电流较小， 红灯电流更小，红灯不亮，同时R[,3]在很小电流下工作，发热减少， 当温度降到70℃时，S[,2]又自动闭合，黄灯熄，红灯亮，这样S[,1]未被按下时，红灯和黄灯交替发光，电饭煲的温度只保持在70℃～80℃之间，饭不能煮熟。当闭合S[,1]时，黄灯、R[,1]短路，R[,3]发热，红灯亮，电饭煲温度上升，当超过70℃～80℃时，S[,2]自动断开，但S[,1]仍闭合，温度达到居里点（103℃）时，S[,1]自动断开，黄灯亮，红灯熄，饭已大致煮熟，此时温度会慢慢降低，以后进入保温过程。由以上分析可知，如果用电饭煲烧开水，因为水在100℃时沸腾，S[,1]不可能自动断开（因为S[,1]在103℃时才能自动断开），所以电饭煲将水一直烧干。
6 微波炉
家用微波炉是一种利用微波的电磁能加热食物的新型灶具，主要由磁控管、波导管、微波加热器、炉门、直流电源、冷却系统、控制系统、外壳等组成，接通电源后，220V交流经一变压器， 一方面在次级产生3.4V交流电对磁控管加热，同时在次级产生2000V高压经整流加到磁控管的阴、阳两极之间，使磁控管产生频率为2450MHz的微波， 微波输送至金属制成的加热器（炉腔），被来回反射，微波的电磁作用使食物内分子高频地运动而使食物内外同时受热，因而加热速度快，效率高，并能最大限度地保存食物中的维生素。
（1）微波输出功率为700W的磁控管每秒钟产生的光子数为_____。
（2）变压器产生高压的原、副线圈的匝数比为__________。
（3）导体能反射微波，绝缘体可使微波透射， 而食物中通常含有的成份是_______，较易吸收微波而转换成热，故在使用微波炉时应：
（A）用金属容器盛放食物后放入炉内加热器加热。
（B）用陶瓷容器盛放食物后放入炉内加热器加热。
（C）将微波炉置于磁性材料周围。
（D）将微波炉远离磁性材料周围。
解析：（1）应为“4.31×10[26]”。由P＝nhv，可得n＝P/hv， 代入数值可求磁控管每秒钟产生的光子数为：4.31×10[26]个。
（2）应为“11∶100”。根据变压器原、副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数比，可知原、副线圈的匝数比为：220/2000＝11 /100。
（3）应填“蛋白质、水、脂肪；BD”。因为导体能反射微波， 绝缘体可使微波透射，如果用金属容器盛放食物后放入炉内，微波将被金属反射，容器内食物就不能吸收微波而转换成热，所以应用陶瓷容器盛放食物。微波是电磁波，对磁性材料会产生作用，因而应将微波炉远离磁性材料。
7 收音机
如图5 所示是收音机内的一个接收无线电台信号（电磁波）的可调LC振荡电路，当开关S分别接1或2时，线圈自感系数之比为p，可变电容器的动片全部旋入与全部旋出时电容之比为q， 则该电路可接收的电磁波的最大频率与最小频率之比为__________。
8 电冰箱
（1）某同学在家中测算电冰箱的耗电， 他将家中其它用电器断开，只使用电冰箱，观察电度表转盘的转动情况，测得冰箱致冷时，转盘每12s转动一圈；保温时，每120s转动一圈。 电度表上标明“每千瓦时转2000圈”。该同学还测得冰箱每小时致冷10min，保温50min。若按每月30d计，则该电冰箱每月耗电为__________度。
（2）如图6所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路，其中的运行绕组是电冰箱在工作时电动机定子，由于交流是单相的，启动时必须依靠启动绕组的帮助才能产生旋转磁场。在启动绕组的分路中串联有一个PTC元件，这是一种以酞酸钡为主要材料的热敏电阻器。电流流过PTC元件，元件发热，它的电阻率随温度升高而发生显著变化，当电动机转起来正常以后，PTC元件温度较高，电阻很大，启动绕组电流很小， 以下判断正确的是：
①电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少。
②电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少。
③电冰箱启动后，启动绕组功率不变，运行绕组功率是变化的。
④电冰箱启动后，启动绕组功率是变化的，运行绕组功率不变。
（A）①③。（B）②④。
（C）①④。（D）②③。
解析：（1）应为“27”。每小时电度表转过的圈数：（10×60 ）÷12＋（50×60）÷120＝75，每天转过的圈数为：75×24＝1800， 每月转过的圈数为：1800×30＝54000，而每用1度电电度表转2000圈，所以该冰箱每月耗电为：54000÷2000度＝27度。
（2）B正确。 本题体现了物理理论与技术应用于家用电器， 其中PTC元件的主要成分是BaTiO[,3]，电冰箱的电动机启动时，PTC 电阻较小，通过它的电流很大，启动绕组和运行绕组产生了旋转磁场，使电动机启动。随着电流流过PTC元件，电流使它发热，电阻随之变大， 电流随之减小，直至电阻相当大，启动绕组的电流变得相当小，这时电动机正常工作。而加在运行绕组的电压不变，则运行绕组的电流不变。所以电冰箱的电动机启动时耗电大，启动后正常时耗电较少。启动后直至正常运行，启动绕组功率是变化的，运行绕组功率不变。
9 电烙铁
生产中使用的电烙铁是一种合金，试根据材料回答下列问题：
（1）所谓合金， 就是不同种金属（也包括一些非金属）在熔化状态下形成的一种熔合物于冷却后的固体，下列金属难与表1 中其它金属形成二元合金的元素是：
（A）Fe。（B）Zn。（C）Ag。（D）W。
（2）在长时间使用电烙铁的过程中，当暂时不使用时， 如果断开电源，电烙铁将会很快变凉，再次使用时温度不能及时达到要求，如果不断开电源则浪费电能。因此，一位同学将电路改成如图7 所示的形式，其中R[,0]为定值电阻，R＇为电烙铁。暂时不使用电烙铁时，断开开关S，再次使用时闭合开关S。这样既能起到预热作用，又可节省电能，试用你学过的电学知识说明其道理。
解析：（1）B、D正确。由表可知，Zn熔点、沸点较低，而W熔点、沸点较高，当其它金属熔化，变成液体时，Zn已汽化而变成气体；当其它金属汽化，变成气体时，W还未熔化，W仍为固体，所以，Zn、W 难与表中其它金属形成二元合金。
（2）当暂时不用电烙铁时，断开开关S，这时R[,0]与R＇串联，电路总电阻增大。根据公式P＝U[2]/R可知，电源电压一定，电阻增大时功率减小，相同时间内消耗的电能较少，节省了电能。同时，R[,0] 与R＇串联，使电烙铁R＇在低于额定电压的状态下工作，保持温度不太低。当开关S闭合时，R[,0]被短路，电烙铁在额定状态下工作，很快升温。