物理考试与电器

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近年来，全国各地的中考命题者都紧紧围绕“初中毕业、升学考试命题应注意加强试题与社会实际和学生生活经验的联系，考查学生综合运用知识分析和解决问题的能力”这一要求，物理中考试题越来越关注人们的日常生活，注重物理知识与日常生活的联系，其中需要同学们特别注意的是物理考试与电器的联系.

1879年，举世闻名的美国电学家、科学家和发明家爱迪生发明白炽灯，开创了家庭用电时代.现代家庭中人们的生活越来越离不开家用电器.它让人类在黑夜中拥有光明，在寒冬中拥有温暖，在炎夏中拥有清凉……家用电器使人们从繁重、琐碎、费时的家务劳动中解放出来，为人类创造了更为舒适优美、更有利于身心健康的生活和工作环境，提供了丰富多彩的文化娱乐条件，已成为现代家庭生活的必需品.

家用电器的范围，各国不尽相同，世界上尚未形成统一的家用电器分类法，但就我们初中生所掌握的知识而言，按照人类使用能量的形式，可以把生活中常用的家用电器分为两大类：

第一大类是全热类，这类用电器工作时是把电能转化为内能，它们都是利用电流的热效应工作的.其中有一类是电热器，人们利用的是它把电能转化成的内能，如生活中人们常用的加热设备：电饭锅、电热水器、电水壶、电烤箱、电热毯、电熨斗、电烙铁等；另一类是照明电器，人们利用的是它获得的内能（它工作时是先把消耗的电能转化为内能，然后又把获得内能中的一部分转化为光能），如人们常用的照明电器：小灯泡、白炽灯，但它们的电能转化为光能的效率比较低，一般只有10℅；为了高效、节能和环保，人们又发明了节能灯、“LED”灯等新型照明灯具.

第二大类是非全电热类，这类用电器人们有的是利用它工作时把电能转化成的机械能.它是利用电流的磁效应工作的，即通电导体在磁场中受力运动，如人们常用的电风扇、吸尘器、抽油烟机、机械式洗衣机等；有的是利用它工作时把电能转化成的内能和机械能，如我们常见的电吹风、家用豆浆机、烘手器等.

下面就以近两年来全国部分省市在中考试题中出现的以电器为背景的试题，举例加以说明.

例1　一个额定电压为12V的小型电动机正常工作时，测得通过电动机的电流是0.5A，工作10min，电流做功为

J，在这10min内该电动机线圈产生的热量是360J，则电动机线圈的电阻是

Ω.

解析　利用W=UIt计算出电流做功为3600J，再利用公式Q=I 2Rt可求出电动机线圈的电阻是2.4Ω.

说明　因为电动机消耗的电能并不是全部转化为内能而是转化为机械能和内能，所以求电动机线圈的电阻R只能用公式Q=I 2Rt来求，而不能用其他公式计算.

例2　下列各用电器均标有“220V　60W”字样，它们正常工作相同的时间，发热最多的用电器是（　）.

A.电视机

B.电风扇

C.电热毯

D.电灯

解析　题目中的四个用电器在正常工作时，电功率相同，通电时间也相同，它们消耗的电能相等，但只有电热毯是把消耗的电能全部转化为内能，其余三个用电器的电能并不是全部转化为内能，所以，电热毯发热最多，应选C.

例3　如图1所示，是电饭锅内部电路的简图，它有“高温烧煮”和“保温”两挡，由温控开关S自动控制.做饭时，先按下S温控开关按钮，当达到设定温度（饭已煮熟）时，按钮会自动弹起.图1中，甲为电饭锅的实物，乙为它内部电路简图，铭牌如图丙所示，请你解答以下问题：

（1）当温控开关S闭合后，电饭锅处于“高温烧煮”挡还是“保温”挡？

（2）R1的阻值.

（3）保温时R1的实际功率.

解析　（1）电饭锅处于高温还是低温档，取决于它的电功率.电功率大时，它就是高温烧煮，电功率小时，它就处于保温状态；家用电器是用在家庭电路中的，而家庭电路的电压是220V，在初中阶段，为了使问题简化，如果没有特别的说明，我们都认为它是个定值，根据电功率的P=■公式可知，在电压不变时，电路中电阻小，电功率就大，电路中电阻大，电功率就小；当温控开关S闭合时，R２被短路，电路中只有R1（电路如图2所示），此时电饭锅的功率大；当温控开关断开时，电阻R1和R２串联（电路如图3所示），电路中的总电阻是R1+R２，此时电饭锅的功率小；所以温控开关闭合时，电饭锅处于“高温烧煮挡”.

（2）根据铭牌上高温烧煮功率是880W，而此时电路中只有R1，把数值代入公式P=■，880W=■，所以，R1=55Ω.

（3）电饭锅处于保温时，保温开关断开，电路为R1和R２串联，有

P总=UI，44W=220V×I，I=0.2A.

所以R1的实际功率

P实=I 2R1=（0.2A）2×55Ω=2.2W.

说明　电饭锅处于高温挡，是指它相同时间内放出热量多，而电饭锅工作又是把电能转化为内能的用电器，所以电饭锅处于高温挡时，相同时间内消耗的电能多，即它的电功率大；家用电器是在家庭电路中使用的，我们为了使问题简化，如果没有特别说明，一般情况下，都认为家庭电路中用电器工作电压都为220V，所以无论电饭锅是高温挡还是低温挡，它两端的电压是不变的，是一个220V的定值.把I=■代入P=UI可得P=■，这个公式及它的两个变形公式R=■和U=■，用它们来解决家庭电路中有关问题时，常常比较方便.

例4　如图4为某电热水器的电路图，R1为发热板，当热水器处于加热状态时，水迅速被加热；达到预定温度后，S自动切换到另一挡，处于保温状态.

（1）说明S分别接a、b时，热水器对应的工作状态.

（2）若热水器加热时的功率为550W，保温时发热板的功率为88W，求电阻R2.

（3）当S接a时，求电路在5min内消耗的电能.

解析　（1）S接a时，电路中只有R1单独接在电源两端，此时电路中电阻是R1，如图5所示；当S接b时，R1和R2串联接在电源两端，此时电路中电阻是R1+R2，如图6所示；根据电功率的P=■公式可知，在U一定时，电路中电阻小时，电功率就大，电阻大时，电功率就小；所以S接a时，R1单独接在电源两端，热水器处于加热状态；S接b时，R1、R2串联，热水器处于保温状态.