賞析日常生活中的電子電器類問題

電子電器類問題和人們的生活息息相關(guān)，同時也是高考的重點。本文擬從下列幾個方面談?wù)勅粘Ｉ钪械碾娮与娖黝悊栴}，旨在激發(fā)學(xué)生學(xué)習物理的興趣。

1 鎳銅長效電池

美國科研人員正在研制一種新型鎳銅長效電池，這是采用半衰期長達100年的放射性同位素鎳63（ 6328Ni）和銅兩種金屬作為長壽電池的材料，利用鎳63發(fā)生β衰變時釋放電子給銅片，把鎳63和銅片做電池兩極外接為負載提供電能。

例1 下面有關(guān)該電池說法正確的是（ ）

A．鎳63的衰變方程是 6328Ni→ 0-1e+ 6327Cu

B．鎳63的衰變方程是 6328Ni→ 0-1e+ 6329Cu

C．外接負載時鎳63的電勢比銅片高

D．該電池內(nèi)電流方向是從鎳到銅片

解析 因為放射性物質(zhì)放出β粒子后帶正電，銅片得到電子帶負電，所以鎳63相當于電源正極，銅片相當于電源負極，在電源內(nèi)部，電流由負極流向正極，正確答案為：B、C。

2 黑光燈

黑光燈是利用物理方法滅蛾殺蟲的一種環(huán)保型設(shè)備，它發(fā)出的紫色光能夠引誘害蟲飛近黑光燈，然后被黑光燈周圍的交流高壓電網(wǎng)“擊斃”。

例2 回答關(guān)于黑光燈的下列兩個問題：

（1）一只20 W的黑光燈正常工作時，約有5%的能量轉(zhuǎn)化為光能，光能中約有46%是頻率為7×1014Hz的紫光，求黑光燈每秒鐘向外輻射多少個該頻率的光子。（h=6.6×10－34J#8226;s，保留兩位有效數(shù)字）

（2）如圖1是高壓電網(wǎng)的工作電路。高壓電網(wǎng)是利用變壓器將有效值為220 V的交流電壓變成高壓，高壓電網(wǎng)相鄰兩極間距離為0.5cm，已知空氣在常溫常壓下?lián)舸╇妶鰹?220 V/cm，為防止空氣被擊穿造成短路，變壓器的初，次級線圈的匝數(shù)比不得超過多少，

解析 （1）由能量守恒可知：nhν=ηPt，所以：n=ηPthν =1.0×1018

（2）設(shè)初、次級線圈的匝數(shù)比為1∶N，由變壓原理有：2202∶（6220×0.5）=1∶N，所以：N=10。故變壓器的初、次級線圈的匝數(shù)比不得超過1∶10。

3 電飯煲

如圖2所示，是電飯煲的電路圖，S1是一個限溫開關(guān)，手動閉合，當此開關(guān)的溫度達到居里點（103℃）時會自動斷開，S2是一個自動溫控開關(guān)，當溫度低于約70℃時會自動閉合，溫度高于80℃時會自動斷開，紅燈是加熱狀態(tài)時的指示燈，黃燈是保溫狀態(tài)時的指示燈，



例3 在電飯煲的電路圖中限流電阻R1=R2=500Ω，加熱電阻R3=50Ω，兩燈電阻不計。

（1）根據(jù)電路分析，敘述電飯煲煮飯的全過程。

（2）簡要回答，如果不閉合S1電飯煲能將飯煮熟嗎？

（3）計算加熱和保溫兩種狀態(tài)下，電飯煲的消耗功率之比。

解析 （1）當電飯煲盛上食物，接通電源后，S2自動閉合，同時把手動開關(guān)S1關(guān)閉，這時，黃燈由于短路不發(fā)光，而紅燈接通，紅燈亮，電飯煲開始對食物加熱，加熱到80℃時，S2自動斷開，S1仍閉合，待電飯煲中水燒干后，溫度上升到103℃時，開關(guān)S1自動斷開。這時飯已煮熟，黃燈亮，電飯煲處于保溫狀態(tài)，由于電飯煲散熱，待溫度下降到70℃時，S2自動閉合，電飯煲重新處于加熱狀態(tài)，等溫度上升到80℃時，S2自動斷開，電飯煲再次處于保溫狀態(tài)。

（2）不能，因為只能將食物加熱到80℃。

（3）設(shè)電飯煲處于加熱狀態(tài)時，消耗的功率為P1=U2/R23，電飯煲處于保溫狀態(tài)時，消耗的功率為P2，則P2=U2/（R1+R23），所以：P1∶P2=12∶1。

4 離子煙霧傳感器

如圖3所示用于火災(zāi)報警的離子煙霧傳感器，在網(wǎng)罩Ⅰ內(nèi)有電極Ⅱ和Ⅲ，a、b端接電源，Ⅳ是一小塊放射性同位素镅241，它能放射出一種很容易使氣體電離的粒子。平時，镅放射出的粒子使兩個電極間的空氣電離，在a、b間形成較強的電流。發(fā)生火災(zāi)時，煙霧進入網(wǎng)罩內(nèi)，煙塵顆粒吸收空氣中的離子和镅發(fā)出的粒子，導(dǎo)致電流發(fā)生變化，電路檢測到這種變化從而發(fā)出警報。

例4 下列有關(guān)這種報警器的說法正確的是 

A．镅241發(fā)出的是α粒子，有煙霧時電流增強

B．镅241發(fā)出的是α粒子，有煙霧時電流減弱

C．镅241發(fā)出的是 β粒子，有煙霧時電流增強

D．镅241發(fā)出的是 β粒子，有煙霧時電流減弱

解析 由信息“很容易使氣體電離的粒子”可知镅241發(fā)出的是α粒子，因“煙塵顆粒吸收空氣中的離子和镅發(fā)出的粒子”，形成電流的離子減少，故有煙霧時電流減弱，正確答案為：B。

5 漏電保護器

如圖4所示是家庭用的“漏電保護器”的關(guān)鍵部分原理圖，其中P是一個變壓器的鐵心，入戶的兩根電線（火線和零線）采用雙線繞法，繞在鐵心的一側(cè)作為原線圈，然后再接戶內(nèi)的用電器，Q是一個脫扣開關(guān)的控制部分（脫扣開關(guān)本身沒有畫出，它是串聯(lián)在本圖左邊的火線和零線上，開關(guān)斷開時，用戶的供電被切斷），Q接在鐵心另一側(cè)副線圈的兩端a、b之間，當a、b間有電壓時，脫扣開關(guān)即斷開，使用戶斷電。

例5 回答關(guān)于“漏電保護器”的下列兩個問題：

（1）用戶正常用電時，a、b之間有沒有電壓?為什么?

（2）如果某人站在地面上，手誤觸火線而觸電，脫扣開關(guān)是否會斷開?為什么?

解析 （1）正常用電時，變壓器初級線圈中火線與零線電流大小相等，方向相反，鐵心中磁通始終為零，副線圈ab中無電壓。

（2）用戶在接用電器端時，如手觸火線，電流通過人體到地，此時變壓器初級火線電流大于零大于零線電流，鐵心中有磁通變化，Q中有感生電流，使脫扣開關(guān)斷開電路，從而起到安全保護作用。

6 自動恒溫箱

如圖（甲）所示是溫度為10℃左右的環(huán)境工作的某自動恒溫原理簡圖，箱內(nèi)的電阻R1=20kΩ，R2=10kΩ，R3=40kΩ，Rt為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖（乙）所示，當a、b端電壓Uab＜0時，電壓鑒別器會使開關(guān)K接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度升高，當Uab＞0時，電壓鑒別器使K斷開，停止加熱。



例6 這個恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在多少℃？

解析 由題意可知：當Uab=0時，恒溫箱內(nèi)的溫度保持不變，設(shè)此溫度恒為t，熱敏電阻阻值為Rt，由圖中的電路結(jié)構(gòu)特點可得：要使Uab=0，應(yīng)有：R1/R2=R3/Rt．即：20/10=40//Rt，Rt=20 kΩ，又由R-t圖象可查得對應(yīng)Rt=20 kΩ時的溫度t=40℃。所以恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在40℃。

7 全自動洗衣機的水位開關(guān)

全自動洗衣機的水位開關(guān)是一個壓力開關(guān)，其工作原理是利用開關(guān)內(nèi)的空氣隨著水位上升所增加的壓力產(chǎn)生開關(guān)動作，關(guān)閉水閥。在排水時，隨著水位的下降，空氣室內(nèi)的壓力隨之下降，開關(guān)回復(fù)到初始位置。如圖7所示，當水被注入洗衣桶后，其中的空氣很快被封閉在左側(cè)的小管中，隨著水位的上升，被封閉的空氣壓強將增大，通常桶內(nèi)外液面差為h（15～35cm）。

例7 求下列兩個問題：（1）被封閉的空氣的壓強范圍；（2）若橡膠膜片的半徑為r=2.5cm，則壓縮空氣對橡膠膜片的壓力F的范圍為多少？

解析 （1）設(shè)被封閉氣體的壓強為p，所以有：p=p0+ρgh，因桶內(nèi)外的液面高度差h為15～35cm，故封閉氣體壓強最小為：p1=p0+ρgh1=1.015×105Pa，封閉氣體壓強最大為：p2=p0+ρgh2=1.034×105Pa。所以封閉氣體的壓強范圍為：1.015×105Pa～1.034×105Pa。



（2）因為F=pS，所以壓縮空氣對橡膠膜片最小壓力為：F1=p1S=p1πr2=199.2N，最大壓力為：F2=p2S=p2πr2=202.9N，故橡膠膜片的壓力范圍為199.2N～202.9N。

8 彩色電視機的電源濾波器

在彩色電視機的電源輸入端裝有電源濾波器，其電路圖如圖8，主要元件是兩個電感線圈L1、L2，它們的自感系數(shù)很大，F(xiàn)是保險絲，R是壓敏電阻（正常情況下阻值很大，但電壓超過設(shè)定值時，阻值會迅速變小，可以保護與其并聯(lián)的元件），C1、C2是電容器，S為電視機開關(guān)。



例8 某一次用戶沒有先關(guān)電視（斷開S）就拔去電源插頭，結(jié)果燒壞了圖中電路元件，可能被燒壞的元件是（ ）

A．C2B．C1C．L1或L2D．F

解析 當斷開電源時，由于線圈的自感系數(shù)很大，所以可產(chǎn)生高電壓，此高電壓在回路中形成電流。因為壓敏電阻R阻值迅速變小，與之相連的電容C1被保護，但電路中的電流很大，可能把線圈L1或L2燒壞；同時，因為電容C2兩端的電壓較高，所以電容C2也可能被燒壞。正確答案為：AC。

9 延遲保險絲

彩色電視機剛剛啟動時，由于機內(nèi)的消磁電路工作，電視機的電流很大，會達到3A。不過，經(jīng)過一段極短時間，消磁電路會自動停止工作，這時電視機的工作電流遠小于3A，只有0.4A左右，這就給設(shè)置保險絲帶來了一個難題：若用3A的保險絲，保證了電視機的正常啟動，但由于保險絲的熔斷電流遠大于正常工作時的電流，那么3A的保險絲在電視機正常工作時就失去了保險作用。若是用接近工作電流的保險絲，顯然正常工作時有保險作用，但電視機一啟動就會燒斷它，電視機便無法正常工作。為了解決這一矛盾，人們制造了一種特制的保險絲，叫做“延遲保險絲”，它允許長時間通過的電流只有0.4A左右，但在極短的時間內(nèi)可承受3A以上的電流而不熔斷。這種“延遲保險絲”正好適合彩色電視機這種特殊需要。

例9 關(guān)于“延遲保險絲”的以下說法中正確的是（ ）

A．它的電阻一定比普通保險絲的電阻大

B．它的電阻一定比普通保險絲的電阻小

C．它很可能是用超導(dǎo)材料制造的

D．它的電阻跟普通電阻沒有什么區(qū)別

解析 因保險絲的制造原理是利用電流的熱效應(yīng)，當“延遲保險絲”在極短時間內(nèi)不至于熔斷，由Q=I2Rt可知，“延遲保險絲”的電阻一定比普通保險絲的電阻小。正確答案為：B。