内容正文:
专题廿五 电学简答题
公式类:答题格式:生活原因、物理原因、控制变量、原理公式、物理结论、生活结论。
一、欧姆定律
1.油量表工作原理。
答:油面上升时,浮子上升,滑杆顺时针转动,电阻R连入电路中的电阻变小,电压一定时,由I=U/R可知,电路中的电流变大,所以电流表示数变大。
2.由I=U/R可得R=U/I,导体的电阻与它两端电压成正比,与电流成反比,这种说法对吗?为什么?
答:不对,电阻是导体本身的一种性质,只与导体的材料、长度、横截面积、温度有关,与导体两端的电压和通过导体的电流无关。
二、电功、电功率
1.写出在家庭电路中实现节约用电的具体方法及理论依据。
答:用节能灯代替亮度相同的白炽灯,用电器的电功率减小,通电时间一定时,由W=Pt可知,消耗电能减少,可以省电;
人走灯灭(随手关灯),通电时间减少,电功率一定时,由W=Pt可知,消耗电能减少,可以省电。
2.用久的灯泡为什么会变暗?用学过的物理知识解释其原因。
答:①电学知识:用久的灯丝升华变细,电阻变大,电压一定时,由P=UI和I=U/R得P=U2/R可知,灯泡的实际功率变小,亮度变暗;
②热学知识:用久的灯泡,灯丝升华成钨蒸汽,钨蒸汽遇到冷的玻璃泡又凝华在灯泡内壁上,使灯泡的内壁变黑,透光性减弱,所以灯泡变暗。
3.灯丝烧断后重新搭接上使用,为什么比原来更亮?
答:灯丝烧断后重新搭接上,灯丝长度变短,电阻变小,电压一定时,由P=UI和I=U/R得P=U2/R可知,灯泡的实际功率变大,所以比原来更亮。
4.傍晚用电高峰,为什么灯泡发光变暗?
答:用电高峰期,同时使用的用电器增多,用电器的总功率变大,电压一定时,由I=P/U可知,干路上电流变大,导线电阻一定,由U=IR可知,导线分的电压变大,灯泡两端电压变小,灯泡电阻一定,由P=UI和I=U/R得P=U2/R可知,灯泡的实际功率变小,所以灯泡变暗。
5.前些年,白炽灯还是照明灯具的主力军 ,人们为了延长白炽灯的使用寿命,在楼道里常把两只相同的白炽灯串联起来使用。但这样两只灯发光时的整体亮度,还不如只用其中一只灯时亮。小明很疑惑“为什么会变暗呢?”请你用所学的知识为小明解惑。
答:当把两只相同的白炽灯串联起来的总电阻大于一只灯泡的电阻,电压一定时,由P=UI和I=U/R得P=U2/R可知,两个灯泡的实际总功率比一个灯泡的实际功率小,所以两只相同的灯泡串联起来使用的整体亮度还不如只用一只灯时亮。
6.随着手机技术的快速发展,越来越多的手机采用“超级快充”技术。现有甲、乙两个充电器,甲充电器上标注“输出5V~1A”,乙充电器上标注“输出5V~4.5A”,请你用所学的物理知识判断哪个充电器是“超级快充”,并写出你判断的依据。
答:当甲乙充电器输出的电能和输出电压一定时,由W=UIt可知,乙充电器的输出电流更大,充电时间更短,是“超级快充”。
三、焦耳定律
1.为什么电炉丝热得发红,而导线却几乎不发热?
答:电炉丝的电阻比导线的电阻大,电炉丝与导线串联,电流和通电时间相等,由Q=I2Rt可知,电炉丝比导线产生的热量多,所以电炉丝热得发红而导线几乎不发热。
2.为什么白炽灯灯丝在开灯的瞬间容易烧断?
答:开灯瞬间,灯丝温度低,电阻小,电压一定时,由I=U/R可知,电流变大,在灯丝电阻和通电时间一定时,由Q=I2Rt可知,产生的热量多,所以开灯瞬间灯丝容易烧断。
3.灯丝烧断后重新搭接上使用,搭接处容易烧断,解释其原因。
答:因为灯丝搭接处电阻比较大,灯丝搭接处与别处串联,电流和通电时间相等,由Q=I2Rt可知,搭接处产生的热量多,所以搭接处容易烧断。
4.电线搭接处容易烧断的原因?
答:搭接处电阻较大,搭接处与相连的导线串联,电流和通电时间相等,由Q=I2Rt可知,搭接处比别处产生的热量多,所以搭接处更容易烧断。
5.一款劣质墙壁插座,由于插头与插座接触不牢,导致插头与插座连接处比别处更容易发热,加速老化,甚至引起火灾。试分析原因。
答:插头与插座接触不良,该处电阻较大,插头处与其他处串联,电流和通电时间相等,由Q=I2Rt可知,插头处产生的热量较多,所以往往比别处更容易发热,甚至引起火灾。
6.生活中导线与插座连接时,有人会将直导线的裸露直接插入接线孔,但更好的接法是先将导线裸露端折成“U型”再插入,这种“U型”接法可以大大增大连接处的接触面积,会更安全。请用物理知识解释其中的道理。
答:“U型”接入法可以增大连接处的接触面积,连接处的电阻较小,连接处与其他处串联,电流和通电时间相等,由Q=I2Rt可知,连接处产生的热量较少,更安全。
7.导线连接是电工作业的一项重要工序,直接影响到整个电路的长期安全可靠的运行。如图所示,工人师傅常常在线头处将金属导线紧贴密绕8~10圈,请你用所学的知识解释这样做的好处。
答:在导线长度、材料一定时,在线头处将金属导线紧贴密绕8~10圈,增加了接头处两根导线的接触面积,可以减小接头处的电阻,在电流和通电时间一定时,根据Q=I2Rt可知,电阻减小,接头处的发热减少,有利于整个电路的长期安全可靠的运行。
8.“超级快充”的充电线比普通的充电线要粗,从线路安全角度分析原因。
答:“超级快充”工作时充电线中的电流大于普通手机充电线的电流,在充电线的电阻和通电时间一定时,由Q=I2Rt可知,充电线产生热量过多,不安全。为保证线路安全,在电流较大时,要减少充电线产生的热量,就应减小导线的电阻,因而在充电线的材料和长度一定时,应增大电线的横截面积,即电线粗一些,所以“超级快充”手机充电线比曾通手机充电线粗。
9.电暖气的电热丝烧断了,把断了的电热丝两端直接拧在一起,接好后比原来还暖,请你用所学物理知识解释其中的道理。
答:电热丝烧断后,把断了的电热丝两端拧在一起,在材料和横截面积一定时,电热丝的长度变短,电阻变小;电源电压一定,根据P=UI和I=U/R得P=U2/R 可知,电暖气的电功率变大,由Q=W=Pt可知,在时间一定时,产生的热量更多,所以电暖气接好后比原来还暖。
四、家庭电路
1.在使用试电笔时,有电流流过人体,为什么人没有触电?
答:使用试电笔时,人体与试电笔串联,由于试电笔中有一个阻值约为一百万欧的电阻,所以电路中的总电阻很大,电压一定时,由I=U/R可知,通过人体和试电笔的电流很小,所以人不会触电。
2.为什么电源线比标准线细时容易发热?
答:电源线变细,横截面积变小,材料和长度一定时,电源线的电阻变大,电流和通电时间一定时,由Q=I2Rt可知,电源线比标准线产生的热量多,所以容易发热。
3.空调电源线不宜过长的的原因?
答:空调的电功率较大,电压一定时,由I=P/U可知,通过电源线的电流较大,电源线长度越长,材料和横截面积一定时,电阻越大,电流和通电时间一定时,由Q=I2Rt可知,电源线产生的热量越多,容易引起火灾,所以空调电源线不宜过长。
4.空调电源线为什么要粗一些的原因?
答:空调的电功率较大,电压一定时,由I=P/U 可知,通过电源线的电流较大,电源线横截面积越大,材料和长度一定时,电阻越小,电流和通电时间一定时,由Q=I2Rt可知,电源线产生的热量越少,不易发热,所以空调电源线要粗一些。
5.用电高峰期容易发生火灾的原因。
答:用电高峰期,同时使用的用电器越多,用电器的总功率越大,电压一定时,由I=P/U可知,电流越大,在电阻和通电时间一定时,由Q=I2Rt可知,产生的热量越多,所以用电高峰期容易发生火灾。
6.导线绝缘皮老化破损容易容易发生火灾的原因。
答:导线绝缘皮老化破损,火线和零线相连,发生短路,电路中的电阻很小,电压一定,由I=U/R 可知,电路中的电流很大,导线的电阻和通电时间一定时,由Q=I2Rt可知,导线产生的热量很多,容易发生火灾。
7.导线绝缘皮老化破损容保险丝熔断的原因。
答:导线绝缘皮老化破损,火线和零线相连,发生短路,电路中的电阻很小,电压一定,由I=U/R可知,电路中的电流很大,保险丝的电阻和通电时间一定时,由Q=I2Rt可知,保险丝产生的热量很多,温度达到熔点而熔断。
8.同时使用多个用电器,保险丝熔断的原因。
答:同时使用多个用电器,用电器的总功率过大,电压一定时,由I=P/U 可知,电路中的电流过大,保险丝的电阻和通电时间一定时,由Q=I2Rt可知,保险丝产生的热量过多,温度达到熔点而熔断。
9.入冬后,小明和爸爸一起到商场给爷爷选购一台电暖器。对于同一款电暖器在高温挡和低温挡工作时的电路情况,父子俩有不同的意见。爸爸认为高温挡时电暖器接入电路的电阻大,而小明认为高温挡时电暖器接入电路的电阻小,你赞同谁的观点,并阐述理由。
答:赞同小明的观点。加在电暖气两端的电压一定时,由P=UI和I=U/R得P=U2/R可知,电暖气高温挡的功率大,接入的电阻小。
10.我国城乡许多地区进行家庭供电线路的改造,主要内容是把电线换成更粗的,电能表换成额定最大电流更大的,请你说一说这种改造的必要性。
答:把电线换成更粗的,导线的横截面积变大,电阻变小,电流和通电时间一定时,由Q=I2Rt可知,导线产生的热量变少,电能的损失就变少。同时,导线分的电压变小,用电器的电压变大,用电器的电阻一定时,由P=UI和I=U/R得P=U2/R可知,用电器的实际功率变大。
在线路改造时,把电能表换成额定最大电流更大的,电压一定时,由P=UI可知,这样可以使家庭电路中允许接入的总功率更大。
11.小伟将手机充电器插入插座时,家庭电路中的保险丝立即熔断。请你判断保险丝熔断的原因,并应用所学的物理知识进行解释。
答:手机充电时的功率很小,不会造成总功率过大,说明是充电器插头处发生了短路,短路时电路电阻很小,由I=U/R可知,短路造成干路中的电流过大。
根据Q=I2Rt可知,在保险丝电阻和通电时间一定时,电流越大,保险丝产生的热量越多,温度升高,达到熔点,导致保险丝熔断。
12.有经验的电工师傅在维修电路时,会先将电闸断开,再将图中“屏蔽器”插入插座,“屏蔽器”两插片之间用导线相连,若有人在不知道的情况下闭合电闸,空气开关会跳闸,将电路断开,起到安全保护的作用。请你用所学物理知识解释其中的道理。
答:“屏蔽器”的两个插片之间用导线相连,当“屏蔽器”插入插座,把火线和零线连接在一起,当有人闭合电闸,电路形成短路,电路中的电阻很小,在电压一定时,由I=U/R可知,电路中的电流很大,空气开关跳闸,保证安全。
13.柔性电池制成的衣服不可用水洗原因:生活用水是导体,将柔性电池制成的衣服泡入水中,水把电池的正负极连在一起电路形成短路,电路中的电阻很小,在电压一定时,由I=U/R可知,电路中的电流很大,会损坏电池,甚至造成人身伤害。
14.石墨炸弹
太空笔不用铅笔。
15.图片中的五孔插座中三孔插口被插上后,两孔插口就插不进去,三孔与两孔不能同时使用,使用不方便。解释这种设计的原因?
16.如图所示,小明家冰箱的插头断了一个脚。他试着把这个插头插入插座,发现冰箱仍然可以运转,但是妈妈告诉他,必须更换新的三脚插头。你认为妈妈的说法是否正确?
答:正确。理由是冰箱具有金属外壳,在使用时金属外壳应与地线相连,图中断掉的插脚就是与冰箱的金属外壳相连的,缺少了它,金属外壳无法接地。如有漏电时,冰箱金属外壳与火线相连,人接触冰箱,火线、人体、大地形成回路,有较大电流通过人体,易发生触电事故。
例1 小鸡孵化器的温度高于小鸡的孵化温度,要将孵化器的温度调低一些,是需要将孵化器的电阻丝调长一些还是短一些,为什么?
答:电阻丝应该调长一些。电阻丝调长,在材料和横截面积一定时,电阻增大,由I=U/R和P=UI得P=U2/R,在电压一定,电阻丝的功率变小;在通电时间一定时,由Q=W=Pt可知,电阻丝产生的热量减少,温度降低。
例2 某市场有甲、乙两种容积相同的电热水壶,额定电压均为220V,额定功率分别为800W和1500W。请你从下列不同角度,作出选择并说明选购理由。
①从烧水快的角度考虑,应选购哪种电热水壶?说明理由。
②若家庭电路的电压是220V,室内插座的额定电流是5A,用该插座给电热水壶供电,从安全用电的角度考虑,应选购哪种电热水壶?说明理由。
答:①应选购乙。在两个电热水壶消耗的电能一定时,由W=Pt可知,功率越大,时间越短,烧水越快。
②应选购甲。由P=UI可知,额定电压是220V、额定电流是5A的插座,在实际电压是220V时,允许接入的最大功率是1100W,大于甲电热水壶的额定功率,小于乙热水壶的额定功率,所以应选购甲电热水壶。
例3 电能是社会生活中的重要资源,每个人都应具有节约用电的意识。请你结合日常生活中的用电情况,写出在家庭电路中实现节约用电的具体方法及理论依据。
答:选购能效等级更高的用电器,相同的用电器能效等级越高,电功率越小,通电时间一定时,根据W=Pt可知,消耗电能减少,越省电;
减少使用电器的待机功能,待机时间减少,在待机电功率一定时,根据W=Pt可知,消耗电能减少,可以省电。
例4手机调成省电模式,减小了手机的功率,在手机电池存储的电能一定时,根据W=Pt可知,工作时间可以延长。
例5 解释远距离输电采用高压输电可以节能的原因。
答:远距离输电采用高压输电,在输送电能的功率一定时,升高输送的电压,由P=UI得,电流减小,在输电线的电阻和通电时间一定时,由Q=I2Rt可知,导线产生的热量减少,减少电能损失。
例6 科普小组在调研市场时发现,某些不良商家为了降低成本,将多芯铜导线的根数从国家标准的32根减为26根,使用这种劣质导线会存在较大的火灾隐患。请用所学的物理知识解释其原因。
例7 为了用电安全,插线板新国家标准在线材方面要求:最大工作电流为16A的延长线插座导线的最小横截面积由原来的1mm²增加到1.5mm²。请你根据所学物理知识解释增加导线横截面积的好处。
例8 小伟查阅资料了解到:复旦大学科研团队在室温下制备出一种新型超高导电材料——砷化铌纳米带,该纳米带材料电导率是铜薄膜的一百倍,石墨烯的一千倍,是二维体系中目前已知最高导电率的半金属材料。由于其具有超强的导电性,小伟认为该材料适合作高压输电线。请你运用所学知识对小伟的观点进行评价。
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