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初中应用物理知识竞赛专题讲座19专题十九生活用电【知识要点解读】1．我们家庭生活用电都是交变电流，照明电路电压为220V，频率为50Hz。2．家庭电路的主要设备为照明灯和家用电器。家庭电路中为了避免事故要在电路中串联有保险丝；为了便于检修，安装有总开关；为了测量一定时间用电多少，安装有电能表。3．用测电笔可以辨别家庭电路中的火线和零线。4．不高于36V的电压是安全电压。【竞赛知识拓展】电能表上所标电压为额定电压，所标电流为允许通过的电流（额定电流）。由P=UI可计算出电能表允许安装的用电器最大功率。【经典竞赛题分析】例1、（14分）(2016全国初中应用物理知识竞赛)如图17所示为一种新型电器——无叶空气净化暖风器，兼具风扇、制暖和空气净化的功能，其铭牌如表所示。如图18甲所示，电器的底部为进气口，空气进入时要经过滤网净化，然后被马达送入环形通道（内有加热元件）。环形通道一端开有细缝，空气从细缝高速吹出。如图18乙所示，高速吹出的气流，能带动周围和后方的空气，使形成风的空气体积比进气体积增加十几倍。1．请解释这种电器形成风的空气体积比进气体积增加很多的原因。2．如果要将一个“10m×7m×3m”的房间的温度从15℃提升到20℃，请回答：(1)请估算该电器至少需要工作多长时间？（己知空气的密度约为1.22 kg/m³，比热容约为1×10³J/（kg·℃）空气净化暖风器铭牌最大功率制暖2000W凉风/净化40W
送风距离4-7m最强进气气流可达33L/s(升/秒）最强出风气流可达434L/s(升/秒）(2)反思你的估算和实际情况有何差异、解释为什么会有差异？3．如果要净化该房间内的空气，请回答：(1)该电器过滤一遍与房间相同体积的空气至少需要多长时间？(2)反思你计算出的时间和实际情况下将空气过滤干净需要的时间有何差异、解释为什么会有差异？
例2.（2014上海市初中物理竞赛初赛试题）关于家用电路，下列说法中正确的是（）A．电路中的总电阻较大，是因为同时工作的用电器较多[来源:Z.Com]B．电路中的总电流较大，是因为用电器的电阻较大C．安装保险丝，是因为保险丝的电阻较大D．电炉丝热得发红，连接电炉的导线却不热，是因为电炉丝的电阻远比导线的电阻大[来源:Z§xx§k.Com]【参照答案】．D例3、（12分）（2012全国初中应用物理知识竞赛）在学校创新比赛中，小亮同学设计了一个多档位的电热水器。图10甲所示是他设计的电热水器的工作电路图，R1和R2是两根电热丝。他设计的旋转开关如图10乙所示，旋转开关内有一块绝缘圆盘，在圆盘的边缘依次有共10个金属触点（在图乙中用“○”表示，“○”中标有1、2、3、4编号，编号相同的触点用导线连接）。可以绕中心轴转动的开关旋钮两端各有一个金属滑片，转动开关旋钮可以将相邻的触点连接。例如，图10乙中，旋钮上的箭头指向图中位置D，此时，金属滑片将1、2两触点接通，同时另一端也将3、4两触点接通。当旋钮上的箭头指向A、B、C、D不同位置时，可以实现四档加热功率。他设计的四档加热功率如下表所示：温度档位高温中温2中温1低温加热功率/W11006604402641．如果要实现旋转开关沿某个方向转动时，加热功率依次递减或递增，通过计算，分析说明电热丝R1和R2的阻值应该分别为多大?旋钮上的箭头指向A、B、C、D不同位置时，分别对应哪一档加热功率?
2．小亮根据计算结果，借助电池组、电压表和电流表分别截取了电阻大小符合要求的两根电热丝，并按电路图连接好。经检查无误后，小亮将电热器接入家庭电路，同时借助电能表和手表测量电热器在不同档位工作时实际消耗的电功率，结果发现每一档的实际功率均小于按照电热丝电阻值计算的结果，测量后发现电源电压为220V。请简单解释产生这种偏差的原因。3．使用中他发现水温开始升高较快，后来水温升高越来越慢，最后甚至会保持某个温度不再升高，此时水并没有沸腾。并且选择加热档位功率越小，水能够达到的最高温度越低，这是为什么?例4
（15分）（2012全国初中应用物理知识竞赛）如图12甲所示，冰冻是造成高山地区冬季输配电线路倒塔（杆）断线的重要原因。为了避免这类事故的发生，一方面电力工人要及时对输电线路进行除冰作业，另一方面要加强输电线的抗拉能力。一般高压输电线每一根都是由一股位于中间的钢质线芯和六股相同粗细的铝质线芯绞在一起组成的，其横截面如图12乙所示。这种输电线通常被称为钢芯铝绞线（代号LGJ）。已知该钢芯铝绞线所能承受的最大安全拉力为其正常工作情况下拉力的5倍。下表是该种钢芯铝绞线的相关技术数据。铝线（股数×直径）钢线（股数×直径）导线外直径电阻安全载流量（mm）（mm）（mm）（Ω／km）70℃80℃90℃6×3.801×3.8011.40.5194A228A255A1．该电力线路采用钢芯铝绞线而不采用与之同样结构尺寸的铝绞线，其主要目的是什么?2．输电线路结冰后，输电线（连同上面的冰）变粗、变重。为了保证输电线路的安全，防止输电线被拉断，在冰冻的钢芯铝绞线（连同上面的冰，其横截面可以看作圆）的直径D增大到一定值时就必须进行除冰作业，试估算需要进行除冰作业时冰冻的钢芯铝绞线的直径D。（ρ铝＝2.7×103kg／m3，ρ钢＝7.9×103kg／m3，ρ冰＝0.9×103kg／m3，取＝10.7）3．有一种输电线路除冰作业的方法叫“短路熔冰”。所谓“短路熔冰”，就是在短时间内，输电线不经过用电器而直接接通，输电线中通过比平时大许多的电流，利用导线本身发热熔冰以完成除冰作业的方法。短路熔冰时，若一根这种钢芯铝绞线每米的发热功率为200W，则短路熔冰时通过一根钢芯铝绞线的电流大约是多大?（取＝3.2）
【竞赛实战训练】1．关于安全用电，下列说法正确的是()A．有金属外壳的用电器的三脚插头，较长的脚与该用电器的外壳相连B．用测电笔检查电路时，手不能接触笔尾金属体C．控制家用电器的开关应与该用电器并联D．家庭电路中的空气开关跳闸了，一定是发生了短路【参考答案】：A2.用电高峰期，会看到家里的白炽灯泡比正常发光要暗一些．这是因为，用电高峰期并联用电器增多，造成（ ）A．电路中的总电阻增大B．电路中的总电流减小
C．白炽灯泡的实际功率减小D．白炽灯泡的额定功率减小【参考答案】：C3.在如图所示的四幅图中，符合安全用电要求的是（ ） A．电线上晾衣服B．C．用湿手触摸开关DD．【参考答案】：B4．图２所示的用电器中，工作时主要将电能转化为机械能的是【参考答案】：B5.如图8所示是一种家庭电路带指示灯的按键开关的电路图。使用时发现，当开关断开时，照明灯甲熄灭，指示灯乙发出微光；当开关闭合时，只有照明灯甲发光。根据这种开关的控制特性可以判断
A.甲灯的电阻略大于乙灯的电阻B.甲灯的电阻远大于乙灯的电阻C.甲灯的电阻略小于乙灯的电阻D.甲灯的电阻远小于乙灯的电阻【参考答案】：D6．(2012全国初中应用物理知识竞赛)图4甲所示的热熔胶枪是一种装修工具，用于材料涂胶。它的内部有2只相同的PTC（正温度系数）加热元件，其工作电路如图4乙所示，扣动扳机能使固体胶条向前挤压，联动开关S同时掷向A、B，枪口冒出胶液，松开扳机，联动开关S同时掷向B、C。单只PTC元件的电阻随温度的变化如图4丙所示。关于PTC元件的工作情况，下列说法中正确的是（）A．扣动扳机，两只PTC元件串联在电路中B．松开扳机，只有一只PTC元件接入电路C．松开扳机，当温度为80℃时，电路消耗的电功率为55WD．扣动扳机，当温度为180℃时，1min电路消耗的电能为4800J【参考答案】：D
二．填空题1．现在许多宾馆都利用房卡取电，如图10所示。只有把房卡插入槽中，房间内的用电器才能使用。房卡的作用相当于家庭电路中的，房间里各用电器之间是联的。【参考答案】：开关并联2.图为小娟家洗手间的部分电路，白炽灯L上标有“220V40W”字样，L正常工作时电阻为________。该电路存在的安全隐患是________________。小娟改进电路后．想到家人常忘记关灯，便把标有“220V60W”的白炽灯L′与L串联接入A、B之间，则电路的总功率比原来________(填“大”或“小”)，L′与L两端的电压之比为________(不计灯丝电阻的变化)。2．【参考答案】：1210Ω灯L直接接到火线上(填“开关没有接到火线与灯L之间”亦可)小2∶33.小明同学月初观察到家中电能表示数为05315，月末观察到电能表示数变为06278，则他家这段时间内消耗的电能为kW·h.他要借助电能表测量家中电水壶的实际电功率，还需要用到的一种测量仪器是.【参考答案】：96.3秒表4.家庭电路中短路或超负荷运行很容易引发火灾，为了避免此类事故的发生，家庭电路中必须安装 ；如果家用电器内部导线的绝缘皮破损，人体接触家用电器金属外壳时容易发生触电事故，为防止此类事故的发生，家用电器的金属外壳应该 ．【参考答案】：空气开关；接地．
5．（2012全国初中物理竞赛预赛）在一次风暴中，甲、乙两地之间的两根输电线在某处发生了短路，如图3所示，为了确定短路的具体位置，电力工人在甲地把这两根输电线的接头接到电压为3V的电池两端，测出了这时输电线中的电流为30mA。已知输电线每米长度的电阻为0.01欧，则发生短路处离甲地____________m。测出的电流越大，说明短路处离甲地越____________。【参考答案】：5000近四．综合运用题1．（2012全国初中物理竞赛预赛）用空调的制冷和送风是交替进行的，某空调处于制冷状态时的功率P1是2kW，送风状态的功率P2是0.22kW，测得此空调在某段时间内的电功率随时间的关系如图19所示。（1）空调在前5min内处于什么状态？此时通过它的电流是多少？（2）在1h内，这台空调消夏的电能是多少度？（3）在高温天气，由于家庭电路的电压过低而使空调不能启动。请你简述家庭电路电压过低的原因。（4）为了安全用电，许多家庭铺设了空调专线，请你简述铺设空调专线的意义。【名师解析】
2.如图，是号称”绿色节能“的路面减速装置，当车辆驶过减速装置时，该装置会发电．这种高科技的“夜间交警”在帮助车辆减速的同时还能为交通指示起到供能作用．这些在斜坡上的减速装置是由一种与路面齐平的垫板构成，在垫板里面有一系列类似于感应嵌板的物体．当有车辆经过路面时，路面下活动的嵌齿会是嵌板上下浮动，从而像一个小型发电机一样产生电能．据估计，足够稳定的车流量将会使节能装置的发电功率达到10kW．①该装置的原理是 电磁感应 ；它工作过程中能量的转化关系是把机械能转化成 电能 ．②该装置在足够稳定的车流量的情况下，工作8小时的发电量是多少度？③如果该装置在足够稳定的车流量的情况下，工作8小时所获得的机械能是1.44×109J，则该装置的发电效率是多少？
3.如图所示，是小明同学为宜宾港设计的一个货物运送装罝图，其中，AB是长L=10m的传送带，BC是平台，AB两端的高度差h=2.5m，传送带在电动机M的带动下顺时针匀速转动．现有一质量m=542.7kg的货物，从A端随传送带一起匀速地被运送到平台BC上，传送带运行的速度v=4m/s．由于轮轴等方面的摩擦，电动机输出功（转化为机械功）的效率η=80%，电动机允许通过的最大电流为25A．取g=10N/kg求：（1）要使该货物从A端运送到B端，电动机需工作多少时间？（2）货物从A端运送到B端，需克服重力做多少功？电动机的输出功率是多大？（3）如果电动机接在电压U=380V不变的电源上，电动机中线圈的电阻r=1.9Ω，在把货物从A端运送到B端的过程中，电动机消耗的电能是多少？4（2012全国初中应用物理知识竞赛复赛）应急照明灯是在正常照明电源发生故障时，能持续照明而不间断工作的一类灯具，如图6所示。应急照明灯主要由灯泡(或LED灯珠)、蓄电池、充电器、自动控制电路及相关部件组成。在照明电源正常情况下，应急照明灯通过充电器给蓄电池充电，此时，自动控制电路及相关部件自动将灯泡
(或LED灯珠)与蓄电池断开不发光。当照明电路突然停电时，应急照明灯通过自动控制电路及相关部件自动把灯泡(或LED灯珠)跟蓄电池接通，从而实现自动应急照明。下表为某型号应急照明灯的主要技术数据：输入电压充电时间应急照明时间应急照明功率AC220V90min0.96W×2应急照明光源蓄电池种类数量灯泡额定电压类别额定电压容量灯泡2只2.4VNi-Cd2.4V1.8Ah1．在该型号应急照明灯刚投入使用阶段，待蓄电池充满电后，可以实现的最长连续应急照明时间为多少?2．小兰跟老师提出自己要设计并组装一只简易的应急照明灯。老师告诉她实验室现有以下器材：双孔插座及与之配套的插头1套、小灯泡〈额定电压：DC3.0~3.4V，额定电流：350mA)4只、电磁继电器（额定电压：DC6V；额定电流：0.15A）1套及与之配套的低压直流电源(输入电压：AC220V，输出电压：DC6V)1台、蓄电池(两端电压：6V)1只及与之配套的充电器(输入电压：AC220V，输出电压：DC6.3V)1只、导线(足量).如图7所示。
(1)请你帮助小兰在图7上完成简易应急照明灯的接线。要求如下：17①家庭电路正常工作时，充电器自动给蓄电池充电，各灯泡均不发光；172②当家庭电路停电时，蓄电池自动给各灯泡供电，使各灯泡均正常发光，且在一盏小灯炮灯丝烧断后还应该有部分小灯泡能正常工作；(2)小明看到小兰的连接电路后，认为可以去掉低压直流电源，而将电磁铁的两个接线柱直接接在充电器的输出端。请分析这样做不可行的原因。
5．利用太阳能电池在太阳光照射下发电叫光伏发电。安阳市启动了“光伏工程”示范项目，在某中学的教学楼顶安装了总功率为20kW的光伏发电系统。（1）光伏发电系统发电时，_____能转化为_____能。（2）一天的有效光照时间按8h计算，该光伏发电系统一天共发电多少千瓦时？（3）该光伏发电系统一天的发电量，如果由热电转换效率为30％的热电厂来完成，需要燃烧多少千克煤？（煤的热值q煤＝3.0×107J/kg)（4）请写出一条光伏发电的优点。
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