用电器铭牌示数类问题计算例谈

所属栏目:物理教育论文 发布日期:2018-11-24 14:13:12 论文作者:佚名
张琛中摘 要:涉及用电器铭牌示数的电功率计算是电学的重、难点内容,从平时的教学来看,学生掌握的并不理想,主要是对铭牌意义理解不够、解题思路把握不清.实际上针对用电器铭牌示数类问题的求解,有很强的模式化解题思路,即理解铭牌意义,挖掘出隐含条件

张琛中

摘 要:涉及用电器铭牌示数的电功率计算是电学的重、难点内容,从平时的教学来看,学生掌握的并不理想,主要是对铭牌意义理解不够、解题思路把握不清.实际上针对用电器铭牌示数类问题的求解,有很强的模式化解题思路,即理解铭牌意义,挖掘出隐含条件,在此基础上画出等效电路图并进行有效的数形结合,再判断用电器是否正常工作,以此对标注到电路图上的铭牌值进行正确取舍后,再进行电功率的常规计算即可.

关键词:理解意义;挖掘条件;等效电路;数形结合;正确取舍

综观初中物理电学部分,用电器电功率类计算问题占绝对的主体地位,而涉及用电器铭牌示数的计算又构成了电功率计算的重点,所以理解掌握涉及用电器铭牌示数的电功率计算,就变得尤为重要.解决涉及用电器铭牌示数的电功率计算,关键要做好三方面的工作:一是准确理解用电器铭牌示数所表示的物理意义,挖掘铭牌隐含的条件;二是针对具体情景能熟练正确地画出等效电路图,并进行有效的数形结合;三是对用电器能否正常工作分析判断,对已标注于电路图上的铭牌示数进行正确的取舍.

例1 一盏“220V 800W”的电炉接入家庭电路中工作,通过电炉丝的电流是多少?电炉丝的电阻是多少?电炉工作0.5小时,耗电多少度?

分析:这类问题结构单纯,只涉及单一用电器的单一工作问题,因此没有画图的必要性,可直接分析数据进行计算.

首先要明确电炉的铭牌示数告诉的是电炉的额定电压220V和额定电功率800W,这只是用电器铭牌示数的两个显性条件.它还包含两个隐性条件,根据电功率计算公式P=UI的变形公式I=P/U,可以计算出电炉的额定电流约为3.64A;根据公式P=U2/R的变形公式R=U2/P,可以计算出电炉正常工作时的电阻为60.5Ω,而用电器的电阻在没有特别说明时,是视为不变的.所以用电器的铭牌示数所包含的全部信息就有额定电压、额定电流、额定功率和不变量电阻,我们称之为“三个额定值加一个不变量”.

这道题目明确告诉将电炉接入家庭电路中,则表明电炉正常工作,上述三个额定值全部为此时电路中的实际值,可以直接运用.要求电炉耗电的多少,首先明确此时U、I、R、P、t五个物理量均已知可用,在公式的选择上,很明显W=Pt是最佳的,在这里还应注意该公式数据代入时两套单位的灵活选择.

例2 如图1所示,标有“6V 3W”字样的小灯泡与“18Ω 1A”的滑动变阻器串联在电路中,当滑片P在最左端时灯泡正常发光.(不考虑灯泡电阻受温度影响,电源电压不变)求:

(1)电源电压?

(2)当滑片P在最右端时小灯泡的实际电功率?

分析:类似的变化电路问题,要画出等效电路图进行数形结合.由于电路的连接方式在发生变化,针对用电器的铭牌示数,要分析判断用电器能否正常工作,如果正常工作,则铭牌所包含的“三个额定值和一个不变量”全部可以直接使用;如果不能正常工作,则应立即划去“三个额定值”,只留“不变量电阻”可以使用.

首先要明确滑动变阻器的铭牌所表示的物理意义和灯泡的不同,“18Ω 1A”表示滑动变阻器的最大阻值是18Ω,允许通过的最大电流是1A.

当滑片P在最左端时,只有灯泡连入电路,这是一个简单电路,画出等效电路、数形结合后如图2所示,由于此时小灯泡正常工作,小灯泡的额定值就是它的实际值,即小灯泡两端的实际电压是6V,则电源电压为6V.

当滑片P移到最右端时,滑动变阻器全电阻18Ω与小灯泡串联连入电路,此时电源电压6V保持不变,小灯泡不能正常工作.此时应划去小灯泡铭牌值中的额定值,计算出不变量电阻值加以标注,数形结合后的等效电路如图3所示,此时电路中电源电压、两个用电器的电阻已知,属于一个串联电路电功率问题的常规计算,问题迎刃而解.

例3 把标有“10V 10W”字样的灯泡L1和“9V 5.4W”字样的灯泡L2串联后接到电源上,要使两灯都不被损坏,则电源的最大电压应为多少?

分析:这类问题涉及到用电器铭牌示数下极值问题的计算,题目往往没有电路圖,应先画出等效电路进行数形结合,根据极值的对应关系,对用电器能否正常工作进行分析判断,对铭牌示数正确取舍后,再进行具体的数据运算.

由于题目没有提供电路图,先画出符合题意的等效电路并数形结合后如图4所示,接下来要对两个灯泡能否正常工作进行分析判断.由于两灯串联,当电源电压达到最大值时,电路中电流对应最大值,在不损坏灯泡的前提下,每个灯泡的额定电流就是它允许通过的最大电流,所以应计算两个灯泡的额定电流,计算得L1的额定电流为1A,L2的额定电流为0.6A.在保证两灯都不损坏的前提下,电路中电流最大应为0.6A,由此也就可以确定L1不能正常工作,L2正常工作,此时应划去L1的铭牌值中的额定值,计算出其不变量电阻加以标注,整理后的电路图如图5所示.此时只要根据据欧姆定律计算出R1两端的电压6V,即可得电源电压为15V.由于电路电阻一定,当电路中电流为0.6A最大值时对应的电源电压15V为最大值,问题得以顺利解决.

参考文献:

[1]李建平.聚焦课程改革[M].北京:首都师范大学出版社,2002.

[2]黄昭明.走向高效课堂[M].山东:山东文艺出版社,2013.

[3]刘旭东.基础教育课程改革读本[M].甘肃:兰州大学出版社,2006.endprint

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