高中 | 电功和电功率 题目答案及解析

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选修3-1

第二章 恒定电流

2.4 串联电路和并联电路

电功和电功率

电热器、微波炉、电磁炉都可用来加热物体,但原理各不相同。

如图所示为某科创小组设计的电吹风电路图,$a$$b$$c$$d$为四个固定触点。可动的扇形金属触片$P$可同时接触两个触点。触片$P$处于不同位置时,电吹风可处于停机、吹热风和吹冷风三种工作状态。$n_{1}$$n_{2}$分别是理想变压器原、副线圈的匝数。该电吹风的各项参数如表格所示。

热风时输入功率$460\;\rm W$
冷风时输入功率$60\;\rm W$
小风扇额定电压$60\;\rm V$
正常工作时小风扇输出功率$52\;\rm W$

①吹冷风时触片$P$                 两点相接触,吹热风时触片$P$                 接触。

$A$$ab$

$B$$bc$

$C$$cd$

②变压器原、副线圈的匝数比$n_{1}:n_{2}$                 

③求小风扇的内阻$R=$                 及吹热风时通过电热丝的电流$I_{Q}=$                 (保留$2$位有效数字)。

[["①$B$","$A$","②$11:3$","③$8.0$","$1.8$"]]

①吹冷风时只有电动机工作,则触片$P$$bc$两点相接触,吹热风时电动机和电热丝同时工作,则触片$P$$ab$接触。

故答案为:$B$$A$

②根据理想变压器电压与匝数比关系得:$\dfrac{{{n}_{1}}}{{{n}_{2}}}=\dfrac{{{U}_{1}}}{{{U}_{2}}}$

其中$U_{1}=220\;\rm V$$U_{2}=60\;\rm V$

代入数据得:$\dfrac{{{n}_{1}}}{{{n}_{2}}}=\dfrac{11}{3}$

③小风扇消耗的总功率为$P=60\;\rm W$,小风扇的内阻为$R$,则内阻消耗的功率为:

${{P}_{}}={{I}^{2}}R$

$P_{内}=P_{输入}﹣P_{输出}$

根据题意得:$P_{输入}=60\;\rm W$$P_{输出}=52\;\rm W$

正常工作时小风扇的电流为$I$,则$I=\dfrac{{{P}_{}}}{{{U}_{2}}}$

联立解得:$R=8.0\;\rm \Omega$

吹热风时电热丝的功率为:

$P_{热}=460\;\rm W-60\;\rm W=400\;\rm W$

通过电热丝的电流为:${{I}_{Q}}=\dfrac{{{P}_{}}}{{{U}_{1}}}$

代入数据得:$I_{Q}≈1.8\;\rm A$

一个可视为定值纯电阻的电热器,分别通以如图($a$)所示的方波交变电流和如图($b$)所示的正弦交变电流。计算电热器两次通电的电功率之比$P_{A}$$P_{B}$                 

[["$5:4$"]]

$a$中电流有效值为$I_{A}$,根据有效值定义得:

$I_{0}^{2}R\dfrac{T}{2}+{{(\dfrac{{{I}_{0}}}{2})}^{2}}R\dfrac{T}{2}=I_{A}^{2}RT$

解得:${{I}_{A}}=\dfrac{\sqrt{10}}{4}{{I}_{0}}$

 $b$中电流为正弦式交流电,有效值为$I_{B}$,则

${{I}_{B}}=\dfrac{{{I}_{m}}}{\sqrt{2}}$

由图可知$I_{m}=I_{0}$

$I_{B}=\dfrac{I_{0}}{\sqrt{2}}$

电热器两次通电的电功率之比为:

$\dfrac{{{P}_{A}}}{{{P}_{B}}}=\dfrac{{{I}_{A}}^{2}}{{{I}_{B}}^{2}}$

联立解得:$\dfrac{{{P}_{A}}}{{{P}_{B}}}=\dfrac{5}{4}$

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