科学与生活.docx

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科学与生活

科学与生活

1、电灯泡

生活问题：

白炽灯是人们常用的照明用具，如图1—4—7所示．根据你对白炽灯的了解，请提出两个与物理知识有关的问题，并针对提出的问题作出简要回答．

例如：

问题：

白炽灯的灯丝用久了为什么会变细?

简答：

在高温状态下工作灯丝升华造成的．

（1）问题：

简答：

（2）问题：

简答：

分析点拨：

“提出问题”是中考一个新题型，它多采用绘图或描述的方式，展现有关用品及其物理情景，引导学生提问．白炽灯是我们日常生活中常见的一种照明用具，它涉及有许多的物理问题，可以从制造的材料、形状、工作情况等方面提出相应的问题．“提出问题”是科学探索的第一步，该题型有利于考查和培养学生的科学探索的意识及相关能力，本题是针对学生非常熟知的白炽灯和灯头，学生可以提出很多问题并可以做出简答：

解：

（1）白炽灯的工作原理是什么？

白炽灯是利用电流的热效应工作的．

（2）铁螺扣套为什么有花纹？

为了增大灯口螺套和灯头之间的摩擦．

（3）灯泡内为什么要抽出空气？

防止钨丝在高温下氧化燃烧．

（4）塑料灯口上盖内的电线为什么要打一个纽扣节？

纽扣节承担灯头及灯泡的重力，使电线与灯头接点不受力而不松脱．

（5）灯泡和灯头上哪些由导体组成的？

灯丝、灯丝支架、螺丝套和灯头尾触点是由导体组成的．

（6）白炽灯在工作时能的转化是怎样的？

等等．

2、电水壶

生活问题：

家庭中常用电热水壶烧水，它具有方便、环保的优点．下表是小红同学收集到的烧开一壶水的有关数据，请按要求作答．（设电阻值不变、计算结果保留小数点后面两位）

（1）烧开这壶水至少需吸收多少热量?

（2）用所学知识计算出与本题相关的三个电学方面的物理量．要求写出简要的文字说明、计算过程和结果．

（3）小红同学通过计算、分析发现，烧开一壶水实际加热时间大于理论计算时间．你认为产生这种现象的原因是什么?

请简要分析．

水的质量m／kg

0．5

电热水壶铭牌

额定电压U／V

220

水的初温t0/℃

20

额定功率P／W

440

水的比热容c／[J／（kg·℃）]

4．2×103

实际电压U／V

200

大气压值

一个标准大气压

实际加热时间t／min

9

分析点拨：

电水壶结构比较简单，主要由发热体和金属壶壳组成，在工作时是通过电流做功将电能转化为内能．对于电水壶的考查往往涉及到能量的转化、壶的构造、物态的变化和电及热学知识．本问题是将电与能量的转化结合在一起，综合考查了识“铭”的知识．

解：

（1）Q水吸=c水m水（t水一t0水）

=4．2×103J／（kg·℃）×0．5kg×（100℃—20℃）=1．68×105J

（2）当电热水壶正常工作时：

I额=

=2A

R=

=110Ω

当实际电压为200V时：

I实=

=1.82A

P实=

=363.6W

W实=P实t实=363.6W×540s=1.96X105J

（3）实际上烧开一壶水的加热时间总是要大于理论计算时间,这是因为在实际上烧开水时，首先是燃料不可能完全燃烧，其次，是燃料在燃烧过程中放出的热量有散失，同时壶本身也要吸收热量，这些因素均会造成实际加热时间的延长．

3、电饭锅

生活问题：

某一电饭锅，内部电路如图1—4—8所示．R1是加热电阻，阻值为48.4Ω；R2是限流电阻，阻值为484Ω．煮饭时，接通电源（220V50Hz）、闭合手动开关Sl，电饭锅处在加热状态．当锅内食物温度达到103℃时，开关S1会自动断开，断开后若无外力作用则不会自动闭合．S2是一个自动温控开关，当锅内食物温度达到80℃时会自动断开，温度低于70℃时会自动闭合．问：

（1）若接通电源后没有闭合开关S1，那么电饭锅能将饭煮熟吗?

为什么?

（2）在一个标准大气压下若用这种电饭锅烧水，则开关S1的自动断电功能不起作用，这是为什么?

（3）在加热和保温两种情况下，电饭锅消耗的电功率之比是多少?

若电饭锅电能转化为内能的效率为84％，那么在一个标准大气压下将温度为20℃、质量为2.5kg的水烧开，至少需要多长时间?

分析点拨：

电饭锅是利用发热体，将电能转化为内能工作的．从电饭锅的工作情况看：

当按下开关S2，开关横杆把磁铁向上顶贴着感温软磁，发热体接通，开始加热；在饭煮熟前，锅内有水，所以电饭煲内温度不会超过100℃，感温磁钢仍有磁性，使电源开关处于“通”的状态；当饭煮熟后，煲内没有水，温度便会逐渐上升，当升至103℃时，感温软磁就不受磁铁吸引，开关的杠杆因弹簧的弹力及本身的重力而下降，迫使接触点分开，发热体断电．同时，接通另一保温电路，通过热双金属片恒温器自动控制恒温，从而将饭的温度保持在70℃左右．

解：

（1）不能

不闭合S1，电饭锅只能处在保温状态电饭锅内食物的温度不超过80℃

（2）在1标准大气压下,水的沸点是100℃，所以S1自动断电功能不起作用.

（3）加热和保温电饭锅消耗的电功率之比：

P加热/P保温=（U2/R1）/[U2/（R1＋R2）]

=（R1＋R2）/R1

=（48.4Ω＋484Ω）/48.4Ω=11/1

（4）一个标准大气压下，将水烧开须吸收的热量为：

Q吸=cm（t-t0）=4.2×10J/（kg·℃）×2.5kg×（100℃—20℃）=8.4×105J

所以Q放=Q吸/η=8.4×105J/84%=106J

由Q放=U2t/R1得：

需要时间：

t=Q放R1/U2=106J×48.4Ω/（220V）2=103s

4、电熨斗

生活问题：

下面是HG2003家用蒸汽电熨斗示意图（图1—4—9所示）和铭牌，使用时水箱中的水滴从被加热的底板气室迅速汽化产生向下的蒸汽．

额定电压

220V

功能

汽烫、干烫

额定频率

50Hz

蒸汽方式

滴下式

额定功率

1000W

质量

1．3kg

底板面积

160cm2

放置方式

自立式

（1）某师傅在用熨斗干烫衣服时，用了19N向下的力压熨斗，在此过程中，衣服受到的压强是多大？

（2）用熨斗汽烫时先预热，使金属底板的温度从20℃升高到220℃，温控开关自动断开，已知底板的质量为1kg，铁的比热为0.46×103J/（kg·℃），问蒸汽电熨斗预热时底板吸收多少热量？

（3）汽烫时，水滴入汽室，由于水升温汽化带走热量.当底板温度降到190℃时，温控开关自动闭合，当加热到220℃时又断开，如此反复.若蒸汽电熨斗大体按图1—4—10所示程序工作，10min烫一件衣服共消耗多少电能？

分析点拨：

蒸汽电熨斗是家用电器之一，这是一道综合了电、热、力学知识的条件开放计算题．解答此类问题，首先要了解图、表中各物理量的意义，然后分析各物理量间的数量关系，再利用有关公式计算．要得到衣服受到的压强，先要求出其受到的压力，压力等于人施加的压力与熨斗重力之和；由题已知根据公式Q＝cm（t－t0）可计算出吸收的热量，再由能的转换关系，分析图蒸汽电熨斗的工作情况——每20s加热15s，计算10min内的工作时间，然后根据电功公式W＝Pt求出消耗的电能．

解：

（1）由表可知：

m=1.3kgFˊ=19NS=160cm2=1.6×10-2m2

熨斗熨烫衣服时,对衣服压力：

F=mg+Fˊ=1.3kg×10N/kg+19N=32N

P=

=2×103Pa

（2）mˊ=1kgc=0.46×103J/（kg·℃）T0=20℃T=220℃

由Q吸=cm（t－t0）得：

Q吸=0.46×103J/（kg·℃）×1kg×（220℃－20℃）=9.2×104J

（3）由铭牌可知额定功率P＝1000W，工作t＝600s

所以电熨斗的加热时间为：

t总=600s×（15s/20s）＝450s

故烫一件衣服共消耗电能：

W＝Pt＝1000W×450s＝4．5×105J

5、电冰箱

冷冻室容积

86L

冷藏室容积

120L

额定电压

220V

额定频率

50Hz

输入总功率

125W

耗电量

0.55kw·h/24h

生活问题：

右表是小明家新买的电冰箱铭牌上的部分数据.小明所在地区每度电按0.4元收费，正常使用这台电冰箱30天，消耗的电能是多少焦？

应付的电费是多少元？

分析点拨：

本题是一道与生活实际相联系的运用型计算题，解答时能由图表给出的信息筛选获取有用的数据，这就要求看图表首先能够明确每一组数据所代表的物理意义，这样才能明辩哪一组数据是有用的，也才能够根据已知条件选用关系式解决问题．

解：

由题意根据W=Pt得

W=0.55kw·×30×24h　

　　　　=16.5kw·h　　

　　　　=16.5×3.6×106J　　

　　　　=5.94×107J　　

　　所以应付电费￥=16.5kw·h×0.4元/（kw·h）=6.6元　　

　正常使用这台电冰箱30天，消耗的电能是5.94×107J，应付电费是6.6元.

6、电热水器

生活问题：

下表是小天鹅“蓝金刚”电热水器的参数表，请根据表中的参数回答下列问题：

型号

XCD　50B

额定电压/V

220

额定功率/kW

1．5

温度设定范围/℃

30～85

内胆压力/MPa

0．6

容量/L

50

加热方式

电加热管

整机外形尺寸/mm

930×￠480

　①该电热水器正常工作时的电流是多少？

　②该电热水器正常工作时将一箱50L的水从25℃加热到45℃所需要的时间是多少？

　③如果在用电高峰时，该电热水器加热24min实际消耗的电能为0.486kW·h，则此时电路的实际电压是多少？

（不考虑箱体的吸热及热损失）

分析点拨：

随着家用电器的普及，根据家庭中的实用电器结合电器名牌上给出的技术参数所编的实际探究型问题也越来越多，在一定程度上体现了物理知识与生活实际的密切联系．本题将新能源——太阳能的应用与电的应用结合在一起了，结合点是能的相互转化．

解：

⑴由公式P=UI可得：

（2）水箱中水的质量为：

水箱中的水温度从25℃升到45℃吸收的热量为：

在不考虑箱体的吸热及热损失的情况下，加热时间为：

（3）实际用电时，在t′＝24min＝0．4h内，该电热水器消耗的电能为0．486kw·h，则其实际功率为：

由P＝U2/R可知，当电热水器的电阻值不变时，有R＝U2/P，所以此时电路的实际电压为：

7、电热毯

生活问题：

有一电热毯，说明书上标明所用的电压为220V，电热毯电阻由R1和R2组成，R1=605Ω，如图1—4—11所示．利用开关S的通断可以使电热毯的发热功率（指电路的总功率）分为两档，Ⅰ档为功率最大，Ⅱ档功率为Ⅰ档的1/4，试问：

（1）开关处于什么状态时，电热毯的功率最大？

最大功率为多少瓦特？

（2）电阻R2应为多大？

（3）改变R1和R2的电阻值，请另外设计一个不同的电路实现上面的功能．要求：

画出电路图；并求出R1和R2的电阻值．

分析点拨：

本题是一道电热相结合的综合试题，结合点是能量的相互转化（即电能→内能）．电热毯发热功率的变化是利用了电路中电阻的短路来实现的，由公式P=U2/R可知，在电压不变的情况下，接通开关S，使得电阻R2短路，增大电热毯的发热功率．若要另外设计一个不同的电路实现上面的功能，实质上就是通过改变电阻的连接形式，改变总电阻的大小，从而实现功率的可变性．

解：

（1）由公式P=U2/R可知，在电压不变的情况下，接通开关S，使得电阻R2短路，电热毯的发热功率最大．

根据P1=U2/R1得：

P1=（220V）2/605Ω=80W

（2）在开关S的断开时，R1和R2串联，根据P2=（1/4）P1得：

P2=（1/4）×80W=20W

所以R2=U2/P2=（220V）2/20W=2420Ω

（3）若要满足P2=（1/4）P1，改变R1和R2的电阻值，将两电阻分别组成串联（如图1—4—11a）和并联（如图1—4—11b）电路，由公式P=U2/R得：

U2/R串联=1/4（U2/R并联）所以有：

U2/（R1＋R2）=1/4[R1R2U2/（R1＋R2）]

解得：

R1=R2

R1、R2连接如图1—4—11a、1—4—11b所示．

8、微波炉

LG微波炉

MG-5021MW

额定电压：

220V-50Hz

输出功率：

700W

微波输入功率：

1050W

烧烤输入功率：

900W

内腔容积：

振荡频率：

2450MHz

生活问题：

右表是LG微波炉的部分技术参数．请根据表中信息完成下列问题：

（计算结果保留二位小数）

（1）求该微波炉在使用微波档工作时的额定电流．

（2）若使用微波档工作时，做一道菜需用15min，则消耗的电能是多少KW·h?

（3）该微波炉在使用烧烤档工作时的效率是．

（4）使用微波档和烧烤档都可以用来加热食物，但它们加热的方式是不同的，前者采用微波加热，后者采用热传递的方式（红外线）加热．请猜测“振荡频率”是针对微波炉哪种工作状态而言的?

分析点拨：

微波炉是一种现代的厨房厨具，它具有加热速度快，省时、方便的优点．微波炉在工作时是将电能转化为电磁波能，微波炉利用微波[频率介于300~30000MHz（波长介于1~100cm）的电磁波]把食物加热，将微波的能量转变为食物的内能．通电后，在微波炉的炉腔里产生高频微波，使得被加热的物体内部的分子产生剧烈的振动，从而使物体的温度升高．本题由题目所给出的微波炉的部分技术参数，可以知道微波炉在不同的工作状态下功率情况．

解：

（1）根据P=UI可以求得

微波炉在使用微波档工作时的额定电流：

I=P/U=1050W/220V=4.8A

（2）若使用微波档工作时，消耗的电能是

W=UIt=220V×4.8A×（15×60）S=0.26kw·h

（3）微波炉在使用烧烤档工作时的效率是

所以η=W有/W总（W=Pt）

=700W/900W=78％

（4）振荡频率：

2450MHz是针对微波档工作时而言的．

9、饮水机

生活问题：

饮水机是一种常见的家用电器，其工作电路可简化为如图1—4—12所示的电路，其中S是一温度控制开关，当水温升高到一定温度时，它会自动切换，使饮水机处于保温状态；R0是饮水机加热管的电阻，R是与加热管串联的电阻．下表是从其说明书中摘录下的一些技术数据（不考虑R0、R的阻值受温度变化的影响，表中的功率均指加热管的功率）．

额定电压

220V

频率

50Hz

加热功率

550W

保温功率

22W

（1）用你学过的物理知识推理、说明开关S闭合时，饮水机是处于加热状态，还是处于保温状态（要写出必要的推导过程才能得分）．

（2）求R的阻值．

分析点拨：

在日常生活中饮水机是十分普及的家用电器．它在工作时是将电能转化为内能．结合电路图和技术数据可以看出饮水机在正常工作时，具有两种工作状态——保温和加热状态．由图1—4—12可知，饮水机是通过温度控制开关的接通和断开，造成电阻R的短路来实现加热和保温工作状态的．

解：

（1）根据P=UI=U2/R可知，在电压U=220V不变时，

当温度控制开关S接通时：

P=U2/（R0＋R）[电阻R被短接]

饮水机的功率：

P加=U2/R0所以饮水机处于加热状态．

当温度控制开关S断开时：

P=U2/（R0＋R）[电阻R、R0串联]

饮水机的功率：

P保=U2/（R0＋R）所以饮水机处于保温状态．

（2）根据题目所给表中技术数据：

饮水机处于加热状态时：

P加=550W，U=220V得

R0=U2/R0=（220V）2/550W=88Ω

饮水机处于保温状态时：

P保=22W．U=220V得

P保=U2/（R0＋R）

所以（R0＋R）=U2/P保=（220V）2/22W

（88Ω＋R）=（220V）2/22W解得：

R=2200Ω－88Ω=2112Ω

10、全自动洗衣机

生活问题：

下面是李丽同学家新买来的洗衣机的铭牌：

为了能让妈妈正确使用这台洗衣机，李丽同学把铭牌上的内容给妈妈做了解释，请你也利用学过的物理知识，解释一下这个铭牌上的内容（任选5项解释把铭牌上的内容抄写下来不能得分）．

分析点拨：

结合生活实际中常见的家用电器的名牌，考查所学物理知识在生活中的运用，既能将力、热、电等物理知识综合在一起，又能考查运用物理知识解决问题的综合能力；还能培养收集整理、发现有用信息的分析能力．本题中试题难度不大，但运用知识综合，要求能够读懂、领会所给信息每一项包含的物理含义，这样才能正确解答该题．

解：

额定电压：

这台洗衣机需接在220v的电源上才能正常工作

额定频率：

这台洗衣机需接在频率为50Hz的交流电源上

额定容量：

一次洗衣服的质量不能超过5kg

净重：

这台洗衣机自身的质量为72kg

机身尺寸：

这台洗衣机的长、宽、高分别是600mm，560mm，850mm

洗涤功率：

这台洗衣机洗衣时消耗的功率为350W

加热温度：

洗衣机能将机内水的温度加热到30℃至60℃

最大电流：

这台洗衣机工作时的电流不能超过5A

11、打火机

生活问题：

如图1—4—13所示为日常生活中使用的气体打火机的示意图，使用时涉及许多我们学过的物理知识，请列举二例：

①；

②．

分析点拨：

对于这类给出物体的实物，要求观察、发现物体上所用物理知识或物理原理．从考查问题的角度看，首先要求在平时的生活实际中要注意培养自己对事物的观察、分析能力，养成多动脑勤思考的良好习惯，熟悉生活环境中的日常用品，这样在答题时才能发现问题，解决问题．其次在观察、分析事物时，应具有科学的研究方法，即按一定的方向、顺序来进行（如由表及里、从上到下等）观察研究，这样才能对事物研究得比较透彻．

解：

（1）可燃气体加压液化后装入机内；

（2）可燃液体快速喷出，降压迅速汽化；（3）气体燃烧，化学能转化为内能；（4）打火转轮上刻有条纹，增大摩擦；（5）利用省力杠杆，开启阀门；（6）增大阀门手柄接触面积，减小压强等等．以上任选二种即可．

12、钢丝钳

生活问题：

如图1—4—14a所示，钢丝钳是电工常用工具，它的用途广泛，并应用了许多我们所学的物理知识，请根据题中要求解答以下各题．

（1）钢丝钳是根据杠杆原理制成的，它是一种＿＿＿杠杆（填“省力”或“费力”），它的刀口做得很薄，这是为了＿＿＿压强（填“增大”或“减小，’）．

（2）钢丝钳钳柄上的套管必须用＿＿＿材料制成，带电作业时才不会触电；钳柄套管上一般都刻上花纹，这是为了＿＿＿＿摩擦（填“增大”或“减小）．

（3）图1—4—14b是钢丝钳剪断钢丝时单侧钳柄的受力示意图，请在图中作出动力F1的力臂L1和阻力F2的力臂L2．

分析点拨：

钢丝钳是日常生活中常用的电工工具之一．首先从它的外表材料看：

是由金属（可以增强钳的硬度）和橡胶（增强它的绝缘性）制成；从运用的物理原理：

钳口有凹凸花纹（增大摩擦力），刀口很薄（减小接触面积，增大压强），钳柄套管上有凹凸花纹（增大摩擦力），整体看：

动作时能绕一转轴转动（包含杠杆原理），因人手的施力能用较小的力剪断坚硬的铁丝，所以它是省力杠杆．如此由表及里，从左到右的观察分析就能有顺序的说明钢丝钳各部位包含的物理原理了．

解：

（1）省力杠杆，增大；

（2）绝缘，增大摩擦力；（3）如图1—4—15所示．

13、压力锅

生活问题：

高压锅是家庭厨房中常见的炊具，利用它可以将食物加热到100℃以上．它省时高效，深受消费者欢迎．

（1）请问高压锅的设计运用了哪些物理知识？

（2）小明在有关媒体上看到了由于出气孔堵塞，致使高压锅爆炸的报道后，给厂家提出了一个增加易熔片（熔点较低的合金材料）的改进建议．现在生产的高压锅已普遍增加了含有易熔片的出气孔（如图1—4—16）．试说明小明建议的物理道理．

（3）小明测得家中高压锅出气孔的直径为4mm，压在出气孔上的安全阀的质量为80g．通过计算并对照图像（图1—4—17）说明利用这种高压锅烧水时，最高温度大约是多少？

假若要把这种高压锅向西藏地区销售，你认为需要做哪方面的改进，如何改进？

分析点拨：

高压锅是现代家庭厨房中常见的炊具之一，以物理角度看：

高压锅从外形到工作过程都包含有许多的物理知识在里面．高压锅的基本原理就是利用增大锅内的气压，来提高烹饪食物的温度，从而能够比较快的将食物煮熟．

解：

（1）①水的沸点随液面上方气压的增大而升高；②力的平衡；

③压强；④熔点（熔化）．

（2）高压锅一旦安全阀失效，锅内气压过大，锅内温度也随之升高，当温度达到易熔片的熔点时，再继续加热易熔片就会熔化，锅内气体便从放气孔喷出，使锅内气压减小，从而防止爆炸事故发生．

（3）

P＝Po＋Pm＝1．01×105Pa＋0．62×108Pa＝1．63×105Pa

由图像可得锅内最高温度大约为115℃．

若要把这种锅向西藏地区销售，由于西藏大气压较小，要使锅内最高温度仍为115℃，锅内外压强差变大，应适当提高锅的承压能力，并适当增加安全阀的质量．

14、太阳能热水器

生活问题：

小明同学家想购买一台热水器．为此，小明通过调查得到有关太阳能热水器和电热水器的相关资料和数据如下：

某型号的太阳能热水器：

水箱的容积为100L，热水器集热管的采光面积为1.5m2，热效率为40％．太阳光的日照强度为1.0×103J/（m2•s）．（日照强度表示每平方米面积上1秒钟得到的太阳光的能量．）

某型号的电热水器的功率为1.5kw，水箱容积为100L，效率为80%．

如果要将100Kg的水从20℃加热到40℃，已知C水=4.2×103Ｊ/（Kg•℃）．

请问：

（1）用上述型号的电热水器来加热，需要消耗多少电能？

加热多长时间？

（2）用上述型号的太阳能热水器来加热，需要多长时间？

（3）根据

（1）和

（2）的计算分析说明太阳能热水器和电热水器各有哪些优点？

分析点拨：

由于生活周边人们可以利用的能源不断的减少，做为新能源的太阳能正逐渐受到人们的关注，太阳能热水器就是直接利用太阳光的辐射加热水的，此过程中将太阳能直接转化为水的内能．由于技术条件的限制，在利用太阳能加热的过程中还不能做到完全转化，所以太阳能热水器在利用过程中还有一个效率的问题．

解：

（1）将100Kg的水从20℃加热到40℃时，水吸收的热量为：

Q＝cm（t－t0）

＝4.2×103Ｊ/（Kg•℃）×100Kg×20℃＝8.4×106Ｊ　

消耗的电能：

Ｗ＝Ｑ／η＝8.4×106Ｊ／80%＝1.05×107Ｊ≈3KW•h　

加热时间：

t＝Ｗ／Ｐ＝3KW•h／1.5ＫＷ＝2h

（2）t＝8.4×106Ｊ／［1.0×103J／（m2•s）×1.5m2×40%］

＝1.4×104s≈4h

（3）通过

（1）和

（2）的计算说明：

电热水器的优点是加热同样多的水所需时间短；太阳能热水器的优点是节约能源．

15、自行车

自行车净重：

200N

行驶过程轮胎与地面接触总面积：

1×10－2m2

匀速行驶过程中的总阻力：

30N

车轮直径：

0．66m

轮胎承受的最大压强：

0．3MPa

生活问题：

一个体重为500N的同学骑自行车上学，在水平路面上以4m/s的速度匀速行驶.有关数据如下表所示.

（1）在行驶过程中，车对地面的压强是多大？

（2）该同学