Question

18．小明家電熱吹風(fēng)機(jī)的銘牌如表格所示，其工作原理如圖1所示．由于使用了多年，吹風(fēng)機(jī)中的電熱絲明顯氧化導(dǎo)致其電阻發(fā)生了變化，而電動(dòng)機(jī)性能仍保持不變．為準(zhǔn)確測(cè)量氧化電熱絲的實(shí)際電阻值，小明在家中把該吹風(fēng)機(jī)單獨(dú)接入家庭電路并使其吹熱風(fēng)，發(fā)現(xiàn)電能表的轉(zhuǎn)盤6min內(nèi)轉(zhuǎn)過132圈，電能表規(guī)格如圖2所示．問：

（1）氧化電熱絲的實(shí)際電阻值是多少？實(shí)際功率是多少？
（2）為恢復(fù)電熱吹風(fēng)機(jī)銘牌功率，通過計(jì)算說明應(yīng)與氧化電熱絲串聯(lián)還是并聯(lián)一段阻值多大的新電熱絲？
（3）用改造后的電熱吹風(fēng)機(jī)吹熱風(fēng)3min，新電熱絲消耗的電能是多少？

電熱吹風(fēng)機(jī)
額定電壓/V	220
電熱絲功率/W	480
電動(dòng)機(jī)/W	40

Answer 1

分析 （1）3000r/kW•h表示的是電路中每消耗1kW•h的電能，電能表的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)3000r，據(jù)此求出電能表的轉(zhuǎn)盤6min內(nèi)轉(zhuǎn)過132圈消耗的電能，根據(jù)P=$\frac{W}{t}$求出氧化后電路的實(shí)際功率，再用實(shí)際功率減掉電動(dòng)機(jī)的功率即為氧化電熱絲的實(shí)際功率，最后根據(jù)R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出氧化電熱絲的實(shí)際電阻值；
（2）由電吹風(fēng)的銘牌可知額定電壓和電熱絲的額定功率，根據(jù)R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出正常工作時(shí)電阻絲的阻值，然后根據(jù)電阻串聯(lián)時(shí)越串越大、并聯(lián)時(shí)越并越小判斷新電熱絲的串并聯(lián)，根據(jù)電阻的并聯(lián)求出使燈泡正常工作時(shí)并聯(lián)新電阻的阻值；
（3）根據(jù)并聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)和W=UIt=$\frac{{U}^{2}}{R}$t求出用改造后的電熱吹風(fēng)機(jī)吹熱風(fēng)3min新電熱絲消耗的電能．

解答 解：（1）電吹風(fēng)6min內(nèi)消耗的電能：
W=$\frac{132}{3000}$kW•h=0.044kW•h，
此時(shí)吹熱風(fēng)時(shí)電路的實(shí)際功率：
P=$\frac{W}{t}$=$\frac{0.044kW•h}{\frac{6}{60}h}$=0.44kW=440W，
此時(shí)電熱絲的實(shí)際功率：
P_熱′=P-P_{電動(dòng)機(jī)}=440W-40W=400W，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，氧化電熱絲的實(shí)際電阻值：
R′=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{熱}}$=$\frac{（220V）^{2}}{400W}$=121Ω；
（2）吹風(fēng)機(jī)正常工作時(shí)，P_熱=480W，
電阻絲的阻值R=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{熱}}$=$\frac{{（220V）}^{2}}{480W}$=$\frac{605Ω}{6}$≈100.8Ω＜134Ω；
因并聯(lián)電路電阻越并越小、小于任何一個(gè)分電阻，串聯(lián)電路電阻越串越大、大于任何一個(gè)分電阻；
所以，為恢復(fù)電熱吹風(fēng)機(jī)的銘牌功率，應(yīng)與氧化電熱絲并聯(lián)一段新電熱絲，
因并聯(lián)電路中總電阻的倒數(shù)等于各分電阻倒數(shù)之和，即$\frac{1}{R}$=$\frac{1}{{R}_{1}}$+$\frac{1}{{R}_{2}}$，
所以，$\frac{1}{\frac{605Ω}{6}}$=$\frac{1}{121Ω}$+$\frac{1}{{R}_{新}}$，
解得：R_新=605Ω；
（3）用改造后的電熱吹風(fēng)機(jī)吹熱風(fēng)3min，新電熱絲消耗的電能：
W_新=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{新}}$t=$\frac{（220V）^{2}}{605Ω}$×3×60s=1.44×10⁴J．
答：（1）氧化電熱絲的實(shí)際電阻值是121Ω，實(shí)際功率是400W；
（2）為恢復(fù)電熱吹風(fēng)機(jī)銘牌功率，應(yīng)與氧化電熱絲并聯(lián)一段阻值為605Ω的新電熱絲；
（3）用改造后的電熱吹風(fēng)機(jī)吹熱風(fēng)3min，新電熱絲消耗的電能是1.44×10⁵J．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電功公式、電功率公式、電阻的串并聯(lián)的靈活運(yùn)用，明白電能表參數(shù)的含義是關(guān)鍵，要注意電路的總功率等于各用電器功率之和．