家用电器在中学物理教学中的应用思考

2016-12-15买买提艾则孜阿不都热合曼阿不都米吉提阿不都拉阿依提拉伊力哈木

和田师范专科学校学报 2016年3期

关键词：消磁磁钢热敏电阻

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家用电器在中学物理教学中的应用思考

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（和田师范专科学校职业技术学院新疆和田 848000）

家用电器引入物理教学的环节，旨在是提高学生的动手能力，调动学生的兴趣，揭示物理概念和规律，加深对概念和规律的理解。把家电工作原理与探究性教学有效地结合起来，全面促进学生的创造思维形成。

家用电器应用；物理问题分析；实验

近年来，新课标的中学物理课程更加注重理论联系实际，家用电器引入物理教学探究性教学环节，真正落实物理课程目标。同时，调动学生的兴趣，提高学生的动手能力，揭示物理概念和规律，加深对概念及规律的理解。促进学生的创造思维能力，发展科学探究能力。

1. 家用电器在物理理论教学中的应用

在电磁感应与物态变化过程中，汽化-液化是中学物理教学的重点和难点,由于教学内容比较抽象,学生很难理解。所以如果能寻找出与日常生活比较贴近的例子,让学生有更多的切身体验,则更能让学生理解自然规律。

1.1在讲解涡电流时，一般举例都比较抽象，好在日常生活中常见的电磁炉为我们提供了一个好的例子。电磁灶是根据电磁感应原理制成的一种炉灶（图1）。它在一个多股铜导线绕制的加热线圈内，通以交变电流而产生交变磁场，当电磁灶上未放置需加热的导磁金属锅时,交变磁场的磁路基本上是空气磁路,磁阻很大。此时，加热线圈中只有一个很小的空载电流通过, 当金属锅体放到电磁灶上时，锅子处于交变磁场中,原来大部分的空气磁路被代之以导磁体,磁阻减小,交变磁场大大加强。在交变磁场作用于锅底，产生大量涡流,从而使锅体获得焦耳热,温度迅速升高,这样就使电磁能转变热能，达到加热的目的。

图1：电磁炉工作原理

1.2讲汽化-液化时，电冰箱是根据物质（氟利昂）的汽化过程吸热，液化过程放热原理制成的一种制冷设备见图2。图2是电冰箱的构造和原理。压缩机吸入蒸发器蒸发制冷后的低温低压制冷剂（氟利昂），然后压缩成高温高压蒸气送入冷凝器。高温高压蒸气经冷凝器冷却后，使蒸气冷凝变为液体（放热）。当常温高压液体流入毛细管时，毛细管流入蒸发器的液态制冷剂，压力减少迅速汽化，从周围物体吸热，使冷冻室的温度降低。蒸发后的制冷剂回到压缩机中，被压缩机压成高温高压蒸气，又经冷凝器，过滤器，毛细管进入蒸发器内蒸发（汽化）吸热。这样如此循环，实现了电冰箱制冷的目的。

图2：电冰箱工作原理表示出了电冰箱的构造和原理。

2.家用电器有关的物理问题分析

在生活中，家用电器长见有关丰富的物理知识。把家电与物理知识有效地结合起来，激发学生的学习物理的兴趣，培养热爱科学的情感，又可以增强学生运用物理知识解决实际问题的能力，下面举行几例说明。

2.1某同学家中彩色电视机屏幕的色纯不良，屏幕右上角红发，维修部的技术人员检查后认为是消磁电路出了故障（电路图3所示）。引起故障的原因可能是（）

①彩色显象管

②消磁线圈开路，

③消磁电阻开路，

④消磁电路插座接触不良

①② B.①②③ C.②③④ D. ①②③④

图3：电视机工作图

解析：开机后观察屏幕，图像，伴音均正常，但左上角图像发紫，明显色纯度不良，无信号时左上角发红，关机后再开机，红色区不能消除。

根据这种现象分析，色纯度不良故障是机内自动消磁功能没有起到作用造成的，应重点检查自动消磁电路插头是否插好，消磁线圈及消磁电阻RT是否开路，经检查发现消磁线圈及消磁电阻RT的电阻值无穷大，更换消磁线圈及消磁电阻后，故障排除。

为了避免彩色电视机受地磁的影响，保证在各地收看时无色纯度不良现象，因此彩色电视机中都设有开机瞬间自动消磁电路，它由消磁线圈和正温度系数电阻RT组成。开机时RT电阻值很小（约为12），交流220V在消磁线圈中产生强大电流，电流流通产生强大的磁场，给电视机消磁，消去地磁的影响，开机后由于流经RT电流大，升温快，很快RT电阻值变大，使流过线圈的电流减小。当消磁线圈开路后，消磁线圈中无电流流通，不能产生磁场，使自动消磁失去作用，彩色电视机受地磁的影响，而产生色纯不良的现象，综合以上可知应选C项。

2.2如图4（a），（b）所示是一个电热水器的型号和简单电路图。

问题：（1）当该热水器装满20℃的水时，在一标准大气压下把水烧开，需要吸收多少热量？

（2）电热水器中R0，R的阻值各是多少？

（3）经测试，烧开一满壶20℃的水需要6/8小时，则该电热水器的热效率为多少？

图4：电热器简单电路图

解答：

（2）温控器（或温控开关）闭合时,热水器处于加热状态,额定功率P额定= U2/R0=(220V)2/R0=1500W温控器断开时, 热水器处于保温状态, 保温功率P保温=U2/(R0+R)= (220V)2/(R0+R)=30W,解得R0=32.3R=1581

（3）烧开一满壶20℃的水电W=Pt=1500W×6/8×3600s=4.05×106J电热水器的热效率为=Q/W=3.36×106J/4.05×106J=83%

2.3如图5（a）是家用电熨斗的电路原理图（额定电压为220V）。R0是定值，R是可变电阻（调温开关），其电阻值均不受温度影响。

（1）该电熨斗温度最低时的耗电功率为121W，温度最高时的耗电功率为484W，求R0的阻值及R的阻值变化范围。

（2）假定电熨斗每秒钟散发的热量Q跟电熨斗表面温度与环境温度的温差关系如图5（b）所示，现在在温度为20℃的房间使用该电熨斗来熨烫毛料西服，要求电熨斗表面温度为220 ℃，且保持不变，问应将R的阻值调为多少？

图5：电烫斗工作原理

（1）温度最低挡：P1= U2/（R最+ R0），即121= 2202/（R最+ R0）。

系统采用“可设时段+闭环系统”方式设计。可设时段，指在不同的地区春夏秋冬四季跟踪开始和停止的时段可以设置[6]。闭环系统，是指系统处于跟踪时段内，由感光部分采集当前跟踪位置信息→控制部分根据位置信息处理是否要姿态调整：①不调整→进入时间间隔(根据精度要求设定)→感光部分采集当前跟踪位置信息；②要调整→根据位置信息处理情况，驱动双轴传动装置进行一次水平方位和垂直高度姿态调整→感光部分采集当前跟踪位置信息[4-5]。其系统框图如图4。

温度最高挡：P2= U2/ R0，即484=2202/R0 。由以上两式可解得R0=100，R最=300。

由图像知电熨斗每秒钟散发的热量Q=)44/20(×200J=440J。

要保持电熨斗表面温度不变，则电熨斗的电功率P=440W。又P=U2/(R+R0)，即440=2202/(R+100R)=10，故应将R调至10。

3.利用家电做物理演示实验

演示实验在物理教学中占有十分重要的地位，它在教学过程中能给学生提供观察物理现象的环境条件，激发学生的学习积极性，启发学生思维，培养学生观察、分析、解决问题的能力。用小家电做演示实验，取材容易，现象明显。生动直观，同时弥补了实验仪器的缺乏。实践证明，效果很好，学生很感兴趣。

3.1用电饭锅中的磁性温控器件演示磁体与温度的关系

高中物理教材中关于“磁性材料”内容很多，磁性材料按去磁的难易可分为硬磁性材料和软磁性材料。磁化后容易去磁的物质叫软磁性材料，不容易去磁的物质叫硬磁性材料。例如：电饭锅中的磁性温控器件（或磁钢限温器）主要由永久磁钢和感温软次组成，如图7所示。在位置固定的感温软磁下有一个永久磁钢，永久磁钢的下面有一弹横以一定的拉力件。在常温下，永久磁钢与软磁铁是分开的，当永久磁钢与软磁贴近，即软磁吸住永久磁钢，使得它们所带动的两个触点闭合，电热元件通电发热。一旦单热元件发热超过预定值，温度上升到感温软磁的居里点（1032℃）时，软磁的磁力急剧减小，使得弹横拉力与永久磁钢的重力之和大于磁吸力，永久磁钢下两触点脱离，电热元件断电。

图7：电饭锅中的磁性温控器件

3.2用收音机演示电磁波的屏蔽

打开收音机调节某一电台能听到清晰播音。试验中找一金属饭盒、金属锅或金属薄膜袋乏类的东西，把收音机放入其中，全部覆盖后，就听不到播音了，反复试几次，说明这是电磁场的屏蔽效应。

利用小家电做物理演示实验的优点是取材容易、操作简单。这类演示实验直接联系学生的生活实际，能让学生认识到物理知识在实际中的应用，从而提高学生学习物理的兴趣。只要大家勤于思考，还可以设计出利用小家电做更多的其他类型演示实验。

3.3利用家电中的温度传感器演示热敏电阻的温度特性

热敏电阻用于温度检测，分为三类：一类是制冷设备中常用半导体负温度系数NTC （Negative Temperature Coefficient）热敏电阻，其阻值随温度升高显著变小；二类是家用的暖风器、电热水器、电动机过热保护等电器设备中常用半导:体正温度系数PTC（Positive Temperature Coefficient)）热敏电阻，其阻值随温度升高而增大；三类是临界温度系数CTR(CriticalTemperature Resistivity) 热敏电阻, 在某一温度下，电阻值随温度增加急剧减小，具有很大的负温度系数，具有突变特性。这三类热敏电阻的电阻-温度特性曲线如图8所示。

图8：三类热敏电阻的电阻-温度特性曲线