用电器铭牌示数类问题计算例谈

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