资源简介

电　　器
西电东送
　　目前，我国的水电资源分布与用电负荷分布极不平衡。晏玉清介绍，东部地区经济发达，矿产资源短缺，只能从外地运煤建火电厂。可北京、广东、上海等东部7省市的电力消费却占到全国的40％以上。
　　而西部地区水电资源丰富，仅以长江中上游的干支流和西南国际性河流为例，其可开发装机容量占到全国可开发装机容量的60％。可由于经济欠发达，不得不任凭水电白白流走。
　　随着国力的增强，国家决定将水电开发作为西部大开发的重要措施之一。去年，西电东送工程已经正式开工：贵州、云南、广西、四川、内蒙古、山西、陕西等西部省区的电力资源，将输送到电力紧缺的广东、上海、江苏、浙江和京、津、唐地区。
　　西电东送是西部大开发的标志性工程。“十五”期间，西电东送将形成北、中、南三路送电格局：北线由内蒙古、陕西等省区向华北电网输电，5年后将向京津唐地区送电270万千瓦；中线由四川等省向华中、华东电网输电；南线由云南、贵州、广西等省区向华南输电，5年后将向广东送电1000万千瓦。我国首批“西电东送”工程洪家渡水电站、引子渡水电站、乌江渡水电站扩机工程于去年11月8日在贵州同时开工。
　　“从全国的大盘子来分，有南、中、北三路。”晏玉清解释，南路将贵州、云南、广西的电力送往广东，中路将四川、重庆和三峡的电力送到华东，北路则由京津唐地区接收来自黄河上游和山西、内蒙古的电力。
　　“十五”期间，国家将重点加快实施“西电东送”南线的电源和输电线路建设。到目前，四川、贵州、广西、云南等地的水电站和输电线路等工程都已开工。
　　综合练习
　　一、A、B两地间铺有通讯电缆，它是由两条并在一起彼此绝缘的均匀导线组成，通常称为双线电缆。电缆长为L，每一条电缆的电阻为R。在一次事故中经检查断定是电缆上某处绝缘保护层破损（设只有这一处损坏）。
　　为断定破损处是由于绝缘层受损，导致两导线漏电（相当于在该处电缆的两导线之间接一个电阻），还是破损处绝缘层严重损坏，导致两导线短路，做了如下的工作：在A端测出双线间的电阻RA；在B端测出双线间的电阻RB；在A端的双线间加一已知电压U，在B端用电流表接在两线间，测出电缆中的电流IB，改用内阻很大的电压表测出两线间的电压为UB；在B端的双线间加一已知电压U，在A端用电流表接在两线间，测出电缆中的电流IA，改用内阻很大的电压表测出两线间的电压为UA。以下判断正确的是：　　
　　A 若RA＋RB＝2R，则可以断定电缆是短路，并且可以确定短路处的位置
　　B 若RA＋RB＞2R，则可以断定电缆是漏电，并且可以由RA＋RB的数值确定漏电处的位置
　　C 若IA＝0，则必有IB＝0、UA＝0、UB＝0，可以断定电缆是短路，但不能确定短路的位置
　　D 若IA≠0，则必有IB≠0、UA≠0、UB≠0，可以断定电缆是漏电，并且可以由它们的数值确定漏电的位置
　　答案：A、D
　　二．家庭电路的线路均有一定的电阻，所以当家中大功率的家电（如空调、电热器等）启动时，其余电灯都会突然变暗，通过下面的实验可以估测线路的电阻。
　　如右图所示，r表示线路上的总电阻，L为一个功率为P1的普通灯泡， 为交流电压表，R是一个功率为P2的大功率电热器（P2 P1）。
　　实验时断开K，测得电压为U1，合上K测得电压为U2，如何估算线路上的电阻？写出估算的计算式。
　　参考答案
　　L的电阻很大，电流很小。因此对线路上的影响，可以不计。合上K接入R时，由于R的电阻很小，电流很大，这时L的电流也可以略去不计。
　　r＝(U1－U2)U2/P2
　　
三．全自动洗衣机有一个水位开关，它是一个压力开关。水位开关的工作原理是利用开关内的空气室里的空气随着水位上升所增加的压力，使开关动作，关闭水阀。在排水时，随着水位的下降，空气室内的压力随之下降，开关回复到初始位置。
　　从右图中可看到当水注进洗衣桶后，空气很快被封闭在左侧小管中，随着水位的上升，封闭空气的压强增大。通常桶内外液面差约为 15～35 cm，求：
　　1．封闭空气的压强数值大约有多少？
　　2．若橡胶膜片的半径为 25 cm，则压缩空气对橡胶膜片的压力有多少？
　　参考答案
　　封闭空气的压强数值可根据洗衣桶的水位差来确定。
　　1．封闭空气的压强在1.015×105 Pa到1.034×105 Pa之间。
　　2．对橡胶膜片的压力在199 N到 203 N之间。
　　四．右图是一全自动洗衣机中的脱水桶，脱水桶的直径为38cm，脱水桶工作时的转速为820 r/min，刚脱水桶工作时衣服所具有的向心加速度为多少？是重力加速度的几倍？为什么脱水桶能使衣服脱水？
　　参考答案
　　脱水桶工作时衣服紧靠脱水桶壁，衣服与脱水桶一起做匀速圆周运动。衣服所具有的向心加速度为1401m/s2，是重力加速度的143倍。
　　由此可见，一个水滴它需要的向心力，大约是其自身重力的143倍，衣服不可能提供给水滴这样大的向心力，于是水与衣服就分离了，并从棉壁的小孔中飞出去。
　　五．普通洗衣机的脱水桶以1200r/min的速度高速旋转，为避免发生人身伤害事故，脱水机构都装有安全制动系统。该系统由脱水桶盖板、制动钢丝、刹车制动盘等组成。当脱水桶运转时，如果打开脱水桶盖，则该系统便产生制动作用。安全制动系统的作用有两个：一是将脱水电动机的电源自动切断；二是制动器自动刹紧，使脱水桶迅即停止转动。右图为脱水制动示意图。若脱水桶的半径为9cm，刹车盘的半径为6cm，打开脱水桶盖到脱水桶停止用时5s，若衣服和桶的质量为3kg。你能不能估算出脱水桶在这段时间内转了几圈和刹车带上的摩擦力大小？
　　参考答案
　　可认为脱水桶在刹车时的转速是均匀下降的。原脱水桶以1200r/min的速度高速旋转，经5s降为零，则在这段时间内转了50圈。脱水后，衣服紧靠脱水桶壁，桶和衣服具有动能，刹车后动能转化为内能。
　　f＝m(r大ω)2/2πnr小＝20.3N。
　　六．全自动洗衣机中，排水电磁阀是由程序控制器控制其动作的。当洗衣机进行排水和脱水工序时，电磁铁的线圈通电，使电磁铁的铁芯2动作，牵引排水阔的活塞打开，排除污水。牵引电磁铁的结构如右图所示。
　　当程序控制器的控制电流通过线圈时，线圈和铁芯1产生一个强的磁场，使铁芯2磁化，由于磁体相互作用，将铁芯2吸入线圈，此时铁芯2将拉动阀门使阀门打开排水。同样，控制器不输出控制电流时，电磁铁将失去磁性，弹簧（图中未画）将铁芯 2拉回原位，从而关闭阀门。想一想：
　　1．某时刻输入控制电流时，a为正，b为负，则铁芯2中A端和B端分别为什么磁极？
　　2．a、b处输入的是正、负交变电流，铁芯2是否仍然吸入线圈？与恒定电流相比会有什么不同？
　　参考答案
　　1．A端为S极，B端为N极。
　　2．仍能吸入线圈，因为铁芯仍能被磁化，且磁化后的磁性总是与线圈要发生相吸的作用。但与恒定电流产生的磁场相比，交变磁场强弱有变化，当磁性减弱的时刻弹簧会将铁芯2拉离线圈，因而会有振动而产生噪声。（实际设计中有办法消除这种噪声，这里不再展开说明）
　　
七．下表为一双桶洗衣机所用电动机的工作参数。
名 称 额定电压(V) 频率(Hz) 工作电流(A) 电阻(Ω) 转速(r/min)
洗涤电动机 220 50 0.5 20 1370
脱水电动机 220 50 0.8 18 1370
　　从上表中可想到那些物理知识？
　　右图是洗衣机洗涤时正转、反转和停的时间程序。
　　若洗涤衣服的时间为15min，脱水的时间为2min，则洗涤一次衣服大约用多少度电能？当洗涤和脱水同时操作时，流过电源插座的电流是多少？为什么？
　　参考答案
　　从表中可想到工作电压就是我们国家的民用交流电压；洗涤电动机的工作功率为110 W，脱水电动机为176 W；用欧姆定律I＝U/R求出的电流和工作电流是不同的，原因是欧姆定律适合纯电阻电路，而电动机主要是用来输出机械能的，不是用来发热的。
　　从洗衣机洗涤的正、反转和停的时间程序图可知，停和转的时间分别为125s和775s。（为什么？请同学们思考）。洗涤一次衣服大约用0.03度电能。
　　当洗涤和脱水同时操作时，就相当于两个用电器的并联，则流过电源插座的电流就是这两个用电器单独使用时的工作电流之和，即1.3A。
　　八．家用微波炉是利用微波电磁能加热食物的新型灶具，主要由磁控管、波导管、微波加热器、炉门、直流电源、冷却系统、控制系统、外壳等组成，接通电源后，220V交流电经一变压器，一方面在次级产生3.4V交流对磁控管加热，同时在次级产生2000V高压经整流加到磁控管的阴、阳两极之间，使磁控管产生频率为2450MHz的微波，微波输送至金属制成的加热器（炉腔），被来回反射，微波的电磁作用使食物内分子高频地振动而内外同时迅速变热，并能最大限度地保存食物中的维生素。
　　1．试计算微波输出功率为700W的磁控管每秒内产生的光子数。
　　2．试计算变压器的高压变压比。
　　3．导体能反射微波，绝缘体可使微波透射，而食物通常含有的成分是___________，较易吸收微波能而转换成热能。故在使用微波炉时应 ：
　　A 用金属容器盛放食物放入火炉内加热
　　B 用陶瓷容器盛放食物放入火炉内加热
　　C 将微波炉置于磁性材料周围
　　D 将微波炉远离磁性材料周围
　　参考答案
　　1．4.43×1026
　　2．100:11
　　3．蛋白质、水、脂肪
　　B、D
　　九．微波炉是一种新型家用电器。用它加热含水分较多的食品效果很好。它的加热原理是利用磁控管发出频率为2450MHz的微波，微波经炉顶的波导传输到加热室。水分子是极性分子，它的正负电荷的中心是不重合的。因此当有微波通过时，水分子将随着微波引起的振荡电场的变化而快速振动起来。又因为该微波的频率和水分子振动的固有频率相同，因此能使水分子发生共振，分子动能迅速增大，使食物的内能增大，温度升高。如果水以冰的形式存在，由于固体分子间的结合得较紧密，吸收微波的能力就很低，加热时会很不均匀。根据以上说明，微波炉能加热含水分较多的食品的原因是由于它们具有以下特点：①_______　　　②_______　③_______；可以推出水分子振动的固有频率为_______Hz。
　　参考答案
　　①水分子是极性分子；
　　②水是液态；
　　③水分子的固有频率和微波炉发出的微波的频率相同。
　　水分子的固有频率为2.45×109Hz
　　十．试回答下列问题：
　　1．为什么用微波炉比用电烤箱烹调食物快得多？为什么用电烤箱烤较大的山芋，其表面烤焦了，内部还未熟，而用微波炉不会出现这种情况？
　　2．现在常见的高密度塑料容器和金属容器，它们分别可以放在哪种炉子里使用？为什么？
　　3．某同学想做一只热冰淇淋，应该使用何种加热炉？为什么？
　　参考答案
　　1．因为微波炉可穿透食物5cm左右，引起食物各部分水分子同时发生振动发热而加热食物，而红外线只能照射到食物表面，依靠热传导向食物内部传递内能，所以使用微波炉烹调食物快得多，且节约能源。用烘烤箱烤山芋时，山芋表面温度达数百摄氏度时内部才能被加热，所以表面烤焦了，内部还不一定熟，而微波炉是内外一起加热，不会出现这种情况．
　　2．金属容器对微波有电磁屏蔽作用，不能在微波炉中使用，但它是热的良导体，可在烘烤箱中使用；相反，高密度塑料的熔点较低，在烘烤箱中会软化变形，甚至着火自燃，而在微波炉中温度较低，不会出现这一情况。
　　3．不能使用微波炉．因为内外同时加热，冰淇淋外表温度升高时，内部同时升温，结果冰淇淋就溶化了；使用烘烤箱时，在温度升至250～300℃时再把冰淇然放入其中，外表迅速烘烤硬化，而内部仍是固态的，就可制成热冰淇淋。
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