資源簡介

電　　器
西電東送
　　目前，我國的水電資源分布與用電負(fù)荷分布極不平衡。晏玉清介紹，東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，礦產(chǎn)資源短缺，只能從外地運(yùn)煤建火電廠。可北京、廣東、上海等東部7省市的電力消費(fèi)卻占到全國的40％以上。
　　而西部地區(qū)水電資源豐富，僅以長江中上游的干支流和西南國際性河流為例，其可開發(fā)裝機(jī)容量占到全國可開發(fā)裝機(jī)容量的60％。可由于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，不得不任憑水電白白流走。
　　隨著國力的增強(qiáng)，國家決定將水電開發(fā)作為西部大開發(fā)的重要措施之一。去年，西電東送工程已經(jīng)正式開工：貴州、云南、廣西、四川、內(nèi)蒙古、山西、陜西等西部省區(qū)的電力資源，將輸送到電力緊缺的廣東、上海、江蘇、浙江和京、津、唐地區(qū)。
　　西電東送是西部大開發(fā)的標(biāo)志性工程。“十五”期間，西電東送將形成北、中、南三路送電格局：北線由內(nèi)蒙古、陜西等省區(qū)向華北電網(wǎng)輸電，5年后將向京津唐地區(qū)送電270萬千瓦；中線由四川等省向華中、華東電網(wǎng)輸電；南線由云南、貴州、廣西等省區(qū)向華南輸電，5年后將向廣東送電1000萬千瓦。我國首批“西電東送”工程洪家渡水電站、引子渡水電站、烏江渡水電站擴(kuò)機(jī)工程于去年11月8日在貴州同時(shí)開工。
　　“從全國的大盤子來分，有南、中、北三路。”晏玉清解釋，南路將貴州、云南、廣西的電力送往廣東，中路將四川、重慶和三峽的電力送到華東，北路則由京津唐地區(qū)接收來自黃河上游和山西、內(nèi)蒙古的電力。
　　“十五”期間，國家將重點(diǎn)加快實(shí)施“西電東送”南線的電源和輸電線路建設(shè)。到目前，四川、貴州、廣西、云南等地的水電站和輸電線路等工程都已開工。
　　綜合練習(xí)
　　一、A、B兩地間鋪有通訊電纜，它是由兩條并在一起彼此絕緣的均勻?qū)Ь€組成，通常稱為雙線電纜。電纜長為L，每一條電纜的電阻為R。在一次事故中經(jīng)檢查斷定是電纜上某處絕緣保護(hù)層破損（設(shè)只有這一處損壞）。
　　為斷定破損處是由于絕緣層受損，導(dǎo)致兩導(dǎo)線漏電（相當(dāng)于在該處電纜的兩導(dǎo)線之間接一個(gè)電阻），還是破損處絕緣層嚴(yán)重?fù)p壞，導(dǎo)致兩導(dǎo)線短路，做了如下的工作：在A端測出雙線間的電阻RA；在B端測出雙線間的電阻RB；在A端的雙線間加一已知電壓U，在B端用電流表接在兩線間，測出電纜中的電流IB，改用內(nèi)阻很大的電壓表測出兩線間的電壓為UB；在B端的雙線間加一已知電壓U，在A端用電流表接在兩線間，測出電纜中的電流IA，改用內(nèi)阻很大的電壓表測出兩線間的電壓為UA。以下判斷正確的是：　　
　　A 若RA＋RB＝2R，則可以斷定電纜是短路，并且可以確定短路處的位置
　　B 若RA＋RB＞2R，則可以斷定電纜是漏電，并且可以由RA＋RB的數(shù)值確定漏電處的位置
　　C 若IA＝0，則必有IB＝0、UA＝0、UB＝0，可以斷定電纜是短路，但不能確定短路的位置
　　D 若IA≠0，則必有IB≠0、UA≠0、UB≠0，可以斷定電纜是漏電，并且可以由它們的數(shù)值確定漏電的位置
　　答案：A、D
　　二．家庭電路的線路均有一定的電阻，所以當(dāng)家中大功率的家電（如空調(diào)、電熱器等）啟動(dòng)時(shí)，其余電燈都會(huì)突然變暗，通過下面的實(shí)驗(yàn)可以估測線路的電阻。
　　如右圖所示，r表示線路上的總電阻，L為一個(gè)功率為P1的普通燈泡， 為交流電壓表，R是一個(gè)功率為P2的大功率電熱器（P2 P1）。
　　實(shí)驗(yàn)時(shí)斷開K，測得電壓為U1，合上K測得電壓為U2，如何估算線路上的電阻？寫出估算的計(jì)算式。
　　參考答案
　　L的電阻很大，電流很小。因此對(duì)線路上的影響，可以不計(jì)。合上K接入R時(shí)，由于R的電阻很小，電流很大，這時(shí)L的電流也可以略去不計(jì)。
　　r＝(U1－U2)U2/P2
　　
三．全自動(dòng)洗衣機(jī)有一個(gè)水位開關(guān)，它是一個(gè)壓力開關(guān)。水位開關(guān)的工作原理是利用開關(guān)內(nèi)的空氣室里的空氣隨著水位上升所增加的壓力，使開關(guān)動(dòng)作，關(guān)閉水閥。在排水時(shí)，隨著水位的下降，空氣室內(nèi)的壓力隨之下降，開關(guān)回復(fù)到初始位置。
　　從右圖中可看到當(dāng)水注進(jìn)洗衣桶后，空氣很快被封閉在左側(cè)小管中，隨著水位的上升，封閉空氣的壓強(qiáng)增大。通常桶內(nèi)外液面差約為 15～35 cm，求：
　　1．封閉空氣的壓強(qiáng)數(shù)值大約有多少？
　　2．若橡膠膜片的半徑為 25 cm，則壓縮空氣對(duì)橡膠膜片的壓力有多少？
　　參考答案
　　封閉空氣的壓強(qiáng)數(shù)值可根據(jù)洗衣桶的水位差來確定。
　　1．封閉空氣的壓強(qiáng)在1.015×105 Pa到1.034×105 Pa之間。
　　2．對(duì)橡膠膜片的壓力在199 N到 203 N之間。
　　四．右圖是一全自動(dòng)洗衣機(jī)中的脫水桶，脫水桶的直徑為38cm，脫水桶工作時(shí)的轉(zhuǎn)速為820 r/min，剛脫水桶工作時(shí)衣服所具有的向心加速度為多少？是重力加速度的幾倍？為什么脫水桶能使衣服脫水？
　　參考答案
　　脫水桶工作時(shí)衣服緊靠脫水桶壁，衣服與脫水桶一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。衣服所具有的向心加速度為1401m/s2，是重力加速度的143倍。
　　由此可見，一個(gè)水滴它需要的向心力，大約是其自身重力的143倍，衣服不可能提供給水滴這樣大的向心力，于是水與衣服就分離了，并從棉壁的小孔中飛出去。
　　五．普通洗衣機(jī)的脫水桶以1200r/min的速度高速旋轉(zhuǎn)，為避免發(fā)生人身傷害事故，脫水機(jī)構(gòu)都裝有安全制動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由脫水桶蓋板、制動(dòng)鋼絲、剎車制動(dòng)盤等組成。當(dāng)脫水桶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果打開脫水桶蓋，則該系統(tǒng)便產(chǎn)生制動(dòng)作用。安全制動(dòng)系統(tǒng)的作用有兩個(gè)：一是將脫水電動(dòng)機(jī)的電源自動(dòng)切斷；二是制動(dòng)器自動(dòng)剎緊，使脫水桶迅即停止轉(zhuǎn)動(dòng)。右圖為脫水制動(dòng)示意圖。若脫水桶的半徑為9cm，剎車盤的半徑為6cm，打開脫水桶蓋到脫水桶停止用時(shí)5s，若衣服和桶的質(zhì)量為3kg。你能不能估算出脫水桶在這段時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)了幾圈和剎車帶上的摩擦力大小？
　　參考答案
　　可認(rèn)為脫水桶在剎車時(shí)的轉(zhuǎn)速是均勻下降的。原脫水桶以1200r/min的速度高速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)5s降為零，則在這段時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)了50圈。脫水后，衣服緊靠脫水桶壁，桶和衣服具有動(dòng)能，剎車后動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
　　f＝m(r大ω)2/2πnr小＝20.3N。
　　六．全自動(dòng)洗衣機(jī)中，排水電磁閥是由程序控制器控制其動(dòng)作的。當(dāng)洗衣機(jī)進(jìn)行排水和脫水工序時(shí)，電磁鐵的線圈通電，使電磁鐵的鐵芯2動(dòng)作，牽引排水闊的活塞打開，排除污水。牽引電磁鐵的結(jié)構(gòu)如右圖所示。
　　當(dāng)程序控制器的控制電流通過線圈時(shí)，線圈和鐵芯1產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)的磁場，使鐵芯2磁化，由于磁體相互作用，將鐵芯2吸入線圈，此時(shí)鐵芯2將拉動(dòng)閥門使閥門打開排水。同樣，控制器不輸出控制電流時(shí)，電磁鐵將失去磁性，彈簧（圖中未畫）將鐵芯 2拉回原位，從而關(guān)閉閥門。想一想：
　　1．某時(shí)刻輸入控制電流時(shí)，a為正，b為負(fù)，則鐵芯2中A端和B端分別為什么磁極？
　　2．a(chǎn)、b處輸入的是正、負(fù)交變電流，鐵芯2是否仍然吸入線圈？與恒定電流相比會(huì)有什么不同？
　　參考答案
　　1．A端為S極，B端為N極。
　　2．仍能吸入線圈，因?yàn)殍F芯仍能被磁化，且磁化后的磁性總是與線圈要發(fā)生相吸的作用。但與恒定電流產(chǎn)生的磁場相比，交變磁場強(qiáng)弱有變化，當(dāng)磁性減弱的時(shí)刻彈簧會(huì)將鐵芯2拉離線圈，因而會(huì)有振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲。（實(shí)際設(shè)計(jì)中有辦法消除這種噪聲，這里不再展開說明）
　　
七．下表為一雙桶洗衣機(jī)所用電動(dòng)機(jī)的工作參數(shù)。
名 稱 額定電壓(V) 頻率(Hz) 工作電流(A) 電阻(Ω) 轉(zhuǎn)速(r/min)
洗滌電動(dòng)機(jī) 220 50 0.5 20 1370
脫水電動(dòng)機(jī) 220 50 0.8 18 1370
　　從上表中可想到那些物理知識(shí)？
　　右圖是洗衣機(jī)洗滌時(shí)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停的時(shí)間程序。
　　若洗滌衣服的時(shí)間為15min，脫水的時(shí)間為2min，則洗滌一次衣服大約用多少度電能？當(dāng)洗滌和脫水同時(shí)操作時(shí)，流過電源插座的電流是多少？為什么？
　　參考答案
　　從表中可想到工作電壓就是我們國家的民用交流電壓；洗滌電動(dòng)機(jī)的工作功率為110 W，脫水電動(dòng)機(jī)為176 W；用歐姆定律I＝U/R求出的電流和工作電流是不同的，原因是歐姆定律適合純電阻電路，而電動(dòng)機(jī)主要是用來輸出機(jī)械能的，不是用來發(fā)熱的。
　　從洗衣機(jī)洗滌的正、反轉(zhuǎn)和停的時(shí)間程序圖可知，停和轉(zhuǎn)的時(shí)間分別為125s和775s。（為什么？請(qǐng)同學(xué)們思考）。洗滌一次衣服大約用0.03度電能。
　　當(dāng)洗滌和脫水同時(shí)操作時(shí)，就相當(dāng)于兩個(gè)用電器的并聯(lián)，則流過電源插座的電流就是這兩個(gè)用電器單獨(dú)使用時(shí)的工作電流之和，即1.3A。
　　八．家用微波爐是利用微波電磁能加熱食物的新型灶具，主要由磁控管、波導(dǎo)管、微波加熱器、爐門、直流電源、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、外殼等組成，接通電源后，220V交流電經(jīng)一變壓器，一方面在次級(jí)產(chǎn)生3.4V交流對(duì)磁控管加熱，同時(shí)在次級(jí)產(chǎn)生2000V高壓經(jīng)整流加到磁控管的陰、陽兩極之間，使磁控管產(chǎn)生頻率為2450MHz的微波，微波輸送至金屬制成的加熱器（爐腔），被來回反射，微波的電磁作用使食物內(nèi)分子高頻地振動(dòng)而內(nèi)外同時(shí)迅速變熱，并能最大限度地保存食物中的維生素。
　　1．試計(jì)算微波輸出功率為700W的磁控管每秒內(nèi)產(chǎn)生的光子數(shù)。
　　2．試計(jì)算變壓器的高壓變壓比。
　　3．導(dǎo)體能反射微波，絕緣體可使微波透射，而食物通常含有的成分是___________，較易吸收微波能而轉(zhuǎn)換成熱能。故在使用微波爐時(shí)應(yīng) ：
　　A 用金屬容器盛放食物放入火爐內(nèi)加熱
　　B 用陶瓷容器盛放食物放入火爐內(nèi)加熱
　　C 將微波爐置于磁性材料周圍
　　D 將微波爐遠(yuǎn)離磁性材料周圍
　　參考答案
　　1．4.43×1026
　　2．100:11
　　3．蛋白質(zhì)、水、脂肪
　　B、D
　　九．微波爐是一種新型家用電器。用它加熱含水分較多的食品效果很好。它的加熱原理是利用磁控管發(fā)出頻率為2450MHz的微波，微波經(jīng)爐頂?shù)牟▽?dǎo)傳輸?shù)郊訜崾摇Ｋ肿邮菢O性分子，它的正負(fù)電荷的中心是不重合的。因此當(dāng)有微波通過時(shí)，水分子將隨著微波引起的振蕩電場的變化而快速振動(dòng)起來。又因?yàn)樵撐⒉ǖ念l率和水分子振動(dòng)的固有頻率相同，因此能使水分子發(fā)生共振，分子動(dòng)能迅速增大，使食物的內(nèi)能增大，溫度升高。如果水以冰的形式存在，由于固體分子間的結(jié)合得較緊密，吸收微波的能力就很低，加熱時(shí)會(huì)很不均勻。根據(jù)以上說明，微波爐能加熱含水分較多的食品的原因是由于它們具有以下特點(diǎn)：①_______　　　②_______　③_______；可以推出水分子振動(dòng)的固有頻率為_______Hz。
　　參考答案
　　①水分子是極性分子；
　　②水是液態(tài)；
　　③水分子的固有頻率和微波爐發(fā)出的微波的頻率相同。
　　水分子的固有頻率為2.45×109Hz
　　十．試回答下列問題：
　　1．為什么用微波爐比用電烤箱烹調(diào)食物快得多？為什么用電烤箱烤較大的山芋，其表面烤焦了，內(nèi)部還未熟，而用微波爐不會(huì)出現(xiàn)這種情況？
　　2．現(xiàn)在常見的高密度塑料容器和金屬容器，它們分別可以放在哪種爐子里使用？為什么？
　　3．某同學(xué)想做一只熱冰淇淋，應(yīng)該使用何種加熱爐？為什么？
　　參考答案
　　1．因?yàn)槲⒉t可穿透食物5cm左右，引起食物各部分水分子同時(shí)發(fā)生振動(dòng)發(fā)熱而加熱食物，而紅外線只能照射到食物表面，依靠熱傳導(dǎo)向食物內(nèi)部傳遞內(nèi)能，所以使用微波爐烹調(diào)食物快得多，且節(jié)約能源。用烘烤箱烤山芋時(shí)，山芋表面溫度達(dá)數(shù)百攝氏度時(shí)內(nèi)部才能被加熱，所以表面烤焦了，內(nèi)部還不一定熟，而微波爐是內(nèi)外一起加熱，不會(huì)出現(xiàn)這種情況．
　　2．金屬容器對(duì)微波有電磁屏蔽作用，不能在微波爐中使用，但它是熱的良導(dǎo)體，可在烘烤箱中使用；相反，高密度塑料的熔點(diǎn)較低，在烘烤箱中會(huì)軟化變形，甚至著火自燃，而在微波爐中溫度較低，不會(huì)出現(xiàn)這一情況。
　　3．不能使用微波爐．因?yàn)閮?nèi)外同時(shí)加熱，冰淇淋外表溫度升高時(shí)，內(nèi)部同時(shí)升溫，結(jié)果冰淇淋就溶化了；使用烘烤箱時(shí)，在溫度升至250～300℃時(shí)再把冰淇然放入其中，外表迅速烘烤硬化，而內(nèi)部仍是固態(tài)的，就可制成熱冰淇淋。
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