李明得到一個國外生首開的電熱暖手器,銘牌表示額定值的字樣中,能看清楚的只有“24W”這幾個字.為了能正確使有該用電器,他把一只標(biāo)有“600Ω,0.4A”的定值電阻與電熱暖手器和開關(guān)串聯(lián)起來,連接到家庭照明電路中,然后進(jìn)行如下實驗觀察:將開關(guān)接通后,電能表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動137圈恰好用了100s;斷開開關(guān)后,電能表轉(zhuǎn)盤在1min內(nèi)恰好轉(zhuǎn)了80圈;觀察電能表上標(biāo)有3000r/(kW?h)字樣;他在做實驗的時間內(nèi),家中其他用電器的使用情況沒有變化.請根據(jù)以上數(shù)據(jù),計算電熱暖手器的額定電壓是多少?你在計算過程中忽略了什么因素的影響?由此導(dǎo)致的計算結(jié)果是偏大還是偏?
解:(1)接通開關(guān)時,電能表測出的是所有用電器在100s內(nèi)消耗的總電能W′=
;
斷開開關(guān)后,電能表測出的就是李明家其他用電器在60s內(nèi)消耗的電能W=
;
斷開開關(guān)前后的功率分別為:P′=
=
=1644W;
P=
=
kW=1600W;
所以,實驗支路的串聯(lián)(總)功率為:P
串=P′-P=1644W-1600W=44W;
實驗支路的總電阻為:R
串=
=
=1100Ω;
電熱暖手器的電阻為:R=R
串-R
定=1100Ω-600Ω=500Ω;
所以,電熱暖手器的額定電壓為:U
額=
=
≈110V;
(2)在上述計算中,忽略了溫度對電阻的影晌.在實驗測試中,電熱暖手器的實際電壓為:
U
實=U-
R
定=220V-
×600V=100V,小于其額定電壓;
由于電流的熱效應(yīng),溫度升高,電阻增大,電熱暖手器在額定電壓下(正常)工作時,其電阻會大于500Ω;
故其實際的額定電壓:U
額=
也會大于測量值110V,因此忽略溫度對電阻的影響,會導(dǎo)致計算結(jié)果偏。
分析:(1)已知電熱暖手器的額定功率,根據(jù)U
額=
可知,需要求出暖手器的電阻;因此根據(jù)電能表在一定時間內(nèi)轉(zhuǎn)的圈數(shù)求出該段時間內(nèi)用電器消耗的電能,分別求出開關(guān)斷開前后用電器消耗的功率,功率差等于實驗電路消耗的總功率,則根據(jù)R=
即可求出串聯(lián)電路的總電阻,再根據(jù)串聯(lián)電路的特點求出暖手器的電阻.
(2)不考慮溫度的影響,根據(jù)串聯(lián)電路的特點求出暖手器的實際電壓,然后再根據(jù)電流的熱效應(yīng)進(jìn)行分析,即電阻越大,電阻越大;即可得出由于溫度的影響,引起結(jié)果的偏差.
點評:本題具有一定的難度.我們在解答習(xí)題時,一定要注意題中所給的條件和信息,認(rèn)真分析,不要想當(dāng)然的去解答;注意一般情況下電阻隨溫度的升高而增大.