家用電器在中學物理教學中的應用思考

買買提艾則孜·阿不都熱合曼 阿不都米吉提·阿不都拉 阿依提拉·伊力哈木

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家用電器在中學物理教學中的應用思考

買買提艾則孜·阿不都熱合曼 阿不都米吉提·阿不都拉 阿依提拉·伊力哈木

（和田師范專科學校職業技術學院 新疆和田 848000）

家用電器引入物理教學的環節，旨在是提高學生的動手能力，調動學生的興趣，揭示物理概念和規律，加深對概念和規律的理解。把家電工作原理與探究性教學有效地結合起來，全面促進學生的創造思維形成。

家用電器應用；物理問題分析；實驗

近年來，新課標的中學物理課程更加注重理論聯系實際，家用電器引入物理教學探究性教學環節，真正落實物理課程目標。同時，調動學生的興趣，提高學生的動手能力，揭示物理概念和規律，加深對概念及規律的理解。促進學生的創造思維能力，發展科學探究能力。

1. 家用電器在物理理論教學中的應用

在電磁感應與物態變化過程中，汽化-液化是中學物理教學的重點和難點,由于教學內容比較抽象,學生很難理解。所以如果能尋找出與日常生活比較貼近的例子,讓學生有更多的切身體驗,則更能讓學生理解自然規律。

1.1在講解渦電流時，一般舉例都比較抽象，好在日常生活中常見的電磁爐為我們提供了一個好的例子。電磁灶是根據電磁感應原理制成的一種爐灶（圖1）。它在一個多股銅導線繞制的加熱線圈內，通以交變電流而產生交變磁場，當電磁灶上未放置需加熱的導磁金屬鍋時,交變磁場的磁路基本上是空氣磁路,磁阻很大。此時，加熱線圈中只有一個很小的空載電流通過, 當金屬鍋體放到電磁灶上時，鍋子處于交變磁場中,原來大部分的空氣磁路被代之以導磁體,磁阻減小,交變磁場大大加強。在交變磁場作用于鍋底，產生大量渦流,從而使鍋體獲得焦耳熱,溫度迅速升高,這樣就使電磁能轉變熱能，達到加熱的目的。

圖1：電磁爐工作原理

1.2講汽化-液化時，電冰箱是根據物質（氟利昂）的汽化過程吸熱，液化過程放熱原理制成的一種制冷設備見圖2。圖2是電冰箱的構造和原理。壓縮機吸入蒸發器蒸發制冷后的低溫低壓制冷劑（氟利昂），然后壓縮成高溫高壓蒸氣送入冷凝器。高溫高壓蒸氣經冷凝器冷卻后，使蒸氣冷凝變為液體（放熱）。當常溫高壓液體流入毛細管時，毛細管流入蒸發器的液態制冷劑，壓力減少迅速汽化，從周圍物體吸熱，使冷凍室的溫度降低。蒸發后的制冷劑回到壓縮機中，被壓縮機壓成高溫高壓蒸氣，又經冷凝器，過濾器，毛細管進入蒸發器內蒸發（汽化）吸熱。這樣如此循環，實現了電冰箱制冷的目的。

圖2：電冰箱工作原理表示出了電冰箱的構造和原理。

2.家用電器有關的物理問題分析

在生活中，家用電器長見有關豐富的物理知識。把家電與物理知識有效地結合起來，激發學生的學習物理的興趣，培養熱愛科學的情感，又可以增強學生運用物理知識解決實際問題的能力，下面舉行幾例說明。

2.1某同學家中彩色電視機屏幕的色純不良，屏幕右上角紅發，維修部的技術人員檢查后認為是消磁電路出了故障（電路圖3所示）。引起故障的原因可能是（ ）

①彩色顯象管

②消磁線圈開路，

③消磁電阻開路，

④消磁電路插座接觸不良

①② B.①②③ C.②③④ D. ①②③④

圖3：電視機工作圖

解析：開機后觀察屏幕，圖像，伴音均正常，但左上角圖像發紫，明顯色純度不良，無信號時左上角發紅，關機后再開機，紅色區不能消除。

根據這種現象分析，色純度不良故障是機內自動消磁功能沒有起到作用造成的，應重點檢查自動消磁電路插頭是否插好，消磁線圈及消磁電阻RT是否開路，經檢查發現消磁線圈及消磁電阻RT的電阻值無窮大，更換消磁線圈及消磁電阻后，故障排除。

為了避免彩色電視機受地磁的影響，保證在各地收看時無色純度不良現象，因此彩色電視機中都設有開機瞬間自動消磁電路，它由消磁線圈和正溫度系數電阻RT組成。開機時RT電阻值很小（約為12），交流220V在消磁線圈中產生強大電流，電流流通產生強大的磁場，給電視機消磁，消去地磁的影響，開機后由于流經RT電流大，升溫快，很快RT電阻值變大，使流過線圈的電流減小。當消磁線圈開路后，消磁線圈中無電流流通，不能產生磁場，使自動消磁失去作用，彩色電視機受地磁的影響，而產生色純不良的現象，綜合以上可知應選C項。

2.2如圖4（a），（b）所示是一個電熱水器的型號和簡單電路圖。

問題：（1）當該熱水器裝滿20℃的水時，在一標準大氣壓下把水燒開，需要吸收多少熱量？

（2）電熱水器中R0，R的阻值各是多少？

（3）經測試，燒開一滿壺20℃的水需要6/8小時，則該電熱水器的熱效率為多少？

圖4：電熱器簡單電路圖

解答：

（2）溫控器（或溫控開關）閉合時,熱水器處于加熱狀態,額定功率P額定= U2/R0=(220V)2/R0=1500W溫控器斷開時, 熱水器處于保溫狀態, 保溫功率P保溫=U2/(R0+R)= (220V)2/(R0+R)=30W,解得R0=32.3R=1581

（3）燒開一滿壺20℃的水電W=Pt=1500W×6/8×3600s=4.05×106J電熱水器的熱效率為=Q/W=3.36×106J/4.05×106J=83%

2.3如圖5（a）是家用電熨斗的電路原理圖（額定電壓為220V）。R0是定值，R是可變電阻（調溫開關），其電阻值均不受溫度影響。

（1）該電熨斗溫度最低時的耗電功率為121W，溫度最高時的耗電功率為484W，求R0的阻值及R的阻值變化范圍。

（2）假定電熨斗每秒鐘散發的熱量Q跟電熨斗表面溫度與環境溫度的溫差關系如圖5（b）所示，現在在溫度為20℃的房間使用該電熨斗來熨燙毛料西服，要求電熨斗表面溫度為220 ℃，且保持不變，問應將R的阻值調為多少？

圖5：電燙斗工作原理

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

系統采用“可設時段+閉環系統”方式設計。可設時段，指在不同的地區春夏秋冬四季跟蹤開始和停止的時段可以設置[6]。閉環系統，是指系統處于跟蹤時段內，由感光部分采集當前跟蹤位置信息→控制部分根據位置信息處理是否要姿態調整：①不調整→進入時間間隔(根據精度要求設定)→感光部分采集當前跟蹤位置信息；②要調整→根據位置信息處理情況，驅動雙軸傳動裝置進行一次水平方位和垂直高度姿態調整→感光部分采集當前跟蹤位置信息[4-5]。其系統框圖如圖4。

溫度最高擋：P2= U2/ R0，即484=2202/R0 。由以上兩式可解得R0=100，R最=300。

由圖像知電熨斗每秒鐘散發的熱量Q=)44/20(×200J=440J。

要保持電熨斗表面溫度不變，則電熨斗的電功率P=440W。又P=U2/(R+R0)，即440=2202/(R+100R)=10，故應將R調至10。

3.利用家電做物理演示實驗

演示實驗在物理教學中占有十分重要的地位，它在教學過程中能給學生提供觀察物理現象的環境條件，激發學生的學習積極性，啟發學生思維，培養學生觀察、分析、解決問題的能力。用小家電做演示實驗，取材容易，現象明顯。生動直觀，同時彌補了實驗儀器的缺乏。實踐證明，效果很好，學生很感興趣。

3.1用電飯鍋中的磁性溫控器件演示磁體與溫度的關系

高中物理教材中關于“磁性材料”內容很多，磁性材料按去磁的難易可分為硬磁性材料和軟磁性材料。磁化后容易去磁的物質叫軟磁性材料，不容易去磁的物質叫硬磁性材料。例如：電飯鍋中的磁性溫控器件（或磁鋼限溫器）主要由永久磁鋼和感溫軟次組成，如圖7所示。在位置固定的感溫軟磁下有一個永久磁鋼，永久磁鋼的下面有一彈橫以一定的拉力件。在常溫下，永久磁鋼與軟磁鐵是分開的，當永久磁鋼與軟磁貼近，即軟磁吸住永久磁鋼，使得它們所帶動的兩個觸點閉合，電熱元件通電發熱。一旦單熱元件發熱超過預定值，溫度上升到感溫軟磁的居里點（1032℃）時，軟磁的磁力急劇減小，使得彈橫拉力與永久磁鋼的重力之和大于磁吸力，永久磁鋼下兩觸點脫離，電熱元件斷電。

圖7：電飯鍋中的磁性溫控器件

3.2用收音機演示電磁波的屏蔽

打開收音機調節某一電臺能聽到清晰播音。試驗中找一金屬飯盒、金屬鍋或金屬薄膜袋乏類的東西，把收音機放入其中，全部覆蓋后，就聽不到播音了，反復試幾次，說明這是電磁場的屏蔽效應。

利用小家電做物理演示實驗的優點是取材容易、操作簡單。這類演示實驗直接聯系學生的生活實際，能讓學生認識到物理知識在實際中的應用，從而提高學生學習物理的興趣。只要大家勤于思考，還可以設計出利用小家電做更多的其他類型演示實驗。

3.3利用家電中的溫度傳感器演示熱敏電阻的溫度特性

熱敏電阻用于溫度檢測，分為三類 ：一類是制冷設備中常用半導體負溫度系數NTC （Negative Temperature Coefficient）熱敏電阻，其阻值隨溫度升高顯著變小；二類是家用的暖風器、電熱水器、電動機過熱保護等電器設備中常用半導:體正溫度系數PTC（Positive Temperature Coefficient)）熱敏電阻，其阻值隨溫度升高而增大；三類是臨界溫度系數CTR(CriticalTemperature Resistivity) 熱敏電阻, 在某一溫度下，電阻值隨溫度增加急劇減小，具有很大的負溫度系數，具有突變特性。這三類熱敏電阻的電阻-溫度特性曲線如圖8所示。

圖8：三類熱敏電阻的電阻-溫度特性曲線

（1）器材：熱敏電阻（PTC，NTC）；溫度計；燒環（備有冷。熱水）或保溫容器；多用電表；開關和導線等。

（2）研究（演示）NTC熱敏電阻的熱敏特性

實驗步驟：

如圖9所示，將熱敏電阻與多用電表的兩表筆相連，將多用電表的選擇開關置于歐姆擋。

圖9：熱敏電阻與多用電表:相連示意圖

②將熱敏電阻放入適量冷水并插有溫度計的燒壞（保溫容器）中，記下水溫和熱敏電阻的阻值。

③分幾次向燒壞（保溫容器）中倒入熱水或繼續加熱，記下水溫和熱敏電阻的阻值。

④觀察分析不同溫度下熱敏電阻的阻值，發現溫度升高電阻減少，實驗現象很明顯。

（3）研究（演示）PTC熱敏電阻的熱敏特性

實驗步驟：

①按圖8電路，只熱敏電阻PTC換NTC，其他部分不變。

②先用多用電表測出燒壞（保溫容器）中水末加熱時，熱敏電阻的阻值，并記下溫度計的示數。

③分幾次向燒壞（保溫容器）中倒入熱水或繼續加熱，記下水溫和熱敏電阻的阻值。

④觀察分析不同溫度下熱敏電阻的阻值，發現溫度升高電阻增大。

四 結束語

在生活中，了解家用電器有關豐富的物理知識。并有效地結合起來，加深學生對物理概念和規律的理解，并能培養他們動手能力和創新能力，以期達到更好的教學效果或又能得到很好的效果)。

[1]虞獻文.家用電器原理與應用[M].北京：高等教育出版社.2001.12

[2]萬中厚.生活與物理[J] .物理教學，2006.1

[3]王璦等.熱敏電阻溫度特性的計算機數據采集[J].物理實驗，2007.3

買買提艾則孜?阿不都熱合曼（1962-），男，維吾爾族，新疆于田人，和田師范專科學校職業技術學院副教授，主要研究方向：物理實驗教學和半導體技術研究。

2015-10-2