物理小知識(shí):一個(gè)“智能電熱馬桶蓋”引發(fā)的物理爭(zhēng)論
來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)資源 文章作者:奧數(shù)網(wǎng)整理 2019-04-02 08:39:00

第一次聽(tīng)到“智能電熱馬桶蓋”的人們都覺(jué)得這肯定是一種很“高大上”的馬桶蓋,人們都想,如果是在寒冷的冬天用這種智能電熱馬桶蓋,肯定舒適無(wú)比,也因此在前幾年出現(xiàn)了不少人不惜跨過(guò)海洋阻隔爭(zhēng)先恐后去鄰國(guó)搶購(gòu)這種馬桶蓋的盛況。
那么這種智能電熱馬桶蓋到底有什么神奇之處呢?其利用的物理原理到底是什么呢?
其實(shí),如果把這種馬桶蓋內(nèi)部的“等效電路圖”畫出來(lái)的話,我們就會(huì)明白,其物理原理竟然如此簡(jiǎn)單,連初中生都能懂得,甚至初中生們都能設(shè)計(jì)出來(lái)這種簡(jiǎn)單電路!但是不少人看到這個(gè)等效電路圖之后都感覺(jué)非常不可思議,怎么可能這么簡(jiǎn)單?如果這么簡(jiǎn)單的話,哪還有必要去國(guó)外搶購(gòu)啊。甚至一些中學(xué)生們也為此爭(zhēng)吵,認(rèn)為內(nèi)部基本原理肯定不會(huì)如此簡(jiǎn)單。
真的不信?
請(qǐng)看一下下面這道往年中考物理題:
這道往年中考物理題其實(shí)是一道通過(guò)“智能電熱馬桶蓋”來(lái)考查電學(xué)當(dāng)中的“檔位問(wèn)題”綜合題。這是各地中考最常出現(xiàn)的一種壓軸題型,即常常通過(guò)各種家庭用電器來(lái)考查電學(xué)中的幾乎所有重要知識(shí)點(diǎn),主要包括:“電路的串并聯(lián)判斷問(wèn)題,電阻的大小判斷與求解問(wèn)題,檔位的實(shí)質(zhì)問(wèn)題,電功率基本公式的應(yīng)用問(wèn)題,電能的概念,額定功率與實(shí)際功率的區(qū)別問(wèn)題”。
這也是馬上面臨中考的初三學(xué)生們?cè)谧詈髲?fù)習(xí)階段應(yīng)該特別重視并加強(qiáng)訓(xùn)練和歸納的類型題。
本題首先說(shuō)明了這種智能電熱馬桶蓋分為三個(gè)加熱檔位,(也正因此,在冬季坐便時(shí)可以自由調(diào)節(jié)溫度,從而不必在馬桶蓋上再套上“馬桶座圈”,不必再為馬桶圈經(jīng)常潮濕而煩惱了。)對(duì)于初三的學(xué)生們來(lái)說(shuō),他們會(huì)立刻想到這是一種電學(xué)中的“檔位”問(wèn)題,也就是一種基本的“電阻的組合”問(wèn)題。本題中這位中學(xué)生所設(shè)計(jì)的幾個(gè)開(kāi)關(guān)控制的簡(jiǎn)單電路可以非常好的解釋這種馬桶蓋的物理原理!
是的,真正的物理原理就是這樣簡(jiǎn)單,“三個(gè)檔位”只不過(guò)是“兩個(gè)電阻的三種連接方式”!
根據(jù)中學(xué)物理電功率的基本公式可知,當(dāng)電路中的加熱電阻最大時(shí),對(duì)應(yīng)的檔位是低溫檔;當(dāng)電路中的加熱電阻最小時(shí),對(duì)應(yīng)的檔位是高溫檔;當(dāng)電路中的加熱電阻不大不小時(shí),對(duì)應(yīng)的檔位是中溫檔。
所以,當(dāng)兩個(gè)電阻并聯(lián)時(shí),智能電熱馬桶蓋處于高溫檔;當(dāng)兩個(gè)電阻串聯(lián)時(shí),智能電熱馬桶蓋處于低溫檔;當(dāng)只有其中一個(gè)電阻時(shí),智能電熱馬桶蓋處于中溫檔。
這樣看來(lái),本題雖然是中考物理電學(xué)壓軸題,但是并不難解,具體求解過(guò)程如下:
本題的第一問(wèn)和第二問(wèn)簡(jiǎn)直就是送分的問(wèn)題,根據(jù)已知中溫檔和低溫檔的電功率,直接套用公式求解即可。稍微有點(diǎn)麻煩的是第三問(wèn),通過(guò)以上分析可知,高溫檔加熱時(shí)兩個(gè)電阻是并聯(lián)的,所以高溫檔功率應(yīng)該等于兩個(gè)并聯(lián)電阻消耗的電功率之和,由于R1消耗的功率正是中溫檔功率,所以問(wèn)題就變成了求解R2消耗的電功率,由于R2大小未知,最終問(wèn)題轉(zhuǎn)變成了求解R2的大小,具體求解過(guò)程如下:
這么看來(lái),這種智能電熱馬桶蓋的物理原理真的是非常簡(jiǎn)單,這種中考物理題也不太難,對(duì)于中考生來(lái)說(shuō),本題的分?jǐn)?shù)應(yīng)該是志在必得的!
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