实验探究题 · 第3节 跨学科实践:为家庭电路做设计

实验探究题中等
据《周礼》记载,早在西周时期,我国古人就发明了一种可以给食物保鲜的容器,叫冰鉴。它的结构很简单,剖面示意图如图甲所示,在外部容器内装入冰块,把要保鲜的食物放入内部容器,利用冰块熔化吸热的原理,达到给食物保鲜的目的。这也是我国古代人民智慧的一种体现。随着科技的不断发展,现代制冷设备种类很多,其中电冰箱已走进千家万户;
题目配图
(1) 如图乙所示,电冰箱的制冷原理是利用制冷剂在冰箱冷冻室和冷凝器的管子里循环,把冰箱内的 “热” 搬运到冰箱外,起到制冷的作用。为了把冰箱中的 “热” 搬出去,制冷剂需要在____(选填 “冷冻室” 或 “冷凝器”)的管子中液化;
答案:冷凝器
(2) 传统的电冰箱使用的制冷剂是氟利昂 R12。这种制冷剂如果泄漏到大气中,会破坏大气层中的臭氧层,一方面会导致太阳光中的____外线照射过强,容易引起皮肤癌,另一方面会造成一定程度的环境问题。人们经过进一步研究采用新型物质作为冰箱的制冷剂,从而缓解环境问题;
答案:紫
(3) 小明研究自己家的电冰箱,发现电冰箱内有个照明灯,打开电冰箱门灯亮,关闭电冰箱门灯不亮,而电动压缩机自动启动或停止工作不受打开或关闭电冰箱门的影响。由此他判断电动压缩机和照明灯是____联的;
答案:并
(4) 小明了解电冰箱电路后,激发了设计电路的热情。他想设计一个多挡位电热毯的电路,如图所示,R 是电热毯用来加热的电热丝,R₀是定值电阻(只起分压作用),当开关 S 分别与触点 1、2、3 接触时,可实现 “断电”、“睡眠(低温)” 和 “高温” 的三种功能切换。请在图中补全小明设计的电路;____
子题配图
答案:开关接 1 电路断开;接 2 时 R 与 R₀串联;接 3 时只有 R 接入电路
子题答案图
(5) 小明思考上面设计的电路,觉得睡眠时持续通电浪费电能,联想到家庭电路提供的是交流电,电流方向是周期性变化的,他打算增加一个电子元件连接到电路中,使电热丝通电、断电交替进行,达到在睡眠挡位电热丝通电时间减半的目的,从而节约电能。请写出小明所选用的是哪种电子元件如何连接到电路中的:____。这种方法是否可行,他将继续探索。
答案:二极管,将二极管串联接入睡眠挡位的电路中
答案:(1) 冷凝器;(2) 紫;(3) 并;(4) 开关接 1 电路断开;接 2 时 R 与 R₀串联;接 3 时只有 R 接入电路;(5) 二极管,将二极管串联接入睡眠挡位的电路中
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冰块熔化吸热,降低温度,实现食物保鲜。 (1)制冷剂在冷冻室内汽化吸热,在冷凝器内液化放热,将热量释放到外界。 (2)臭氧层可以阻挡紫外线,臭氧层被破坏,紫外线照射增强,容易诱发皮肤癌。 (3)压缩机和灯互不影响,可以独立工作,所以是并联。 (4)S 接 1,电路断路,断电;S 接 2,R、R₀串联,总电阻大,功率小,为睡眠低温挡;S 接 3,只有 R 接入电路,电阻小,功率大,为高温挡。 (5)二极管具有单向导电性,交流电经过二极管后只有半个周期导通,串联在睡眠挡电路,可实现通电时间减半。

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