Question

8．2016年12月18日-22日，我國(guó)北方大范圍被霧霾籠罩，鄭州市PM2.5濃度峰值一度超過(guò)500微克/立方米，市政府啟動(dòng)了重污染天氣紅色預(yù)警．在“十面霾伏”下，空氣凈化器（如圖甲所示）成為市場(chǎng)上暢銷的家電．

（1）空氣凈化器中有多種不同的技術(shù)，其中一種叫做靜電集塵技術(shù)，其工作過(guò)程如圖乙所示，受污染的空氣被吸入后，顆粒物進(jìn)入電離區(qū)帶上電荷，然后在集塵器上被帶電金屬網(wǎng)捕獲．其捕獲原理是異種電荷相互吸引．
（2）圖表為某品牌空氣凈化器的部分參數(shù)．

額定電壓	220V
頻率	50Hz
額定輸入功率	66W
風(fēng)量	400m3/h

①其正常工作時(shí)電流為0.3A；
②如果室內(nèi)面積為l00m²，房間高度為3m，請(qǐng)你計(jì)算出房間內(nèi)空氣全部更換一次，理論上需要0.75h；
③若在上述時(shí)間內(nèi)沒(méi)有其他用電器接入電路的情況下，標(biāo)有“3000imp/kW•h”的電能表指示燈閃爍了135次，此過(guò)程中凈化器的實(shí)際功率是60w．
（3）大部分的空氣凈化器內(nèi)部還有一個(gè)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置．圖丙為該監(jiān)測(cè)裝置的電路圖，它是通過(guò)粉塵濃度傳感器R來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的．當(dāng)一束激光入射到被測(cè)顆粒物時(shí)，光強(qiáng)將被衰減，粉塵濃度傳感器R的阻值隨濃度β變化的關(guān)系圖象如圖丁所示．已知電源電壓為24V，定值電阻R₀的阻值為180Ω，電流表的量程力0-l00mA，電壓表的量程為0～15V，請(qǐng)計(jì)算粉塵濃度傳感器R的阻值范圍是多少？

Answer 1

分析 （1）同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引；
（2）①空氣凈化器正常工作時(shí)的功率和額定功率相等，根據(jù)P=UI求出正常工作時(shí)電流；
②已知室內(nèi)的面積和高度，可求室內(nèi)空氣的體積，已知風(fēng)量，可求所需的時(shí)間；
③3000imp/kW•h表示電能表指示燈每閃爍1次，電路中消耗$\frac{1}{3000}$kW•h的電能，據(jù)此求出指示燈閃爍135次電路中消耗的電能，利用P=$\frac{W}{t}$求出此過(guò)程中凈化器的實(shí)際功率；
（3）由電路圖可知，R與R₀串聯(lián)，電壓表測(cè)R兩端的電壓，電流表測(cè)電路中的電流，當(dāng)電流表的示數(shù)最大時(shí)R的阻值最小，根據(jù)歐姆定律求出電路中的總電阻，利用電阻的串聯(lián)求出R的最小值；當(dāng)電壓表的示數(shù)最大時(shí)R的阻值最大，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出R₀兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和歐姆定律得出等式即可求出R的最大阻值，然后得出答案．

解答 解：（1）顆粒物所帶電荷與集塵器帶電金屬網(wǎng)所帶電荷電性相反，異種電荷相互吸引，因此顆粒物被電網(wǎng)捕獲；
（2）①由P=UI可得，空氣凈化器正常工作時(shí)的電流：
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{66W}{220V}$=0.3A；
②房間內(nèi)空氣的體積：
V=Sh=100m²×3m=300m³，
房間內(nèi)空氣全部更換一次，理論上需要：
t=$\frac{300{m}^{3}}{400{m}^{3}/h}$=0.75h；
③指示燈閃爍135次，電路消耗電能：
W=135×$\frac{1}{3000}$kW•h=0.045kW•h，
此過(guò)程中凈化器的實(shí)際功率：
P=$\frac{W}{t}$=$\frac{0.045kW•h}{0.75h}$=0.06kW=60W；
（3）電路中電流最大值為100mA=0.1A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，電路中的總電阻：
R_總=$\frac{U′}{{I}_{大}}$=$\frac{24V}{0.1A}$=240Ω，
因串聯(lián)電路總電阻等于各電阻之和，
所以，粉塵濃度傳感器R的最小阻值：
R_小=R_總-R₀=240Ω-180Ω=60Ω；
當(dāng)電壓表示數(shù)為15V時(shí)，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，R₀兩端電壓：
U₀=U′-U_R=24V-15V=9V，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，
所以，電路中的電流：
I_小=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{{U}_{R}}{{R}_{大}}$，即$\frac{9V}{180Ω}$=$\frac{15V}{{R}_{大}}$，
解得：R_大=300Ω，
所以，粉塵濃度傳感器R的阻值范圍是60Ω～300Ω．
故答案為：
（1）異種電荷相互吸引；
（2）①0.3；②0.75；③60；
（3）粉塵濃度傳感器R的阻值范圍是60Ω～300Ω．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電荷間的相互作用規(guī)律和電功率公式、電功公式、串聯(lián)電路的特點(diǎn)以及歐姆定律的應(yīng)用，從表格和圖象中獲取有用的信息是關(guān)鍵．