Question

5．你见过戴着面罩或墨镜的工人进行电焊作业吗？电焊是利用电流的热效应产生高温，将焊条熔化，从而使两金属部件焊接在一起．电焊机工作时有很大电流，但不会连续工作，所以导线中会产生迅速变化、时断时续的电流．

导线规格
导体横截面积S/mm2	2.5	4	6	10
安全载流量I/A	28	37	47	68

（1）电焊机输出电压 40V、输出功率 2000W，某种橡皮绝缘铜芯导线在常温下安全载流量（长时 间通电时的最大安全电流）如下表，从安全角度考虑，计算说明应选择横截面积为多少的导线作 为电焊机的输出导线？
（2）焊条熔点为1100℃，比热容为0.4×10³J/（kg•℃）．假设电流放出的热量全部被焊条吸收并使 焊条升温，电焊机连续工作4s，可使一根质量为20g，初温为20℃的焊条全部熔化吗？

Answer 1

分析 （1）知道电焊机的输出电压和输出功率，利用P=UI求电焊机的工作电流，然后可作出选择；
（2）电流通过电焊机做功，消耗电能全转化为内能，利用Q=W=Pt求电流做功4s放出的热量，假设电流放出的热量全部被焊条吸收，又知道焊条的质量、比热容和焊条的初温，利用吸热公式求焊条的末温，判断是否熔化．

解答 解：（1）由P=UI可得，电焊机工作时电流：
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{2000W}{40V}$=50A，
由表可知，应选横截面积为10mm²的导线；
（2）电焊机工作4s产生的热量：
Q_放=W=Pt=2000W×4s=8000J，
假设电流放出的热量全部被焊条吸收，则
Q_吸=Q_放=8000J，
由Q_吸=cm（t-t₀）可得，焊条的末温：
t=t₀+$\frac{{Q}_{吸}}{cm}$=20℃+$\frac{8000J}{0.4×1{0}^{3}J/（kg•℃）×20×1{0}^{-3}kg}$=1020℃＜1100℃，
所以，焊条不会全部熔化．
答：（1）应选横截面积为10mm²的导线；
（2）电焊机工作4s，不能使一根质量为20g的焊条全部熔化．

点评 本题为电学和热学的综合计算题，考查了学生对吸热公式、电功率公式的掌握和运用，涉及到保险丝的选择，反应物理与生活的密切联系，体现了“学是为了用”的教学思想，有意义．