【以微波炉为背景的综合题赏析】微波炉对人体有害吗
时间：2019-01-30 03:36:25 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
新的高中物理课程更加注重理论联系实际，微波炉就是一个进行STS教学的好材料。现将以其为背景材料的有关习题归类分析如下。� 原理题�
1.家用微波炉是利用微波的电磁能加热食物的新型灶具，主要由磁控管、波导管、微波加热器、炉门、直流电源、冷却系统、控制系统、外壳等组成。接通电源后，�220V交流电经过变压器，一方面在次级产生3.4V交流电对磁控管加热，同时在次级产生2000V高压经整流加到磁控管的阴、阳两极之间，使磁控管产生频率为2450MHz的微波，微波输送至金属制成的加热器（炉腔）被来回反射，微波的电磁作用使食物内分子高频地振动而内外同时迅速变热，并能最大限度地保存食物中的维生素，有下述说法正确的是（AD）�
A�微波是振荡电路中自由电子运动而产生的�
B�微波是原子外层电子外层电子受到激发而产生的 �
C�微波是原子内层电子受到激发而产生的�
D�微波炉变压器的高压变压比为11∶100��
使用常识题�
2�导体能反射微波，绝缘体可使微波透射，而食物通常含有成分是蛋白质、水、脂肪，较易吸收微波能而转换成热能，故在使用微波炉时应�（BD）�
A�用金属容器盛放食物放入炉内加热�
B�用陶瓷容器盛放食物放入炉内加热�
C�将微波炉置于磁性材料周围�
D��将微波炉远离磁性材料周围�
3�一台总功率约为800�W�的微波炉每天正常工作半小时，则一年要耗电多少度？�
析与解W=Pt=0.8×0.5×365�kwh�=146度。�
光学题�
4�某微波炉微波输出的功率为700�W�的磁控管每秒内产生的光子数为多少个？微波的波长为多少？�
析与解设每秒产生的光子数为n，波长为λ，由能量关系得：
磁辐射安全题�
5．家用微波炉的微波如果泄漏对人体有害，正常工作时微波炉的炉门对微波起着很好的反射和屏蔽作用，开门前务必先让微波发生电路停止工作。为了方便微波炉的操作，需要设计一保护开关，它能在炉门被打开前自动断电。为了防止微波大量泄漏，该开关必须保证在炉门被打开之前的一定时间内完成断电动作，这一时间称为保护开关动作的时间提前量Δt。假设微波在食品以及空气中的速度都差不多，微波炉炉腔对角线长约为50�cm�，且微波束每次穿过炉中食品仅被吸收千分之一，若要求炉门打开时炉内微波强度至少应衰减到正常工作时的百万分之一，请诂算保护开关动作的时间提前量Δt的数量级，并根据估算结果发表讨论(lg0．999=-4．345×10��-4�)。�
析与解要使微波强度减为正常工作时的百万分之一，微波束需穿过食品n次，即(999／1000)�n=1／10�6，两边同时取对数得：�
因为微波是一种电磁波，据题意微波在空气中和食品中的速度基本相等，也就大约等于真空中的光速，所以微波要衰减到要求值，必须经过�
这就是保护开关动作的时间提前量Δt，其数量级为10��-5��s�。�
讨论①光速实在太快了，所以所需时间提前量才这么小。②时间提前量只需这么小，看来保护开关不需要复杂的设计，很容易实现。�
电磁学题�
6．微波炉的核心部件是磁控管。如图1所示是磁控管的示意图，一群电子在垂直于管的某截面内做匀速圆周运动，在管内有平行于管轴线方向的匀强磁场，磁感应强度为B，在运动中这群电子时而接进电极1，时而接近电极2，从而使电极附近的电场强度发生周期性变化，设这一群电子在圆周上分布的范围很小，可以看作集中在这一点，共有N个电子，每个电子的电荷量为e、质量为m，圆形轨道的直径为D，电子群最靠近某一极时的距离为r，静电力常量为k。求： �
(1)管内一点电场强度变化的频率。�
(2)运动的电子群产生的电场在电极1附近的场强的最大值利最小值。�
析与解(1)电子做圆周运动一周，某点电场强度就周期性地变化一次，因此，电场强度变化的频率就等于这一群电子做圆周运动转动的频率。即f=Be/2πm�
(2)电子转到离心极1最近处，即距离为r时场强最大。E��max�=kNe/r�2�
电子转到离电极1最远处，即距离为(r+D)时场强最小。E��min�=kNe/(r+D)�2�
电学实验题�
7．微波炉电路中经变压器产生的2000�V�高压要经过整流变为直流后加到磁控管上，整流电路中重要元件是二极管，二极管是一种单向导电性半导体器件，它的正向电阻很小，反向电阻很大，为了能测量二极管的伏安特性，现设计如图2所示电路。�
(1)请将该电路中双刀双掷开关与电路其它部分画线连好，以便既能测正向特性，又能测反向特性。�
(2)某同学测得U��ab�和I的实验数据见下表，试画出二极管正向伏安特性曲线（可用铅笔作图）�
析与解(1)电路图连接如图3所示。�
(2)二极管正向伏安特性曲线如图4所示。�
�
研究性学习题�
1．实验探究：�
①观察自己家用微波炉的铭牌参数、功能及使用注意事项。�
②给食物加热时，食物是内部先热还是外部先热?�
③微波炉炉腔内各处的加热效果相同吗?�
④使用不同的器皿加热效果相同吗?�
⑤给大小相同的不同食物加热快慢相同吗?�
2．查阅资料：�
①微波炉加热与普通加热有何不同?�
②在未来的一段时间内，微波炉将会向什么方向发展?�
限于篇幅，学生的研究成果只取一部分与大家交流：�
①微波炉加热与普通加热的区别：�
微波烹调的基础是微波对介质加热。根据物理理论可知，介质分子可分为有极分子和无极分子两大类。有极分子的正、负电荷的中心不重合，其间有一段距离，可等效为一个电偶极子(如水)。在外电场的作用下，原来杂乱无章的有极分子会沿着外电场的方向转向，产生转向极化(无极分子的正、负电荷的中心沿电场方向只产生位移极化)。如果外电场是交变的，那么有极分子的转向也要随电场的变化而不断改变方向。在这个过程中，由于分子间的相互碰撞，将使电能转化为分子的动能，然后再转化为内能，使物体的温度升高。由此可见，对于有极分子组成的物体(如被烹调的食物)，交变电场就容易对它进行加热。�
微波加热与通常的加热方式不一样。通常的加热方式是要有一个高温热源，通过辐射来传导，先使物体的表面加热，然后由传导和对流在物体内部逐渐向其纵深加热，这样加热速度很慢。而微波炉加热是用磁控管(在炉内顶部)产生微波，然后将微波照射到六面都由金属制成的空箱(又称谐振腔)中，管壁不吸收微波，只有箱中的容器和食物被加热，因此效率高、速度快。由于加热速度快，因此对食物营养的破坏很少(即保鲜度好)。由于微波烹调有加热快、节能、不污染环境，保鲜度好等优点，因此微波炉在我国被广泛推广应用。�
②不久的将来变频微波炉将要替代目前常用微波炉。�
因为变频微波炉是以变频器替代了传统微波炉内的变压器，变频器通过变频电路可以将50�Hz�的电源频率任意地转换成为20000~45000�Hz�的高频率，通过改变频率来得到不同的输出功率，解决了传统微波炉通过对恒定输出功率反复开／关进行火力调控而使食物加热不均匀的弊端，实现了真正意义上的均匀火力调控，经烹调的食物不仅口感好，而且营养保存更多。除此以外，与传统微波炉相比，变频微波炉还具有机身轻巧、噪声小、烹调速度快、用电省等特点。�
虽然微波炉的使用已深入普通百姓人家，但据调查还有不少高中学生不会使用或不敢使用它。可见加强微波炉知识的渗透教学很有必要。这些题目既向学生介绍了微波炉的原理和使用常识，又以微波炉为背景传授了本学科内主干知识，涉及到微波的传播和反射、光子说、二极管的单向导电性、有关电路连接、伏安特性曲线、变压器、电路设计等等以及应用数学知识解决物理问题的跨学科综合能力。以微波炉为研究性学习材料，让他们亲自动手操作，由不敢使用到会使用，提高了他们学习物理的兴趣和生活自理能力，增强了学生的安全、环保、节约等意识；通过研究性学习，有意识培养他们动脑、动手和实验探究能力，查阅资料获取信息的能力，这是现代教育和新课程所倡导的，同时把知识和能力融合到一个新情境问题中进行考查也是高考命题的热点和趋势。
(栏目编辑 陈洁)
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