第5章 情境题专项-【新课程能力培养】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册同步练习（人教版2019）

第五章 传 感 器 练 1. 利用电容传感器可检测矿 井渗水， 及时发出安全警 报 ， 从而避免事故的发 生。 如图所示是一种通过 测量电容器电容的变化来 检测矿井中液面高低的仪器原理图， A 为 位置固定的导体芯， B 为导体芯外面的一 层绝缘物质， C 为导电液体 （矿井中含有 杂质的水）， A 、 B 、 C 构成电容器。 若矿 井渗水 （导电液体深度 h 增大）， 则电流 （ ） A. 从 b 向 a ， A 、 B 、 C 构成的电容器放电 B. 从 a 向 b ， A 、 B 、 C 构成的电容器放电 C. 从 b 向 a ， A 、 B 、 C 构成的电容器充电 D. 从 a 向 b ， A 、 B 、 C 构成的电容器充电 2. 目前许多国产手机都 有指纹解锁功能 ， 用 的指纹识别传感器是 电容式传感器 ， 如图 所示 。 指纹的凸起部 分叫 “嵴”， 凹下部分叫 “峪”。 传感器上 有大量面积相同的小极板， 当手指贴在传 感器上时， 这些小极板和正对的皮肤表面 部分形成大量的小电容器， 这样在嵴处和 峪处形成的电容器的电容大小不同， 此时 传感器给所有的电容器充电后达到某一电 压值， 然后， 电容器放电， 电容小的电容 器放电较快， 根据放电快慢的不同， 就可 以探测到嵴和峪的位置， 从而形成指纹图 像数据， 根据文中信息， 下列说法正确的 是 （ ） A. 用指纹的照片蒙在传感器上， 也可以 实现手机解锁功能 B. 手指轻按和重按均可以解锁， 说明形 成的电容大小是相同的 C. 潮湿的手指头不能形成指纹识别， 是 因为嵴和峪没有电容差别了 D. 在峪处形成的电容器放电较慢 3. 2007 年诺贝尔物理学奖授予了法国科学 家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝 格 尔 ， 以 表 彰 他 们 发 现 “ 巨 磁 电 阻 （ GMR ）” 效应。 基于巨磁电阻效应开发 的用于读取硬盘数据的磁电技术， 被认为 是纳米技术的第一次真正应用。 如图是研 究巨磁电阻特性的原理示意图， 实验发 现， 当闭合 S 1 、 S 2 后使滑动变阻器的滑片 P 向左滑动的过程中， 指示灯明显变亮， 下列说法中正确的是 （ ） A. 滑片 P 向左滑动的过程中， 电磁铁的 磁性减弱 B. 巨磁电阻的阻值随磁场的增强而明显 增大 C. 巨磁电阻的阻值随磁场的增强而明显 减小 情境题专项 G a b C B h A 第 1 题图 第 2 题图 电磁铁 P S 1 S 2 指示灯 GMR S N 第 3 题图 119 练 高中物理选择性必修 第二册 （人教版） D. 巨磁电阻不可用来制作磁电传感器 4. （多选） 自行车速度计利用霍尔效应传感 器获知自行车的运动速率。 如图甲所示， 自行车前轮上安装一块磁铁， 轮子每转一 圈， 这块磁铁就靠近传感器一次， 传感器 会输出一个脉冲电压。 图乙为霍尔元件的 工作原理图， 元件内定向运动的自由电子 在磁场力作用下偏转， 前、 后表面会产生 霍尔电势差。 则 （ ） A. 图乙中霍尔元件的前表面电势低于后 表面电势 B. 自行车的车速越大， 霍尔电势差越高 C. 如果长时间不更换传感器的电源， 霍 尔电势差将减小 D. 根据单位时间内的脉冲数和车轮的半 径即可获知车速大小 5. 如图是测量汽车质 量的地磅示意图， 汽车的质量可通过 电流表的示数读 出， 下列说法正确 的是 （ ） A. 电流表的示数越大说明被测汽车质量 越大 B. 电流表的示数越大说明被测汽车质量 越小 C. 把图中的电流表换成电压表同样能测 量汽车的质量 D. 地磅的最大量程只由弹簧的劲度系数 决定， 与电路的有关参数无关 6. （多选） 如图所示是 光电计数器的工作示 意图， 其中 A 是发光 仪器， B 是传送带上 的物品， R 1 为光敏电 阻， R 2 为定值电阻， 此光电计数器的基本 工作原理是 （ ） A. 当有光照射 R 1 时， 信号处理系统获得 高电压 B. 当有光照射 R 1 时， 信号处理系统获得 低电压 C. 信号处理系统每获得一次低电压就计 数一次 D. 信号处理系统每获得一次高电压就计 数一次 7. （多选） 陶瓷传感器可以用于分析气体中酒 精蒸气的含量， 常用于检查驾驶人员是否 饮酒。 如果司机饮酒， 血液中的酒精成分 会扩散到呼出的气体中， 呼出的气体喷向 传感器， 传感器的电阻将随酒精蒸气浓度 发生相应的变化， 从而可以检测血液中的 酒精含量。 某种陶瓷气敏传感器的电导 （即电阻的倒数） 与气体中酒精蒸气浓度 C 的关系如图甲所示。 现用其组成如图乙所 示的检测电路 （电源内阻为 r ， 电流表内阻 不计）。 对此， 以下说法正确的是 （ ） 电源 磁场 B 后表面 前表面 霍尔 电势差 I 磁铁 霍尔 传感器 连接到 速度计 甲 乙 第 4 题图 A S R 0 P E 第 5 题图 E A B R 1 信 号 输 出 R 2 第 6 题图 陶瓷气敏 传感器 G r E R 0 传感器电导 酒精蒸气浓度 C O 甲 乙 第 7 题图 120 第五章 传 感 器 练 A. 此陶瓷气敏传感器的电阻与气体中酒 精蒸气的浓度成正比 B. 气体中酒精蒸气的浓度越大， 则电流 表指针偏转的角度越大 C. 气体中酒精蒸气的浓度越大， 则电池 的路端电压越小， 电阻 R 0 两端的电压 也越小 D. 电源用的时间长了， 内阻变大， 则会 导致测得的酒精浓度偏低 8. 图甲为一种家用门磁防盗报警器， 由磁条 和主机组成， 门窗均可使用。 乙图为其简 化示意图， 安装时， 将磁条固定在门框 上， 主机安装在与其等高的门板边缘， 门 关上时， 两者刚好靠在一起。 当主机开关 闭合时， 若门被打开， 磁条与主机分离， 主机内的触发器就会工作， 带动报警器发 出报警声。 下列有关说法正确的是 （ ） A. 触发器内是一个开关， 当主机与磁条 靠近时， 开关是断开的 B. 触发器可以由铜制成 C. 磁条的两极对调后， 该报警器不能正 常工作 D. 本装置是利用电流的磁效应工作的 9. 如图所示为温度自动报警器的工作原理 图， 图中 1 是电磁铁， 2 是衔铁， 5 是水银 温度计 （水银导电）。 常温下 3 触点处于 断开状态， 4 触点处于闭合状态， 则下列说 法正确的是 （ ） A. 当温度低于警戒 温度时电磁铁磁 性增强， 3 触点 闭合， 4 触点断开 B. 此装置为低温报警装置， 温度低于警 戒温度时， 电铃报警 C. 此装置为高温报警装置， 温度高于警 戒温度时， 指示灯亮 D. 要提高报警时的警戒温度应使导线 AB 短些 10. 某同学通过实验制作一个简易的温控装 置， 实验原理电路图如图所示， 继电器 与热敏电阻 R t 、 滑动变阻器 R 串联接在 电源 E 两端， 当继电器的电流超过 15 mA 时， 衔铁被吸合， 加热器停止加热， 实 现温控。 继电器的电阻约 20 Ω ， 热敏电 阻的阻值 R t 与温度 t 的关系如下表所示。 （ 1 ） 提供的实验器材： 电源 E 1 （ 3 V ， 内 阻不计）、 电源 E 2 （ 6 V ， 内阻不计）、 滑动变阻器 R 1 （ 0~200 Ω ）、 滑动变 阻器 R 2 （ 0~500Ω ）、 热敏电阻 R t 、 继 电器、 电阻箱 （ 0~999.9 Ω ）、 开关 S 、 导线若干。 为使该装置实现对 30~80 ℃ 之间任 一温度的控制， 电源 E 应选用 （填 “ E 1 ” 或 “ E 2 ”）， 滑动变阻 器 R 应选用 （填 “ R 1 ” 或 “ R 2 ”）。 开关 主机 磁条 报警器 触 发 器 主机 磁条 甲 乙 第 8 题图 电源 电源 1 2 3 4 5 A B L M 第 9 题图 t/℃ 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 R t /Ω 199.5 145.4 108.1 81.8 62.9 49.1 121 练 高中物理选择性必修 第二册 （人教版） （ 2 ） 欲使衔铁在热敏电阻为 50 ℃ 时被吸 合 ， 下列操作步骤的正确顺序是 （填序号）。 ① 将热敏电阻接入电路 ② 观察到继电器的衔铁被吸合 ③ 断开开关， 将电阻箱从电路中移除 ④ 合上开关， 调节滑动变阻器的阻值 ⑤ 断开开关， 用电阻箱替换热敏电 阻， 将阻值调至 108.1 Ω 11. 常见的一种力传感器由弹簧钢和应变片 组成， 其结构示意图如图甲所示。 弹簧 钢右端固定， 在其上、 下表面各贴一个 相同的应变片。 若在弹簧钢的自由端施 加向下的作用力 F ， 则弹簧钢发生弯曲， 上应变片被拉伸， 下应变片被压缩。 应 变片采用半导体材料制成， 其阻值与长 度成正比。 给上、 下应变片提供相等且 恒定不变的电流， 上应变片两端电压为 U 1 ， 下应变片两端电压为 U 2 ， 传感器把 这两个电压的差值 U （ U=U 1 -U 2 ） 输出， 用来反映力 F 的大小。 半导体应变片的 阻值随温度会发生变化， 其变化情况如 图乙所示。 为消除气温变化对测量精度 的影响， 需分别给上、 下应变片串联一 合适的电阻， 进行温度补偿。 串联合适 的电阻后， 测量结果不再受温度影响。 （ 1 ） 力 F 越大 ， 弹簧钢的弯曲程度越 （填 “大” 或 “小”）， 传 感器输出的电压 U 越 （填 “大” 或 “小”）。 （ 2 ） 外力为 F 1 时， 上、 下应变片的电阻 分别是 R 1 、 R 2 ； 外力为 F 2 时， 上、 下应变片的电阻分别是 R′ 1 、 R′ 2 。 若 F 1 >F 2 ， 则 R 1 、 R 2 、 R′ 1 、 R′ 2 从大到 小的排列是 （ ） A. R 1 >R 2 >R′ 1 >R′ 2 B. R 1 >R′ 1 >R 2 >R′ 2 C. R 1 >R 2 >R′ 2 >R′ 1 D. R 1 >R′ 1 >R′ 2 >R 2 （ 3 ） 如果未进行温度补偿， 自由端受到 相同的力 F 作用， 该传感器下应变 片两端的电压 U 2 冬天比夏天 （填 “大” 或 “小”）。 （ 4 ） 进行温度补偿时， 给下应变片串联 的电阻最合适的是 （ ） 衔铁 继电器 加热器 R c R 1 S a b E 电源 第 10 题图 弹簧钢 应变片 自 由 端 固 定 端 应变片 I I U 1 U 2 R/Ω t/℃ O 甲 乙 第 11 题图 R/Ω t/℃ O R/Ω t/℃ O R/Ω t/℃ O R/Ω t/℃ O A B C D 122 第二册 （人教版）高中物理选择性必修 个灯泡所在电路与交流电流接成回路 ， 即按 8 — 7 ， 4 — 5 ， 6 — 9 ， 1 — 3 ， 2 — 10 连接起来， 构成正常的电门 卡电路。 如图所示。 7. （ 1 ） 实物连线图见解析 （ 2 ） 记录温度计数值 记录电压表数值 （ 3 ） 100 0.390 【解析】 （ 1 ） 实物连线如图。 （ 2 ） 改变温度后， 热敏电阻阻值改变， 电压表示数 改变。 （ 3 ） 从图线知 R 与 t 呈线性关系 ， 且纵轴上截距 （当 t＝0 ℃ 时） R＝100 Ω ； 图线斜率 k＝ ΔR Δt ＝0.390 ， 所以 R＝100＋0.390t （ Ω ）。 8. （ 1 ） b （ 2 ） 如图所示 （ 3 ） 450 （ 4 ） 620.0 33.0 【解析】 （ 1 ） 题图甲的电路中滑动变阻器采用限流 接法， 在闭合 S 1 前， R 1 应该调节到接入电路部分的阻 值最大， 使电路中电流最小， 即题图甲中 R 1 的滑片应 移到 b 端。 （ 2 ） 将 t＝60 ℃ 和 t＝70 ℃ 对应的两组数据画在坐标 图上， 然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出 R 2 -t 曲线。 （ 3 ） 根据题述实验过程可知， 测量的 R 2 的数据等 于对应的热敏电阻 R T 的阻值。 由画出的 R 2 -t 曲线可知， 当 t＝44.0 ℃ 时， 对应的 R T ＝450 Ω 。 （ 4 ） 由画出的 R 2 -t 曲线可知 ， 当 R T ＝620.0 Ω 时 ， 手心温度 t＝33.0 ℃ 。 9. （ 1 ） B A （ 2 ） 减小 增大 100 （ 3 ） B 【解析】 （ 1 ） 根据 “当环境温度正常时， 继电器的 上触点接触， 下触点分离， 指示灯亮； 当环境温度超过 某一值时， 继电器的下触点接触， 上触点分离， 警铃 响”， 知警铃的接线柱 C 应与接线柱 B 相连， 指示灯的 接线柱 D 应与接线柱 A 相连。 （ 2 ） 当环境温度升高时， 热敏电阻阻值减小， 由欧 姆定律知电路中电流增大， 则继电器的磁性将增大。 当 线圈中的电流等于 50 mA 时， 继电器的衔铁刚好被吸 合 ， 则控制电路中电阻最大值为 R 总 ＝ U 1 I ＝ 3 0.05 Ω＝ 60 Ω ， 此时热敏电阻阻值为 R＝R 总 -R 0 ＝60 Ω-40 Ω＝ 20 Ω ， 由图乙知， 此时环境温度为 100 ℃ ， 所以环境温 度在 t≥100 ℃ 时， 警铃报警。 （ 3 ） 要使报警电路在更低的温度就报警， 则线圈中 的电流等于 50 mA 时， 热敏电阻 R 变大， 由 （ 2 ） 知， 热敏电阻 R＝ U 1 I -R 0 ， 则可通过适当增大 U 1 达到这个目 的， 故 B 正确， A 、 C 、 D 错误。 情境题专项 1. D 【解析】 由题图可知， 导电液体和导体芯构成 了电容器， 可近似为平行板电容器， 由 C= 着 r S 4仔kd 可知， 当液面升高时， 电容器极板正对面积 S 增大， 故电容增 大， A 、 C 间电势差不变， 再由 C= Q U 知， 电容器电荷量 增大 ， 因此电容器处于充电状态 ， 电流从 a 向 b ， 故 选 D 。 2. C 【解析】 用指纹的照片蒙在传感器上， 由于没 有指纹上凸起部分 “嵴” 和凹下部分 “峪”， 则不可以 实现手机解锁功能， 选项 A 错误； 手指轻压和重压， 手 第 6 题答图 第 7 题答图 第 8 题答图 0 50 参考答案与解析 指和小极板之间的距离不同， 形成的电容大小是不同 的， 故 B 错误； 潮湿的手指头是因为指纹之间被水填 充， 嵴和峪就不能形成电容差别了， 所以不能形成指纹 识别， 故 C 正确； 电容较小的电容器放电较快， 在峪处 形成的电容器电容较小， 所以在峪处形成的电容放电较 快， 故 D 错误。 3. C 【解析】 当滑片 P 向左滑动时， 滑动变阻器连 入电路中的电阻变小， 则电路中的电流变大， 通电螺线 管的磁性增强， A 错误。 通电螺线管的磁性增强时， 右 边电路中的指示灯明显变亮， 则说明右边电路的电流变 大了， 巨磁电阻的电阻变小了， 即巨磁电阻的阻值随磁 场的增强而变小。 故 B 错误。 由上面分析可知巨磁电阻 可用来制作磁电传感器， D 错误。 4. ACD 【解析】 电流方向水平向右， 电子水平向右 运动， 磁感应强度竖直向下， 根据左手定则可知电子受 到的洛伦兹力指向前表面， 所以电子会在前表面聚集， 电子带负电， 所以霍尔元件的前表面电势低于后表面电 势， A 正确； 当霍尔电压稳定时， 导体中的电子受力满 足 qvB=q U d ， d 为金属板前后表面距离， 电流的微观表 达式为 I=nqSv=nqv · ad ， a 金属板厚度， 解得 U=Bdv=Bd · I nqad = 1 nq · BI a ， 根据表达式可知霍尔电势差与自行车的 车速无关， B 错误； 如果长时间不更换传感器的电源， 电流 I 减小， 霍尔电势差 U 减小， C 正确； 根据单位时 间的脉冲数可以求解车轮转动的周期， 根据 棕= 2仔 T 可以 求解车轮的角速度， 结合 v=棕r 可以求解车速大小， D 正确。 5. A 【解析】 汽车质量越大， 弹簧受到的压力就越 大， P 点越向下， 连入电路的电阻就越小， 所以电流表 的示数就越大， A 正确， B 错误； 如果换成电压表， 因 为电压表的内阻较大， 所以滑动变阻器的阻值发生变化 时， 电压表的示数变化范围较小， 故不能准确地测量， C 错误； 因为通过滑动变阻器的阻值变化， 将力信号转 换成了电信号， 故与电源电动势、 电表量程等参数有 关， 故 D 错误。 6. BD 【解析】 当有光照射 R 1 时， R 1 的电阻减小， 则整个电路总电阻变小， 电动势不变， 则电流增大， 根 据 U 1 =E-I （ R 2 +r ）可知， R 1 两端电压减小， 即信号处理系 统获得低电压， 故 A 错误， B 正确； 当无光照射 R 1 时， R 1 的电阻增大， 则整个电路总电阻变大， 电动势不变， 则电流减小， 根据 U 1 =E-I （ R 2 +r ）可知， R 1 两端的电压增 大， 即信号处理系统获得高电压， 则信号处理系统每获 得一次高电压就记数一次， 故 C 错误， D 正确。 7. BD 【解析】 由题图甲可知， 传感器的电阻与气 体中酒精蒸气的浓度成反比， 故 A 错误； 因为酒精蒸气 的浓度 C 越大， 传感器的电阻越小， 电路中的电流越 大， 电流表指针偏转的角度越大， 路端电压越小， R 0 两 端电压越大， 故 B 正确， C 错误； 若电源用的时间变 长， 内阻变大， 则相同浓度时总电阻变大， 电流变小， 测量的 C 变小， 故 D 正确。 8. A 【解析】 门关上时， 磁条与主机刚好靠在一起， 此时报警器不工作， 说明电路是断开的； 当主机开关闭 合时， 若门被打开， 磁条与主机分离， 主机内的触发器 就会工作， 带动报警器发出报警声， 说明此时触发器内 开关是闭合的， 故 A 正确； 触发器与磁条之间存在磁力 的作用， 所以触发器不可能是铜制成的， 因为铜没有磁 性， 故 B 错误； 无论磁条哪个磁极靠近触发器， 都存在 磁力作用， 所以两极对调后， 该报警器仍能正常工作， 故 C 错误； 本装置的工作原理是利用磁体能够吸引磁性 物体的特点， 故 D 错误。 9. D 【解析】 当温度低于警戒温度时电磁铁磁性不 通电， 无磁性， 3 触点断开， 4 触点闭合， 故 A 错误； 此装置为高温报警装置， 温度高于警戒温度时， 电磁铁 有磁性， 3 触点闭合， 4 触点断开， 电铃报警， 指示灯 熄灭， 温度低于警戒温度时， 电磁铁无磁性， 3 触点断 开， 4 触点闭合， 指示灯亮， 电铃不响， 故 B 、 C 错误； 要提高报警时的警戒温度应使导线 AB 短些， 这样当温 度升得更高时， 控制电路才能接通， 电磁铁才有磁性， 电铃报警， 故 D 正确。 10. （ 1 ） E 2 R 2 （ 2 ） ⑤④②③① 【解析】 （ 1 ） 因通过继电器的电流超过 15 mA 时加 热器停止加热， 为使该装置实现对 30~80 ℃ 之间任一温 度的控制， 要求电路在 30~80 ℃ 之间的任一温度下的电 流能通过调节达到 15 mA 。 当控制到 30 ℃ 时， 电路的 最小阻值为 R min =199.5 Ω+20 Ω=219.5 Ω ， 要使电流达到 15 mA ， 则所需电源电动势至少为 E min =IR min =3.29 V ， 故 电源只能选用电动势为 6 V 的 E 2 。 为使温度控制在 80 ℃ ， 则在 6 V 电源下电路中的电流能达到 15 mA ， 故 51 第二册 （人教版）高中物理选择性必修 此时滑动变阻器接入电路中的阻值为 R= E 2 I - （ R 1 +R 继 ） = 330.9 赘 ， 故滑动变阻器应选用 R 2 。 （ 2 ） 欲使衔铁在 50 ℃ 时被吸合， 则要求温度达到 50 ℃ 时电路中电流达到 15 mA ， 而此时热敏电阻的阻值 为 108.1 赘 。 为确定滑动变阻器应接入电路中的阻值， 先将电阻箱调到 108.1 赘 并替代热敏电阻接入电路， 调 节滑动变阻器使衔铁恰好被吸合， 然后再保持滑动变阻 器滑片位置不动， 将热敏电阻再替换回电阻箱即可， 故 合理的顺序应为 ⑤④②③① 。 11. （ 1 ） 大 大 （ ２ ） D （ ３ ） 大 （ 4 ） B 【解析】 （ 1 ） 力 F 越大， 弹簧钢的弯曲程度越大， 上、 下两应变片的长度差越大， 则传感器输出的电压 U 越大。 （ 2 ） 外力为 F 1 时， 上、 下应变片的电阻分别是 R 1 、 R 2 ， 此时 R 1 >R 2 ； 外力为 F 2 时， 上、 下应变片的电阻分 别是 R′ 1 、 R′ 2 ， 此时 R′ 1 >R′ 2 。 若 F 1 >F 2 ， 则 R 1 、 R 2 、 R′ 1 、 R′ 2 从大到小的排列是 R 1 >R′ 1 >R′ 2 >R 2 。 （ 3 ） 施加相同的力时， 冬天比夏天下应变片的电阻 改变量大， 所以该传感器下应变片两端的电压 U 2 冬天 比夏天大。 （ 4 ） 原半导体应变片的阻值随温度升高而减小， 所 以补偿电阻的阻值应随温度升高而增大， 再结合图乙可 知， B 正确。 章末测试 1. A 2. A 3. A 4. D 5. A 6. B 7. B 8. BCD 9. ACD 【解析】 物体 M 不动时， 滑动变阻器中有 电流通过， I= E R ， 电压表有示数， U=IR 左 ， 选项 C 、 D 错误； 物体 M 运动时， 回路总电阻不变， 电路中的电 流不变， 仍为 I= E R ， C 错误； 物体 M 运动时， 金属滑 杆 P 的位置变化， 跟电压表并联的滑动变阻器的左侧电 阻发生变化， 因此电压表的示数会发生变化， B 正确。 10. BC 11. 小于 小于 12. （ 1 ） 接触 （ 2 ） 上 （ 3 ） 上 【解析】 （ 1 ） 常温时， 上、 下触点接触， 使电路接 通， 电热丝工作。 （ 2 ） 双金属片的上面一层形变大。 （ 3 ） 应向上调节调温旋钮， 双金属片受热时， 易使 触点分离。 13. U= Em棕 2 l 0 l （ k-m棕 2 ） 【解析】 当系统绕 OO′ 转动时， A 在光滑杆上发生滑 动， 使弹簧发生形变， 触头 P 也随之而移动。 设弹簧伸 长 x ， 则 kx=m棕 2 （ l 0 +x ）， ∴x= m棕 2 l 0 k-m棕 2 。 设滑动变阻器单位长度的电阻为 r 1 ， U=IR x = Exr 1 lr 1 = Ex l ， ∴U= Em棕 2 l 0 l （ k-m棕 2 ） 。 14. （ 1 ） 807 W ， 22 W （ ２ ） 见解析 【解析】 （ 1 ） 加热时电饭锅消耗的电功率 P 1 = U 2 R 1 = 220 2 60 =807 （ W ）， K 1 、 K 2 都断开时电饭锅消耗的电功率为 P 2 = U 2 R 1 +R 2 = 220 2 60+2140 =22 （ W ）。 （ 2 ） 如果不闭合开关 K 1 ， 开始 K 2 总是闭合的， R 2 被短路， 功率为 P 1 ， 当温度上升到 80 ℃ 时， K 2 自动断 开， 功率降为 P 2 ， 温度降低到 70 ℃ ， K 2 自动闭合…… 温度只能在 70~80 ℃ 之间变化， 不能把水烧开， 不能煮 熟饭。 15. （ 1 ） 297 K （ 2 ） 309 K 【解析】 （ 1 ） 由电子天平示数为 600.0 g 时， 则细 绳对铁块拉力为 Δmg= （ m 2 -m 示 ） g=m 1 g ， 又铁块和活塞 对细绳的拉力相等， 则气缸内气体压强等于大气压强 p 1 =p 0 ① ， 当电子天平示数为 400.0 g 时， 设此时气缸 内气体压强为 p 2 ， 对 m 1 同受力分析有 （ m 2 -400-m 1 ） g= （ p 0 -p 2 ） S ② ， 由题意可知， 气缸内气体体积不变， 则 压强与温度成正比： p 1 T 1 = p 2 T 2 ③ ， 联立 ①②③ 式解得 T 2 =297 K 。 （ 2 ） 环境温度越高， 气缸内气体压强越大， 活塞对 细绳的拉力越小， 则电子秤示数越大， 由于细绳对铁块 的拉力最大为 0 ， 即电子天平的示数恰好为 1200 g 时， 此时对应的环境温度为装置可以测量最高环境温度。 设 此时气缸内气体压强为 p 3 ， 对 m 1 受力分析有 （ p 3 -p 0 ） S= m 1 g ④ ， 又由气缸内气体体积不变， 则压强与温度成 正比 p 1 T 1 = p 3 T max ⑤ ， 联立 ①④⑤ 式解得 T max =309 K 。 52