专题06 焦耳定律的理解、分析和应用专项培优（竞赛精练）-2024-2025学年初中物理竞赛能力培优精练（九年级）

专题06 焦耳定律的理解、分析和应用专项培优 全国初中物理竞赛试题精编 一、单选题 1．如图所示的电路，电源电压不变，滑动变阻器R1标有“100Ω  0.8A”，灯泡标有“12V  6W”，虚线框a、b、c、d内为定值电阻R0、电流表（量程0~0.6A）、电压表（量程0~15V）和导线其中之一，且不相同。在保证电路安全的前提下：①闭合S1、S2，调节滑动变阻器的滑片，电路中的最小电流为0.22A；②闭合所有开关，滑动变阻器允许接入电路的最小阻值为6Ω；③将b、d内的元件互换，闭合所有开关，灯泡恰能正常发光，且无论怎样移动滑片，灯泡亮度都不变。下列说法正确的是（　　） A．图中，b为电压表、d可能为电流表 B．①中，灯泡的最小功率为1.1616W C．②中，电路的最大总功率为32.4W D．③中，R0工作10s产生的热量为60J 【答案】D 【知识点】焦耳定律的推导式及其应用、电功率P=UI及推导式的简单计算、欧姆定律的简单计算、辨析电学原件是电压表还是电流表 【详解】A．由图可知，闭合S1、S2，调节滑动变阻器的滑片，电路中的最小电流为0.22A，说明变阻器连入电路的电阻最大，R1和R0串联，电流表测量电路中的电流，电压表和R1并联，b是电压表，将b、d内的元件互换，闭合所有开关，灯泡恰能正常发光，且无论怎样移动滑片，灯泡亮度都不变，说明变阻器被短路，d为导线，根据②中滑动变阻器接入最小阻值为6Ω，得出此时定值电阻应当接入电路（因为①中0.22A对应一定是电压表达到最大量程15V，因此电源电压大于15V，定值电阻不接入则电流会大于2.5A），从而确定a是定值电阻，所以c是电流表，故A错误； B．②中闭合所有开关，滑动变阻器允许接入电路的最小阻值为6Ω，灯泡和电流表被短路，变阻器和定值电阻串联，滑动变阻器R1的最大电流是0.8A，电源电压 U=I大(R滑小+R0)=0.8A×(6Ω+R0)① ③步骤根据灯泡正常发光，得到电路中的电流为 电源电压 U=IR0+UL=0.5A×R0+12V② 由①和②得到R0=24Ω，U=24V。步骤①中闭合S1、S2，调节滑动变阻器的滑片，电路中的最小电流为0.22A，电压表的量程是0~15V，说明滑动变阻器电压达到15V，R0的电压为 U0=I小R0=0.22A×24Ω=5.28V 灯泡电压为 UL1=U-U滑大-U0=24V-15V-5.28V=3.72V 灯泡的功率 P L1=U L1I小=3.72V×0.22A=0.8184W 故B错误； C．②中电流的最大值为0.8A，则电路最大功率为 P大=UI大=24V×0.8A=19.2W 故C错误； D．③中灯泡正常发光电流为0.5A，R0工作10s产生的热量为 Q=IL2R0t=(0.5A)2×24Ω×10s=60J 故D正确。 故选D。 2．如图甲电路中，电源电压保持不变，R0、R1均为定值电阻，R2为滑动变阻器。闭合开关S，改变R2的阻值，两电压表示数与电流表示数变化的关系如图乙，当滑片P在b端时电流示数为0.3A，若滑片P置于变阻器的中点位置，R2消耗的电功率为0.8W。闭合开关，则下列说法正确的是（    ） A．图乙中的图线②表示的是电压表V1与电流表示数变化的关系 B．电源电压为10V C．R0的阻值为2Ω D．当滑片P在a端时，通电1min，电阻R0产生的热量为432J 【答案】C 【知识点】焦耳定律的公式及简单应用、欧姆定律的简单计算、欧姆定律的图像表示 【详解】A．闭合开关，R1、R2与R0串联，电流表测量电路电流，电压表V2测R2的两端电压，电压表V1测R1与R2的两端总电压，根据串联电路电压的规律，故V1的示数大于V2的示数，故①图像为V1的示数与电流表示数变化关系图像，②图像为V2的示数与电流表示数变化关系图像，故A错误； BC．当滑片P在b端时，变阻器连入电路的电阻最大，电路的电流最小，即为，可知V2的示数为，由欧姆定律，R2的最大阻值为 当变阻器连入电路的电阻最大时，根据串联电路的规律及欧姆定律，R1的阻值为 若滑片P置于变阻器的中点位置，变阻器连入电路的电阻为 时，根据P=I2R可得，电路的电流为 根据串联电路的规律及欧姆定律，因电源电压不变，有：滑片在b端时 即 滑片在中点时 即 由以上两式可解得：U=6V，R0=2Ω。故B错误，C正确； D．滑片在a端时，变阻器接入电阻为0，根据串联电路规律，电路的总电阻为 由欧姆定律可得，电路中的电流为 由Q=I2Rt可得，通电 t=1min=60s 电阻R0产生的热量为 故D错误。 故选C。 3．如图所示，电源电压6V不变，小灯泡标有“6V 3W”，滑动变阻器标有“20Ω 1A”，电流表所接量程为“0～0.6A”，电压表所接量程为“0～3V”，不考虑温度对灯丝电阻的影响．闭合开关，为保证电路安全，下列正确的是（　　） A．电路中允许通过的最大电流为1A B．小灯泡的最小功率为0.75W C．小灯泡正常发光5min，灯泡产生的热量为15J D．滑动变阻器可以接入电路的阻值为0～20Ω 【答案】B 【知识点】焦耳定律的公式及简单应用、动态电路中电功率的范围问题、电功率P=UI及推导式的简单计算、欧姆定律的简单计算 【详解】A．由P=UI可得，灯L的额定电流 因串联电路中各处的电流相等，且电流表的量程为0~0.6A，滑动变阻器允许通过的最大电流为1A，所以，电路中的最大电流为I大=0.5A，故A错误； B．当电路中的电流最小时，灯泡的电功率最小，小灯泡的最小功率 故B正确； C．小灯泡正常发光5min，产生的热量为 故C错误； D．电路中电流最大时，灯泡两端的电压达到额定电压，也是电源的电压，所以，滑动变阻器接入电路中的最小阻值为0Ω，由可得，灯泡的电阻 当电压表的示数UR=3V时，电路中的电流最小，滑动变阻器接入电路中的电阻最大，此时灯泡两端的电压 电路中的电流 滑动变阻器接入电路中的最大阻值 所以，滑动变阻器R允许接入电路中的阻值范围是0~12Ω，故D错误。 故选B。 4．某型号电热水瓶具有加热、保温、电动出水及干烧断电功能，其简化电路如图所示。三个开关的功能分别是：壶底温控开关通常是闭合的，当壶底发热盘的温度达到120℃自动断开防止干烧；壶壁温控开关通常是断开的，按下时对水加热，水烧开后自动断开；电动出水开关通常是断开的，按下时电磁泵将水抽出。已知电热水瓶加热功率为1000W，电磁泵的规格是“12V；12W”，的阻值为968Ω。电热水瓶正常工作时下列结论正确的是（　　） ①是壶底温控开关，是壶壁温控开关 ②的阻值为48.4Ω ③电热水瓶保温功率是270W ④加热同时将水抽出，电流通过电热水瓶在30s内产生的热量是 A．① B．①② C．②③ D．③④ 【答案】A 【知识点】焦耳定律的推导式及其应用、电功率P=UI及推导式的简单计算、电功率P=W/t的简单计算 【详解】①壶底温控开关通常是闭合的，当壶底发热盘的温度达到120℃自动断开防止干烧，是壶底温控开关，壶壁温控开关通常是断开的，按下时对水加热，水烧开后自动断开，是壶壁温控开关，闭合后，R1、R2并联加热，电动出水开关通常是断开的，按下时电磁泵将水抽出，说明S3控制电动机，是电动出水开关，故①正确； ②的阻值为968Ω，则的功率为 的功率为 的阻值为 故②错误； ③当壶壁温控开关S2断开时，只有R2工作，此时为保温，电热水瓶保温功率是50W，故③错误； ④电磁泵的规格为“12V 12W”，则电磁泵支路的电流为 电磁泵支路的总功率为 电磁泵将电能转化为内能与机械能，主要转化为机械能，产生的热量较少，则保温同时将水抽出，电流通过电热水瓶在30s内产生的热量是 故④错误。 综上所述，①正确；②③④错误，故A正确；BCD错误。 故选A。 5．如图甲，规格相同的玻璃杯装了相同质量的水，将阻值不同的两根电阻丝R1和R2与电源、开关接成电路，忽略散热，得到图乙所示的水温与加热时间的图线，则下列叙述正确的是（    ） A．两个加热器，R1＜R2 B．由图乙可知：比热容c甲＞c乙 C．加热相同时间，两杯水吸收的相同热量 D．甲杯水在2min内吸收的热量，与乙杯水在3min内吸收的热量相同 【答案】D 【知识点】不同物质的吸热本领、焦耳定律的公式及简单应用、探究电流产生热量与电阻的关系 【详解】A．由电路图可知，两电阻丝串联，通过它们的电流I与通电时间t相等，由Q=I2Rt可知，在电流与通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多，由题意知，两玻璃杯中水的初温与末温相等，即水升高的温度相同，由Q=cmΔt可知，水吸收的热量相同，即产生的热量相同，所以，R1​>R2​，故A错误； B．由题可知，甲、乙两容器中都是水，且状态相同，则两杯水的比热容相同，故B错误； C．实验中，用不同加热器加热，相同时间内，加热器放出的热量不同，所以相同时间内两杯水吸收的热量不同，故C错误； D．由图乙可知，甲杯的水加热2min与乙杯的水加热3min升高的温度相同，且两杯水的质量相同，根据Q吸=cmΔt可知，它们吸收的热量相同，故D正确。 故选D。 6．如图甲所示，是一种测力装置的结构示意图。测量时，把完全相同的柔性（易弯曲）应变电阻片R1和R2沿着横梁的OA方向分别紧贴在横梁的上下表面，并把它们接入如图乙所示的电路中，电源电压恒定。在横梁A端施加向下的压力F，当横梁将向下弯曲，R1沿着OA方向被拉长，R2则被缩短，根据它们两端电压的差值即可测量出压力F的大小。则测压力F时，以下说法正确的是（　　） A．R1中电流大于R2中的电流 B．R1的电阻减小，R2的电阻增大 C．相同时间内R1产生的热量小于R2产生的热 D．A端受到的压力越大，R1和R2两端的电压差越大 【答案】D 【知识点】焦耳定律的公式及简单应用、欧姆定律的简单计算、电阻与导体的材料、长度和横截面积的关系、串联电路的电流规律 【详解】A．由图乙知，两个电阻串联在电路中，通过两个电阻的电流相等，故A错误； B．横梁向下弯曲时，R1被拉长，则长度变长、横截面积变小，电阻变大，R2被压缩，长度变短、横截面积变大，电阻变小，故B错误； C．横梁变弯前，R1=R2，横梁变弯后，R1的阻值变大，R2阻值变小，则此时R1的阻值大于R2的阻值，据Q=I2Rt知，在相同时间内，R1产生的热量大于R2产生的热量，故C错误； D．A端受到的压力越大，R1被拉得越长，其阻值越大，R2被压缩得越短，其阻值越小，据串联电路的分压特点知，R1两端的电压越大，R2两端的电压越小，所以两者两端的电压差越大，故D正确。 故选D。 二、多选题 7．如图甲所示，A、B分别为定值电阻和小灯泡的图像，小灯泡和电阻的连接情况如图乙所示，电源电压为8V。闭合开关，下列说法正确的是（　　） A．小灯泡电阻随温度的升高而增大 B．灯泡的实际电功率为1.6W C．10s内定值电阻产生的热量为18J D．小灯泡消耗电能比定值电阻快 【答案】AC 【知识点】欧姆定律的图像表示、欧姆定律的简单计算、电功率P=UI及推导式的简单计算、焦耳定律的公式及简单应用 【详解】A．由甲图可知，当灯泡L两端的电压分别为1V、4V、8V时，通过灯泡的电流分别为0.2A、0.4A、0.5A，由P=UI可知，小灯泡的实际功率越来越大，其亮度逐渐变亮，灯丝温度逐渐升高，而灯泡L的电阻分别为 由此可知，小灯泡的电阻随温度的升高而增大，故A正确； B．由乙图可知，灯泡与定值电阻串联，由于串联电路中电流处处相等，总电压等于各部分电压之和，由甲图可知，当电流为I=0.3A时，则 此时小灯泡L的实际功率 故B错误； C．10s内定值电阻产生的热量 故C正确； D．通过灯泡和定值电阻的电流相等，而灯泡两端的电压小于定值电阻两端的电压，由P=UI可知，小灯泡的功率小于定值电阻的功率，所以小灯泡消耗电能比定值电阻慢，故D错误。 故选AC。 8．如图甲所示，电源电压为12V，电流表量程为0~3A，滑动变阻器标有“30Ω  1.5A”，当开关闭合，滑动变阻器滑片P滑至中点时，电压表的示数如图乙所示，下列说法正确的是（ ） A．滑动变阻器的最大电功率为7.2W B．定值电阻R的阻值为10Ω C．滑动变阻器可接入电路的阻值范围为0~30Ω D．滑动变阻器滑片在中点时，定值电阻R在10s内产生的热量是18J 【答案】AD 【知识点】焦耳定律的推导式及其应用、动态电路中电功率的范围问题、含有变阻器电路的动态计算、欧姆定律的简单计算 【详解】由电路图知两电阻串联，电压表测量滑动变阻器两端的电压，电流表测量电路的电流。 BD．当开关S闭合，滑动变阻器滑片P滑至中点时，电压表的示数如图乙所示，电压表的量程为0~15V，分度值为0.5V，示数为9V，此时电路的电流为 根据串联电路电压的规律知，定值电阻两端的电压为 定值电阻R的阻值为 定值电阻R在10s内产生的热量为 故B错误，D正确； AC．因串联电路处处电流相等，且电流表量程为0~3A，滑动变阻器允许通过的最大电流为1.5A，所以允许的最大电流为1.5A，此时电路的总电阻为 因串联电路的总电阻等于各部分电阻之和，所以滑动变阻器接入电路的最小阻值为 又因为电源电压为12V，电压表量程为0~15V，所以当滑动变阻器接入电路的阻值最大时，电压表的示数一定小于15V，因此滑动变阻器接入电路的阻值范围为，滑动变阻器的功率为 由数学知识可知，当滑动变阻器的阻值和定值电阻的阻值相同时，即为5Ω时（在滑动变阻器的范围内），此时滑动变阻器的功率最大，最大为 故A正确，C错误。 故选AD。 9．如图甲所示，电源电压保持不变，闭合开关S，滑动变阻器的滑片P从a端移至b端的过程中，滑动变阻器消耗的电功率随其阻值变化关系如图乙所示。下列分析正确的是（　　） A．电源电压为12V B．滑动变阻器的阻值最大为50Ω C．当滑片从a端向b端滑动时，电压表示数不变、电流表示数变小 D．当接入电路的电阻为10Ω时，闭合开关S，通电1分钟产生的热量为216J 【答案】ABD 【知识点】焦耳定律的公式及简单应用、电功率P=UI及推导式的简单计算、含有变阻器电路的动态计算、欧姆定律的简单计算 【详解】由图甲可知，R1、R2串联，电压表测量R2两端的电压，电流表测量电路中的电流； B．由图乙可知，滑动变阻器R1的最大阻值为50Ω，故B正确； A.由图乙可知，当R1接入电路的电阻为10Ω时，滑动变阻器R1消耗的电功率P1=3.6W，由P=I2R可知，此时电路中的电流为 根据串联电路的电压特点和欧姆定律可知，电源电压为 U=IR1+IR2=0.6A×10Ω+0.6A×R2…………① 当R1接入电路的电阻为50Ω时，滑动变阻器R1消耗的电功率P1′=2W，由P=I2R可知，此时电路中的电流为 根据串联电路的电压特点和欧姆定律可知，电源电压为 U=I′R1′+I′R2=0.2A×50Ω+0.2A×R2…………② 联立①②两式解得 U=12V，R2=10Ω 故A正确； C．由图甲可知，当滑片从a端向b端滑动的过程中，滑动变阻器接入电路的阻值变大，电路中的总电阻变大，根据欧姆定律可知，电路中的电流变小，R2的阻值不变，所以R2两端的电压变小，即电压表示数变小，故C错误； D．当R1接入电路的电阻为10Ω时，闭合开关S，通电1minR2产生的热量为 Q=I2R2t=(0.6A)2×10Ω×1×60s=216J 故D正确。 故选ABD。 10．在如图甲所示的电路中，定值电阻R2的阻值为5Ω，若只闭合S1和S2时，电压表的示数为4V。若只闭合S1和S3，滑动变阻器R1的滑片P位于中点时，电压表的示数为2V。图乙是电路中额定电压为4V的小灯泡的I﹣U关系图像，下列说法正确的是（　　） A．小灯泡正常发光时电阻为5Ω B．电源电压为8V C．只闭合S1和S2时，10s内电流通过R2产生的热量为48J D．若将电压表换成电流表，开关均闭合时，电路中的最小电功率为16W 【答案】ABD 【知识点】欧姆定律的简单计算、电功率P=UI及推导式的简单计算、焦耳定律的公式及简单应用 【详解】A．灯泡的额定电压为4V，根据欧姆定律可知，灯泡的电阻 故A错误； BC．只闭合S2和S2时，灯泡和定值电阻R2串联接入电路，电压表测灯泡两端的电压， 串联电路各处电流相等，由图乙可知，当灯泡正常发光时，通过电路的电流为4.8A，串联电路总电压等于各部分电压之和，则电源电压 10s内电流通过R2产生的热量为 故B正确，C错误； D．只闭合S2和S3，灯泡和滑动变阻器串联接入电路，电压表测灯泡两端的电压， 滑动变阻器R1的滑片P位于中点时，电压表的示数为2V，根据串联电路电压规律结合欧姆定律可得此时滑动变阻器接入电路的阻值 则滑动变阻器的最大阻值 将电压表换成电流表，开关均闭合时，两电阻并联接入电路，并联电路两端电压相等，根据欧姆定律可得，通过定值电阻的电流 滑动变阻器接入电路的阻值最大时，通过滑动变阻器的电流最小为 干路最小电流 电路中的最小电功率为 故D正确。 故选ABD。 三、填空题 11．图甲电路中电源电压9V不变，小灯泡L标有“6V，3W”字样，定值电阻，电流表量程为0~0.6A，滑动变阻器规格为“20Ω，1A”，则闭合S、接1时，在1min内产生的热量最多为 ，图乙是闭合S、接2时，小灯泡的电功率随其两端电压变化的图像，则滑动变阻器接入电路的电阻范围为 【答案】 216J 6~18Ω 【知识点】焦耳定律的公式及简单应用、电功率P=UI及推导式的简单计算、欧姆定律的简单计算 【详解】[1]闭合S、S1接1时，R1、R2串联，因串联电路各处电流相等，电流表量程为0~0.6A，滑动变阻器R1规格为“20Ω 1A”，所以通过电路的最大电流为0.6A，则R2在1min内产生的热量最多为 [2]闭合S、S1接2时，灯泡和滑动变阻器串联，电流表测通过电路的电流，小灯泡L标有“6V 3W”字样，则灯泡正常发光时的电流为 根据串联电路电流规律可知，通过电路的最大电流为0.5A，此时灯泡正常发光，因串联电路总电压等于各部分电压之和，则此时滑动变阻器两端的电压 所以滑动变阻器接入电路的最小阻值为 由乙图可知，灯泡两端的电压最小为3V时，灯泡的实际功率最小为1W，说明此时变阻器接入电路的阻值最大，则此时电路中的电流为 此时滑动变阻器两端的电压为 则滑动变阻器接入电路的最大阻值为 所以滑动变阻器接入电路的电阻范围为6~18Ω。 12．某电热水壶加热电阻丝的阻值为22Ω，通电后流过电阻丝的电流为10 A，电热水壶加热时的功率为 W。若加热时有84%的热量被水吸收，则壶内1 kg的水温度由34 ℃加热到100℃所需要的时间为 s。 【答案】 2200 150 【知识点】焦耳定律的推导式及其应用、电功率P=UI及推导式的简单计算 【详解】[1]电热水壶加热时的功率为 P=I2R=(10A)2×22Ω=2200W [2]加热水吸收的热量为 电阻丝产生的热量为 则壶内1kg水的温度由34℃加热到100℃所需要的时间为 13．如图甲所示的电路中，电源电压恒为 24V ，R1 为定值电阻， R2 为电阻箱，电压表量程为 0~15V，在保证电路安全的情况下，多次改变电阻箱接入电路的阻值，作出电压表示数随电阻箱 R2 接入电路阻值的变化关系如图乙所示，则 R1 的阻值为 Ω；当电压表示数为 12V 时，若持续通电 10s，定值电阻 R1 产生的热量为   J；当电压表示数为 8V 时，电阻箱消耗的电功率为 W。 【答案】 10 144 12.8 【知识点】焦耳定律的公式及简单应用、电功率P=UI及推导式的简单计算、欧姆定律的简单计算 【详解】[1]由电路图可知，R1​与R2​串联，电压表测定值电阻R1​两端的电压。 由图乙可知，当R2=10Ω时，定值电阻R1两端的电压U1=12V，则变阻箱的电压 U2=U-U1=24V-12V=12V 此时电路中的电流 则R1的阻值为 [2]纯电阻电路中，当U1=12V时，通电 10s，定值电阻 R1 产生的热量为 Q=W=UIt=12V×1.2A×10s=144J [3]由图乙可知，当电压表示数为 8V 时，变阻箱的阻值R2=20Ω，R2两端的电压为 U2'=U-U1'=24V-8V=16V 电阻箱消耗的电功率为 14．如图所示的电路中，开关S和S1闭合后，为使电阻R1、R2组成串联电路，甲、乙两表应均为 （填“电流表”或“电压表”），此时甲、乙两电表的示数之比为3∶2，则R1和R2的电阻之比为 ；若甲、乙两表为另一种电表，闭合开关S，断开开关S1，通电3min，则甲、乙两表的示数之比为 ，R1和R2产生的热量之比为 。 【答案】 电压表 1:2 1:3 2:1 【知识点】焦耳定律的推导式及其应用、并联电路的电阻与电流的比值关系及计算、串联电路的电阻与电压的比值关系及计算、辨析电学原件是电压表还是电流表 【详解】[1][2]闭合开关S和S1，若电阻R1、R2组成串联电路，则甲、乙两电表所在的支路在电路中应都相当于断路，故两表均为电压表。此时电压表甲测量电源电压，电压表乙测量电阻R2两端的电压，甲、乙两电表的示数之比为3∶2，则电源电压为3U，R2两端的电压为2U，R1两端的电压为 由串联电路的分压规律可得 [3]若甲、乙两表均为电流表，闭合开关S，断开开关S1，R1与R2并联，乙测干路电流，甲测支路R2的电流，甲、乙两表的示数之比为 [4]电阻产生的热量 通电3 min R1和R2产生的热量之比为 四、综合题 15．小林购物时看到商家用的电子秤如图甲所示，他查询资料后设计了如图乙所示的模拟电路，其中电源电压为6 V，R是一根长度为10 cm的均匀电阻丝，最大阻值为50 Ω。请完成以下问题： (1)图乙中的定值电阻R0在电路中的作用是 ，空盘时，滑片P位于R的最上端，闭合开关S，电路中电流为0.6 A，则 Ω (2)已知该弹簧被压缩的长度△L 与所受压力 F 的关系如图丙所示，则该秤能称量的最大质量是多少？ 通电100s，R产生的热量是多少？ （假设弹簧始终处于弹性形变范围内，g取10 N/ kg） (3)当电流表示数为0.2A时，托盘上称量的物体质量是多少？ (4)该模拟电路存在的问题是：当称量的物体质量增大时，电流表的示数反而减小，针对这个问题，请你提出一个修改方案。 【答案】(1) 保护电路的作用 10 (2)5kg；50J (3)2kg (4)把电流表去掉，将一个电压表并联在压敏电阻的两端 【知识点】重力大小质量的关系：G=mg、焦耳定律的公式及简单应用、欧姆定律的简单计算 【详解】（1）[1]由电路图最大，空盘时，电路为R0的简单电路，可以防止滑片引起的短路，从而起到保护电路的作用。 [2]空盘时，压敏电阻的阻值为0，闭合开关S，为定值电阻的简单电路，电路电流为0.6A，由欧姆定律知道， （2）该弹簧被压缩的长度与所受压力F的关系为过原点的直线，即与F成正比，压力为30N时，，由于R是一根长度为10 cm的均匀电阻丝，最大阻值为50 Ω，所以 此时R的阻值 故压敏电阻最大阻值为50Ω，压力为50N，即重力为50N，由G=mg知道，电子秤能称量的最大质量是 由串联电路的规律和欧姆定律知道，此时电路的电流为 通电100s，R产生的热量是 （3）当电流表示数为0.2A时，电路的总电阻 则此时压敏电阻的阻值 该弹簧被压缩的长度 由图知道，所受压力是20N，故托盘上称量的物体质量是 （4）当称量的物体质量增大时，电流表的示数反而减小，不符合我们的习惯；称量的物体质量增大，物体的重力增大，对压敏电阻的压力增大，压敏电阻值变大，由分压原理，压敏电阻的电压变大，故修改方案：把电流表去掉，将一个电压表并联在压敏电阻的两端。 16．图甲是某款电熨斗，图乙是其电路原理图。已知电源电压为220V，、为发热体。该电熨斗两挡功率分别为100W和500W，通过开关实现温度控制，达到高温挡或低温挡。 (1)当S闭合时，电熨斗处于 挡，发热体的阻值是 Ω。 (2)若在使用过程中，电熨斗消耗的电能是，在这段时间内电熨斗在高温挡和低温挡分别工作了多长时间？ (3)为了适应不同室温和更多衣料，小明对电路做了改进，将发热体换成阻值可调的发热体，如图丙所示。若电熨斗每秒钟散失的热量Q跟温度差（电熨斗表面温度与环境温度的差值）的关系如图丁所示，则在一个的房间内，要保持电熨斗表面温度不变，应将的阻值调为多少Ω？ 【答案】(1) 高温 96.8 (2)180s，420s (3)24.2Ω 【知识点】结合实际应用的电路综合计算问题、电功率的多挡位问题 【详解】（1）[1]当开关S断开时，R1、R2串联，根据串联电路的电阻特点可知，此时电路中的总电阻最大，由可知，电路中的总功率最小，电熨斗处于低温挡；当开关S闭合时，只有R1工作，电路中的总电阻最小，总功率最大，电熨斗处于高温挡。 [2]由可知，R1的阻值为 （2）假设电熨斗高温挡工作时间为t高，则低温挡工作时间为 由可知，电熨斗10min消耗的电能为 解得高温挡工作时间为 则低温挡工作时间为 （3）由图丙可知，R1、R3串联，由题干可知，室温为20℃，电熨斗表面为220℃，则温差为 由图像丁可知，在温差为200℃时，电熨斗每秒钟散失的热量为400J，则损失热量的功率为 要想保持电熨斗表面温度不变，则电熨斗的加热功率为 由可知，此时电路中的总电阻为 根据串联电路的电阻特点可知，R3的阻值为 五、计算题 17．如图甲所示，空气炸锅以烹制外酥里嫩、美味可口的食物而广受大众欢迎。它主要是利用风扇将电热管产生的热量吹向食物进行加热，如图乙所示是某品牌空气炸锅的简化电路图，相应技术参数如图表。 额定电压 风扇电动机功率 加热电阻功率 （1）当开关S、均闭合时，空气炸锅正常热风加热，求此时电路中的总电流； （2）若风扇电动机线圈的电阻为，内电流通过电动机线圈产生的热量是多少？ （3）若该空气炸锅正常加热时，将薯条从20℃加热到220℃用时，不考虑电动机线圈产生的热量及薯条质量的变化，这一过程中空气炸锅的加热效率是多少？[取] 【答案】（1）5.3A；（2）10.8J；（3）40% 【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、焦耳定律的公式及简单应用、电功率P=UI及推导式的简单计算、电功率P=W/t的简单计算 【详解】解：（1）由图可知，当开关S、均闭合时，电动机和加热电阻并联工作，此时空气炸锅正常热风加热，此时电路的功率为 由得，此时电路中的总电流 （2）由得，正常工作时，通过风扇电动机线圈的电流为 内电流通过电动机线圈产生的热量是 （3）将薯条从20℃加热到220℃，薯条吸收的热量为 由得，加热中消耗的电能为 空气炸锅的加热效率是 答：（1）当开关S、均闭合时，空气炸锅正常热风加热，此时电路中的总电流5.3A； （2）若风扇电动机线圈的电阻为，内电流通过电动机线圈产生的热量10.8J； （3）若该空气炸锅正常加热时，将薯条从20℃加热到220℃用时，不考虑电动机线圈产生的热量及薯条质量的变化，这一过程中空气炸锅的加热效率40%。 18．某自制电加热器有高温、中温和低温三挡，简化电路如图所示。电热丝、，（不考虑其电阻变化）。通过控制开关、的断开或闭合状态，可以让电加热器在不同挡位工作。已知该电加热器电压为10V，中温挡电功率P中为10W，电流表的量程为0~3A。求： （1）中温挡的电流大小； （2）电热丝的阻值； （3）使用高温挡时，电热火锅在1min内产生的热量； （4）若电源电压可调，为保证电路安全，求此电加热器消耗的最大电功率。 【答案】（1）1A；（2）；（3）1350J；（4）32.4W 【知识点】焦耳定律的推导式及其应用、电功率P=UI及推导式的简单计算、欧姆定律的简单计算 【详解】解：根据可知：当闭合，接a时，与并联接入电路，最小，最大，为高温档；当断开，接b时，与串联接入电路，此时最小，为低温档；仅当闭合时，只有接入电路，此时居中，为中温档。 （1）由得中温挡的电流 （2）由 可得电热丝R1的阻值 （3）高温档时R1与R2并联，此时的电路的总电功率为 热火锅在1min内产生的热量 （4）当R1与R2并联时，相同的电源电压下电加热器消耗的电功率最大。根据电阻丝的铭牌，可知电热丝R1和R2两端允许接入的最大电压分别为 由于20V>12V，所以为保证电路安全，若将电源电压调为，此时并联电路的总电流为 故电源电压最大可调为12V，此时电加热器消耗的最大电功率 答：（1）中温挡的电流大小为1A； （2）电热丝R1的阻值10Ω； （3）使用高温挡时，电热火锅在1min内产生的热量为1350J； （4）此电加热器消耗的最大电功率32.4W。 六、科普阅读题 19．阅读短文，回答问题： 最佳空燃比 进入发动机的空气与燃料的质量比例称为空燃比，若吸入发动机的空气所含氧气与燃料恰好完全反应就达到最佳空燃比。为了达到最佳空燃比，在尾气管上安装了如图甲的氧传感器，工作原理（如图乙）是：氧化锆内外表面各有一层金属组成铂电极，氧化锆的外侧与高温尾气接触，内侧连通外界大气，电加热器通电后加热附近大气，使其达到最佳工作温度350℃，在这个温度下氧分子会电离成氧离子，高温电离后的氧离子会通过氧化锆从氧浓度高的位置移到氧浓度低的位置，氧离子浓度差越大，铂电极A和B会聚集越多异种电荷，铂电极间的电压越高。 当燃料较多时，空燃比小于最佳空燃比，尾气中含氧量为0，两电极间的电压达到恒定最大值；当空燃比大于最佳空燃比时，随着尾气中氧含量变大，两电极板间电压急剧变小。发动机控制模块通过检测铂电极两端的电压，控制喷油量，使发动机接近最佳空燃比。 (1)电加热器工作时将电能转化为 能；氧化锆内的电流方向是：铂电极 （选填“A到B”或“B到A”）。 (2)为使质量为、温度为-10℃的大气在0.02秒内达到其最佳工作温度，大气需吸收 J的热量。（大气比热容取，不计热量损失） (3)发动机控制模块检测铂电极两端的电压与空燃比的关系图象如图丙所示，若发动机控制模块检测铂电极两端的电压接近为零，说明尾气中的氧气含量较 （选填“高”或“低”），需要 （选填“加大”或“减少”）喷油嘴的喷油量；由图丙可知最佳空燃比为 。 (4)一辆小汽车在内匀速行驶，其四缸发动机（如图丁所示）全程转速为，发动机以最佳空燃比工作，每次进入单个汽缸的空气质量均为，发动机的效率为40%，汽油热值取，则汽车的牵引力为 N。 【答案】(1) 内 A到B (2)0.36 (3) 高 加大 14.7 (4)1600 【知识点】功的计算和估算、电流方向的规定、利用电流的热效应工作的用电器、计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算 【详解】（1）[1]电加热器工作时，消耗电能，产生热量，因此是将电能转化为内能。 [2]由图乙可知氧离子从B到A，而氧离子带负电，电流的方向与负电荷定向移动方向相反，因此氧化锆内的电流方向是A到B。 （2）根据吸热公式，大气需吸收的热量为 （3）[1][2][3]当空燃比大于最佳空燃比时，随着尾气中氧含量变大，两电极板间电压急剧变小，所以铂电极两端的电压接近为零，说明尾气中的氧气含量较高，需要加大喷油量；当燃料较多时，空燃比小于最佳空燃比，尾气中含氧量为0，两电极间的电压达到恒定最大值；当空燃比大于最佳空燃比时，随着尾气中氧含量变大，两电极板间电压急剧变小，由图丙可知最佳空燃比为14.7。 （4）四缸发动机全程转速为40r/s，则每秒做功20次（因为四缸发动机每转两圈做功一次），每次做功需要进入的空气质量为四个汽缸空气质量之和，即 以最佳空燃比工作，则每次需要喷入的汽油质量为 每秒喷入的汽油质量为 汽油完全燃烧放出的热量为 发动机的效率为40%，则有用功为 汽车在1s内匀速行驶20m，汽车的牵引力为 20．阅读短文，回答问题： 液态天然气（LNG）运输船 2023年12月，排水量为12万吨的国产液态天然气（LNG）运输船“峨眉号”成功下海，如图甲所示。LNG运输船建造难度极大，为了使天然气维持液态，货仓内温度必须控制在-163℃以下。如果使用一般的钢材料，船体结构会在超低温环境下冷裂，严重的话会产生巨大的爆炸。为了防止这种情况出现，就需要用到一种耐低温的材料-殷瓦钢。殷瓦钢是一种镍铁合金，密度约为8×103kg/m3，热膨胀系数极低，能在很宽的温度范围内保持固定长度，同时还具有耐腐蚀、抗拉强度高等特点。殷瓦钢的焊接难度极大，一块殷瓦钢板材厚度只有0.7mm，相当于一张薄薄白纸的厚度，再加上焊接性能差，需要高超的焊接技术，才能避免在焊接过程中产生裂纹。 LNG运输船货仓内的温度极低，水蒸气在此温度下容易凝结成小冰晶，因此在往货仓内装载LNG前必须将空气全部置换出去。图乙为置换过程的简化结构图，常温下先打开C口，将置换气体从A管注入货仓底部，使空气从C口排尽。再关闭C口，将气态天然气从B管注入货仓上方，货仓中的置换气体将几乎全部从A管回到置换气体仓内，这样才能进行下一步的LNG灌装工作。为了稳定船身，LNG运输船还需配备辅助的水舱，灌装LNG前，空载的LNG运输船需向水舱内注入压载水，灌装LNG的过程中再匀速排出压载水。 （1）选择殷瓦钢作为LNG运输船的核心材料，主要是因为殷瓦钢材料具有 的物理属性； A．耐低温    B．耐腐蚀    C．导热性好 （2）结合下面密度表中的数据分析，表中 （填气体名称）可以作为置换气体； 一些气体的密度（常温常压） 气体名称 天然气 空气 氖气 氦气 氩气 密度/kg/m3 0.7174 1.29 0.9 0.1347 1.784 （3）在对殷瓦钢焊接时，可认为钢材表面只有1cm2的面积在均匀受热，若焊机的电功率为1400W，在室温控制在25℃的环境下，为了不焊穿钢材（温度不能超过殷瓦钢的熔点1425℃），每次焊接的时间不能超过 秒【殷瓦钢的比热容为500J/(kg·℃) ，不考虑焊接时的热量损失】； （4）运输船“峨眉号”某次装载过程中，先往水舱内注入一定量的压载水，此时船身有的体积露出水面。再向运输船灌装LNG，当灌装了7.2万吨LNG后，运输船达到满载状态船身有的体积露出水面。则水舱内的压载水被排出了 吨。 【答案】 AB 氩气 0.28 3.2万 【知识点】焦耳定律的推导式及其应用、物体沉浮状态与浮力、重力和体积的关系、利用阿基米德原理计算浮力、密度及质量、阿基米德原理的应用 【详解】（1）[1]殷瓦钢是一种耐低温的材料，同时还具有耐腐蚀、抗拉强度高等特点，但LNG运输船货仓内的温度极低，说明殷瓦钢的导热性不好，故AB符合题意，C不符合题意。 故选AB。 （2）[2]因为置换气体从底部注入，将空气从上方的C口排出，说明置换气体的密度比空气大，故应选择氩气。 （3）[3]1cm2的殷瓦钢的体积为 V＝Sd＝1cm2×0.07cm＝0.07cm3＝7×10-8m3 质量为 m＝ρV＝8×103kg/m3×7×10-8m3＝5.6×10-4kg 吸收的热量为 Q吸＝cm(t－t0)＝500J/(kg·℃)×5.6×10-4kg×(1425℃－25℃)＝392J 不考虑热量损失，则焊机放出的热量为 Q放＝Q吸＝392J 焊接时间为 故每次焊接时间不能超过0.28s。 （4）[4]运输船满载时，排水量为12万吨，则，满载时所受浮力为 F浮＝G排＝m排g＝12×104×103kg×10N/kg＝1.2×109N 运输船满载时排水量为12万吨，因为运输船是漂浮的，所以满载时总质量等于排水量，即 m船＋mLNG＋m水2＝12万吨输船达到满载状态船身有的体积露出水面，则浸入体积为船身的；往水舱内注入一定量的压载水，此时船身有的体积露出水面，则浸入体积为船身的；由F浮＝ρ液gV排 知，浮力与排开水的体积成正比；又漂浮时，G＝F浮，而G＝mg，可得 mg＝ρ液gV排 即m＝ρ液V排，故质量与排开水的体积成正比，即 代入数据得 Δm＝m水1－m水2＝3.2万吨 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题06 焦耳定律的理解、分析和应用专项培优 全国初中物理竞赛试题精编 一、单选题 1．如图所示的电路，电源电压不变，滑动变阻器R1标有“100Ω  0.8A”，灯泡标有“12V  6W”，虚线框a、b、c、d内为定值电阻R0、电流表（量程0~0.6A）、电压表（量程0~15V）和导线其中之一，且不相同。在保证电路安全的前提下：①闭合S1、S2，调节滑动变阻器的滑片，电路中的最小电流为0.22A；②闭合所有开关，滑动变阻器允许接入电路的最小阻值为6Ω；③将b、d内的元件互换，闭合所有开关，灯泡恰能正常发光，且无论怎样移动滑片，灯泡亮度都不变。下列说法正确的是（　　） A．图中，b为电压表、d可能为电流表 B．①中，灯泡的最小功率为1.1616W C．②中，电路的最大总功率为32.4W D．③中，R0工作10s产生的热量为60J 2．如图甲电路中，电源电压保持不变，R0、R1均为定值电阻，R2为滑动变阻器。闭合开关S，改变R2的阻值，两电压表示数与电流表示数变化的关系如图乙，当滑片P在b端时电流示数为0.3A，若滑片P置于变阻器的中点位置，R2消耗的电功率为0.8W。闭合开关，则下列说法正确的是（    ） A．图乙中的图线②表示的是电压表V1与电流表示数变化的关系 B．电源电压为10V C．R0的阻值为2Ω D．当滑片P在a端时，通电1min，电阻R0产生的热量为432J 3．如图所示，电源电压6V不变，小灯泡标有“6V 3W”，滑动变阻器标有“20Ω 1A”，电流表所接量程为“0～0.6A”，电压表所接量程为“0～3V”，不考虑温度对灯丝电阻的影响．闭合开关，为保证电路安全，下列正确的是（　　） A．电路中允许通过的最大电流为1A B．小灯泡的最小功率为0.75W C．小灯泡正常发光5min，灯泡产生的热量为15J D．滑动变阻器可以接入电路的阻值为0～20Ω 4．某型号电热水瓶具有加热、保温、电动出水及干烧断电功能，其简化电路如图所示。三个开关的功能分别是：壶底温控开关通常是闭合的，当壶底发热盘的温度达到120℃自动断开防止干烧；壶壁温控开关通常是断开的，按下时对水加热，水烧开后自动断开；电动出水开关通常是断开的，按下时电磁泵将水抽出。已知电热水瓶加热功率为1000W，电磁泵的规格是“12V；12W”，的阻值为968Ω。电热水瓶正常工作时下列结论正确的是（　　） ①是壶底温控开关，是壶壁温控开关 ②的阻值为48.4Ω ③电热水瓶保温功率是270W ④加热同时将水抽出，电流通过电热水瓶在30s内产生的热量是 A．① B．①② C．②③ D．③④ 5．如图甲，规格相同的玻璃杯装了相同质量的水，将阻值不同的两根电阻丝R1和R2与电源、开关接成电路，忽略散热，得到图乙所示的水温与加热时间的图线，则下列叙述正确的是（    ） A．两个加热器，R1＜R2 B．由图乙可知：比热容c甲＞c乙 C．加热相同时间，两杯水吸收的相同热量 D．甲杯水在2min内吸收的热量，与乙杯水在3min内吸收的热量相同 6．如图甲所示，是一种测力装置的结构示意图。测量时，把完全相同的柔性（易弯曲）应变电阻片R1和R2沿着横梁的OA方向分别紧贴在横梁的上下表面，并把它们接入如图乙所示的电路中，电源电压恒定。在横梁A端施加向下的压力F，当横梁将向下弯曲，R1沿着OA方向被拉长，R2则被缩短，根据它们两端电压的差值即可测量出压力F的大小。则测压力F时，以下说法正确的是（　　） A．R1中电流大于R2中的电流 B．R1的电阻减小，R2的电阻增大 C．相同时间内R1产生的热量小于R2产生的热 D．A端受到的压力越大，R1和R2两端的电压差越大 二、多选题 7．如图甲所示，A、B分别为定值电阻和小灯泡的图像，小灯泡和电阻的连接情况如图乙所示，电源电压为8V。闭合开关，下列说法正确的是（　　） A．小灯泡电阻随温度的升高而增大 B．灯泡的实际电功率为1.6W C．10s内定值电阻产生的热量为18J D．小灯泡消耗电能比定值电阻快 8．如图甲所示，电源电压为12V，电流表量程为0~3A，滑动变阻器标有“30Ω  1.5A”，当开关闭合，滑动变阻器滑片P滑至中点时，电压表的示数如图乙所示，下列说法正确的是（ ） A．滑动变阻器的最大电功率为7.2W B．定值电阻R的阻值为10Ω C．滑动变阻器可接入电路的阻值范围为0~30Ω D．滑动变阻器滑片在中点时，定值电阻R在10s内产生的热量是18J 9．如图甲所示，电源电压保持不变，闭合开关S，滑动变阻器的滑片P从a端移至b端的过程中，滑动变阻器消耗的电功率随其阻值变化关系如图乙所示。下列分析正确的是（　　） A．电源电压为12V B．滑动变阻器的阻值最大为50Ω C．当滑片从a端向b端滑动时，电压表示数不变、电流表示数变小 D．当接入电路的电阻为10Ω时，闭合开关S，通电1分钟产生的热量为216J 10．在如图甲所示的电路中，定值电阻R2的阻值为5Ω，若只闭合S1和S2时，电压表的示数为4V。若只闭合S1和S3，滑动变阻器R1的滑片P位于中点时，电压表的示数为2V。图乙是电路中额定电压为4V的小灯泡的I﹣U关系图像，下列说法正确的是（　　） A．小灯泡正常发光时电阻为5Ω B．电源电压为8V C．只闭合S1和S2时，10s内电流通过R2产生的热量为48J D．若将电压表换成电流表，开关均闭合时，电路中的最小电功率为16W 三、填空题 11．图甲电路中电源电压9V不变，小灯泡L标有“6V，3W”字样，定值电阻，电流表量程为0~0.6A，滑动变阻器规格为“20Ω，1A”，则闭合S、接1时，在1min内产生的热量最多为 ，图乙是闭合S、接2时，小灯泡的电功率随其两端电压变化的图像，则滑动变阻器接入电路的电阻范围为 12．某电热水壶加热电阻丝的阻值为22Ω，通电后流过电阻丝的电流为10 A，电热水壶加热时的功率为 W。若加热时有84%的热量被水吸收，则壶内1 kg的水温度由34 ℃加热到100℃所需要的时间为 s。 13．如图甲所示的电路中，电源电压恒为 24V ，R1 为定值电阻， R2 为电阻箱，电压表量程为 0~15V，在保证电路安全的情况下，多次改变电阻箱接入电路的阻值，作出电压表示数随电阻箱 R2 接入电路阻值的变化关系如图乙所示，则 R1 的阻值为 Ω；当电压表示数为 12V 时，若持续通电 10s，定值电阻 R1 产生的热量为   J；当电压表示数为 8V 时，电阻箱消耗的电功率为 W。 14．如图所示的电路中，开关S和S1闭合后，为使电阻R1、R2组成串联电路，甲、乙两表应均为 （填“电流表”或“电压表”），此时甲、乙两电表的示数之比为3∶2，则R1和R2的电阻之比为 ；若甲、乙两表为另一种电表，闭合开关S，断开开关S1，通电3min，则甲、乙两表的示数之比为 ，R1和R2产生的热量之比为 。 四、综合题 15．小林购物时看到商家用的电子秤如图甲所示，他查询资料后设计了如图乙所示的模拟电路，其中电源电压为6 V，R是一根长度为10 cm的均匀电阻丝，最大阻值为50 Ω。请完成以下问题： (1)图乙中的定值电阻R0在电路中的作用是 ，空盘时，滑片P位于R的最上端，闭合开关S，电路中电流为0.6 A，则 Ω (2)已知该弹簧被压缩的长度△L 与所受压力 F 的关系如图丙所示，则该秤能称量的最大质量是多少？ 通电100s，R产生的热量是多少？ （假设弹簧始终处于弹性形变范围内，g取10 N/ kg） (3)当电流表示数为0.2A时，托盘上称量的物体质量是多少？ (4)该模拟电路存在的问题是：当称量的物体质量增大时，电流表的示数反而减小，针对这个问题，请你提出一个修改方案。 16．图甲是某款电熨斗，图乙是其电路原理图。已知电源电压为220V，、为发热体。该电熨斗两挡功率分别为100W和500W，通过开关实现温度控制，达到高温挡或低温挡。 (1)当S闭合时，电熨斗处于 挡，发热体的阻值是 Ω。 (2)若在使用过程中，电熨斗消耗的电能是，在这段时间内电熨斗在高温挡和低温挡分别工作了多长时间？ (3)为了适应不同室温和更多衣料，小明对电路做了改进，将发热体换成阻值可调的发热体，如图丙所示。若电熨斗每秒钟散失的热量Q跟温度差（电熨斗表面温度与环境温度的差值）的关系如图丁所示，则在一个的房间内，要保持电熨斗表面温度不变，应将的阻值调为多少Ω？ 五、计算题 17．如图甲所示，空气炸锅以烹制外酥里嫩、美味可口的食物而广受大众欢迎。它主要是利用风扇将电热管产生的热量吹向食物进行加热，如图乙所示是某品牌空气炸锅的简化电路图，相应技术参数如图表。 额定电压 风扇电动机功率 加热电阻功率 （1）当开关S、均闭合时，空气炸锅正常热风加热，求此时电路中的总电流； （2）若风扇电动机线圈的电阻为，内电流通过电动机线圈产生的热量是多少？ （3）若该空气炸锅正常加热时，将薯条从20℃加热到220℃用时，不考虑电动机线圈产生的热量及薯条质量的变化，这一过程中空气炸锅的加热效率是多少？[取] 18．某自制电加热器有高温、中温和低温三挡，简化电路如图所示。电热丝、，（不考虑其电阻变化）。通过控制开关、的断开或闭合状态，可以让电加热器在不同挡位工作。已知该电加热器电压为10V，中温挡电功率P中为10W，电流表的量程为0~3A。求： （1）中温挡的电流大小； （2）电热丝的阻值； （3）使用高温挡时，电热火锅在1min内产生的热量； （4）若电源电压可调，为保证电路安全，求此电加热器消耗的最大电功率。 六、科普阅读题 19．阅读短文，回答问题： 最佳空燃比 进入发动机的空气与燃料的质量比例称为空燃比，若吸入发动机的空气所含氧气与燃料恰好完全反应就达到最佳空燃比。为了达到最佳空燃比，在尾气管上安装了如图甲的氧传感器，工作原理（如图乙）是：氧化锆内外表面各有一层金属组成铂电极，氧化锆的外侧与高温尾气接触，内侧连通外界大气，电加热器通电后加热附近大气，使其达到最佳工作温度350℃，在这个温度下氧分子会电离成氧离子，高温电离后的氧离子会通过氧化锆从氧浓度高的位置移到氧浓度低的位置，氧离子浓度差越大，铂电极A和B会聚集越多异种电荷，铂电极间的电压越高。 当燃料较多时，空燃比小于最佳空燃比，尾气中含氧量为0，两电极间的电压达到恒定最大值；当空燃比大于最佳空燃比时，随着尾气中氧含量变大，两电极板间电压急剧变小。发动机控制模块通过检测铂电极两端的电压，控制喷油量，使发动机接近最佳空燃比。 (1)电加热器工作时将电能转化为 能；氧化锆内的电流方向是：铂电极 （选填“A到B”或“B到A”）。 (2)为使质量为、温度为-10℃的大气在0.02秒内达到其最佳工作温度，大气需吸收 J的热量。（大气比热容取，不计热量损失） (3)发动机控制模块检测铂电极两端的电压与空燃比的关系图象如图丙所示，若发动机控制模块检测铂电极两端的电压接近为零，说明尾气中的氧气含量较 （选填“高”或“低”），需要 （选填“加大”或“减少”）喷油嘴的喷油量；由图丙可知最佳空燃比为 。 (4)一辆小汽车在内匀速行驶，其四缸发动机（如图丁所示）全程转速为，发动机以最佳空燃比工作，每次进入单个汽缸的空气质量均为，发动机的效率为40%，汽油热值取，则汽车的牵引力为 N。 20．阅读短文，回答问题： 液态天然气（LNG）运输船 2023年12月，排水量为12万吨的国产液态天然气（LNG）运输船“峨眉号”成功下海，如图甲所示。LNG运输船建造难度极大，为了使天然气维持液态，货仓内温度必须控制在-163℃以下。如果使用一般的钢材料，船体结构会在超低温环境下冷裂，严重的话会产生巨大的爆炸。为了防止这种情况出现，就需要用到一种耐低温的材料-殷瓦钢。殷瓦钢是一种镍铁合金，密度约为8×103kg/m3，热膨胀系数极低，能在很宽的温度范围内保持固定长度，同时还具有耐腐蚀、抗拉强度高等特点。殷瓦钢的焊接难度极大，一块殷瓦钢板材厚度只有0.7mm，相当于一张薄薄白纸的厚度，再加上焊接性能差，需要高超的焊接技术，才能避免在焊接过程中产生裂纹。 LNG运输船货仓内的温度极低，水蒸气在此温度下容易凝结成小冰晶，因此在往货仓内装载LNG前必须将空气全部置换出去。图乙为置换过程的简化结构图，常温下先打开C口，将置换气体从A管注入货仓底部，使空气从C口排尽。再关闭C口，将气态天然气从B管注入货仓上方，货仓中的置换气体将几乎全部从A管回到置换气体仓内，这样才能进行下一步的LNG灌装工作。为了稳定船身，LNG运输船还需配备辅助的水舱，灌装LNG前，空载的LNG运输船需向水舱内注入压载水，灌装LNG的过程中再匀速排出压载水。 （1）选择殷瓦钢作为LNG运输船的核心材料，主要是因为殷瓦钢材料具有 的物理属性； A．耐低温    B．耐腐蚀    C．导热性好 （2）结合下面密度表中的数据分析，表中 （填气体名称）可以作为置换气体； 一些气体的密度（常温常压） 气体名称 天然气 空气 氖气 氦气 氩气 密度/kg/m3 0.7174 1.29 0.9 0.1347 1.784 （3）在对殷瓦钢焊接时，可认为钢材表面只有1cm2的面积在均匀受热，若焊机的电功率为1400W，在室温控制在25℃的环境下，为了不焊穿钢材（温度不能超过殷瓦钢的熔点1425℃），每次焊接的时间不能超过 秒【殷瓦钢的比热容为500J/(kg·℃) ，不考虑焊接时的热量损失】； （4）运输船“峨眉号”某次装载过程中，先往水舱内注入一定量的压载水，此时船身有的体积露出水面。再向运输船灌装LNG，当灌装了7.2万吨LNG后，运输船达到满载状态船身有的体积露出水面。则水舱内的压载水被排出了 吨。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 $$