3.6电能 综合提高（解答题）-2024-2025学年浙教版九年级上册科学

2024年12月九上3.6电能——综合提高（解答题） 1．智能家居为我们的生活提供了很多便利。小明家新购置了一台图甲所示mini智能空气加湿器，其内部简化电路图如图乙所示，R1、R2为发热电阻，且R2＝3R1，U1＝U2＝5V，S为旋转型开关，1、2、3、4为触点，通过旋转开关S可实现“关”、“低挡”和“高挡”间的转换，（已知高挡时电流大于低挡时的电流），其高挡时电流为0.4A，mini具有智能断电功能，当水量偏低时会自动切断电源，防止干烧。控制电路中，R0＝60Ω，R为压敏电阻，其阻值随压力的变化关系如图丙所示。 （1）由图丙可知，压敏电阻R的电阻随压力的增大而 　 　（选填“增大”“减小”或“不变”）。 （2）乙图电路中当旋转开关S接触点3、4时，工作电路为 　 　挡。 （3）低挡模式时，工作10分钟，mini工作电路消耗的电能为多少焦耳？（请列式计算） （4）当控制电路中的电流达到50mA时，衔铁才会吸合，工作电路接通。请通过计算说明，工作时至少需要加水多少千克？（请列式计算） 2．某学习小组开展“水位自动报警器”的设计与制作项目化活动，主要包括研制标准、设计阶段、制作阶段、展示评价四个环节。 【研制标准】在明确项目任务后，教师组织学生讨论“一个优质的水位自动报警装置应该达到哪些要求？”这一问题，大家一起制定了如表的项目成果评价表。 评价指标 优秀 良好 待改进 指标一：报警提示 在水位上升到警戒线时，能通过电铃发声和指示灯发光报警 在水位上升到警戒线时，能通过电铃发声或指示灯发光报警 在水位上升到警戒线时，不能通过电铃发声和指示灯发光报警 指标二：适用场景 可自由调节报警水位高度 可通过拆装结构调节报警水位高度 无法调节报警水位高度 【设计阶段】子任务1：电路设计与连接 提供的材料：导线、电源（3V）、开关、小灯泡（额定电压为2.5V，额定电流为0.3A）、电铃（额定电压为2.5V，额定电流为0.2A）、滑动变阻器（20Ω，0.6A）、电压表（0～3V）、电流表（0～0.6A）。 小组成员利用以上元件设计如图甲所示的电路图。 在子任务1中所连接的电路是在闭合开关时，通过调节滑动变阻器阻值，使指示灯正常发光报警。小科提出可以利用泡沫浮力柱的沉浮装置替代原电路的开关，实现电路的通断。 子任务2：设计在水位上升时能够报警的机械结构小组设计的最终方案如图乙所示。该沉浮装置总重50g，自下而上包括125cm3立方体泡沫浮力柱、10cm高的塑料连杆、16cm2的铜片（厚度忽略不计），原闸刀开关调整为触点开关，铜片与触点开关相连。 【制作阶段】根据产品设计图，绘制所需板材的尺寸，切割材料并进行组装。最后进行成品测试，准备高为20cm柱形容器，调整触点开关的高度，当水位达到12cm时实现水位自动报警功能。 请计算： （1）在子任务1中的电路中，小灯泡正常工作时的电功率。 （2）在子任务2中的机械结构中，该沉浮装置漂浮在水中时，在水下的深度是多少？ （3）在设计制作过程中，若水位达到12cm时能实现水位自动报警功能，触点开关距离容器底的理论高度是多少？ 【展示评价】 （4）根据“评价表”，上述报警器只能评为“良好”。要达到“优秀”，你对图乙设计会作如何修改？ 3．除了气体供应充足之外，不同鱼类对水温的需求是不同的。该科学兴趣小组继续开展了恒温水族箱的项目化学习。已知：R1为电热丝，标有“220V 2000W”的字样；S2为磁控开关。工作原理：热敏电阻Rx作为感应器探测水温，置于恒温水箱内，其阻值随温度变化的关系如图乙所示；R2为滑动变阻器。电磁铁产生的吸引力F与控制电路中电流I的关系如图丙。衔铁在至少6N吸引力的作用下才能被吸引，当吸引力小于4.5N时被弹开（电磁铁电阻不计，，ρ水＝1.0×103kg/m3）。 （1）水族箱使用时，需要装入4L水，要使水温从10℃升高到30℃，需要吸收多少热量？ （2）正常工作时，电热丝产生的热量有80%被水吸收，要使水温从10℃升高到30℃，电热丝需要加热多长时间？ （3）调节滑动变阻器R2使恒温箱的温度控制在20﹣30℃之间，求此时R2的阻值 　 　。 （4）为了把恒温箱的温度区间控制改成25﹣30℃之间，小明将滑动变阻器向左移，结果无法达成功能，你觉得，这是为什么？　 　。 4．某品牌消毒柜的电路原理图如图所示，下表是它的部分参数。消毒电路由S1、紫外线灯管L、发热管R1、温控开关K组成，K开始时处于闭合状态，当柜内温度超过120℃时断开，当温度降到120℃以下时自动闭合；烘干电路由S2、发热管R2、电磁继电器开关组成，其中R2正常工作时的功率为烘干功率，烘干时，当电磁铁线圈中的电流达到0.02A，衔铁被吸起，触点D、E断开；当电磁铁线圈中电流减小到0.01A，衔铁被释放，触点D、E重新接触，使烘干温度维持在55～85℃，控制电路电压U＝6V，R3是定值电阻，RT是热敏电阻，其温度与消毒柜内温度相同，阻值随温度升高而减小，电磁铁线圈的电阻忽略不计。 额定电压 220V 紫外线灯管功率 20W 烘干功率 500W 烘干温度 55～85℃ 某次使用时，将餐具放入消毒柜内，关闭好柜门，将插头插入家庭电路的插座中，电压为220V。 闭合开关S、S1对餐具消毒15min；断开开关S1，闭合S、S2、S3，再烘干60min。 （1）阐述烘干温度能维持在一定区间的工作原理：　 　。 （2）烘干期间，当消毒柜内温度为85℃时，控制电路中RT的阻值为200Ω，则当消毒柜内温度为55℃时，RT的阻值为 　 　Ω。 （3）消毒时，L和R1同时正常工作时通过消毒电路的总电流为1A，R1实际工作时间为6min；烘干时，R2实际工作时间为总烘干时间的20%。求本次消毒、烘干电路实际消耗的总电能。 5．如图甲为小金同学设计的电热水器的原理图，该电热水器具有加热、保温功能。图甲中电磁继电器（线圈电阻不计）、热敏电阻R、保护电阻R0、电压恒为6V的电源U1，导线等组成控制电路。当电磁铁线圈中的电流I＜10mA时，继电器上方触点和触点c接通；当电磁铁线圈中的电流I≥10mA时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点和触点a、b接通。热敏电阻中允许通过的最大电流I0＝15mA，其电阻R随温度变化的规律如图乙，热敏电阻和加热电路中的三只电阻R1、R2、R3均置于储水箱中。已知R1＝33Ω、R2＝66Ω、R3＝154Ω，U2＝220V。 （1）衔铁被吸下时，求加热电路的总功率？ （2）保温状态下，10分钟电热器产生的热量是多少？ （3）为使控制电路正常工作，保护电阻R0的阻值至少为多大？若R0为该值，衔铁刚好被吸下时储水箱中水温是多少？ 6．图甲为某品牌电炖锅简化电路，控制电路电源电压恒为6伏，R0阻值100欧，热敏电阻R3的阻值随温度变化的关系如图乙所示，电脑控制板相当于开关，按下开关，控制电路接通电源。工作电路加热至热敏电阻R3温度达到100℃时，衔铁被吸下，工作电路转为保温状态。已知该电炖锅工作电路在220伏电压下的加热功率为1000瓦，保温功率为200瓦。电磁继电器线圈电阻忽略不计。请回答： （1）热敏电阻R3阻值随温度升高而 　 　。 （2）控制电路衔铁被吸下的最小电流为 　 　安。 （3）电阻R2的阻值为多少？ （4）若电炖锅加热1小时，保温2小时，共消耗电能为多少千瓦时？ 7．小明参加学校项目化学习挑战赛——设计制作“恒温热水壶”。 【项目设计】：如图所示为小明设计的电路图，其中L1、L2为完全相同的两个电磁铁，压敏电阻R1的阻值随压力的增大而减小，可感知水量；热敏电阻R2的阻值随温度的升高而降低，可感知水温。一开始开关S闭合，水沸腾后，开关S会自动断开。水温下降至设定温度，电路进入恒温状态。开关S闭合，无弹力；当开关S断开后，通过相关元件，使弹簧产生向右拉力。 【项目解疑】：（1）开关S应接在图中的 　 　处（选填“A”，“B”、“C”）。 （2）若R0＝48.4Ω，900秒内电热丝工作P﹣t如图所示（后300秒电流通断时间比为1：5），求这段时间内电热丝用于把水煮沸所消耗的电能。 【项目评价】根据以下评价量表，请你对该“恒温热水壶”进行等第评价，并说明评价理由：　 　。 等第指标 优秀 合格 待改进 指标一 能防干烧（即壶内无水，不能加热） 防干烧效果一般 不能防干烧 指标二 壶内的水必须先煮沸后才能自动恒温 壶内的水能煮沸但不能自动恒温 壶内的水不能煮沸 指标三 恒温的温度可以调节 恒温的温度不可以调节 壶内的水不能保持恒温状态 8．商场里有一款智能电热坐垫，能实现加热后自动保温。该坐垫电路如图甲，Ra是安装在坐垫内的热敏电阻，其阻值随温度的变化如表所示。电热丝R1和R2的阻值均为1210欧，闭合开关S1、S2，电热坐垫启动高功率工作模式，当加热到55℃时，衔铁Lα和Lb同时被吸引，转为低功率工作模式。当坐垫温度降低至50℃，电磁铁无法吸住衔铁La和Lb，La、Lb恢复原位，又转为高功率工作模式。电热坐垫在高功率和低功率模式之间切换，使其温度维持在一定范围。（不计线圈电阻） 热敏电阻Ra的阻值与温度的关系 温度℃ 20 25 30 35 39 40 41 42 43 44 45 50 55 60 65 阻值/欧 600 480 390 300 240 230 220 210 200 190 180 150 120 100 85 （1）小明将电热毯买回家后，测试了电热毯的性能，发现在10分钟内电热毯高功率工作和低功率工作用时交替工作均为5分钟，则本次测试中电热丝消耗的总电能为多少焦？ （2）小明想改装该电热毯，在其控制电路中增加一个力敏电阻，以满足以下两个条件： ①1000牛压力以下，坐垫最高温度不超过50℃。 ②人离开后，坐垫始终低功率工作。现有三种力敏电阻RA、RB、RC，其阻值随压力变化如图乙所示。则应选择力敏电阻 　 　（填“RA”或“RB”或“RC”）与Ra　 　（填“串联”或“并联”），当坐垫压力500牛时，电热毯的最高温度值为 　 　。 9．学习小组开展“水位自动报警器”的设计与制作活动，希望在水位上升至设定位置时能产生报警倍号。提供材料：导线、电源3V、小灯泡（2.5V 0.5A）、滑动变阻器（20Ω 0.6A）、电流表（0～0.6A）等。 小组设计的产品评价表如下： 评价指标 优秀 良好 待改进 指标一 能报警，电路荷洁 能报警，电路复杂 无法实现报警 指标二 通过声音和光线同时报警 通过声音或光线报警 不能通过声音或光线报警 小组成员设计了电路与浮沉装置，其中浮沉装置总质量50g，自下而上包括125cm2的立方体泡沫、10cm高的塑料连杆、薄钢片（即度忽略不计），整个装置简图如图所示，各部分连接良好，当水位上升，铜片与电路中的触点接触，电路接通，求： （1）电路接通，小灯泡正常工作时，滑动变阻器的功率。 （2）电路末接通，浮沉装置在水中静止时，立方体泡沫浸入水中的深度。 （3）在设计制作过程中，若当水位刚达到12cm时能实现水位自动报警功能，触点开关距离容器底的理论高度为 　 　。 （4）评价产品；结合评价表，对产品测试时，其“指标一”为优秀，“指标二”为良好。请提出一种改进方法使“指标二”达到优秀。（可采用文字或电路图说明） 10．项目化学习小组设计了一款电热开水机，它由水箱模块和温控模块共同组成。 水箱模块如图甲所示，由浮球、绕O点转动的杠杆ABO、连杆BC和活塞组成。冷水从进水口进入冷水箱，再经连通管道进入煮水箱。当冷水箱水位达到设定水位，杠杆呈水平状态，活塞刚好堵住进水口，停止进水，这时浮球有一半体积浸入水中。煮水箱中的水煮沸后经出水管进入保温箱，冷水再补充进入煮水箱：冷水箱中水位下降，此时活塞下降，进水口再次进水；重复上述过程。 电路模块的原理图如图乙所示。煮水箱内有电热丝R1，保温箱内有力敏电阻RF，当保温箱内的水量低于最低水位h1时，开关S1自动闭合，电磁铁L2吸引衔铁，使R1开始工作：保温箱内还有热敏电阻RT、电热丝R2当保温箱内水温低于90℃时，开关S2自动闭合，电磁铁Lb吸引衔铁，电热丝R2工作使保温箱内的水温维持在90℃～95℃。电磁铁线圈的电阻忽略不计。 （1）若煮水箱内R1的额定煮水功率为1210瓦，求R1的阻值。 （2）冷水箱中的浮球重5牛，杠杆ABO质量和体积忽略不计，进水口被活塞堵住不能进水，此时连杆BC对杠杆的压力为30牛，支点O到浮球球心的距离OA为OB的3倍。求浮球的体积。 （3）控制电路电压均为10伏，保温时，电磁铁Lb中的电流达到0.02安，衔铁被吸合；电流低于0.01安时，衔铁被释放。请在图丙中画出RT随温度变化的大致图像，并在纵坐标上标出温度分别为90℃和95℃时的阻值。 11．我市常有下暴雨，导致水库水位超过警戒线产生危险。为自动测量水库水位超出警戒线的高度，项目化学习小组设计了一台简易水位测量仪，其工作原理如图所示。密度比水大的圆柱体M底面积为10厘米2，物体M和N重力均为40牛，绳子绕过定滑轮把MN两物体相连，调节绳子长度使M的下表面与水库警戒线相平，轻质杠杆OB绕O点转动，物体N放在杠杆的B处，0B长102厘米，力敏电阻R1通过A处对杠杆产生支撑，OA长51厘米，力敏电阻R1阻值与所受压力FA的关系如表所示，电路电源电压U恒为6伏，灯L的电阻值为10欧（忽略温度对灯L电阻的影响），在电流表相应的位置标出水位高度。（杠杆OB自身重力、绳重和摩擦均不计，ρ水＝1.0×103千克/米3） 压力FA（牛） 0 10 20 30 电阻R1（欧） 20 15 10 5 （1）如观察到电路中的电压表示数变大，则是水库水位超出警戒线的高度将 　 　。 （2）当某次水位超过警戒线高度1米时，此时小灯泡消耗的电功率是多少？ （3）若用这个完成测试的测量仪来测量海水超过警戒线的高度，只通过调节物体N在杠杆上放置的位置（其它条件不变），仍用电流表也能准确读出水位高度，则向 　 　（“左”或“右”）调节N的位置。（已知ρ海水＝1.02×103千克/米3） 12．某科学研究小组设计了一个压力报警装置，工作原理如图甲所示。OBA为水平杠杆，OA长120cm，O为支点，OB：BA＝1：5；已知报警器R0阻值恒为10Ω，压力传感器R固定放置，压力传感器受到的压力F与R的阻值变化的关系如图乙所示。当托盘空载时，闭合开关S，电压表的示数为1V；当托盘所受的压力增大，电压表的示数达到2V时，报警器R0开始发出报警信号。托盘、压杆和杠杆的质量均忽略不计，电压表的量程为0～3V。 求：（1）电源电压。 （2）当报警器开始报警时，压力传感器受到的压力。 （3）当托盘受到的压力为150N时，报警器是否报警。 （4）当电路输出的电功率与电路在安全状态下输出的最大电功率的比值为4：9时，托盘受到的压力。 13．小明制作了一个“水位仪”，其简化结构如图甲所示，一根轻质绝缘细杆上端与滑片P固定，下端与边长为10厘米的正方体木块相连，木块放在高足够的圆柱形容器内。未注水时，滑片P刚好在滑动变阻器R1的最下端a处；闭合开关S，向容器中注水，滑片P随木块上浮在R1上滑动。已知电源电压U恒定不变，R2为定值电阻。滑动变阻器R1中的bc段短路，其余正常部分的电阻与自身长度成正比；定值电阻R2的电功率P2、电压表示数U1与水深H的关系如图乙和丙所示。 （1）小明在计算电源电压U的大小时，已经分析如下，请帮他完成。 解：由图乙和丙可知，滑片P在d点时，P2＝0.4W，U1＝4V；滑片P在a点时，R1＝0，P′2＝3.6W，U1＝0V。 （2）小明发现滑动变阻器R1上只有“0.8A”的字样，无法看出最大阻值。电流表量程选用0～0.6安，电压表量程选用0～3伏。则在电路安全的范围内，水位最深为多少？写出计算过程。 （3）根据已知的条件，请帮小明再提出一个求解的问题，并进行求解。 问： 解： 14．小明家在不远处施工，临时用导线将电水壶和电水龙头（打开几秒钟就能流出热水）接入家中电能表[3000r/（kW•h）]．如图所示。电水壶的规格为“220V 1210W”，电水龙头的规格为“220V 2420W”，当电路中单独使用电水壶烧水时，铝盘转动110r，用时120s。在电路中单独使用电水龙头洗漱时，用了180s。 导线、电水壶和电水龙头的电阻不随温度变化。求： （1）电水壶和电水龙头的电阻； （2）导线的电阻； （3）在洗漱时，导线上产生的热量。 15．汽车前面的大灯通常有“远光”和“近光”两种照明方式，且使用“远光”时大灯的亮度较大。如图是某汽车大灯的灯泡示意图，A和B是灯泡内的两根灯丝。通过开关S分别与触点“1”或“2”连接以改变照明方式。已知灯泡的额定电压为12V，灯丝A的电阻阻值为RA＝1.2Ω，灯丝B的电阻阻值为RB＝1.6Ω，电源电压U保持12V不变。 （1）请根据学过的公式判断A、B哪个灯是远光灯。 （2）使用远光灯，通过灯丝的电流。 （3）使用近光时，大灯的电功率。 16．如图甲是某项目化小组模拟自动灌注的模型示意图。该装置可分为灌注装置和运输装置两部分。通过运输装置中的传送带将空杯运输到灌注台。灌注装置在控制电路的控制下，使线圈1定时吸引衔铁将工作电路接通，喷头向杯中注入液体。灌注台下方通过杠杆压在力敏电阻R2上，运输装置中的电流随着R2的变化而变化。当电流达到一定值时，线圈2吸引延时开关，使电动机工作带动传送带转动，此时喷头恰好停止喷出液体。延时开关时间可调以保证新杯子恰好到达灌注台时断开。 电动机 型号：Y200L﹣4 额定电压：220V 额定电流：3A 频率：50Hz 标准编号：Y200L﹣4 2020年12月 杭州苹新电机厂 【项目调试】 （1）电动机的铭牌如表所示，则该电动机正常工作时的功率为 　 　瓦。 （2）运输装置中，杠杆可绕O点转动，已知OA＝4cm，AB＝2cm，电源电压U3＝1.2V，线圈电阻不计，空杯、传送带、灌注台和杠杆对R2的压力均忽略不计，R2阻值随压力的变化情况如图乙所示。当线圈电流大于0.2A时，可使延时开关接通。若某次使用时，R3的阻值为2Ω，求单次灌注液体的质量标准。 （3）为使喷头可以间断性喷射，控制电路的电源电压U1呈图丙周期性变化，E为具有特殊功能的电子元件，当U1＜6伏时，电路中没有电流通过，当U1≥6伏时，E两端电压恒为6伏。当线圈中通过的电流I≥0.5安时，电磁继电器衔铁被吸下，喷头喷射液体，已知喷头每秒喷出液体质量为100g。某次液体灌注的标准为140g，为使运输、罐装过程可连续且高效进行，则R1的阻值应为 　 　欧。 17．在综合实践活动中，科技小组设计了一个能反映水平风力大小的装置，如图甲所示，电源电压恒为16V，R0为定值电阻，L为额定电压是2.5V的小灯泡，其I﹣U关系的部分数据如图乙所示，AB为长14cm、阻值60Ω粗细均匀的电阻丝（电阻丝的阻值与长度成正比），OP为质量、电阻均不计的金属细杆，下端连接一个重2N的圆球P．闭合开关S，无风时，OP下垂并与A端接触，此时电流表示数为0.2A；有风时，OP绕悬挂点O转动，风对球的作用力F方向始终水平向右，已知OA为10cm，OP始终与AB接触良好且无摩擦；求： （1）电流表示数为0.2A时，灯泡的电阻为　 　Ω； （2）无风时R0消耗的电功率。 （3）为保护电路，允许风对球施加的最大作用力。 18．如今大城市普遍存在着停车难的问题，图甲是集存车、绿化、景观、防盗、户外广告等多功能为一体的“路边空中绿化存车亭”。图乙为“路边空中绿化存车亭”的工作原理图，其中A为存车架，质量为800千克。O为杆OB的转动轴，杆的B端固定悬挂泊车装置，BC为牵引OB杆转动的钢丝绳，M为牵引钢丝绳的电动机。请根据上述信息回答下列问题： （1）小汽车从水平地面被提升到BC垂直于杆OB的过程中，作用在B点的动力如何变化 　 　（填“变大”“变小”“不变”）。 （2）若某汽车的质量为1200千克，存车时在40秒内车架被提升的高度为3米，完成车辆的存放。电动机正常工作时输入电压为220V，输入电流为10A（不计装置摩擦和杆OB自重），求电动机线圈电阻？ 19．在某次科技活动中，刘老师给同学们展示一个如图甲所示的黑盒子，绝缘外壳上有A、B、C三个接线柱。刘老师告诉同学们，盒内电路由两个定值电阻连接而成。小海同学设计了如图乙所示的电路来研究盒内电阻的连接情况及其电功率。已知电源电压恒定不变，R0是阻值为3Ω的定值电阻，R1是滑动变阻器。小海进行了如下的实验操作： （Ⅰ）把BC两个接线柱接到MN之间，只闭合开关S，将R1的滑片移至最左端时，电压表示数为1.8V，电流表示数为0.6A； （Ⅱ）用导线把AC连接起来，再将AB接线柱接入MN之间，闭合开关S和S1，此时电流表的示数为1.8A； （Ⅲ）把AC两个接线柱接到MN之间，只闭合开关S，小海发现将R1的滑片从某位置移至最左端或最右端时，电压表的示数均变化了0.45V，电路的总功率均变化了0.18W。 （1）请根据操作（Ⅰ）求出黑盒子BC间的电阻； （2）在操作（Ⅱ）中，求黑盒子工作100s消耗的电能； （3）①请画出黑盒子内的电路图，并标明各电阻的阻值； ②小海接下来继续进行研究，他将BC两个接线柱接到MN之间，只闭合开关S。左右移动R1的滑片，求此过程中黑盒子的最大电功率与最小电功率之比？ 20．2020年12月金华市唯一一个抽水蓄能电站项目——磐安抽水蓄能电站开工建设。其工作原理如图所示。用电低谷时（如深夜），电站利用电网多余电能把水从下水库抽到上水库中储存起来；用电高峰时，再利用上水库中的水发电。 （1）下列有关抽水蓄能电站说法正确的是 　 　。 A.该电站一天中抽水蓄能的时段是12时—18时 B.抽水蓄能电站的主要作用是调节电力供应 C.蓄能时，水被抽到上水库中，电能转化为水的重力势能 D.抽水蓄能电站选址时不需要考虑上、下水库的平均高度差 （2）发电时，若该电站上水库可用于发电的库容量为7×106米3，上、下水库平均水位差435米。上水库中可用于发电的水流到下水库，水的重力做功为多少焦？ （3）该电站共安装4台发电机，单机容量为3×105kW（每台每小时的发电量），若某天两台发电机一起发电时间为5小时，则可发多少电？如果这一天的发电量由热电转换效率为40%的热电厂来提供，需要消耗多少煤？（煤的热值q＝3.0×107J/kg，Q＝mq） 2024年12月九上3.6电能——综合提高（解答题） 参考答案与试题解析 一．解答题（共17小题） 1．智能家居为我们的生活提供了很多便利。小明家新购置了一台图甲所示mini智能空气加湿器，其内部简化电路图如图乙所示，R1、R2为发热电阻，且R2＝3R1，U1＝U2＝5V，S为旋转型开关，1、2、3、4为触点，通过旋转开关S可实现“关”、“低挡”和“高挡”间的转换，（已知高挡时电流大于低挡时的电流），其高挡时电流为0.4A，mini具有智能断电功能，当水量偏低时会自动切断电源，防止干烧。控制电路中，R0＝60Ω，R为压敏电阻，其阻值随压力的变化关系如图丙所示。 （1）由图丙可知，压敏电阻R的电阻随压力的增大而 　减小　（选填“增大”“减小”或“不变”）。 （2）乙图电路中当旋转开关S接触点3、4时，工作电路为 　高　挡。 （3）低挡模式时，工作10分钟，mini工作电路消耗的电能为多少焦耳？（请列式计算） （4）当控制电路中的电流达到50mA时，衔铁才会吸合，工作电路接通。请通过计算说明，工作时至少需要加水多少千克？（请列式计算） 【分析】（1）由图丙可知压敏电阻R的电阻随压力的变化情况； （2）由图乙可知，当旋转开关S接触点1、2时，电路开路，当旋转开关S接触点2、3时，R1、R2串联，当旋转开关S接触点3、4时，只有R1工作；根据串联电路的电阻特点和P可知工作电路低挡和高挡的电路连接； （3）知道高档工作是电路中的电流，根据欧姆定律求出R1的阻值，根据R1、R2的关系求出R2的阻值，根据串联电路的电阻特点求出R1、R2的串联总电阻，根据Wt可求出低挡模式时工作电路消耗的电功； （4）由题意可知，当电流为50mA时，衔铁才会吸合，工作电路接通，根据欧姆定律求出此时控制电路的总电阻，根据电阻的串联求出压敏电阻R的阻值，由图丙可知压敏电阻受到的压力，压敏电阻受到的压力是由水的重力产生的，则可求出水的重力，根据F＝G＝mg求出所加水的最小质量。 【解答】解：（1）由图丙可知，压敏电阻R的电阻随压力的增大而减小； （2）由图乙可知，当旋转开关S接触点2、3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P可知，此时电路中的总功率最小，工作电路处于低挡；当旋转开关S接触点3、4时，只有R1工作，此时电路中的总电阻最小，总功率最大，工作电路处于高挡； （3）根据题意可知，高挡时电流为0.4A，mini具有智能断电功能，由I可知，R1的阻值：R112.5Ω，根据题意可知，R2＝3R1＝3×12.5Ω＝37.5Ω，根据串联电路的电阻特点可知，低挡工作时，工作电路的总电阻：R总＝R1+R2＝12.5Ω+37.5Ω＝50Ω，低挡模式时工作电路消耗的电能：W低300J； （4）由I可知，当电流为50mA时，此时控制电路的总电阻：R总'100Ω，则压敏电阻的阻值：R＝R总'一Ro＝100Ω﹣60Ω＝40Ω，由图丙可知，当R＝40Ω时，压敏电阻受到的压力F＝0.2N，压敏电阻受到的压力是由水的重力产生的，则水的重力G＝F＝0.2N，由F＝G＝mg可得所加水的最少质量：m0.02kg。 故答案为：（1）减小； （2）高； （3）低挡模式时，工作10分钟，mini工作电路消耗的电能为300J； （4）工作时至少需要加水0.02kg。 【点评】本题考查了串联电路的特点、电功率公式、欧姆定律、压力和重力的关系等，能从中获取相关信息是解题的关键。 2．某学习小组开展“水位自动报警器”的设计与制作项目化活动，主要包括研制标准、设计阶段、制作阶段、展示评价四个环节。 【研制标准】在明确项目任务后，教师组织学生讨论“一个优质的水位自动报警装置应该达到哪些要求？”这一问题，大家一起制定了如表的项目成果评价表。 评价指标 优秀 良好 待改进 指标一：报警提示 在水位上升到警戒线时，能通过电铃发声和指示灯发光报警 在水位上升到警戒线时，能通过电铃发声或指示灯发光报警 在水位上升到警戒线时，不能通过电铃发声和指示灯发光报警 指标二：适用场景 可自由调节报警水位高度 可通过拆装结构调节报警水位高度 无法调节报警水位高度 【设计阶段】子任务1：电路设计与连接 提供的材料：导线、电源（3V）、开关、小灯泡（额定电压为2.5V，额定电流为0.3A）、电铃（额定电压为2.5V，额定电流为0.2A）、滑动变阻器（20Ω，0.6A）、电压表（0～3V）、电流表（0～0.6A）。 小组成员利用以上元件设计如图甲所示的电路图。 在子任务1中所连接的电路是在闭合开关时，通过调节滑动变阻器阻值，使指示灯正常发光报警。小科提出可以利用泡沫浮力柱的沉浮装置替代原电路的开关，实现电路的通断。 子任务2：设计在水位上升时能够报警的机械结构小组设计的最终方案如图乙所示。该沉浮装置总重50g，自下而上包括125cm3立方体泡沫浮力柱、10cm高的塑料连杆、16cm2的铜片（厚度忽略不计），原闸刀开关调整为触点开关，铜片与触点开关相连。 【制作阶段】根据产品设计图，绘制所需板材的尺寸，切割材料并进行组装。最后进行成品测试，准备高为20cm柱形容器，调整触点开关的高度，当水位达到12cm时实现水位自动报警功能。 请计算： （1）在子任务1中的电路中，小灯泡正常工作时的电功率。 （2）在子任务2中的机械结构中，该沉浮装置漂浮在水中时，在水下的深度是多少？ （3）在设计制作过程中，若水位达到12cm时能实现水位自动报警功能，触点开关距离容器底的理论高度是多少？ 【展示评价】 （4）根据“评价表”，上述报警器只能评为“良好”。要达到“优秀”，你对图乙设计会作如何修改？ 【分析】（1）根据小灯泡的额定电压和额定功率，可以计算小灯泡正常工作时的电功率。 （2）由题意可知，该浮沉装置总重是50g，漂浮在水中时，根据漂浮条件、阿基米德原理可以算出立方体泡沫浮力柱排开水的体积。根据体积求出立方体泡沫柱的边长，根据边长求出底面积，即可求出立方体泡沫浮柱在水下的深度。 （3）当水位报警器报警的时候，水位深12cm。根据泡沫浮力柱漂浮时在水下的深度，可以求出泡沫浮力柱水上的高度。塑料连杆10cm高，就可以算出触点开关距离容器底的理论高度。 【解答】解：（1）由小灯泡（额定电压为2.5V，额定电流为0.3A）得，小灯泡正常工作时的电功率P＝UI＝2.5V×0.3A＝0.75W。 （2）浮沉装置总重是50g，漂浮在水中时，F浮＝G＝mg＝50×10﹣3kg×10N/kg＝0.5N.由阿基米德原理可知F浮＝ρ液gV排。V排5×10﹣5m3。 立方体泡沫浮力柱体积125cm3，则边长a5cm＝0.05m.立方体泡沫浮力柱的底面积S＝0.05m×0.05m＝2.5×10﹣3m2. 立方体泡沫浮力柱排开水的体积，就是立方体泡沫浮力柱浸入水中的体积，立方体泡沫浮力柱在水下的深度h0.02m＝2cm. （3）当水位报警器报警的时候，水位深12cm.泡沫浮力柱漂浮时在水下的深度2cm，泡沫浮力柱水上的高度5cm﹣2cm＝3cm.塑料连杆10cm高，触点开关距离容器底的理论高度h＝12cm+3cm+10cm＝25cm. （4）“优秀”评价是可自由调节报警水位高度，设计修改：去掉立方体泡沫浮力柱和塑料连杆，触电开关左边导线连接金属块A，浸没在柱形容器水中。触电开关右边导线连接金属块B，悬空放置在柱形容器水面上方，当水位达到B位置，电路接通报警。金属块B所在的位置就是报警的水位高度，而B的位置可以自由调节。 答：（1）小灯泡正常工作时的电功率0.75W。 （2）在水下的深度是2cm. （3）触点开关距离容器底的理论高度是25cm. （4）设计修改：去掉立方体泡沫浮力柱和塑料连杆，触电开关左边导线连接金属块A，浸没在柱形容器水中。触电开关右边导线连接金属块B，悬空放置在柱形容器水面上方，当水位达到B位置，电路接通报警。金属块B所在的位置就是报警的水位高度，而B的位置可以自由调节。 【点评】改题是电子继电器的构造和原理、物体浮沉条件、电功率的综合计算考察。难度高，综合性强。注意知识点之间的综合联系应用。数据较多，计算要认真。 3．除了气体供应充足之外，不同鱼类对水温的需求是不同的。该科学兴趣小组继续开展了恒温水族箱的项目化学习。已知：R1为电热丝，标有“220V 2000W”的字样；S2为磁控开关。工作原理：热敏电阻Rx作为感应器探测水温，置于恒温水箱内，其阻值随温度变化的关系如图乙所示；R2为滑动变阻器。电磁铁产生的吸引力F与控制电路中电流I的关系如图丙。衔铁在至少6N吸引力的作用下才能被吸引，当吸引力小于4.5N时被弹开（电磁铁电阻不计，，ρ水＝1.0×103kg/m3）。 （1）水族箱使用时，需要装入4L水，要使水温从10℃升高到30℃，需要吸收多少热量？ （2）正常工作时，电热丝产生的热量有80%被水吸收，要使水温从10℃升高到30℃，电热丝需要加热多长时间？ （3）调节滑动变阻器R2使恒温箱的温度控制在20﹣30℃之间，求此时R2的阻值 　160Ω　。 （4）为了把恒温箱的温度区间控制改成25﹣30℃之间，小明将滑动变阻器向左移，结果无法达成功能，你觉得，这是为什么？　将滑动变阻器滑片向左移，滑动变阻器R2接入电路的电阻变小，根据串联电路电阻规律可知，电路中的总电阻变小，当温度为30℃时，通过电路的电流会大于150mA，吸引力大于4.5N，则衔铁不会被弹开　。 【分析】（1）根据密度公式求出4L水的质量，根据Q吸＝cm（t﹣t0）求出水吸收的热量； （2）根据效率公式求出电热丝消耗的电能，根据P求出加热时间； （3）调节滑动变阻器R2使恒温箱的温度控制在20﹣30℃之间，衔铁在至少6N吸引力的作用下才能被吸引，由图丙可知此时通过电路的电流，由图乙可知此时热敏电阻接入电路的阻值，根据串联电路的特点和欧姆定律表示出电源电压； 当吸引力小于4.5N时被弹开，由图丙可知此时通过电路的电流，由图乙可知此时热敏电阻接入电路的阻值，根据串联电路的特点和欧姆定律表示出电源电压，联立可解出R2的阻值； （4）将滑动变阻器向左移，滑动变阻器接入电路的电阻变小，根据串联电路电阻规律可知电路总电阻变小，当温度为30℃时，通过电路的电流会大于150mA，吸引力大于4.5N，衔铁不会被弹开。 【解答】解：（1）水的体积V＝4L＝4dm3＝4×10﹣3m3， 由ρ可知，水的质量：m＝ρ水V＝1.0×103kg/m3×4×10﹣3m3＝4kg， 水吸收的热量：Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×4kg×（30℃﹣10℃）＝3.36×105J； （2）由η可知，电热丝消耗的电能：W4.2×105J， 由P可知，加热时间：t′210s； （3）调节滑动变阻器R2使恒温箱的温度控制在20﹣30℃之间， 衔铁在至少6N吸引力的作用下才能被吸引，此时通过电路的电流为I＝200mA＝0.2A，此时热敏电阻接入电路的阻值为50Ω， 根据串联电路的特点和欧姆定律可知，电源电压U＝I（Rx+R2）＝0.2A×（50Ω+R2）＝10V+0.2A×R2……① 当吸引力小于4.5N时被弹开，此时通过电路的电流为I′＝150mA＝0.15A，此时热敏电阻接入电路的阻值为120Ω， 根据串联电路的特点和欧姆定律可知，电源电压U＝I′（Rx′+R2）＝0.15A×（120Ω+R2）＝18V+0.15A×R2……② 联立①②两式可解得：U＝42V；R2＝160Ω； （4）由图甲可知，将滑动变阻器滑片向左移，滑动变阻器R2接入电路的电阻变小，根据串联电路电阻规律可知，电路中的总电阻变小，当温度为30℃时，通过电路的电流会大于150mA，吸引力大于4.5N，则衔铁不会被弹开。 答：（1）水吸收的热量为3.36×105J； （2）电热丝需要加热的时间为210s； （3）160Ω； （4）将滑动变阻器滑片向左移，滑动变阻器R2接入电路的电阻变小，根据串联电路电阻规律可知，电路中的总电阻变小，当温度为30℃时，通过电路的电流会大于150mA，吸引力大于4.5N，则衔铁不会被弹开。 【点评】本题考查串联电路特点、密度公式、吸热公式、效率公式、欧姆定律以及电功率公式的灵活运用，能从图中获取相关信息是解题的关键。 4．某品牌消毒柜的电路原理图如图所示，下表是它的部分参数。消毒电路由S1、紫外线灯管L、发热管R1、温控开关K组成，K开始时处于闭合状态，当柜内温度超过120℃时断开，当温度降到120℃以下时自动闭合；烘干电路由S2、发热管R2、电磁继电器开关组成，其中R2正常工作时的功率为烘干功率，烘干时，当电磁铁线圈中的电流达到0.02A，衔铁被吸起，触点D、E断开；当电磁铁线圈中电流减小到0.01A，衔铁被释放，触点D、E重新接触，使烘干温度维持在55～85℃，控制电路电压U＝6V，R3是定值电阻，RT是热敏电阻，其温度与消毒柜内温度相同，阻值随温度升高而减小，电磁铁线圈的电阻忽略不计。 额定电压 220V 紫外线灯管功率 20W 烘干功率 500W 烘干温度 55～85℃ 某次使用时，将餐具放入消毒柜内，关闭好柜门，将插头插入家庭电路的插座中，电压为220V。 闭合开关S、S1对餐具消毒15min；断开开关S1，闭合S、S2、S3，再烘干60min。 （1）阐述烘干温度能维持在一定区间的工作原理：　当温度低于55℃时，热敏电阻的阻值较大，控制电路中的电流较小，电磁铁的磁性较弱，衔铁不能被吸引，触点D、E接触，R2工作，烘干温度升高，当温度升高时，热敏电阻的阻值减小，控制电路中的电流增大，电磁铁的磁性增强，当温度升高到85℃时，电磁铁线圈中的电流达到0.02A，衔铁被吸起，触点D、E断开，R2停止工作，烘干温度降低，当温度降低到55℃时，电磁铁线圈中电流减小到0.01A，衔铁被释放，触点D、E重新接触，使烘干温度维持在55～85℃　。 （2）烘干期间，当消毒柜内温度为85℃时，控制电路中RT的阻值为200Ω，则当消毒柜内温度为55℃时，RT的阻值为 　500　Ω。 （3）消毒时，L和R1同时正常工作时通过消毒电路的总电流为1A，R1实际工作时间为6min；烘干时，R2实际工作时间为总烘干时间的20%。求本次消毒、烘干电路实际消耗的总电能。 【分析】（1）根据热敏电阻的阻值随温度升高而减小利用欧姆定律结合电路图分析烘干温度能维持在一定区间的工作原理； （2）根据当电磁铁线圈中的电流达到0.02A，衔铁被吸起，触点D、E断开结合电路图可知此时的温度刚好为85℃，根据欧姆定律求出控制电路中的总电阻，根据串联电路的电阻特点求出R3的阻值，当电磁铁线圈中电流减小到0.01A，衔铁被释放，触点D、E重新接触结合电路图可知此时的温度刚好为55℃，根据欧姆定律求出控制电路中的总电阻，根据串联电路的电阻特点求出RT的阻值； （3）根据电路图可知L和R1并联，根据P＝UI求出L和R1同时正常工作时总功率，再根据电路的总功率等于各用电器电功率之和求出R1的功率，根据P求出消毒时L和R1消耗的电能，根据R2实际工作时间为总烘干时间的20%和P求出烘干电路消耗的电能，进而求出消耗的总电能。 【解答】解：（1）由热敏电阻的阻值随温度升高而减小可知，当温度低于55℃时，热敏电阻的阻值较大，由欧姆定律可知，此时控制电路中的电流较小，电磁铁的磁性较弱，衔铁不能被吸引，触点D、E接触，R2工作，烘干温度升高，当温度升高时，热敏电阻的阻值减小，由欧姆定律可知，此时控制电路中的电流增大，电磁铁的磁性增强，当温度升高到85℃时，电磁铁线圈中的电流达到0.02A，衔铁被吸起，触点D、E断开，R2停止工作，烘干温度降低，当温度降低到55℃时，电磁铁线圈中电流减小到0.01A，衔铁被释放，触点D、E重新接触，使烘干温度维持在55～85℃； （2）由题意可知，当温度刚好为85℃，控制电路中的电流为0.02A，由欧姆定律可知，此时控制电路中的总电阻：R高300Ω，由串联电路的电阻特点可知，R3的阻值：R3＝R高﹣RT高＝300Ω﹣200Ω＝100Ω， 当温度刚好为55℃时，控制电路中的电流为0.01A，由欧姆定律可知，此时控制电路中的总电阻：R低600Ω，由串联电路的电阻特点可知，RT的阻值：RT低＝R低﹣R3＝600Ω﹣100Ω＝500Ω； （3）由电路图可知L和R1并联，L和R1同时正常工作时总功率：P＝U额I＝220V×1A＝220W， 则R1的功率：P1＝P﹣PL＝220W﹣20W＝200W， 由P可知，消毒时L和R1消耗的电能分别为：WL＝PLtL＝20W×15×60s＝1.8×104J，W1＝P1t1＝200W×6×60s＝7.2×104J， 由R2实际工作时间为总烘干时间的20%可知，R2实际工作时间：t2＝60min×20%＝12min， 则烘干电路消耗的电能：W2＝P2t2＝500W×12×60s＝3.6×105J， 本次消毒、烘干电路实际消耗的总电能：W＝WL+W1+W2＝1.8×104J+7.2×104J+3.6×105J＝4.5×105J。 答：（1）当温度低于55℃时，热敏电阻的阻值较大，控制电路中的电流较小，电磁铁的磁性较弱，衔铁不能被吸引，触点D、E接触，R2工作，烘干温度升高，当温度升高时，热敏电阻的阻值减小，控制电路中的电流增大，电磁铁的磁性增强，当温度升高到85℃时，电磁铁线圈中的电流达到0.02A，衔铁被吸起，触点D、E断开，R2停止工作，烘干温度降低，当温度降低到55℃时，电磁铁线圈中电流减小到0.01A，衔铁被释放，触点D、E重新接触，使烘干温度维持在55～85℃； （2）500； （3）本次消毒、烘干电路实际消耗的总电能为4.5×105J。 【点评】本题考查电磁铁的工作原理、串联电路的特点、欧姆定律和电功率公式的应用，难度较大。 5．如图甲为小金同学设计的电热水器的原理图，该电热水器具有加热、保温功能。图甲中电磁继电器（线圈电阻不计）、热敏电阻R、保护电阻R0、电压恒为6V的电源U1，导线等组成控制电路。当电磁铁线圈中的电流I＜10mA时，继电器上方触点和触点c接通；当电磁铁线圈中的电流I≥10mA时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点和触点a、b接通。热敏电阻中允许通过的最大电流I0＝15mA，其电阻R随温度变化的规律如图乙，热敏电阻和加热电路中的三只电阻R1、R2、R3均置于储水箱中。已知R1＝33Ω、R2＝66Ω、R3＝154Ω，U2＝220V。 （1）衔铁被吸下时，求加热电路的总功率？ （2）保温状态下，10分钟电热器产生的热量是多少？ （3）为使控制电路正常工作，保护电阻R0的阻值至少为多大？若R0为该值，衔铁刚好被吸下时储水箱中水温是多少？ 【分析】由电路图知：衔铁被吸下，继电器下方触点和触点a、b接通时，加热电路中电阻最小，由P可知电路功率最大，处于加热状态；当继电器上方触点和触点c接通时，加热电路电阻较大，由P可知电路功率较小，电路处于保温状态； （1）衔铁被吸下时，电阻R1与R2并联，由并联电路特点可以求出加热电路的总电阻，利用P可求加热电路的总功率； （2）先由功率公式P求出加热电路在保温状态下10min内电路产生的热量； （3）由热敏电阻的R﹣t图象找出热敏电阻的最小阻值，此时电路电流最大，根据电路的最大电流求出控制电路保护电阻R0的最小阻值，这是控制电路正常工作的最小阻值；求出衔铁刚好被吸下时热敏电阻的阻值，然后由图象找出该阻值对应的温度，这就是储水箱中水的温度。 【解答】解：（1）由电路图知：衔铁被吸下时，R1、R2并联， 由并联电路的特点知：， 电路总电阻R22Ω， 电路加热时的总功率：P2200W； （2）由电路图知，保温状态下：R2、R3串联， 10min加热电路产生的热量 600s＝1.32×105J； （3）由图乙可知，热敏电阻的最小值是R＝200Ω， 当R最小，控制电路中的电流不超过最大值时，保护电阻R0阻值最小， 由得：保护电阻R0的最小值R0R200Ω＝200Ω， 由题意知，衔铁刚好被吸下时，电路电流I＝10mA＝0.01A， 此时电流总电阻R总600Ω， 此时热敏电阻R＝R总﹣R0＝600Ω﹣200Ω＝400Ω， 由图2可知，此时水温为60℃。 答：（1）加热电路的总功率为2200W； （2）10分钟电热器产生的热量是1.65×105J； （3）保护电阻R0的阻值至少为200Ω，衔铁刚好被吸下时储水箱中水温是60℃。 【点评】本题考查了求加热电路处于加热状态时的电阻、10分钟热水器散失的热量、保护电阻的最小阻值、水的温度等问题，考查的内容较多；分析清楚电路结构是本题正确解题的前提与关键；要正确解题，需要熟练掌握并联电路的特点、电功公式、欧姆定律等知识。 6．图甲为某品牌电炖锅简化电路，控制电路电源电压恒为6伏，R0阻值100欧，热敏电阻R3的阻值随温度变化的关系如图乙所示，电脑控制板相当于开关，按下开关，控制电路接通电源。工作电路加热至热敏电阻R3温度达到100℃时，衔铁被吸下，工作电路转为保温状态。已知该电炖锅工作电路在220伏电压下的加热功率为1000瓦，保温功率为200瓦。电磁继电器线圈电阻忽略不计。请回答： （1）热敏电阻R3阻值随温度升高而 　减小　。 （2）控制电路衔铁被吸下的最小电流为 　0.04　安。 （3）电阻R2的阻值为多少？ （4）若电炖锅加热1小时，保温2小时，共消耗电能为多少千瓦时？ 【分析】（1）根据图乙可知热敏电阻R3阻值随温度变化规律； （2）热敏电阻R3温度达到100℃时，衔铁被吸下，由图乙可知此时热敏电阻R3的阻值，根据串联电路电阻规律和欧姆定律可求出此时电路中的电流； （3）在工作电路中，衔铁未被吸下，工作电路转为加热状态，此时为R1的简单电路，根据P可求出R1的电阻；衔铁被吸下，工作电路转为保温状态，此时R1与R2串联，根据P和串联电路电阻规律可求出电阻R2的阻值； （4）根据W＝Pt求出电炖锅加热1小时和保温2小时，二者之和即为这次共消耗了的电能。 【解答】解：（1）由图乙可知热敏电阻R3阻值随温度升高而减小； （2）热敏电阻R3温度达到100℃时，衔铁被吸下，由图乙可知此时热敏电阻R3的阻值为50Ω， 此时控制电路中的总电阻为：R＝R0+R3＝100Ω+50Ω＝150Ω， 所以控制电路衔铁被吸下的最小电流为：I0.04A； （3）在工作电路中，衔铁未被吸下，工作电路转为加热状态，此时为R1的简单电路， 则R1的电阻为：R148.4Ω； 衔铁被吸下，工作电路转为保温状态，此时R1与R2串联， 此时电路中的总电阻为：R'242Ω， 所以电阻R2的阻值为：R2＝R'﹣R1＝242Ω﹣48.4Ω＝193.6Ω； （4）电炖锅加热1小时消耗的电能： W1＝P加t1＝1kW×1h＝1kW•h， 电炖锅保温2小时消耗的电能： W2＝P保t2＝0.2kW×2h＝0.4kW•h， 则这次炖煮共消耗了的电能： W＝W1+W2＝1kW•h+0.4kW•h＝1.4kW•h。 故答案为：（1）减小；（2）0.04；（3）电阻R2的阻值为193.6Ω；（4）消耗电能为1.4kW•h。 【点评】本题为电热综合题，考查电功率公式、电功公式及串联电路规律的运用，关键是从题中获取有效的信息。 7．小明参加学校项目化学习挑战赛——设计制作“恒温热水壶”。 【项目设计】：如图所示为小明设计的电路图，其中L1、L2为完全相同的两个电磁铁，压敏电阻R1的阻值随压力的增大而减小，可感知水量；热敏电阻R2的阻值随温度的升高而降低，可感知水温。一开始开关S闭合，水沸腾后，开关S会自动断开。水温下降至设定温度，电路进入恒温状态。开关S闭合，无弹力；当开关S断开后，通过相关元件，使弹簧产生向右拉力。 【项目解疑】：（1）开关S应接在图中的 　B　处（选填“A”，“B”、“C”）。 （2）若R0＝48.4Ω，900秒内电热丝工作P﹣t如图所示（后300秒电流通断时间比为1：5），求这段时间内电热丝用于把水煮沸所消耗的电能。 【项目评价】根据以下评价量表，请你对该“恒温热水壶”进行等第评价，并说明评价理由：　优秀；既能自动恒温，而且恒定温度可调　。 等第指标 优秀 合格 待改进 指标一 能防干烧（即壶内无水，不能加热） 防干烧效果一般 不能防干烧 指标二 壶内的水必须先煮沸后才能自动恒温 壶内的水能煮沸但不能自动恒温 壶内的水不能煮沸 指标三 恒温的温度可以调节 恒温的温度不可以调节 壶内的水不能保持恒温状态 【分析】（1）开关S的位置不能影响热敏电阻在水沸腾后继续工作，据此分析可知开关必须在何处； （2）根据P计算电阻丝R0的电功率，已知后300s电流通断时间比为1：5，进一步计算电阻丝的工作时间，根据W＝Pt计算这段时间内电热丝用于把水煮沸所消耗的电能； 恒温加热的标准是L1的磁力减弱，图中的动、静触点接触，为保持L1的磁力不变，则通过电磁铁L1的电流不变，根据欧姆定律可知电路的总电阻就不变， 温度降低时热敏电阻的阻值增大，根据串联电路电阻规律可知滑动变阻器接入电路的阻值接入电路的阻值变化。 【解答】解：（1）如果开关S在D处，水沸腾后开关断开，则再也无法继续加热，不能够保持恒温的状态， 如果开关S在C处或者在A处，开关断开后，电阻R2无法工作，不能保持恒温的状态， 为不影响热敏电阻在水沸腾后继续工作，所以开关S必须接在右侧电路的B处； （2）电阻丝R0的电功率：P1000W， 已知后300s电流通断时间比为1：5，则900s内电阻丝工作的总时间：t＝300s+300s350s， 这段时间内电热丝用于把水煮沸所消耗的电能：W＝Pt＝1000W×350s＝3.5×105J； 【项目评价】恒温加热的标准是L1的磁力减弱，图中的动、静触点接触，为保持L1的磁力不变，则通过电磁铁L1的电流不变，根据欧姆定律可知电路的总电阻就不变， 温度降低时热敏电阻的阻值增大，根据串联电路电阻规律可知需要减小滑动变阻器接入电路的阻值，所以滑动变阻器的滑片需向下移动。故图中电路既能自动恒温，而且恒定温度可调，符合优秀标准。 故答案为：（1）B； （2）这段时间内电热丝用于把水煮沸所消耗的电能为3.5×105J； 【项目评价】优秀；既能自动恒温，而且恒定温度可调， 【点评】本题考查串联电路特点、欧姆定律、电功率公式的灵活运用以及影响电磁铁强弱的因素，综合性强。 8．商场里有一款智能电热坐垫，能实现加热后自动保温。该坐垫电路如图甲，Ra是安装在坐垫内的热敏电阻，其阻值随温度的变化如表所示。电热丝R1和R2的阻值均为1210欧，闭合开关S1、S2，电热坐垫启动高功率工作模式，当加热到55℃时，衔铁Lα和Lb同时被吸引，转为低功率工作模式。当坐垫温度降低至50℃，电磁铁无法吸住衔铁La和Lb，La、Lb恢复原位，又转为高功率工作模式。电热坐垫在高功率和低功率模式之间切换，使其温度维持在一定范围。（不计线圈电阻） 热敏电阻Ra的阻值与温度的关系 温度℃ 20 25 30 35 39 40 41 42 43 44 45 50 55 60 65 阻值/欧 600 480 390 300 240 230 220 210 200 190 180 150 120 100 85 （1）小明将电热毯买回家后，测试了电热毯的性能，发现在10分钟内电热毯高功率工作和低功率工作用时交替工作均为5分钟，则本次测试中电热丝消耗的总电能为多少焦？ （2）小明想改装该电热毯，在其控制电路中增加一个力敏电阻，以满足以下两个条件： ①1000牛压力以下，坐垫最高温度不超过50℃。 ②人离开后，坐垫始终低功率工作。现有三种力敏电阻RA、RB、RC，其阻值随压力变化如图乙所示。则应选择力敏电阻 　RB　（填“RA”或“RB”或“RC”）与Ra　并联　（填“串联”或“并联”），当坐垫压力500牛时，电热毯的最高温度值为 　43℃　。 【分析】（1）由图可知闭合开关S1、S2，电热坐垫启动高功率工作模式，此时电热丝R1和R2并联，当加热到55℃时，衔铁Lα和Lb同时被吸引，转为低功率工作模式，此时只有电热丝R2接入电路，根据Wt计算低功率工作时消耗的电能和高功率工作时消耗的电能，进一步计算本次测试中电热丝消耗的总电能； （2）由题意知：当坐垫温度达到55℃时，低功率工作模式，根据表中数据可知此时控制电路总电阻R总＝120Ω，由表中数据知当坐垫温度为50℃时，Ra＝150Ω，若满足该温度下电热坐垫处于低功率工作状态，此时控制电路总电阻R总＝120Ω，但Ra的阻值为150Ω，因此两者只能选择并联的连接方式； 由图乙知当压力为1000N时，若控制电路力敏电阻阻值为600Ω时，控制电路的力敏电阻与热敏电阻Ra并联总电阻的阻值正好为120Ω，符合功能①的要求，因此在RB、RC中选择； 人离开后，压力为零，根据功能②的要求，此时坐垫的控制电路总电阻为120Ω，取表格中最低温的20℃，此时Ra＝600Ω，根据并联电路电阻的规律知，此时力敏电阻为150Ω，因此排除Rc，比较可知选择电阻RB与Ra并联接入电路； 由图乙可知当坐垫压力500N时力敏电阻的阻值，根据并联电路电阻规律计算此时热敏电阻接入电路的阻值，由表中数据可知此时的温度。 【解答】解：（1）由图可知闭合开关S1、S2，电热坐垫启动高功率工作模式，此时电热丝R1和R2并联，当加热到55℃时，衔铁Lα和Lb同时被吸引，转为低功率工作模式，此时只有电热丝R2接入电路。 高功率工作时消耗的电能为：W15×60s5×60s＝2.4×104J， 低功率工作时消耗的电能为：W25×60s＝1.2×104J 本次测试中电热丝消耗的总电能为：W总＝2.4×104J+1.2×104J＝3.6×104J； （2）由题意知，当坐垫温度达到55℃时，低功率工作模式，根据表中数据可知此时控制电路总电阻为120Ω，当坐垫温度降低至50℃时，高功率工作模式，根据表中数据可知此时控制电路总电阻为150Ω。 由表中数据知当坐垫温度为50℃时，Ra＝150Ω，若满足该温度下电热坐垫处于低功率工作状态，此时控制电路总电阻：R总＝120Ω，但Ra的阻值为150Ω，因此两者只能选择并联的连接方式； 由图乙知当压力为1000N时，若控制电路力敏电阻阻值为600Ω时，控制电路的力敏电阻与热敏电阻Ra并联总电阻的阻值正好为120Ω，符合功能①的要求，因此在RB、RC中选择； 人离开后，压力为零，根据功能②的要求，此时坐垫的控制电路总电阻为120Ω，取表格中最低温的20℃，此时Ra＝600Ω，根据并联电路电阻的规律知，此时力敏电阻为150Ω，因此排除Rc，比较可知选择电阻RB与Ra并联接入电路； 当压力为500N时，由图知此时RB＝300Ω， 此时热敏电阻接入电路的阻值Ra200Ω， 由表格可知此时的温度为43℃。 答：（1）本次测试中电热丝消耗的总电能为3.6×104J； （2）RB；并联；43℃。 【点评】本题考查并联电路特点、欧姆定律、电功率公式、电功公式的灵活运用，从材料中获取信息解答相关题目，有一定难度。 9．学习小组开展“水位自动报警器”的设计与制作活动，希望在水位上升至设定位置时能产生报警倍号。提供材料：导线、电源3V、小灯泡（2.5V 0.5A）、滑动变阻器（20Ω 0.6A）、电流表（0～0.6A）等。 小组设计的产品评价表如下： 评价指标 优秀 良好 待改进 指标一 能报警，电路荷洁 能报警，电路复杂 无法实现报警 指标二 通过声音和光线同时报警 通过声音或光线报警 不能通过声音或光线报警 小组成员设计了电路与浮沉装置，其中浮沉装置总质量50g，自下而上包括125cm2的立方体泡沫、10cm高的塑料连杆、薄钢片（即度忽略不计），整个装置简图如图所示，各部分连接良好，当水位上升，铜片与电路中的触点接触，电路接通，求： （1）电路接通，小灯泡正常工作时，滑动变阻器的功率。 （2）电路末接通，浮沉装置在水中静止时，立方体泡沫浸入水中的深度。 （3）在设计制作过程中，若当水位刚达到12cm时能实现水位自动报警功能，触点开关距离容器底的理论高度为 　25cm　。 （4）评价产品；结合评价表，对产品测试时，其“指标一”为优秀，“指标二”为良好。请提出一种改进方法使“指标二”达到优秀。（可采用文字或电路图说明） 【分析】（1）由图可知灯泡和滑动变阻器串联接入电路，电源3V，小灯泡（2.5V 0.5A）， 根据串联电路电压规律计算滑动变阻器两端的电压，根据串联电路电流规律可知灯泡正常发光时通过电路的电流为0.5A，根据P＝UI计算滑动变阻器的功率； （2）电路末接通，浮沉装置在水中静止时，立方体泡沫处于漂浮状态，受到的浮力等于自身重力，根据G＝mg计算其重力，根据阿基米德原理计算立方体泡沫浸入水中的体积，根据体积公式计算立方体泡沫浸入水中的深度； （3）当水位刚达到12cm自动报警时，立方体泡沫浸入水中的深度为0.02m＝2cm，进一步计算水面上方的高度，塑料连杆高10cm，触点开关距离容器底的理论高度为水位高度、水面上方的高度、塑料连杆高度之和； （4）通过声音和光线同时报警，需要在电路中串联接入一个电铃，报警器报警时灯泡正常发光，电铃响。 【解答】解：（1）由图可知灯泡和滑动变阻器串联接入电路，电源3V，小灯泡（2.5V 0.5A）， 根据串联电路电压规律可知滑动变阻器两端的电压：UR＝U﹣UL＝3V﹣2.5V＝0.5V， 根据串联电路电流规律可知灯泡正常发光时通过电路的电流为0.5A，则滑动变阻器的功率：PR＝URI＝0.5V×0.5A＝0.25W； （2）电路末接通，浮沉装置在水中静止时，立方体泡沫处于漂浮状态，受到的浮力等于自身重力，则F浮＝G＝mg＝0.05kg×10N/kg＝0.5N， 立方体泡沫浸入水中的体积：V排5×10﹣5m3， 立方体泡沫的边长：l5cm， 立方体泡沫的底面积：S＝l2＝5cm×5cm＝25cm2， 立方体泡沫浸入水中的深度：h0.02m； （3）当水位刚达到12cm自动报警时，立方体泡沫浸入水中的深度为0.02m＝2cm，水面上方的高度为5cm﹣2cm＝3cm，塑料连杆高10cm， 触点开关距离容器底的理论高度为12cm+3cm+10cm＝25cm； （4）通过声音和光线同时报警，需要在电路中串联接入一个电铃，报警器报警时灯泡正常发光，电铃响。 答：（1）电路接通，小灯泡正常工作时，滑动变阻器的功率为0.25W； （2）电路末接通，浮沉装置在水中静止时，立方体泡沫浸入水中的深度为0.02m； （3）25cm； （4）需要在电路中串联接入一个电铃，报警器报警时灯泡正常发光，电铃响。 【点评】本题考查串联电路特点、电功率公式、阿基米德原理，综合性强，难度较大。 10．项目化学习小组设计了一款电热开水机，它由水箱模块和温控模块共同组成。 水箱模块如图甲所示，由浮球、绕O点转动的杠杆ABO、连杆BC和活塞组成。冷水从进水口进入冷水箱，再经连通管道进入煮水箱。当冷水箱水位达到设定水位，杠杆呈水平状态，活塞刚好堵住进水口，停止进水，这时浮球有一半体积浸入水中。煮水箱中的水煮沸后经出水管进入保温箱，冷水再补充进入煮水箱：冷水箱中水位下降，此时活塞下降，进水口再次进水；重复上述过程。 电路模块的原理图如图乙所示。煮水箱内有电热丝R1，保温箱内有力敏电阻RF，当保温箱内的水量低于最低水位h1时，开关S1自动闭合，电磁铁L2吸引衔铁，使R1开始工作：保温箱内还有热敏电阻RT、电热丝R2当保温箱内水温低于90℃时，开关S2自动闭合，电磁铁Lb吸引衔铁，电热丝R2工作使保温箱内的水温维持在90℃～95℃。电磁铁线圈的电阻忽略不计。 （1）若煮水箱内R1的额定煮水功率为1210瓦，求R1的阻值。 （2）冷水箱中的浮球重5牛，杠杆ABO质量和体积忽略不计，进水口被活塞堵住不能进水，此时连杆BC对杠杆的压力为30牛，支点O到浮球球心的距离OA为OB的3倍。求浮球的体积。 （3）控制电路电压均为10伏，保温时，电磁铁Lb中的电流达到0.02安，衔铁被吸合；电流低于0.01安时，衔铁被释放。请在图丙中画出RT随温度变化的大致图像，并在纵坐标上标出温度分别为90℃和95℃时的阻值。 【分析】（1）根据P＝UI计算R1的阻值； （2）首先根据杠杆的平衡条件列式计算出A点产生的力，然后对浮球进行受力分析，根据平衡力的知识计算出浮力的大小，接下来根据阿基米德原理计算排开水的体积，最后根据这时浮球有一半体积浸入水中计算浮球的体积； （3）保温时，电磁铁Lb中的电流达到0.02A，衔铁被吸合；电流低于0.01A时，根据欧姆定律分别计算出90℃和95℃时电阻大小即可。 【解答】解：（1）由P＝UI可知，R1的阻值：； （2）由杠杆平衡条件FA×OA＝FB×OB可得：， 由力的平衡条件可知，此时浮球受到的浮力：F浮＝FA+G＝10N+5N＝15N， 由F字＝ρ液gV排可知，浮球排开水的体积：， 由题意可知，浮球体积：V＝2V排＝2×1.5×10﹣3m3＝3×10﹣3m3； （3）保温时，电磁铁Lb中的电流达到0.02A，衔铁被吸合， 由欧姆定律可知，90℃时，热敏电阻的阻值：RT1500Ω； 电流低于0.01A时，衔铁被释放，则95℃时，热敏电阻的阻值：RT21000Ω， 则RT随温度变化的大致图像如图所示： 。 答：（1）R1的阻值为40Ω； （2）浮球的体积为3×10﹣3m3； （3）。 【点评】本题考查了杠杆平衡条件、阿基米德原理、欧姆定律及平衡力分析等多个知识点，是一道综合计算题，对学生阅读理解题目有一定要求，属于较难题目。 11．我市常有下暴雨，导致水库水位超过警戒线产生危险。为自动测量水库水位超出警戒线的高度，项目化学习小组设计了一台简易水位测量仪，其工作原理如图所示。密度比水大的圆柱体M底面积为10厘米2，物体M和N重力均为40牛，绳子绕过定滑轮把MN两物体相连，调节绳子长度使M的下表面与水库警戒线相平，轻质杠杆OB绕O点转动，物体N放在杠杆的B处，0B长102厘米，力敏电阻R1通过A处对杠杆产生支撑，OA长51厘米，力敏电阻R1阻值与所受压力FA的关系如表所示，电路电源电压U恒为6伏，灯L的电阻值为10欧（忽略温度对灯L电阻的影响），在电流表相应的位置标出水位高度。（杠杆OB自身重力、绳重和摩擦均不计，ρ水＝1.0×103千克/米3） 压力FA（牛） 0 10 20 30 电阻R1（欧） 20 15 10 5 （1）如观察到电路中的电压表示数变大，则是水库水位超出警戒线的高度将 　变大　。 （2）当某次水位超过警戒线高度1米时，此时小灯泡消耗的电功率是多少？ （3）若用这个完成测试的测量仪来测量海水超过警戒线的高度，只通过调节物体N在杠杆上放置的位置（其它条件不变），仍用电流表也能准确读出水位高度，则向 　右　（“左”或“右”）调节N的位置。（已知ρ海水＝1.02×103千克/米3） 【分析】（1）由电路图可知，灯泡和R1串联，电压表测灯泡两端的电压，电流表测电路中的电流， 根据电压表的示数变化可知灯泡两端电压的变化，由欧姆定律可知电路中的电流变化和电路总电阻的变化，根据串联电路电阻规律可知电阻R1阻值的变化，由表格数据可知压力FA的变化； 由杠杆的平衡条件FB•OB＝FA•OA可知物体N对B点的压力的变化， 绳子对物体M的拉力T＝GM﹣F浮，由同一根绳子的拉力相等和GM＝GN可知，物体N对B点的压力FB＝GN﹣T＝GN﹣（GM﹣F浮）＝F浮，据此判断物体M受到的浮力的变化， 由F浮＝ρ液gV排可知物体M排开水的体积的变化，据此判断水位超出警戒线的高度的变化； （2）根据阿基米德原理计算水位超过警戒线高度1米时物体M受到的浮力，即物体N对B点的压力， 由杠杆的平衡条件FB•OB＝FA•OA计算力敏电阻受到的压力，由表格数据可知力敏电阻的阻值接入电路的阻值，根据串联电路电阻规律结合欧姆定律计算此时通过电路的电流，根据P＝I2R计算此时小灯泡消耗的电功率； （3）若用这个完成测试的测量仪来测量海水超过警戒线的高度h，物体M排开液体的体积不变，比较海水的密度和水的密度得出物体M受到的浮力变化，从而得出物体N对B点的压力变化；要仍用电流表准确读出水位高度，应使物体N对B点的压力不变，根据杠杆的平衡条件得出其它条件不变时OB的变化，从而得出答案。 【解答】解：（1）由电路图可知，灯泡和R1串联，电压表测灯泡两端的电压，电流表测电路中的电流， 电压表的示数变大，即灯泡两端的电压变大，由欧姆定律可知电路中的电流变大，则电路的总电阻变小， 串联电路总电阻等于各部分电阻之和，则电阻R1的阻值变小，由表格数据可知，压力FA变大； 由杠杆的平衡条件FB•OB＝FA•OA可知物体N对B点的压力变大， 绳子对物体M的拉力T＝GM﹣F浮，由同一根绳子的拉力相等和GM＝GN可知，物体N对B点的压力FB＝GN﹣T＝GN﹣（GM﹣F浮）＝F浮，所以物体M受到的浮力变大， 由F浮＝ρ液gV排可知物体M排开水的体积变大，则水位超出警戒线的高度变大； （2）水位超过警戒线高度1米时，物体M受到的浮力：F浮＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×10×10﹣4m2×1m＝10N， 物体N对B点的压力FB＝F浮＝10N， 由杠杆的平衡条件FB•OB＝FA•OA可得：FAFB10N＝20N， 由表格数据可知，力敏电阻的阻值R1＝10Ω， 串联电路总电阻等于各部分电阻之和，根据欧姆定律可得此时通过电路的电流：I0.3A， 此时小灯泡消耗的电功率：P＝I2RL＝（0.3A）2×10Ω＝0.9W； （3）若用这个完成测试的测量仪来测量海水超过警戒线的高度h，物体M排开液体的体积不变，而海水密度大于雨水的密度，由F浮＝ρ液gV排可知物体M受到的浮力变大，则物体N对B点的压力变大；要仍用电流表准确读出水位高度，FA和OA不变，由杠杆的平衡条件FB•OB＝FA•OA可知，应减小OB，即适当向右调节N的位置。 答：（1）变大；（2）小灯泡消耗的电功率为0.9W；（3）右。 【点评】本题考查了阿基米德原理、杠杆平衡条件、串联电路的特点以及欧姆定律的综合应用等，正确得出物体M受到的浮力和N对B的压力关系是关键，有一定的难度。 12．某科学研究小组设计了一个压力报警装置，工作原理如图甲所示。OBA为水平杠杆，OA长120cm，O为支点，OB：BA＝1：5；已知报警器R0阻值恒为10Ω，压力传感器R固定放置，压力传感器受到的压力F与R的阻值变化的关系如图乙所示。当托盘空载时，闭合开关S，电压表的示数为1V；当托盘所受的压力增大，电压表的示数达到2V时，报警器R0开始发出报警信号。托盘、压杆和杠杆的质量均忽略不计，电压表的量程为0～3V。 求：（1）电源电压。 （2）当报警器开始报警时，压力传感器受到的压力。 （3）当托盘受到的压力为150N时，报警器是否报警。 （4）当电路输出的电功率与电路在安全状态下输出的最大电功率的比值为4：9时，托盘受到的压力。 【分析】（1）当托盘空载时，可以根据R0和电压表示数利用欧姆定律求出电路中的电流，同时从图乙可知此时压力传感器的电阻，利用欧姆定律可以计算出总电压，即电源电压； （2）开始报警，即此时电压表示数刚好为2V的时候，由欧姆定律得到电路的电流，再利用欧姆定律和串联电路电压规律得到此时压敏电阻R的阻值，对照图乙可以知道此时的压力值； （3）当托盘压力值为150N时，根据杠杆平衡条件可知压杆对压力传感器R的压力F'，用这个压力F对照（2）中的压力F便可知是否报警； （4）利用欧姆定律和电功率公式求出电路安全前提下的最大电流和最大功率，根据比例关系求出此时的实际功率，利用R和电路电阻的规律得到传感器的电阻，进而求出传感器的压力，然后根据杠杆平衡条件算出托盘受到的压力。 【解答】（1）电路为压力传感器R和报警器R0组成的串联电路，电压表测量R0两端的电压， 当托盘空载时，由图乙知传感器的电阻R＝30Ω，此时电路中的电流 ； 则电源电压 U＝I1（R0+R）＝0.1A×（10Ω+30Ω）＝4V； （2）当报警器开始报警时，电路中的电流 ， 传感器的电阻 ： 从乙图可知，此时传感器受到的压力为20N。 （3）根据杠杆的平衡条件 F1L1＝F2L2，可知 F托盘×OB＝F'×OA； 由于OB：BA＝1：5，可得OB：OA＝1：6； 压力传感器受到的压力F'＝F托盘150N25N， 由于报警时F＝20N，而此时 F'＞F，因此报警器报警； （4）要保证电路安全，电路的最大电流 最大功率P最大＝UI最大＝4V×0.3A＝1.2W， 由于 P'：P最大＝4：9 可得P'＝1.2W W； 此时传感器的电阻R'R010Ω＝20Ω， 从乙图可知，此时传感器受到的压力为6N； 由杠杆平衡条件可知，托盘受到的压力 F托盘＝F'6N36N。 答：（1）电源电压为4V。 （2）当报警器开始报警时，压力传感器受到的压力为20N。 （3）当托盘受到的压力为150N时，报警器报警。 （4）当电路输出的电功率与电路在安全状态下输出的最大电功率的比值为4：9时，托盘受到的压力为36N。 【点评】该题把杠杆与电学知识结合在一起，要求学生具有一定的综合运用所学知识解决问题的能力。 13．小明制作了一个“水位仪”，其简化结构如图甲所示，一根轻质绝缘细杆上端与滑片P固定，下端与边长为10厘米的正方体木块相连，木块放在高足够的圆柱形容器内。未注水时，滑片P刚好在滑动变阻器R1的最下端a处；闭合开关S，向容器中注水，滑片P随木块上浮在R1上滑动。已知电源电压U恒定不变，R2为定值电阻。滑动变阻器R1中的bc段短路，其余正常部分的电阻与自身长度成正比；定值电阻R2的电功率P2、电压表示数U1与水深H的关系如图乙和丙所示。 （1）小明在计算电源电压U的大小时，已经分析如下，请帮他完成。 解：由图乙和丙可知，滑片P在d点时，P2＝0.4W，U1＝4V；滑片P在a点时，R1＝0，P′2＝3.6W，U1＝0V。 （2）小明发现滑动变阻器R1上只有“0.8A”的字样，无法看出最大阻值。电流表量程选用0～0.6安，电压表量程选用0～3伏。则在电路安全的范围内，水位最深为多少？写出计算过程。 （3）根据已知的条件，请帮小明再提出一个求解的问题，并进行求解。 问： 解： 【分析】（1）根据 和电源电压相等列等式算出R2的电阻和电源电压； （2）由乙图可知水深10cm时定值电阻的电功率，根据P＝I2R计算此时通过电路的电流，根据欧姆定律计算此时电路总电阻，根据串联电路电阻规律计算滑动变阻器接入电路的阻值，由乙图可知滑片移动的距离，即a点以下部分的长度； 滑动变阻器R1上只有“0.8A”的字样，电流表选用的0～0.6A量程，根据串联电路电流特点确定通过电路的最大电流，根据欧姆定律计算此时电路总电阻， 根据串联电路电阻规律计算此时滑动变阻器接入电路的阻值，进一步计算此时滑片移动的距离和此时对应的水位； 电压表选用0～3V量程，电压表示数最大为3V，根据串联电路电压规律计算此时定值电阻两端的电压，根据欧姆定律计算此时通过电路的电流和滑动变阻器接入电路的阻值，进一步计算此时滑动变阻器接入电路的长度，由乙图可知ab的长度，进一步计算滑片移动的距离和此时对应的水位，据此确定水位的深度变化范围； （3）可以求解物理量很多，如：木块上浮时浮力（质量、重力、密度等），然后根据图乙判断出木块上浮时排开水的深度，求出排开水的体积，根据阿基米德原理即可求出木块的浮力。 【解答】解：（1）由乙图可知滑动变阻器接入电路最大阻值时，定值电阻R2的电功率为P2＝0.4W，由图丙知此时R1的两端的电压为U1＝4V； 当滑动变阻器接入电路最小阻值为零时，定值电阻R2的电功率为P2′＝3.6W，由图丙知此时R1的两端的电压为U′1＝0V； 根据 ，得电源电压为：， 即 ， 解得：R2＝10Ω，U＝6V； （2）由乙图可知水深10cm＝0.1m时，定值电阻的电功率为1.6W， 根据P＝I2R可得此时通过电路的电流：I0.4A， 根据欧姆定律可得此时电路总电阻：R15Ω， 此时滑动变阻器接入电路的阻值：R1＝R﹣R2＝15Ω﹣10Ω＝5Ω， 由乙图可知b点以下部分的长度为5cm，则滑片移动的距离为5cm， 所以，每上升1cm为1Ω。 电压表选用0～3V量程，则当电压表示数为3V水位最深， 此时定值电阻两端的电压为U0＝U﹣U1＝6V﹣3V＝3V， 此时通过电路的电流：I10.3A， 此时滑动变阻器接入电路的阻值：R1″10Ω， 此时滑动变阻器接入电路的长度10Ω×1cm/Ω＝10cm， 由乙图可知bc的长度为2cm，则滑片移动的距离为10cm+2cm＝12cm， 此时对应的水位为5cm+12cm＝17cm； （3）由丙图可知当深度为5cm时，木块对容器底的压力刚为0，此时木块排开水的体积：V＝Sh1＝（10cm）2×5cm＝500cm3＝5×10﹣4m3， 则木块受到浮力：F浮＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×5×10﹣4m3＝5N。 答：（1）电源电压U的大小为6V； （2）在电路安全的范围内，水位最深为17cm。 （3）木块对容器底的压力刚为0时，受到的浮力是多大； 由丙图可知当深度为5cm时，木块对容器底的压力刚为0，此时木块排开水的体积：V＝S木h1＝（10cm）2×5cm＝500cm3＝5×10﹣4m3， 则木块受到浮力：F浮＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×5×10﹣4m3＝5N。 【点评】本题考查串联电路特点、欧姆定律、电功率公式的灵活运用，综合性强，有一定难度。 14．小明家在不远处施工，临时用导线将电水壶和电水龙头（打开几秒钟就能流出热水）接入家中电能表[3000r/（kW•h）]．如图所示。电水壶的规格为“220V 1210W”，电水龙头的规格为“220V 2420W”，当电路中单独使用电水壶烧水时，铝盘转动110r，用时120s。在电路中单独使用电水龙头洗漱时，用了180s。 导线、电水壶和电水龙头的电阻不随温度变化。求： （1）电水壶和电水龙头的电阻； （2）导线的电阻； （3）在洗漱时，导线上产生的热量。 【分析】（1）根据公式P分别求出电水壶和电水龙头的电阻； （2）根据电能表表盘转过的数目求出消耗的电能，根据P求出电水壶和导线的功率；然后根据功率和电压求出总电阻，根据串联电路的电阻关系求出导线的电阻； （3）根据导线的电阻和水龙头的电阻求出其总功率；根据焦耳定律求出产生的热量。 【解答】解： （1）电水壶的规格为“220V 1210W”，电水龙头的规格为“220V 2420W”，根据公式P可知： 电水壶的电阻为：R壶40Ω； 电水龙头的电阻为：R水龙头20Ω； （2）当电路中单独使电电用电水壶烧水时，消耗的电能为：WkW•hkW•h； 此时电路的总功率为：P实1100W； 此时电水壶和导线的总电阻为：R总44Ω； 由于导线与电水壶串联接入电路中，则导线的电阻为：R线＝R总﹣R壶＝44Ω﹣40Ω＝4Ω； （3）电水龙头和导线的总电阻为：R'＝R线+R水龙头＝20Ω+4Ω＝24Ω； 此时导线和水龙头的功率为：P'W； 根据公式P＝I2R可知，I2； 则导线上产生的热量为：Q＝I2R线t4Ω×180s＝60500J。 答：（1）电水壶和电水龙头的电阻分别为40Ω和20Ω； （2）导线的电阻为4Ω； （3）在洗漱时，导线上产生的热量为60500J。 【点评】本题考查了电功率公式的灵活运用，关键是电能表参数理解和电能的求法，有较大的难度。 15．汽车前面的大灯通常有“远光”和“近光”两种照明方式，且使用“远光”时大灯的亮度较大。如图是某汽车大灯的灯泡示意图，A和B是灯泡内的两根灯丝。通过开关S分别与触点“1”或“2”连接以改变照明方式。已知灯泡的额定电压为12V，灯丝A的电阻阻值为RA＝1.2Ω，灯丝B的电阻阻值为RB＝1.6Ω，电源电压U保持12V不变。 （1）请根据学过的公式判断A、B哪个灯是远光灯。 （2）使用远光灯，通过灯丝的电流。 （3）使用近光时，大灯的电功率。 【分析】（1）开关S0闭合，S接1时，电路为灯丝A的简单电路，根据P得出灯丝功率： 开关S0闭合，S接2时，电路为灯丝B的简单电路，根据P得出灯丝功率，分析功率大小，功率大的灯远光灯； （2）使用远光灯，根据欧姆定律可知通过灯丝的电流； （3）使用近光时，根据（1）中分析可知大灯的电功率。 【解答】解：（1）开关S0闭合，S接1时，电路为灯丝A的简单电路，灯丝功率： PA120W， 开关S0闭合，S接2时，电路为灯丝B的简单电路，灯丝功率： PB90W＜PA， 故B灯是近光灯，A灯是远光灯； （2）使用远光灯，根据欧姆定律可知通过灯丝的电流IA10A； （3）使用近光时，根据（1）中分析可知大灯的电功率为90W。 答：（1）A灯是远光灯。 （2）使用远光灯，通过灯丝的电流为10A。 （3）使用近光时，大灯的电功率为90W。 【点评】本题考查欧姆定律的应用和电功率的计算，有一定难度。 16．如图甲是某项目化小组模拟自动灌注的模型示意图。该装置可分为灌注装置和运输装置两部分。通过运输装置中的传送带将空杯运输到灌注台。灌注装置在控制电路的控制下，使线圈1定时吸引衔铁将工作电路接通，喷头向杯中注入液体。灌注台下方通过杠杆压在力敏电阻R2上，运输装置中的电流随着R2的变化而变化。当电流达到一定值时，线圈2吸引延时开关，使电动机工作带动传送带转动，此时喷头恰好停止喷出液体。延时开关时间可调以保证新杯子恰好到达灌注台时断开。 电动机 型号：Y200L﹣4 额定电压：220V 额定电流：3A 频率：50Hz 标准编号：Y200L﹣4 2020年12月 杭州苹新电机厂 【项目调试】 （1）电动机的铭牌如表所示，则该电动机正常工作时的功率为 　660　瓦。 （2）运输装置中，杠杆可绕O点转动，已知OA＝4cm，AB＝2cm，电源电压U3＝1.2V，线圈电阻不计，空杯、传送带、灌注台和杠杆对R2的压力均忽略不计，R2阻值随压力的变化情况如图乙所示。当线圈电流大于0.2A时，可使延时开关接通。若某次使用时，R3的阻值为2Ω，求单次灌注液体的质量标准。 （3）为使喷头可以间断性喷射，控制电路的电源电压U1呈图丙周期性变化，E为具有特殊功能的电子元件，当U1＜6伏时，电路中没有电流通过，当U1≥6伏时，E两端电压恒为6伏。当线圈中通过的电流I≥0.5安时，电磁继电器衔铁被吸下，喷头喷射液体，已知喷头每秒喷出液体质量为100g。某次液体灌注的标准为140g，为使运输、罐装过程可连续且高效进行，则R1的阻值应为 　4　欧。 【分析】（1）根据P＝UI计算该电动机正常工作时的功率； （2）闭合开关，R2、R3串联接入电路，当线圈电流大于0.2A时，可使延时开关接通，根据欧姆定律计算此时串联电路总电阻，根据串联电路电阻规律计算R2的阻值，由乙图可知力敏电阻受到的压力，根据杠杆平衡条件解方程可得B处受到的压力，即液体的重力，根据重力公式计算单次灌注液体的质量； （3）闭合开关，E和R1两电阻串联接入电路，当U1≥6伏时，E两端电压恒为6伏，由图丙可知电压在3s内由0V增大到15V，又由15V减小到0V，那么每秒电压的变化量为10V，所以0.6s～1.5s～2.4s时间段内电源电压为6V～15V～6V， 喷头每秒喷出液体质量为100g。某次液体灌注的标准为140g，据此计算喷灌时间， 故在0.8s～1.5s～2.2s时间段内喷头喷射液体，此时电源电压为8V～15V～8V， 根据串联电路电压规律计算电阻R1两端的电压，当线圈中通过的电流I≥0.5安时，电磁继电器衔铁被吸下，根据欧姆定律计算R1的阻值。 【解答】解：（1）由电动机的铭牌可知该电动机正常工作时的功率为：P＝UI＝220V×3A＝660W； （2）闭合开关，R2、R3串联接入电路，当线圈电流大于0.2A时，可使延时开关接通，此时串联电路总电阻：R6Ω， 串联电路总电阻等于各部分电阻之和，则R2的阻值：R2＝R﹣R3＝6Ω﹣2Ω＝4Ω， 由乙图可知力敏电阻受到的压力为3N， 根据杠杆平衡条件可得FA×OA＝FB×OB，代入数据可得3N×4cm＝FB×（4cm+2cm），解方程可得FB＝2N， 单次灌注液体的质量：m0.2kg； （3）闭合开关，E和R1两电阻串联接入电路，当U1≥6伏时，E两端电压恒为6伏，由图丙可知电压在3s内由0V增大到15V，又由15V减小到0V，那么每秒电压的变化量为10V，所以0.6s～1.5s～2.4s时间段内电源电压为6V～15V～6V， 喷头每秒喷出液体质量为100g。某次液体灌注的标准为140g，则喷灌时间为1.4s， 故在0.8s～1.5s～2.2s时间段内喷头喷射液体，此时电源电压为8V～15V～8V， 串联电路总电压等于各部分电压之和，所以电阻R1两端的电压为：U1﹣UE＝8V﹣6V＝2V， 当线圈中通过的电流I≥0.5安时，电磁继电器衔铁被吸下，则R1的阻值：R14Ω。 答：（1）660； （2）单次灌注液体的质量标准为0.2kg； （3）4。 【点评】本题考查电磁继电器、电功率公式、欧姆定律、串联电路特点的灵活运用，有一定难度。 17．在综合实践活动中，科技小组设计了一个能反映水平风力大小的装置，如图甲所示，电源电压恒为16V，R0为定值电阻，L为额定电压是2.5V的小灯泡，其I﹣U关系的部分数据如图乙所示，AB为长14cm、阻值60Ω粗细均匀的电阻丝（电阻丝的阻值与长度成正比），OP为质量、电阻均不计的金属细杆，下端连接一个重2N的圆球P．闭合开关S，无风时，OP下垂并与A端接触，此时电流表示数为0.2A；有风时，OP绕悬挂点O转动，风对球的作用力F方向始终水平向右，已知OA为10cm，OP始终与AB接触良好且无摩擦；求： （1）电流表示数为0.2A时，灯泡的电阻为　5　Ω； （2）无风时R0消耗的电功率。 （3）为保护电路，允许风对球施加的最大作用力。 【分析】（1）电流表示数为0.2A时，通过灯泡的电流为0.2A，由图乙得出灯泡此时的电压，利用欧姆定律即可求出灯泡的电阻； （2）无风时，根据I和串联电路的特点求出定值电阻R0两端电压，利用P＝UI即可求出R0消耗的电功率； （3）闭合S时，灯泡、定值电阻R0和电阻丝串联；由于风对球施加的作用力越大，OP的偏离角度越大，设此时OP与AB的接触点为C，由于电阻丝连入电路的电阻越小，根据欧姆定律可知电路中的电流最大，所以根据灯泡的额定电流可得出电路中的最大电流，然后根据串联电路的特点和欧姆定律求出电阻丝连入电路的电阻，由于电阻丝的电阻与电阻丝的长度成正比，据此得出AC的长度，最后根据杠杆平衡条件和三角形的知识求出最大作用力。 【解答】解：（1）由图可知，灯泡、定值电阻R0和电阻丝串联； 因串联电路电流处处相等，所以，当电流表示数为0.2A时，通过灯泡的电流为0.2A， 由图乙可知此时灯泡两端的电压为1V， 则根据I可得，灯泡的电阻：RL5Ω； （2）无风时，OP下垂并与A端接触，电阻丝接入阻值最大为60Ω， 根据I可得，电阻丝两端的电压：UAB＝IRAB＝0.2A×60Ω＝12V， 根据串联电路中总电压等于各分电压之和可得，R0两端的电压： U0＝U﹣UL﹣UAB＝16V﹣1V﹣12V＝3V， 则此时R0消耗的电功率：P0＝U0I＝3V×0.2A＝0.6W； （3）根据I可得R0的阻值：R015Ω； 由于灯泡的额定电压为2.5V，则电路中最大电流等于灯泡正常工作时的电流，由图乙可知最大电流为I′＝0.3A，此时风对球的压力最大，OP绕O转动的角度最大，设此时OP与AB的接触点为C， 则根据欧姆定律可得，R0两端的电压：U0′＝I′R0＝0.3A×15Ω＝4.5V， 因串联电路中总电压等于各分电压之和， 所以RBC两端的电压： UBC＝U﹣U额﹣U0′＝16V﹣2.5V﹣4.5V＝9V， 根据I可得此时电阻丝连入电路的电阻： RBC30Ω； 由于电阻丝的电阻与电阻丝的长度成正比，则：， 所以，BCAB14cm＝7cm， 则AC＝AB﹣BC＝14cm﹣7cm＝7cm， 如右图，把OP视为一根杠杆，F的力臂为OD，G的力臂等于PD， 根据杠杆平衡条件可得： F×OD＝G×PD， 则：； 由于△OAC∽△ODP，根据相似三角形的知识可得： ， 所以，， 则：F2N＝1.4N。 答：（1）5； （2）无风时R0消耗的电功率为0.6W。 （3）为保护电路，允许风对球施加的最大作用力为1.4N。 【点评】本题考查了串联电路的特点和并联电路的特点以及欧姆定律、电功率公式的应用，关键是知道当灯泡正常工作时电路中的电流最大。 二．计算题（共3小题） 18．如今大城市普遍存在着停车难的问题，图甲是集存车、绿化、景观、防盗、户外广告等多功能为一体的“路边空中绿化存车亭”。图乙为“路边空中绿化存车亭”的工作原理图，其中A为存车架，质量为800千克。O为杆OB的转动轴，杆的B端固定悬挂泊车装置，BC为牵引OB杆转动的钢丝绳，M为牵引钢丝绳的电动机。请根据上述信息回答下列问题： （1）小汽车从水平地面被提升到BC垂直于杆OB的过程中，作用在B点的动力如何变化 　变小　（填“变大”“变小”“不变”）。 （2）若某汽车的质量为1200千克，存车时在40秒内车架被提升的高度为3米，完成车辆的存放。电动机正常工作时输入电压为220V，输入电流为10A（不计装置摩擦和杆OB自重），求电动机线圈电阻？ 【分析】（1）OB杆在提升过程，阻力不变，阻力臂变小，动力臂变大，根据杠杆的平衡条件可知动力的变化； （2）先根据W＝UIt计算电动机提升汽车过程所做得功，根据W＝Gh计算克服重力做功，进而求出电机线圈放出内能的大小，再根据焦耳定律计算电阻即可。 【解答】解： （1）绳子的拉力和OB杆的支持力合力等于车及存车架的重力，动力沿BC方向，阻力沿AB方向，当OB杆在提升过程，阻力不变，阻力臂变小，动力臂变大，根据杠杆的平衡条件，在此过程中作用在B点的动力越来越小； （2 ）电动机提升汽车过程所做得功Wa＝UIt＝220V×10A×40s＝88000J， Wb＝Gh＝mgh＝（1200kg+800kg）×10N/kg×3m＝60000J， W热＝Wa﹣Wb＝28000J，根据焦耳定律Q＝I2Rt，电动机线圈的阻值：R7Ω。 答：（1）作用在B点的动力变小；（2）电动机线圈电阻为7Ω。 【点评】考查学生对杠杆平衡条件和电功率的综合计算，难度较大。 19．在某次科技活动中，刘老师给同学们展示一个如图甲所示的黑盒子，绝缘外壳上有A、B、C三个接线柱。刘老师告诉同学们，盒内电路由两个定值电阻连接而成。小海同学设计了如图乙所示的电路来研究盒内电阻的连接情况及其电功率。已知电源电压恒定不变，R0是阻值为3Ω的定值电阻，R1是滑动变阻器。小海进行了如下的实验操作： （Ⅰ）把BC两个接线柱接到MN之间，只闭合开关S，将R1的滑片移至最左端时，电压表示数为1.8V，电流表示数为0.6A； （Ⅱ）用导线把AC连接起来，再将AB接线柱接入MN之间，闭合开关S和S1，此时电流表的示数为1.8A； （Ⅲ）把AC两个接线柱接到MN之间，只闭合开关S，小海发现将R1的滑片从某位置移至最左端或最右端时，电压表的示数均变化了0.45V，电路的总功率均变化了0.18W。 （1）请根据操作（Ⅰ）求出黑盒子BC间的电阻； （2）在操作（Ⅱ）中，求黑盒子工作100s消耗的电能； （3）①请画出黑盒子内的电路图，并标明各电阻的阻值； ②小海接下来继续进行研究，他将BC两个接线柱接到MN之间，只闭合开关S。左右移动R1的滑片，求此过程中黑盒子的最大电功率与最小电功率之比？ 【分析】（1）把BC两个接线柱接到MN之间，只闭合开关S，将R1的滑片移至最左端时，电压表测BC两端的电压，电流表测电路中的电流，根据欧姆定律求出黑盒子BC间的电阻； （2）把BC两个接线柱接到MN之间，只闭合开关S，将R1的滑片移至最左端时，根据串联电路的电压特点和欧姆定律求出电源的电压；用导线把AC连接起来，再将AB接线柱接入MN之间，闭合开关S和S1，电路为黑盒子的简单电路，根据W＝UIt求出黑盒子工作100s消耗的电能； （3）①用导线把AC连接起来，再将AB接线柱接入MN之间，根据欧姆定律求出黑匣子的电阻；把AC两个接线柱接到MN之间，只闭合开关S时，根据P＝UI求出电路中电流的变化量，根据欧姆定律求出此时黑匣子的电阻，综上分析画出黑盒子内的电路图； ②把AC两个接线柱接到MN之间，只闭合开关S，根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路中的电阻为零时电路中的电流，将R1的滑片从某位置移至最左端或最右端时，电路中电流的变化均为0.05A，据此求出滑动变阻器接入电路中的电阻最大时电路中的电流，根据电阻的串联和欧姆定律求出滑动变阻器的最大阻值；将BC两个接线柱接到MN之间，只闭合开关S时，当滑动变阻器接入电路中的电阻为0时，电路中的电流最大，黑匣子的电功率最大，当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，电路中的电流最小，黑匣子的电功率最小，根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的最大和最小电流，根据P＝UI＝I2R求出此过程中黑盒子的最大电功率与最小电功率之比。 【解答】解：（1）把BC两个接线柱接到MN之间，只闭合开关S，将R1的滑片移至最左端时，电压表测BC两端的电压，电流表测电路中的电流， 由I可得，黑盒子BC间的电阻RBC3Ω； （2）把BC两个接线柱接到MN之间，只闭合开关S，将R1的滑片移至最左端时， 因串联电路中总电压等于各分电压之和， 所以，由I可得，电源的电压： U＝UBC+IR0＝1.8V+0.6A×3Ω＝3.6V， 用导线把AC连接起来，再将AB接线柱接入MN之间，闭合开关S和S1，电路为黑盒子的简单电路， 则黑盒子工作100s消耗的电能： W＝UIt＝3.6V×1.8A×100s＝648J； （3）①用导线把AC连接起来，再将AB接线柱接入MN之间，黑匣子的电阻： R2Ω， 把AC两个接线柱接到MN之间，只闭合开关S时， 由P＝UI可得，电路中电流的变化量： ΔI0.05A， 此时黑匣子的电阻： RAC9Ω， 综上可知，黑盒子BC间的电阻为3Ω，用导线把AC连接起来后AB间电阻为2Ω，AC间的电阻为9Ω， 黑盒子内的电路图如下图所示： ②把AC两个接线柱接到MN之间，只闭合开关S， 当滑动变阻器接入电路中的电阻为零时，电路中的电流： I10.3A， 因将R1的滑片从某位置移至最左端或最右端时，电路中电流的变化均为0.05A， 所以，当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，电路中的电流： I2＝I1﹣0.05A×2＝0.3A﹣0.1A＝0.2A， 此时电路的总电阻： R总18Ω， 则滑动变阻器的最大阻值： R1＝R总﹣R0﹣RAC＝18Ω﹣3Ω﹣9Ω＝6Ω， 将BC两个接线柱接到MN之间，只闭合开关S时， 当滑动变阻器接入电路中的电阻为0时，电路中的电流最大，黑匣子的电功率最大， 此时电路中的电流： I大0.6A， 当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，电路中的电流最小，黑匣子的电功率最小， 此时电路中的电流： I小0.3A， 由P＝UI＝I2R可得，此过程中黑盒子的最大电功率与最小电功率之比：。 答：（1）黑盒子BC间的电阻为3Ω； （2）在操作（Ⅱ）中，黑盒子工作100s消耗的电能为648J； （3）①黑盒子内的电路图如上图所示；②此过程中黑盒子的最大电功率与最小电功率之比为16：9。 【点评】本题以探究黑匣子内部结构为背景考查了串并联电路的特点和欧姆定律、电功率公式、电功公式的应用，正确的得出电阻关系和滑动变阻器的最大阻值是关键。 20．2020年12月金华市唯一一个抽水蓄能电站项目——磐安抽水蓄能电站开工建设。其工作原理如图所示。用电低谷时（如深夜），电站利用电网多余电能把水从下水库抽到上水库中储存起来；用电高峰时，再利用上水库中的水发电。 （1）下列有关抽水蓄能电站说法正确的是 　C　。 A.该电站一天中抽水蓄能的时段是12时—18时 B.抽水蓄能电站的主要作用是调节电力供应 C.蓄能时，水被抽到上水库中，电能转化为水的重力势能 D.抽水蓄能电站选址时不需要考虑上、下水库的平均高度差 （2）发电时，若该电站上水库可用于发电的库容量为7×106米3，上、下水库平均水位差435米。上水库中可用于发电的水流到下水库，水的重力做功为多少焦？ （3）该电站共安装4台发电机，单机容量为3×105kW（每台每小时的发电量），若某天两台发电机一起发电时间为5小时，则可发多少电？如果这一天的发电量由热电转换效率为40%的热电厂来提供，需要消耗多少煤？（煤的热值q＝3.0×107J/kg，Q＝mq） 【分析】（1）①一天中抽水蓄能的时段应该是深夜的用电低谷期； ②抽水蓄能的主要作用是解决用电高峰和用电低谷的供需矛盾问题； ③水被抽到上水库中，消耗电能，增加了水的重力势能； ④上、下水库的平均高度差越大，储存的水的重力势能越大； （2）根据密度公式得出水的质量，根据重力公式得出水的重力，根据W＝Gh得出水的重力做的功； （3）知道单机容量和发电时间，利用W＝Pt求出两台发电机一起发电5小时可产生的电能；根据效率公式求出煤完全燃烧放出的热量；利用Q放＝mq求出煤的质量。 【解答】解：（1）A、该电站一天中抽水蓄能的时段应该是深夜的用电低谷期，故A错误； B、抽水蓄能电站的主要作用是解决用电高峰和用电低谷的供需矛盾问题，故B错误； C、蓄能时，水被抽到上水库中，电能转化为水的重力势能，故C正确； D、抽水蓄能电站在发电时，从能量的角度看，是将水的机械能最终转化为电能，水的机械能越大转化获得的电能越多，所以建成的电站上、下水库的高度差应该比较大，最初水的重力势能较大，有利于蓄能与发电，故D错误； 故选C； （2）由ρ可知，水的质量为：m＝ρV＝1.0×103kg/m3×7×106m3＝7×109kg； 根据重力公式得出水的重力为：G＝mg＝7×109kg×10N/kg＝7×1010N； 水的重力做功为：W＝Gh＝7×1010N×435m＝3.045×1013J； （3）由P可知，两台发电机一起发电5小时可产生的电能：W电＝Pt＝2×3×105kW×5h＝3×106kW•h＝1.08×1013J； 由η可知，煤完全燃烧放出的热量：Q2.7×1013J， 由Q＝mq可知，完全燃烧煤的质量：m煤9×105kg。 故答案为：（1）C； （2）水的重力做功为3.045×1013J； （3）某天两台发电机一起发电时间为5小时，则可发电3×106kW•h；如果这一天的发电量由热电转换效率为40%的热电厂来提供，需要消耗9×105kg的煤。 【点评】本题考查密度公式、重力公式、功和功率公式、效率公式以及燃料完全燃烧放热公式的应用，是一道综合题，有一定的难度。 声明：试题解析著作权属所有，未经书面同意，不得复制发布日期：2024/12/20 15:32:50；用户：俞蜀平；邮箱：orFmNt3rrUdcpC6MK1JahluKb_no@weixin.jyeoo.com；学号：25155137 第1页（共1页） 学科网（北京）股份有限公司 $$