内容正文:
题型五 电学、热学新情境实验探究题
1.(2025温州一模)如图甲所示的电热水器金属内胆出水口加接一段长管道,由于长管道中水柱具有电阻(简称“隔电电阻”),在电热水器漏电且接地线失效时,能形成“防电墙”保障人的安全。为了探究“隔电电阻”阻值大小的影响因素,兴趣小组利用注水的玻璃管模拟“隔电电阻”,设计图乙所示电路,进行如下实验。
第1题图
①断开开关,按图乙方式连接电路,观察电压表示数如图丙所示;
②采取合理措施使电压表指针对准零刻度线;
③闭合开关,调节滑片,记录两只电表的示数并计算“隔电电阻”的阻值;
④打开阀门,向左移动活塞,改变玻璃管内水柱的长度,重复步骤③;
⑤换用不同横截面积的均匀玻璃管,重复步骤③④,获得数据如表。
实验次数
横截面积/厘米2
水柱长度/厘米
“隔电电阻”阻值/欧
1
1.0
5
2 000
2
10
4 000
3
20
8 000
4
2.0
5
1 000
5
10
2 000
6
20
4 000
7
?
5
500
8
10
1 000
9
20
2 000
(1)步骤②中“合理措施”是指 。(写出具体操作)
(2)分析表中数据,推测第7至9次实验选择的玻璃管的横截面积为 厘米2。
(3)某电热水器出水口加接的长管道横截面积为0.5厘米2,若热水器接入电压为220伏,人体电阻为2 000欧,要使通过人体电流不超过10毫安,则该管道长度不小于
厘米。
(4)实验中发现金属活塞和金属板的内表面出现气泡,请提出一种可能的原因: 。
2.(2025杭州钱塘区二模)能量转化和守恒定律是自然界普遍遵循的定律。小塘设计了如图所示的电路,验证电阻消耗的电能与水吸收的热量是守恒的。为寻找适合用于验证能量守恒的最佳电阻值,进行了如下探究。(电源电压不变,装置气密性良好)
第2题图
【实验步骤】
①将阻值为1欧的电阻丝接入电路,如图连接并安装好装置;
②在内筒中加入初温为t0的适量水m克,并盖紧盖子;
③闭合开关,将滑动变阻器滑片移动至适当位置后,记录此时电流表示数为2 安;
④加热过程中不断上下缓慢移动搅拌器,当温度升高了30 ℃时,记录 。
⑤多次更换不同电阻的电阻丝并控制电流不变,重复上述实验并记录相关数据。
⑥分别计算电阻丝消耗电能和水吸收热量并计算能量之比。
【实验记录与处理】
实验序号
1
2
3
4
5
6
7
8
电流值(安)
2
2
2
2
2
2
2
2
电阻丝阻值(欧)
1
2
3
4
5
6
7
8
电阻丝消耗电能与水吸收热量之比
1.56
1.50
1.26
1.19
1.17
1.15
1.11
1.10
(1)上下移动搅拌器的目的: 。
(2)请将步骤④补充完整: 。
(3)当电阻丝电阻从1欧更换至2欧重复实验时,滑片将向 (选填“左”或“右”)滑动。
(4)分析表中数据后,请选择出本实验最佳电阻值并写出判断依据: 。
3.(2025台州路桥区期末)热管是一种传递热量的装置,工作过程如图甲。向热管内注入某种液体,在蒸发端转变为气体,气体沿着气腔经过绝热区到达液化端(在绝热区既不吸热也不放热),随后在液化端转变为液体,液体通过毛细吸液芯回流至蒸发端,如此循环往复,实现热量的传递。
甲 乙
第3题图
为探究长度不同内径相同的热管传递热量效果的区别,研究团队选取五种长度不同内径相同的热管,内径均为0.025米,长度分别为1米、2米、3米、4米、5米,环境温度为25 ℃。进行如下实验:
【实验步骤】
①将五根热管长度从短到长分别标记为A、B、C、D、E;
②在热管A中蒸发端注入一定质量的液体,密封热管,按照图乙所示安装实验装置,并控制液化端初温为 25 ℃;
③打开温控装置,使蒸发端保持在100 ℃;5分钟后读取液化端三个测温点的温度,并计算平均值作为液化端末温;
④将热管A分别换成热管 B、C、D、E重复上述实验,并记录相关数据。
【实验结果】
热管序号
蒸发端温度(℃)
液化端初温(℃)
液化端末温(℃)
A
100
25
38
B
100
25
42
C
100
25
47
D
100
25
49
E
100
25
46
(1)为保证实验的严谨性,每组实验中对注入热管的液体有何要求? 。(写出一点)
(2)根据所学知识及表中数据,上述五根热管中传递热量效果最好的是热管 。
(3)小柯认为上述实验存在不足之处,无法确定热管传递热量的最适长度。你认为接下去该如何实验: 。
(4)除了本实验探究的因素外,请你再提出一个可能影响热管传递热量效果的因素: 。
4.(2025宁波一模)加压一定能使气体液化吗?某同学对CO2气体在不同温度下用恒温加压的方法,测量使CO2气体液化所需的最小压强值,获取实验数据如下:
CO2温度/℃
10
15
20
25
30
35
最小压强/×106帕
4.5022
5.0871
5.7291
6.4342
7.2137
无法液化
(1)实验得到的结论是:① ;
②当CO2气体温度达到35 ℃时,加压无法使之液化。
(2)该同学认为:加压使CO2液化,液化时的温度与CO2密度也可能有关,因为 。
(3)查阅资料获知:气体液化有临界温度,当气体温度高于临界温度时,施加再大的压强也不能使它液化。若CO2气体的临界温度为TC,根据表中数据分析,TC的范围是 。
(4)冰箱等常用制冷设备制冷原理为:冷凝剂汽化,吸收了冷冻室里的热量;空气压缩机将产生的蒸气压缩,使之液化并放出热量。氟利昂是以前常用的一种制冷剂,但其对环境会造成污染。CO2相对廉价且较清洁,你认为CO2能作为冰箱等制冷设备的冷凝剂吗?为什么? 。
参考答案
1.(1)缓慢旋转调零螺丝 (2)4.0 (3)25
(4)玻璃管内的水发生电解产生氧气和氢气
2.(1)使水受热均匀 (2)加热时间 (3)左
(4)8 Ω,能量比值最接近1(1.10),能量损失最小
3.(1)液体种类相同、质量相同、初始温度相同(任写一点) (2)D
(3)在3~5 m之间(或者4 m左右)设置更小的长度梯度重复实验
(4)液体种类、液体初始温度、热管内径、环境温度(任写一点即可)
4.(1)一定温度范围内,随温度的升高,CO2气体液化所需的最小压强越大
(2)CO2液化时的温度越高,需要施加的最小压强越大;而施加于密闭气体的压强变大,气体体积会变小,由于压缩过程气体质量不变,所以密度变大。可见加压使CO2液化,液化时的温度与CO2密度也可能有关
(3)30 ℃≤TC<35 ℃
(4)一般情况下CO2不能作为冰箱等制冷设备的冷凝剂。CO2气体的临界温度 TC<35 ℃,当CO2温度达35 ℃及以上时,将无法液化。考虑到压缩机对冷凝剂的压缩等因素,若以CO2为冷凝剂,CO2一般不能液化,也就无法使制冷设备正常工作(其他答案合理也可给分)
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