挑战24综合能力题(电学综合32题)(原卷版+解析)

2022年中考物理真题《压轴挑战》分类汇编（原卷版）挑战24综合能力题（电学综合28题）1．（2022•岳阳）音乐喷泉是集光机电技术于一体的装置，让红、绿、蓝三种色灯照射到水柱上，通过电脑控制三种色灯功率的比例就能让水柱变换颜色，呈现美轮美奂的视觉效果。图甲是某段时间内红、绿两色灯功率随时间变化的图像。（1）第28s红灯两端的电压为100V，求此时通过红灯的电流；（2）请计算0～30s内红灯和绿灯消耗的总电能；（3）图乙是控制喷泉水柱工作的模拟电路。AB两端输入如图丙所示的周期性变化的电压UAB，定值电阻R＝2Ω，D为特殊电子元件。当UAB＜6V时，D两端的电压UD＝UAB；当UAB≥6V时，UD恒为6V不变。当通过R的电流满足I≥2A时，电路启动喷水，此时UAB至少为多少伏？该电路工作10min，其中喷水时间有多少秒？2．（2022•齐齐哈尔）新冠疫情期间，一位热心市民为小区卡点志愿者送来了一个便携式可折叠电热壶，如图甲所示。该型号电热壶额定电压为220V，具有加热、保温两挡。保温挡的额定功率为200W，内部简化电路如图乙所示，双触点开关只能在触点1和2、2和3及3和4之间切换。R1、R2是两个阻值不变的发热元件，R2＝60.5Ω，现将此电热壶接到220V的家庭电路中。求：（1）当双触点开关接触触点（选填“2和3”或“3和4”）时为保温挡。（2）R1的电阻是多少？加热挡的电功率是多少？（3）若电热壶内装有0.5L的水，现用加热挡使水从20℃升高到100℃，加热效率为80%，则需要加热多少秒？[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]3．（2022•天津）小明利用如图甲所示电路研究“电流与电压关系”时，闭合开关S，滑动变阻器的滑片从右端移动到左端的整个过程中，定值电阻的U﹣I关系图象如图乙所示。其中U0、Um、I0均为已知量，电源电压不变。请解答如下问题：（1）写出电源电压值；（2）在图乙所示的坐标系中，画出滑片整个移动过程中滑动变阻器的U﹣I关系图象，并标出端点的坐标；（3）滑片移动过程中，当电压表V1示数由U1变为U2时，电流表示数增加了ΔI，请你推导出定值电阻的电功率变化量ΔP的数学表达式（用U1、U2和ΔI表示）。4．（2022•黑龙江）小李同学家购置一台电热油汀取暖器简称电热油汀，它是一种安全可靠的空间加热器，外观及铭牌如图甲和表格所示。据了解，该电热油汀的工作物质是一种油，这种油的密度ρ＝0.8×103kg/m3，比热容约为c＝2.0×103J/（kg•℃）。**电热油汀额定电压220V额定功率1100W液体质量20kg请你分析并解答：（1）该电热油汀正常工作10min，油汀中油升高的温度（不考虑热量损失）；（2）电热油汀电热丝的阻值大小；（3）为了使电热油汀的实际加热功率可以调节，他找来一个旧的电位器（滑动变阻器），只能看清上面有“6A”字样，经测试最大阻值只能调到176Ω，将它串联在电路中对电热油汀进行改装，改装后的简化电路图如图乙所示。请你计算改装后电热油汀的实际加热功率变化范围；（4）该同学了解到此电热油汀的工作物质是一种油后，对此他产生了疑问，为什么不使用水呢？除油的密度较小外，请从物质性质的其它方面找出一条使用该油的好处。5．（2022•湖北）图甲是某小区电梯的结构示意图，它是由轿厢（500kg）、配重（400kg）、滑轮、缆绳、钢丝绳和电动机组成，绳重和摩擦忽略不计。为了安全，电梯设置了超载自动报警系统，如图乙。闭合控制开关S1，电梯没有超载时，触点与B接触，再闭合运行开关S2，电动机正常工作；超载时（即控制电路中的电流I＞0.1A），触点与A接触，电铃发出报警铃声，即使闭合S2，电动机也不工作。控制电路电源电压为12V，电磁铁线圈电阻不计，轿厢内底面压力传感器R1的阻值与它所受压力F的关系如图丙所示，当R1受到2000N压力时，R1与定值电阻R2的功率之比为2：1。（1）该电梯空载静止时，与轿厢相连的缆绳对轿厢的拉力为N。（2）用笔画线代替导线，将图乙中的电动机和电铃连入电路。（导线不能交叉）（3）该电梯的最大载重量（轿厢内人和货物的总重）为多少N？（4）若每层楼高度3m，平均每人重600N，该电梯将8人从一楼运送到六楼，求电动机牵引轿厢的钢丝绳做的功（此过程做匀速直线运动处理）。6．（2022•河池）如图所示为某智能烘干机的简化电路原理图，其工作电路由电压为220V的电源、阻值为55Ω的电热丝R、红灯L和蜂鸣器组成；控制电路由电源U、电磁铁（线圈电阻忽略不计）、开关S、热敏电阻R1和滑动变阻器R2组成；R1的阻值随温度变化的关系如下表所示。当控制电路电流I≥0.05A时，衔铁被吸合，电热丝R停止工作，同时红灯亮蜂鸣器响发出报警信号，表明烘干机内温度过高。温度/℃908066605046403635R1/Ω102040507080100120130（1）电热丝R工作时的电流为多少？（2）电热丝R通电10s产生的热量为多少？（3）已知控制电路的电源电压U＝6V，当调节滑动变阻器R2＝70Ω时，烘干机内温度至少多高会发出报警信号。7．（2022•娄底）如图所示为大疆航拍无人机，由于体积小，操控安全方便，拍摄效果好，深受摄影爱好者喜欢。下表是它的部分技术参数。总质量（含电池及桨）900g四脚着地总面积5cm2最大上升速度8m/s电池容量5000mAh最大水平飞行速度21m/s正常工作电压15V最大上升高度8000m飞行时间约46min（1）该无人机重为多少牛顿。（2）无人机四脚着地平放在地面上时，对地面的压强为多少。（3）无人机以最大水平飞行速度匀速飞行420米所用时间是多少。（4）电池充满后储存的电能是多少焦耳。（5）某次航拍过程中，无人机以8m/s的速度匀速竖直上升，正常工作时它将电能转化为机械能的效率为80%，则该过程中无人机电池工作电流多大。（不计空气阻力）8．（2022•河池）贵南高铁北起贵州贵阳市，途经河池市，南至广西南宁市，是广西境内第一条设计时速为350公里的客运专线，预计2023年年底建成通车。（1）若通车后，一列长200m的动车组（如图甲）以60m/s的速度匀速通过一座长1000m的高架桥。该列动车组通过高架桥所用的时间为多少？（2）若动车组以80m/s的速度匀速运动时电动机的总输出功率为5600kW，则此时动车组受到的阻力为多大？（3）位于河池市境内的界子良风电场于2021年初成功实现40台风机并网发电（如图乙）。已知当地每秒每平方米面积吹过的风的能量约为200J，若风机有效迎风面积约为2.0×104m2，风机把风能转换为电能的效率为25%。请估算一台风机一天的发电量可以供一列总输出功率为4800kW的动车组以250km/h的速度运动多远距离？（忽略其它能量损耗）9．（2022•呼和浩特）林椿同学在疫情居家期间，仔细研究家里照明电路中，一盏白炽灯泡电阻、电功率随电压变化的特点。收集分析数据后，画出了灯泡电流随电压变化图像，如图所示。（1）由图可知，随电压增大，灯泡的电阻值（选填“不变”或“增大”或“减小”）；（2）当灯泡正常工作时，其电压为220V，1min消耗的电能为2400J，求灯泡的额定功率和额定电流；（3）当灯泡电压为180V时，间接测得其电流为0.16A。因为照明电路电压恒为220V，需要给灯泡（选填“串联”或“并联”）一个电阻，才能实现灯泡电压180V，求该电阻的电阻值。10．（2022•湘潭）图1是某恒温箱的电路原理图。工作电路电压为220V，电热丝R0的阻值为88Ω；控制电路电源电压为8V，线圈的电阻R1为10Ω，调温电阻R2最大阻值为120Ω；热敏电阻R3的阻值随温度t变化的关系如图2所示。R0和R3均置于恒温箱中，当继电器线圈中的电流达到50mA时，继电器的衔铁会被吸下。求：（1）S闭合时，电磁铁上端是极（用字母表示），当恒温箱中温度升高时，线圈中的电流将变；（2）恒温箱中温度保持为40℃，R3的阻值为Ω，此时R2的阻值为Ω；（3）R0工作时，功率为W，5min消耗的电能为J；（4）该恒温箱能设定的最高温度为多少？11．（2022•遵义）遵义某现代农业园内，一批名贵果树苗急需持续浇灌。正在园区研学的某中学创客小组为园区设计了一个自动给水系统，电路如图甲所示。控制电路的电源电压U1恒为24V，线圈电阻不计，定值电阻R0为50Ω，R为压敏电阻，其阻值随所受压力的变化图像如图乙所示。工作电路电源电压U2恒为220V，包括注水装置和给水装置两部分（图中未明确）。图丙为系统结构简图，其中压敏电阻位于圆柱形水箱底部的受力板正下方，受力板面积S1和水箱底面积S2分别为0.02m2和0.45m2。给水装置始终不停歇给水，当通过线圈的电流I＝0.16A时，衔铁刚好被吸下，注水装置停止注水，此时电流表示数I1＝0.2A，当水箱水位下降至0.5m时，衔铁刚好被拉回，注水装置又开始向水箱注水，此时电流表示数I2＝2.2A。（ρ水＝1.0×103kg/m3，g取10N/kg）（1）图甲中，甲、乙分别为装置；A.给水、注水B.注水、给水（2）求当注水装置停止注水时，水箱内水位的高度；（3）若注水装置每分钟向水箱注水0.3m3，给水装置每分钟给水量为0.12m3，求注水装置从最低水位加注至最高水位的过程中所消耗的电能。12．（2022•淮安）如图1所示，电水壶简化电路图中，R1和R2为发热电阻，S1为总开关，S2为温度开关，有1、2两个触点，控制壶的“加热”和“保温”两挡，表中数据为电水壶的部分工作参数。水壶容量1L额定电压220V加热功率1100W电热丝R1阻值176Ω（1）S1闭合，S2接1时，电水壶处于档。（2）电热丝R2的阻值是多少？电水壶的保温功率是多少？（3）电水壶中装进1L水正常工作，用温度计测得水温随时间变化的图像，则加热2～4min内水吸收热量是多少？这段时间内电水壶加热效率η1是多少？取ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃）。（4）电水壶4～6min内的加热效率为η2，根据图像可判断η1η2（选填“大于”“等于”或“小于”）。13．（2022•沈阳）小雨家买了一台储水式电热水器。外观如图甲所示，图乙是热水器剖视图。热水器的内胆是密封的，里面有两个通到外部的水管，a是热水出水管，b是冷水进水管。c和d是两个外层包有绝缘材料的电加热管。（1）关于电热水器下列说法中正确的是；A．电源指示灯发出的红光是红外线B．电加热管通电时电能转化为内能C．电加热管里电阻丝用电阻小、熔点低的材料制成（2）电热水器要使用三脚插头，是为了使电热水器的金属外壳与相连；（3）如图甲所示，在热水管和冷水管交会处安有一个水龙头。水龙头的手柄做的较长，这个水龙头的手柄相当于一个（选填“省力”、“费力”或“等臂”）杠杆；（4）电热水器内胆充满水后才能通电加热。电加热管周围的水吸收热量温度升高，水的体积膨胀，密度变；（5）为了防止电热水器漏电，电热水器生产厂家利用自来水导电能力差的特性，发明了一种“防电墙”技术。即用一段空心绝缘管替换一段热水出水管。通过改变此管的内径和长度来改变管内水的电阻的大小。如图丙所示，四个用同种材料制成的空心绝缘管，A和B内径相同，C和D内径相同，A、B的内径大于C、D的内径。为了增大流经空心绝缘管内水的电阻，减小漏电电流，如果你是设计师，会选用图丙中的绝缘管；（6）电热水器面板上有两个控制开关S1、S2，两个电加热管分别用R1、R2表示，要求S1单独控制R1，S2单独控制R2，两个开关同时闭合时R1与R2同时加热。请你在图丁中，用笔画线代替导线，补全开关控制电加热管的电路，且符合安全用电的原则。14．（2022•云南）如图所示，电源电压恒定，R1＝30Ω，当S闭合、S1断开时，电流表的示数为0.2A；当S、S1都闭合时，电流表的示数为0.5A。求（1）电源电压；（2）R2的阻值；（3）S、S1都闭合时，通电1min电流通过R2做的功。15．（2022•株洲）图甲为电子自动保温电饭锅简化后的电气原理图，R1是锅底发热板的电阻，R2是锅身和锅盖的发热器的电阻，S是温控开关，能在触点a和b间切换工作状态，实现电饭锅加热和保温。在某次煮饭过程中，电饭锅消耗的电能W与工作时间t的关系如图乙所示。（1）据图甲可知，温控开关S与触点接触时，电阻通电，电饭锅加热；温控开关S与触点接触时，电阻通电，电饭锅保温。（2）据图乙可知，电饭锅的加热功率为W，电饭锅的保温功率为W。（3）求电阻R1和R2的阻值。16．（2022•衡阳）如图甲所示，电源两端电压恒为3V，开关S闭合，当滑动变阻器R2的滑片P移动到某一位置时，电压表的示数为1.8V，电流表的示数如图乙所示。（1）读出电流表的示数为A；（2）求定值电阻R1的阻值；（3）求此时滑动变阻器R2的电功率。17．（2022•晋中）汽车已进入千家万户。在综合实践活动中，合作小组的同学们对小亮家的汽车中有关物理学的知识进行了专项研究，请你帮助他们完成以下两方面的实践活动。实践活动一：设计制作汽车加热坐垫同学们想利用车上提供的电压为12V的电源，设计具有加热和保温两挡功能的汽车座椅加热坐垫。他们在网上购买了两个阻值为6Ω的加热电阻片，若干导线和开关。（1）请你帮助他们设计电路；（2）求自制加热坐垫的加热和保温功率。实践活动二：研究汽车中的动力学（1）如图甲所示，是小亮家汽车的动力系统。该汽车发动机实质是汽油机，它把燃料燃烧产生的内能转化为能，再通过传动机构，将动力传给车轮，使汽车行驶。（2）请在图乙中画出汽车在水平地面上静止时受力的示意图。（3）汽车整车质量约为1.6t，静止时车轮与地面的总接触面积约为0.16m2，求汽车静止时对水平地面的压强。（g取10N/kg）（4）如图丙所示，是合作小组的同学们利用频闪摄影技术研究汽车的运动状态时，相机每隔0.5s曝光一次，拍摄到的汽车在平直公路上行驶的频闪照片。若车身长3m，求拍摄过程中汽车的行驶速度。（5）查阅资料可知，汽车行驶时所受阻力约为车重的0.3倍，求拍摄过程中汽车发动机的输出功率。18．（2022•鄂州）如图所示，科技制作小组运用电学知识设计了一个电子身高测量仪。已知定值电阻R1＝5Ω，电源电压恒为4V，R2的规格为“20Ω0.5A”，电压表量程为0～3V，电流表量程为0～0.6A。根据以上信息，请回答下列问题。（1）当被测身高增加时，电压表的示数（选填“变大”、“变小”或“不变”）；（2）当R2实际接入的电阻值为5Ω时，电流表的读数是多少？（3）为保证各元件安全，变阻器R2接入电路中的阻值范围是多少？19．（2022•娄底）小明的妈妈为奶奶买了一个电热足浴盆。其加热系统中加热电阻额定电压为220V，额定功率为1210W，问：（1）加热系统中加热电阻的阻值为多少。（2）小明帮奶奶泡脚时，向足浴盆中加入5kg初温为20℃的水，加热系统将水加热到40℃，此加热过程中水吸收的热量是多少。（c水＝4.2×103J/（kg•℃）（3）足浴盆开启加热状态后，关闭其他用电器，如图所示的电能表铝盘在3min内转了150圈，求足浴盆的实际功率。20．（2022•赤峰）学校楼道的灯长时间工作，容易被烧坏，电工师傅说：串联一个灯，既省电，又不容易烧毁，还可以再安装一个开关，选择不同的模式照明。小明同学不太理解这种做法，连接了模拟电路进行实验分析。模拟电路如图所示，已知电源电压为6V保持不变，小灯泡L1上标有“6V9W”，小灯泡L2的电阻为2Ω，忽略温度对灯丝电阻的影响。（1）两个开关都闭合时，求电路中电流和L1的电阻；（2）闭合S、断开S1，求：①电路中的电流；②电路的总功率和L1的实际功率。（3）小明看见：两灯串联共同照明比L1正常照明亮度低。请用本题中的具体数据加以解释。21．（2022•海南）小明是家务小能手，经常用挂烫机熨烫衣服。挂烫机是通过电热丝加热水箱中的水，产生水蒸气来熨烫衣服。它的正常工作电压为220V，水箱最多装水0.2kg，加热功率有大、小两个挡位，其工作原理图如图甲所示。其中电热丝R1＝60Ω，R2＝40Ω。（1）熔断器在电路中起到作用。（2）若将水箱中0.2kg的水从20℃加热到100℃，水吸收多少热量？[水的比热容c＝4.2×103J/（kg•℃）]（3）挂烫机在大挡位工作时的额定功率是多大？（4）小明是一个爱思考的孩子，他把电路原理图改为乙图，也设有两个挡位。已知熔断器允许通过的最大电流为8A，请判断乙图电路是否合理，通过计算说明原因。22．（2022•广州）汽车启动时，蓄电池向启动电动机M供电，设M两端电压为U，通过M的电流为I，测得U﹣t和I﹣t图象如图1。（1）求t1时M的电功率；（2）M仅通过导线a、b接入电路，如图2所示，a的电阻为0.001Ω。若通过M的电流为200A，持续0.5s，求此过程①a两端电压；②a产生的热量；（3）一般采用电磁继电器控制M的通断电，利用实验器材模拟汽车启动，简易电路如图3，A与B接触时M通电，请用笔画线完成电路的连接。23．（2022•山西）善于动手动脑的小明研究了汽车座椅加热原理后，计划自制具有加热和保温两挡功能且方便携带的加热坐垫送给爷爷。他在网上购买了电压为5V的电源，两个阻值为2.5Ω的加热电阻片，若干导线和开关。（1）请你帮助小明设计电路，并画在虚线框内；（2）求自制加热坐垫的加热和保温功率。24．（2022•陕西）今年“五一”假期，广大市民按照疫情防控要求，积极响应“非必要不离市”号召，在郊区、公园指定区域进行户外活动。小刚同学家购买了一款如图﹣1所示户外分体式燃气炉，准备去户外野炊。该燃气炉的铭牌如表所示，其中功率4500W是指气体燃料完全燃烧时燃气炉每秒放出4500J的热量。品名XX牌分体式防风燃气炉材质不锈钢钢铸铝规格展开φ260×116mm折叠φ127×132mm功率4500W（1）气体燃料在常温下是通过的方式液化存储在储气罐内。使用过程中，罐体温度变低是因为燃料发生汽化时要（选填“吸收”或“放出”）热量。（2）在标准大气压下，用该燃气炉将1L水从25℃加热到沸腾用时140s，燃气炉烧水时的效率是多少？已知水的密度为1.0×103kg/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）。（3）小刚注意到炉头上标有参数：15字样，他查阅说明书得知，该参数表示的是：燃气炉功率[单位：瓦（W）]与耗气量[单位：克/时（g/h）]之比的数值为15，计算该燃气炉所使用燃料的热值是多少？（4）小刚同学打算展示在劳动课上学习的烹饪技能，为家人做顿可口饭菜，下表是他出发前做的规划，则小刚至少应携带几个如图﹣2所示的新储气罐？内容每次耗时/min次数/次炒菜83煮汤101烧水3225．（2022•怀化）在抗击新冠肺炎疫情期间，中医诊疗发挥了积极有效的作用，成为世界瞩目的“中国战法”重要组成部分。图甲为小明同学家的电中药壶，有高温和低温两个挡位，正常工作电路简化为图乙所示，其中S'为挡位开关，R1、R2为定值电阻，A、B为阻值忽略不计的指示灯。已知电中药壶额定电压为220V，高温挡功率为1210W，低温挡功率为100W。（1）低温挡工作时是A灯还是B灯亮，并说明理由；（2）求R2的阻值；（3）一天晚上用电高峰期，小明用电中药壶给爷爷熬药，先用高温挡加热至沸腾后，再用低温挡慢熬，细心的小明发现在低温挡慢熬1h的过程中，家中的电能表（图丙所示）共转动了243转（电路中只有电中药壶工作），由此计算此过程中小明家的实际电压。26．（2022•成都）在一次实践活动中，小军对家中常用的电热水壶（如图）进行了探究。这种水壶使用方便，能较快将水烧开。电热水壶额定功率：1800W容量：2L额定电压：220V额定频率：50Hz（1）使用电热水壶，安全至关重要。小军首先认真阅读了使用说明书，并对一些重要的注意事项作出了如下分析，你认为他的分析不合理的是。A.电热水壶不能放在燃气灶旁，是为了防止损坏绝缘材料B.电热水壶的插头必须接三孔插座，是为了防止短路C.水量不超过最大限位，可以防止水烧开后溢出D.必须保持插头和电源线干燥，是为了防止漏电造成事故（2）小军观察电热水壶铭牌后，开始实际操作。他测出，电热水壶正常工作烧开2L水，用时8min。若电费单价为0.5元/kW•h，则烧开这壶水所花的电费为元。（3）利用铭牌参数和小军测得的数据，若要测出电热水壶的加热效率，除了要知道水的密度、水的末温外，还需知道的两个物理量是。（4）小军继续对电热水壶的设计和使用说明进行探究，他提出了下列猜想，你认为不合理的是。A.观察到加热元件安装在壶身底部而不是其他位置，可能是为了增强加热效果B.原理图中指示灯与加热元件是并联而不是串联，可能是因为两者的额定电流相差很大C.要求长时间使用后要清除水垢，可能是因为水垢增多，导致加热电阻变大，功率变小27．（2022•淮安）如图1所示，央视3•15晚会曝光市场出售的电缆线中，存在不符合国家标准的现象，有一款标注2.5mm2（铜芯横截面积）规格的电线，实际铜芯横截面积只有2mm2。低于国家标准的电缆线严重影响电力传输的安全性和稳定性，给社会安全、环保和健康带来重大隐患。学校实验室新购一批标注2.5mm2的电缆线，不知是否符合国家标准。物理兴趣小组的同学，剪取4m长的电缆线，设计两种方案进行鉴别。表中数据为国家制定的部分电缆线标准。铜芯横截面积S/mm211.522.5每1km铜芯电阻值R/Ω2013.3108铜芯密度ρ/kg•m﹣38.9×103（1）方案一：用托盘天平测质量A.天平放在台面上，游码移至标尺左端的零刻度线处，调节，使指针对准分度盘中央的刻度线。B.去掉4m长电缆线的绝缘层，用调节好的天平测量铜芯质量，天平再次平衡时，由图2中右盘所加砝码和游码位置，读得铜芯的质量为g，结合表格数据，可判定电缆线（选填“符合”或“不符合”）国家标准。（2）方案二：用伏安电路测量A.测量4m长电缆线的，鉴定其是否符合标准，依据是。B.电路开关闭合前，滑动变阻器的滑片应移到最（选填“左”或“右”）端。C.保证电路安全，闭合开关后，无论怎样移动滑动变阻器的滑片，都无法读得电流、电压值，检查电路连接无故障、元件完好。利用图表信息，简述无法鉴别的原因。28．（2022•深圳）（1）小明检测到家庭最大电流为5A，要买一个电热水壶，一个为“220V1000W”，一个为“220V1500W”，小明选了1000W的（如图1），请根据计算说出为什么不选1500W的。（2）电热水壶的电线很短，因此电阻产生热量，更加安全。（3）小明把一个电热水壶插进插座，打开开关，突然家里的用电器都不工作了，请写出可能的两个原因：①，②。（4）比较电热水壶和电炉的加热效率，请从图2中选择一组。（5）实验：将1L水加热至沸腾，探究电热水壶的效率。求：设计实验方案并写出效率表达式。物理量方法（应说明测量道具、物理量）结论（用题目所给物理量表示）水的密度ρ水的比热容c热水壶额定功率Pη＝器材：330mL和500mL矿泉水，300mL家用量筒，温度计（﹣20℃﹣110℃），计时器、电子秤（600g）、计算机。2022年中考物理真题《压轴挑战》分类汇编（解析版）挑战24综合能力题（电学综合28题）1．（2022•岳阳）音乐喷泉是集光机电技术于一体的装置，让红、绿、蓝三种色灯照射到水柱上，通过电脑控制三种色灯功率的比例就能让水柱变换颜色，呈现美轮美奂的视觉效果。图甲是某段时间内红、绿两色灯功率随时间变化的图像。（1）第28s红灯两端的电压为100V，求此时通过红灯的电流；（2）请计算0～30s内红灯和绿灯消耗的总电能；（3）图乙是控制喷泉水柱工作的模拟电路。AB两端输入如图丙所示的周期性变化的电压UAB，定值电阻R＝2Ω，D为特殊电子元件。当UAB＜6V时，D两端的电压UD＝UAB；当UAB≥6V时，UD恒为6V不变。当通过R的电流满足I≥2A时，电路启动喷水，此时UAB至少为多少伏？该电路工作10min，其中喷水时间有多少秒？【解答】解：（1）第28s红灯两端的电压为100V，由图甲可知，此时红灯的功率为P红＝200W，由P＝UI可知，此时通过红灯的电流为：I红＝＝＝2A；（2）由图甲可知，红灯和绿灯在0～20s内的总功率P1＝200W，在20～25s内总功率为P2＝0W，在25～30s内总功率P3＝200W+200W＝400W，所以0～30s内红灯和绿灯消耗的总电能为：W＝W1+W2+W3＝P1t1+P2t2+P3t3＝200W×20s+0W×5s+400W×5s＝6000J；（3）根据题意知：当UAB＜6V时，D两端的电压UD等于输入电压，UAB≥6V时，UD保持6V不变。当通过R的电流满足I≥2A时，水泵启动喷水，根据I＝可得，喷水时R两端的电压至少为：UR＝IR＝2A×2Ω＝4V；这个电压为能否喷水的临界电压，所以UAB对应的电压为：UAB＝UD+UR＝6V+4V＝10V，由图丁可知，0﹣3s内AB两端的电压均匀增加，3s时达到15V，则2s时对应的电压为10V，即在一个周期的2﹣4s内，UAB≥10V，则一个周期内（周期为6s）有三分之一的时间在喷水（一个周期内喷水时间为2s），所以10min＝600s，相当于100个周期，则有2s×100＝200s时间在喷水。答：（1）第28s红灯两端的电压为100V，此时通过红灯的电流为2A；（2）0～30s内红灯和绿灯消耗的总电能为6000J；（3）电路启动喷水，此时UAB至少为10V，该电路工作10min，其中喷水时间有200s。2．（2022•齐齐哈尔）新冠疫情期间，一位热心市民为小区卡点志愿者送来了一个便携式可折叠电热壶，如图甲所示。该型号电热壶额定电压为220V，具有加热、保温两挡。保温挡的额定功率为200W，内部简化电路如图乙所示，双触点开关只能在触点1和2、2和3及3和4之间切换。R1、R2是两个阻值不变的发热元件，R2＝60.5Ω，现将此电热壶接到220V的家庭电路中。求：（1）当双触点开关接触触点2和3（选填“2和3”或“3和4”）时为保温挡。（2）R1的电阻是多少？加热挡的电功率是多少？（3）若电热壶内装有0.5L的水，现用加热挡使水从20℃升高到100℃，加热效率为80%，则需要加热多少秒？[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]【解答】解：（1）由电路图可知，双触点开关连接触点2和3时，电路为R1的简单电路，由P＝可知此时为保温状态；双触点开关连接触点3和4时，R1与R2并联，并联电路总电阻小于任何一个分电阻，由P＝可知为加热状态；（2）由P＝可知R1的阻值：R1＝＝＝242Ω；加热时电阻R2的功率：P2＝＝＝800W，加热挡的电功率为：P加热＝P保温+P2＝200W+800W＝1000W；（3）0.5L＝0.5dm3，水的质量：m＝ρV＝1.0×103kg/m3×0.5×10﹣3m3＝0.5kg，0.5kg的水从20℃升高到100℃，水所吸收的热量：Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×0.5kg×（100℃﹣20℃）＝1.68×105J；由η＝×100%可得，消耗的电能：W＝＝＝2.1×105J，根据P＝可知，需要工作的时间：t＝＝＝210s。答：（1）2和3；（2）R1的阻值为242Ω；加热挡的电功率为1000W；（3）需要工作210s。3．（2022•天津）小明利用如图甲所示电路研究“电流与电压关系”时，闭合开关S，滑动变阻器的滑片从右端移动到左端的整个过程中，定值电阻的U﹣I关系图象如图乙所示。其中U0、Um、I0均为已知量，电源电压不变。请解答如下问题：（1）写出电源电压值；（2）在图乙所示的坐标系中，画出滑片整个移动过程中滑动变阻器的U﹣I关系图象，并标出端点的坐标；（3）滑片移动过程中，当电压表V1示数由U1变为U2时，电流表示数增加了ΔI，请你推导出定值电阻的电功率变化量ΔP的数学表达式（用U1、U2和ΔI表示）。【解答】解：（1）滑动变阻器的滑片移动到左端时，滑动变阻器阻值为0，此时定值电阻单独接入电路，定值电阻两端电压最大，为电源电压，分析图乙可知电源电压值是Um；（2）当滑动变阻器在最右端时，阻值最大，电流最小，结合图乙分析可知电流为I0；定值电阻R0＝，滑动变阻器和定值电阻串联，所以滑动变阻器两端的电压UP＝Um﹣U0；滑动变阻器的滑片移动到左端时，滑动变阻器阻值为0，此时定值电阻单独接入电路，此时电流I′＝＝；（3）设定值电阻为R，ΔP＝﹣＝（U2+U1）（﹣）＝（U2+U1）ΔI；答：（1）电源电压值是Um；（2）：（3）ΔP＝（U2+U1）ΔI4．（2022•黑龙江）小李同学家购置一台电热油汀取暖器简称电热油汀，它是一种安全可靠的空间加热器，外观及铭牌如图甲和表格所示。据了解，该电热油汀的工作物质是一种油，这种油的密度ρ＝0.8×103kg/m3，比热容约为c＝2.0×103J/（kg•℃）。**电热油汀额定电压220V额定功率1100W液体质量20kg请你分析并解答：（1）该电热油汀正常工作10min，油汀中油升高的温度（不考虑热量损失）；（2）电热油汀电热丝的阻值大小；（3）为了使电热油汀的实际加热功率可以调节，他找来一个旧的电位器（滑动变阻器），只能看清上面有“6A”字样，经测试最大阻值只能调到176Ω，将它串联在电路中对电热油汀进行改装，改装后的简化电路图如图乙所示。请你计算改装后电热油汀的实际加热功率变化范围；（4）该同学了解到此电热油汀的工作物质是一种油后，对此他产生了疑问，为什么不使用水呢？除油的密度较小外，请从物质性质的其它方面找出一条使用该油的好处。【解答】解：（1）由P＝可知，电热油汀正常工作10min产生的热量：Q放＝W＝Pt＝1100W×10×60s＝6.6×105J，因为不考虑热量损失，所以油吸收的热量：Q吸＝Q放＝6.6×105J，由Q吸＝cmΔt可知，油汀中油升高的温度：Δt＝＝＝16.5℃；（2）由P＝UI＝可知，电热丝的阻值：R1＝＝＝44Ω；（3）根据P＝UI＝可知，当电路中电阻最大时，电功率最小，当滑动变阻器接入电路的电阻最大时，电路中的电阻最大，电功率最小，由串联电路的电阻特点可知，电路中总电阻：R＝R1+R2＝44Ω+176Ω＝220Ω，由欧姆定律可知，此时电路中的最小电流：I最小＝＝＝1A，则电热油汀最小加热功率：P最小＝I最小2R1＝（1A）2×44Ω＝44W，当电路中电阻最小时，电功率最大，当滑动变阻器接入电路的电阻为零时，电路中的电阻最小，电功率最大，此时电热油汀最大电功率：P最大＝P额＝1100W，由P＝UI可知，此时电路中的电流：I大＝＝＝5A＜6A，滑动变阻器能安全工作，所以改装后电热油汀的实际加热功率变化范围是44W～1100W；（4）①油的比热容较小，在加热时间相同的情况下，温度升高的快；②油是绝缘体，使用起来安全性比较高。答：（1）该电热油汀正常工作10min，油汀中油升高的温度为16.5℃；（2）电热油汀电热丝的阻值为44Ω；（3）改装后电热油汀的实际加热功率变化范围为44W～1100W；（4）①油的比热容较小，在加热时间相同的情况下，温度升高的快；②油是绝缘体，使用起来安全性比较高。5．（2022•湖北）图甲是某小区电梯的结构示意图，它是由轿厢（500kg）、配重（400kg）、滑轮、缆绳、钢丝绳和电动机组成，绳重和摩擦忽略不计。为了安全，电梯设置了超载自动报警系统，如图乙。闭合控制开关S1，电梯没有超载时，触点与B接触，再闭合运行开关S2，电动机正常工作；超载时（即控制电路中的电流I＞0.1A），触点与A接触，电铃发出报警铃声，即使闭合S2，电动机也不工作。控制电路电源电压为12V，电磁铁线圈电阻不计，轿厢内底面压力传感器R1的阻值与它所受压力F的关系如图丙所示，当R1受到2000N压力时，R1与定值电阻R2的功率之比为2：1。（1）该电梯空载静止时，与轿厢相连的缆绳对轿厢的拉力为4000N。（2）用笔画线代替导线，将图乙中的电动机和电铃连入电路。（导线不能交叉）（3）该电梯的最大载重量（轿厢内人和货物的总重）为多少N？（4）若每层楼高度3m，平均每人重600N，该电梯将8人从一楼运送到六楼，求电动机牵引轿厢的钢丝绳做的功（此过程做匀速直线运动处理）。【解答】解：（1）该电梯空载静止时，配重和轿厢都处于静止状态，与轿厢相连的缆绳对轿厢的拉力大小等于配重的重力，即F＝G配重＝m配重g＝400kg×10N/kg＝4000N；（2）由题意知闭合控制开关S1，电梯没有超载时，触点与B接触，再闭合运行开关S2，电动机正常工作，说明电动机与B触电接触；超载时，触点与A接触，电铃发出报警铃声，说明电铃与A触电接触，即使闭合S2，电动机也不工作，说明电动机与电铃并联，如下图所示：。（3）由图丙知，当压力F＝2000N时，压敏电阻的阻值R1＝160Ω，由图知R1与R2串联，串联电路电流处处相等，根据P＝I2R知R1与定值电阻R2的功率之比为：＝＝＝，即＝＝，解得定值电阻R2的阻值为：R2＝80Ω；载重量越大，对轿厢的压力越大，由图丙知R1的阻值越小，控制电路的总电阻就越小，根据欧姆定律知电路中的电流越大，当电流为I＝0.1A时即为不超载时的最大电流，也就是载重量最大，所以：由I＝知电路的最小电阻为：R最小＝＝＝120Ω，根据串联电路电阻的规律知R1的最小值为：R1最小＝R最小﹣R2＝120Ω﹣80Ω＝40Ω，由图丙知此时的压力最为F最大＝8×103N，即该电梯的最大载重量为8×103N；（4）8个人的重力为：G人＝600N×8＝4800N，上升的高度为：h＝3m×（6﹣1）＝15m，轿厢的重力为：G轿厢＝m轿厢g＝500kg×10N/kg＝5000N，配重的缆绳对轿厢的拉力为：F缆绳＝m配重g＝400kg×10N/kg＝4000N；匀速直线运动状态即为平衡状态，所以电动机牵引轿厢的钢丝绳的拉力为：F钢丝绳＝G人+G轿厢﹣F缆绳＝48000N+5000N﹣4000N＝5800N，电动机牵引轿厢的钢丝绳做的功为：W钢丝绳＝F钢丝绳h＝5800N×15m＝8.7×104J。答：（1）4000；（2）见解答图；（3）该电梯的最大载重量（轿厢内人和货物的总重）为8×103N；（4）电动机牵引轿厢的钢丝绳做的功8.7×104J。6．（2022•河池）如图所示为某智能烘干机的简化电路原理图，其工作电路由电压为220V的电源、阻值为55Ω的电热丝R、红灯L和蜂鸣器组成；控制电路由电源U、电磁铁（线圈电阻忽略不计）、开关S、热敏电阻R1和滑动变阻器R2组成；R1的阻值随温度变化的关系如下表所示。当控制电路电流I≥0.05A时，衔铁被吸合，电热丝R停止工作，同时红灯亮蜂鸣器响发出报警信号，表明烘干机内温度过高。温度/℃908066605046403635R1/Ω102040507080100120130（1）电热丝R工作时的电流为多少？（2）电热丝R通电10s产生的热量为多少？（3）已知控制电路的电源电压U＝6V，当调节滑动变阻器R2＝70Ω时，烘干机内温度至少多高会发出报警信号。【解答】解：（1）电热丝R工作时的电流为：I＝＝＝4A；（2）R在10s内产生的热量为：Q＝I2Rt＝（4A）2×55Ω×10s＝8800J；（3）由I＝可知，衔铁刚好被吸合时，控制电路的总电阻：R总＝＝＝120Ω；根据串联电路的电阻特点可知，R1接入的阻值：R1＝R总﹣R2＝120Ω﹣70Ω＝50Ω；由表格数据可知，当R1的阻值为50Ω时温度为60℃。答：（1）电热丝R工作时的电流为4A；（2）电热丝R通电10s产生的热量为8800J；（3）已知控制电路的电源电压U＝6V，当调节滑动变阻器R2＝70Ω时，烘干机内温度60℃会发出报警信号。7．（2022•娄底）如图所示为大疆航拍无人机，由于体积小，操控安全方便，拍摄效果好，深受摄影爱好者喜欢。下表是它的部分技术参数。总质量（含电池及桨）900g四脚着地总面积5cm2最大上升速度8m/s电池容量5000mAh最大水平飞行速度21m/s正常工作电压15V最大上升高度8000m飞行时间约46min（1）该无人机重为多少牛顿。（2）无人机四脚着地平放在地面上时，对地面的压强为多少。（3）无人机以最大水平飞行速度匀速飞行420米所用时间是多少。（4）电池充满后储存的电能是多少焦耳。（5）某次航拍过程中，无人机以8m/s的速度匀速竖直上升，正常工作时它将电能转化为机械能的效率为80%，则该过程中无人机电池工作电流多大。（不计空气阻力）【解答】解：（1）无人机的重力：G＝mg＝900×10﹣3kg×10N/kg＝9N；（2）无人机四脚着地平放在地面上时，对地面的压力大于无人机的重力，无人机对地面的压强：p＝＝＝1.8×104pa；（3）根据v＝可得无人机以最大水平飞行速度匀速飞行420米所用的时间：t＝＝＝20s；（4）电池充满后储存的电能：W＝UQ＝UIt＝15V×5000×10﹣3A×1×3600s＝2.7×105J；（5）F＝G＝9N，无人机的机械功率：P机械＝＝＝Fv＝9N×8m/s＝72W，由η＝＝＝可得，P＝＝＝90W，由P＝UI可得，无人机电池工作电流：I＝＝＝6A。答：（1）该无人机重为9N；（2）无人机四脚着地平放在地面上时，对地面的压强为1.8×104pa；（3）无人机以最大水平飞行速度匀速飞行420米所用时间是20s；（4）电池充满后储存的电能是2.7×105J；（5）该过程中无人机电池工作电流是6A。8．（2022•河池）贵南高铁北起贵州贵阳市，途经河池市，南至广西南宁市，是广西境内第一条设计时速为350公里的客运专线，预计2023年年底建成通车。（1）若通车后，一列长200m的动车组（如图甲）以60m/s的速度匀速通过一座长1000m的高架桥。该列动车组通过高架桥所用的时间为多少？（2）若动车组以80m/s的速度匀速运动时电动机的总输出功率为5600kW，则此时动车组受到的阻力为多大？（3）位于河池市境内的界子良风电场于2021年初成功实现40台风机并网发电（如图乙）。已知当地每秒每平方米面积吹过的风的能量约为200J，若风机有效迎风面积约为2.0×104m2，风机把风能转换为电能的效率为25%。请估算一台风机一天的发电量可以供一列总输出功率为4800kW的动车组以250km/h的速度运动多远距离？（忽略其它能量损耗）【解答】解：（1）列车全部通过高架桥所行驶的路程：s＝s桥+s车＝1000m+200m＝1200m，列车全部通过高架桥的时间：t＝＝＝20s；（2）5600kW＝5600000W，匀速运动时车受到的阻力等于动力，由P＝＝＝Fv可得动车组受到的阻力为：f＝F＝＝＝70000N；（3）一台风机产生的电能：W＝2.0×104m2×200J×24×3600s×25%＝8.64×1010J，4800kW＝4800000W，一台风机产生的电能可供动车组运行的时间：t′＝＝＝18000s＝5h，动车组运行的距离：s′＝v′t′＝250km/h×5h＝1250km。答：（1）该列动车组通过高架桥所用的时间为20s；（2）此时动车组受到的阻力为70000N；（3）一台风机一天的发电量可以供一列总输出功率为4800kW的动车组以250km/h的速度运动的距离为1250km。9．（2022•呼和浩特）林椿同学在疫情居家期间，仔细研究家里照明电路中，一盏白炽灯泡电阻、电功率随电压变化的特点。收集分析数据后，画出了灯泡电流随电压变化图像，如图所示。（1）由图可知，随电压增大，灯泡的电阻值增大（选填“不变”或“增大”或“减小”）；（2）当灯泡正常工作时，其电压为220V，1min消耗的电能为2400J，求灯泡的额定功率和额定电流；（3）当灯泡电压为180V时，间接测得其电流为0.16A。因为照明电路电压恒为220V，需要给灯泡串联（选填“串联”或“并联”）一个电阻，才能实现灯泡电压180V，求该电阻的电阻值。【解答】解：（1）随电压增大，通过灯泡的电流的变化量变小，根据R＝可知，灯泡的电阻值增大；（2）灯泡的额定功率为：P＝＝＝40W；灯泡的额定电流为：I＝＝≈0.18A；（3）因为照明电路电压恒为220V，灯泡两端的电压为180V，所以需要给灯泡串联一个电阻来分担一部分电压；该电阻的电阻值为：R'＝＝＝250Ω。故答案为：（1）增大；（2）额定功率为40W；额定电流为0.18A；（3）串联；250。10．（2022•湘潭）图1是某恒温箱的电路原理图。工作电路电压为220V，电热丝R0的阻值为88Ω；控制电路电源电压为8V，线圈的电阻R1为10Ω，调温电阻R2最大阻值为120Ω；热敏电阻R3的阻值随温度t变化的关系如图2所示。R0和R3均置于恒温箱中，当继电器线圈中的电流达到50mA时，继电器的衔铁会被吸下。求：（1）S闭合时，电磁铁上端是N极（用字母表示），当恒温箱中温度升高时，线圈中的电流将变大；（2）恒温箱中温度保持为40℃，R3的阻值为120Ω，此时R2的阻值为30Ω；（3）R0工作时，功率为550W，5min消耗的电能为1.65×105J；（4）该恒温箱能设定的最高温度为多少？【解答】解：（1）S闭合时，电流从电磁铁的上端流入、下端流出，根据安培定则可知，电磁铁上端是N极；由图2可知，当恒温箱中温度升高时，热敏电阻R3的阻值变小，控制电路的总电阻变小，由I＝可知，控制电路的电流变大，则线圈中的电流将变大；（2）由题意可知，当继电器线圈中的电流达到I＝50mA＝0.05A时，继电器的衔铁会被吸下，此时恒温箱中温度最高，此时控制电路的总电阻：R总＝＝＝160Ω，由图2可知，恒温箱中温度保持为40℃，热敏电阻R3的阻值R3＝120Ω，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，此时R2的阻值：R2＝R总﹣R3﹣R1＝160Ω﹣120Ω﹣10Ω＝30Ω；（3）R0工作时，功率：P＝＝＝550W，由P＝可得，5min消耗的电能：W＝Pt＝550W×5×60s＝1.65×105J；（4）当恒温箱能设定的温度最高时，热敏电阻R3的阻值最小，而此时控制电路的总电阻为160Ω不变，则热敏电阻R3的最小阻值：R3小＝R总﹣R2大﹣R1＝160Ω﹣120Ω﹣10Ω＝30Ω，由图2可知，该恒温箱能设定的最高温度为160℃。故答案为：（1）N；大；（2）120；30；（3）550；1.65×105；（4）该恒温箱能设定的最高温度为160℃。11．（2022•遵义）遵义某现代农业园内，一批名贵果树苗急需持续浇灌。正在园区研学的某中学创客小组为园区设计了一个自动给水系统，电路如图甲所示。控制电路的电源电压U1恒为24V，线圈电阻不计，定值电阻R0为50Ω，R为压敏电阻，其阻值随所受压力的变化图像如图乙所示。工作电路电源电压U2恒为220V，包括注水装置和给水装置两部分（图中未明确）。图丙为系统结构简图，其中压敏电阻位于圆柱形水箱底部的受力板正下方，受力板面积S1和水箱底面积S2分别为0.02m2和0.45m2。给水装置始终不停歇给水，当通过线圈的电流I＝0.16A时，衔铁刚好被吸下，注水装置停止注水，此时电流表示数I1＝0.2A，当水箱水位下降至0.5m时，衔铁刚好被拉回，注水装置又开始向水箱注水，此时电流表示数I2＝2.2A。（ρ水＝1.0×103kg/m3，g取10N/kg）（1）图甲中，甲、乙分别为A装置；A.给水、注水B.注水、给水（2）求当注水装置停止注水时，水箱内水位的高度；（3）若注水装置每分钟向水箱注水0.3m3，给水装置每分钟给水量为0.12m3，求注水装置从最低水位加注至最高水位的过程中所消耗的电能。【解答】解：（1）由题意可知，给水装置始终不停歇给水，即给水装置不受电磁铁的控制，由图甲工作电路可知，甲装置不受电磁铁的控制，因此甲装置为给水装置，当衔铁被吸下时触点断开，乙装置停止工作，因此乙装置是注水装置，故选A；（2）图甲控制电路中，定值电阻R0和压敏电阻R串联，由欧姆定律可知，注水装置停止注水时控制电路的总电阻：R总＝＝＝150Ω，由串联电路的电阻特点可知，此时压敏电阻R的阻值：R＝R总﹣R0＝150Ω﹣50Ω＝100Ω，由图乙可知，此时受力板所受压力500N，则受力板所受水的压强：p＝＝＝2.5×104Pa；由p＝ρgh可知，水箱内水的高度：h＝＝＝2.5m；（3）由题意可知，水箱中的最低水位为0.5m，最高水位为2.5m，因此水箱内需要增加存留水的体积：V＝S2（h﹣h低）＝0.45m2×（2.5m﹣0.5m）＝0.9m3，则该过程需要的时间：t＝＝＝5min＝300s，由题知，衔铁刚好被吸下，注水装置停止注水，此时电流表示数I1＝0.2A，即通过给水装置的电流为0.2A，注水装置开始向水箱注水时，此时图甲的工作电路中注水装置和给水装置并联，电流表测干路电流，此时电流表示数I2＝2.2A，即总电流为2.2A，由并联电路的电流特点可知，通过注水装置的电流为I注水＝I总﹣I给水＝I2﹣I1＝2.2A﹣0.2A＝2A，因此该过程中注水装置所消耗的电能：W＝U2I注水t＝220V×2A×300s＝1.32×105J。答：（1）A；（2）当注水装置停止注水时，水箱内水位的高度为2.5m；（3）注水装置从最低水位加注至最高水位的过程中所消耗的电能为1.32×105J。12．（2022•淮安）如图1所示，电水壶简化电路图中，R1和R2为发热电阻，S1为总开关，S2为温度开关，有1、2两个触点，控制壶的“加热”和“保温”两挡，表中数据为电水壶的部分工作参数。水壶容量1L额定电压220V加热功率1100W电热丝R1阻值176Ω（1）S1闭合，S2接1时，电水壶处于加热档。（2）电热丝R2的阻值是多少？电水壶的保温功率是多少？（3）电水壶中装进1L水正常工作，用温度计测得水温随时间变化的图像，则加热2～4min内水吸收热量是多少？这段时间内电水壶加热效率η1是多少？取ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃）。（4）电水壶4～6min内的加热效率为η2，根据图像可判断η1＞η2（选填“大于”“等于”或“小于”）。【答案】（1）加热；（2）电热丝R2的阻值是44Ω；电水壶的保温功率为220W；（3）加热2～4min内水吸收热量是8.4×104J；这段时间内电水壶加热效率η1是63.6%；（4）＞。【解答】解：（1）由图1可知，当开关S1闭合、S2接1时，只有R2工作，当开关S1闭合、S2接2时，R1、R2串联；根据串联电路的电阻特点可知，串联的总电阻大于任一分电阻，所以，当开关S1闭合、S2接1时，只有R2工作，电路中的电阻最小，根据P＝可知，此时的电功率最大，电水壶处于加热挡；当开关S1闭合、S2接2时，R1、R2串联，电路中的总电阻最大，电功率最小，电水壶处于保温挡；（2）由表格数据可知，电水壶加热挡的功率P加＝1100W，由P＝可知，R2的阻值：R2＝＝＝44Ω；电水壶处于保温挡时，R1、R2串联，串联的总电阻：R＝R1+R2＝176Ω+44Ω＝220Ω，电水壶的保温功率：P保＝＝＝220W；（3）水的体积V＝1L＝1dm3＝1×10﹣3m3，由ρ＝可知，水的质量：m＝ρ水V＝1.0×103kg/m3×1×10﹣3m3＝1kg，由图2可知，2～4min内，水的初温t0＝50℃，末温t＝70℃，则2～4min内水吸收热量：Q吸1＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（70℃﹣50℃）＝8.4×104J；由P＝可知，2～4min内电水壶消耗的电能：W1＝P加t＝1100W×2×60s＝1.32×105J，这段时间内电水壶加热效率η1＝×100%＝×100%≈63.6%；（4）由图可知，电水壶4～6min内水的温度由70℃升高到85℃，水的温度变化Δt＝85℃﹣70℃＝15℃，4～6min内水吸收的热量：Q吸2＝c水mΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×15℃＝6.3×104J，4～6min内电水壶消耗的电能：W2＝P加t＝1100W×2×60s＝1.32×105J，电水壶4～6min内的加热效率为η2＝×100%＝×100%≈47.7%，则η1＞η2。答：（1）加热；（2）电热丝R2的阻值是44Ω；电水壶的保温功率为220W；（3）加热2～4min内水吸收热量是8.4×104J；这段时间内电水壶加热效率η1是63.6%；（4）＞。13．（2022•沈阳）小雨家买了一台储水式电热水器。外观如图甲所示，图乙是热水器剖视图。热水器的内胆是密封的，里面有两个通到外部的水管，a是热水出水管，b是冷水进水管。c和d是两个外层包有绝缘材料的电加热管。（1）关于电热水器下列说法中正确的是B；A．电源指示灯发出的红光是红外线B．电加热管通电时电能转化为内能C．电加热管里电阻丝用电阻小、熔点低的材料制成（2）电热水器要使用三脚插头，是为了使电热水器的金属外壳与大地相连；（3）如图甲所示，在热水管和冷水管交会处安有一个水龙头。水龙头的手柄做的较长，这个水龙头的手柄相当于一个省力（选填“省力”、“费力”或“等臂”）杠杆；（4）电热水器内胆充满水后才能通电加热。电加热管周围的水吸收热量温度升高，水的体积膨胀，密度变小；（5）为了防止电热水器漏电，电热水器生产厂家利用自来水导电能力差的特性，发明了一种“防电墙”技术。即用一段空心绝缘管替换一段热水出水管。通过改变此管的内径和长度来改变管内水的电阻的大小。如图丙所示，四个用同种材料制成的空心绝缘管，A和B内径相同，C和D内径相同，A、B的内径大于C、D的内径。为了增大流经空心绝缘管内水的电阻，减小漏电电流，如果你是设计师，会选用图丙中的D绝缘管；（6）电热水器面板上有两个控制开关S1、S2，两个电加热管分别用R1、R2表示，要求S1单独控制R1，S2单独控制R2，两个开关同时闭合时R1与R2同时加热。请你在图丁中，用笔画线代替导线，补全开关控制电加热管的电路，且符合安全用电的原则。【答案】（1）B；（2）大地；（3）省力；（4）小；（5）D；（6）见解析。【解答】解：（1）电源指示灯发出的红光是可见光，不是红外线；电加热管里电阻丝用电阻大、熔点高的材料制成；电加热管通电时电能转化为内能，故B正确。（2）电热水器要使用三脚插头，是为了使电热水器的金属外壳能够接地，防止漏电造成事故。（3）水龙头的手柄做的较长，使用开关时，动力臂较长能够省力，所以是省力杠杆。（4）电加热管周围的水吸收热量温度升高，水的体积膨胀，水的质量不变，所以密度变小。（5）厂家利用自来水导电能力差的特性，发明了一种“防电墙”技术，所以需要电阻大，同种材料，横截面积越小，长度越长，电阻越大，所以选择D绝缘管。（6）由题意可知R1与R2并联，两个开关分别控制两个电阻，为了用电安全，必须把开关与火线相连，如下图所示：故答案为：（1）B；（2）大地；（3）省力；（4）小；（5）D；（6）见解析。14．（2022•云南）如图所示，电源电压恒定，R1＝30Ω，当S闭合、S1断开时，电流表的示数为0.2A；当S、S1都闭合时，电流表的示数为0.5A。求（1）电源电压；（2）R2的阻值；（3）S、S1都闭合时，通电1min电流通过R2做的功。【解答】解：（1）当S闭合、S1断开时，电路为R1的简单电路，电流表测电路中的电流，由I＝可得，电源的电压：U＝I1R1＝0.2A×30Ω＝6V；（2）当S、S1都闭合时，R1与R2并联，电流表测干路电流，因并联电路中各支路独立工作、互不影响，所以，通过R1的电流不变，因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以通过R2的电流：I2＝I﹣I1＝0.5A﹣0.2A＝0.3A，因并联电路中各支路两端的电压相等，所以电阻R2的阻值：R2＝＝＝20Ω；（3）S、S1都闭合时，通电1min电流通过R2做的功为：W＝UI2t＝6V×0.3A×60s＝108J。答：（1）电源的电压为6V；（2）电阻R2的阻值为20Ω；（3）S、S1都闭合时，通电1min电流通过R2做的功为108J。15．（2022•株洲）图甲为电子自动保温电饭锅简化后的电气原理图，R1是锅底发热板的电阻，R2是锅身和锅盖的发热器的电阻，S是温控开关，能在触点a和b间切换工作状态，实现电饭锅加热和保温。在某次煮饭过程中，电饭锅消耗的电能W与工作时间t的关系如图乙所示。（1）据图甲可知，温控开关S与触点a接触时，电阻R1通电，电饭锅加热；温控开关S与触点b接触时，电阻R1、R2通电，电饭锅保温。（2）据图乙可知，电饭锅的加热功率为800W，电饭锅的保温功率为80W。（3）求电阻R1和R2的阻值。【答案】（1）a；R1；b；R1、R2；（2）800；80；（3）电阻R1和R2的阻值分别为60.5Ω、544.5Ω。【解答】解：（1）由图甲可知，当开关S与触点a连接时，电路中只接R1，电路中电阻较小，电功率为：P加热＝，此时为加热状态；当开关S与触点b连接时，电路中R1、R2串联，电路中电阻较大，电功率为：P保＝，此时为保温状态；（2）据图乙可知，电饭锅的加热消耗的电能W＝4.8×105J；加热时间t＝10min，电饭锅的加热功率为P加热＝＝＝800W；电饭锅的保温消耗的电能W′＝6×105J﹣4.8×105J＝1.2×105J；保温时间t′＝35min﹣10min＝25min，电饭锅的保温功率为P保温＝＝＝80W；（3）根据P＝可得，R1的阻值：R1＝＝＝60.5Ω；由P保＝＝＝80W，解得：R2＝544.5Ω。故答案为：（1）a；R1；b；R1、R2；（2）800；80；（3）电阻R1和R2的阻值分别为60.5Ω、544.5Ω。16．（2022•衡阳）如图甲所示，电源两端电压恒为3V，开关S闭合，当滑动变阻器R2的滑片P移动到某一位置时，电压表的示数为1.8V，电流表的示数如图乙所示。（1）读出电流表的示数为0.3A；（2）求定值电阻R1的阻值；（3）求此时滑动变阻器R2的电功率。【答案】（1）0.3；（2）6Ω；（3）0.36W。【解答】解：（1）电流表使用的路程为0～0.6A，分度值为0.02A，指针所指的电流值为0.3A。（2）根据欧姆定律，电阻R1＝＝＝6Ω；（3）变阻器R2的电压为：U2＝U﹣U1＝3V﹣1.8V＝1.2V，变阻器R2的电功率为：P2＝U2I＝1.2V×0.3A＝0.36W。故答案为：（1）0.3；（2）6Ω；（3）0.36W。17．（2022•晋中）汽车已进入千家万户。在综合实践活动中，合作小组的同学们对小亮家的汽车中有关物理学的知识进行了专项研究，请你帮助他们完成以下两方面的实践活动。实践活动一：设计制作汽车加热坐垫同学们想利用车上提供的电压为12V的电源，设计具有加热和保温两挡功能的汽车座椅加热坐垫。他们在网上购买了两个阻值为6Ω的加热电阻片，若干导线和开关。（1）请你帮助他们设计电路；（2）求自制加热坐垫的加热和保温功率。实践活动二：研究汽车中的动力学（1）如图甲所示，是小亮家汽车的动力系统。该汽车发动机实质是汽油机，它把燃料燃烧产生的内能转化为机械能，再通过传动机构，将动力传给车轮，使汽车行驶。（2）请在图乙中画出汽车在水平地面上静止时受力的示意图。（3）汽车整车质量约为1.6t，静止时车轮与地面的总接触面积约为0.16m2，求汽车静止时对水平地面的压强。（g取10N/kg）（4）如图丙所示，是合作小组的同学们利用频闪摄影技术研究汽车的运动状态时，相机每隔0.5s曝光一次，拍摄到的汽车在平直公路上行驶的频闪照片。若车身长3m，求拍摄过程中汽车的行驶速度。（5）查阅资料可知，汽车行驶时所受阻力约为车重的0.3倍，求拍摄过程中汽车发动机的输出功率。【解答】解：实践活动一：根据P＝可知，在电源电压不变的情况下，总电阻大，电功率小，通过开关的转换实现电路中电阻的变化。（2）解法一：（1）电路设计如图所示：（2）当开关S1、S2都闭合，电阻R2被短接，电路中只有R1工作，电路处于较大功率的加热挡：由I＝、P＝UI得，加热功率：P加热＝＝＝24W；当开关S1闭合，S2断开，电阻R1与R2串联，电路处于较小功率的保温挡：电路的总电阻R串＝R1+R2＝6Ω+6Ω＝12Ω，保温挡功率：P保温＝＝＝12W；解法二：（1）电路设计如图所示：（2）当开关S1、S2都闭合，电阻R1、R2并联接在电源上，电路处于较大功率的加热挡：电阻R1功率：P1＝＝＝24W；电阻R2功率：P2＝＝＝24W；加热功率：P加热＝P1+P2＝24W+24W＝48W；当开关S闭合、S1断开，电阻R1断路，电路中只有R2工作，电路处于较小功率的保温挡：保温功率：P保温＝P2＝＝＝24W。实践活动二：（1）汽车发动机实质是汽油机，它把燃料燃烧产生的内能转化为活塞的机械能，再通过传动机构，将动力传给车轮，使汽车行驶；（2）汽车在水平地面上静止时受到重力和地面对汽车的支持力这一对平衡力的作用，力的示意图如图所示：（3）汽车的质量：m＝1.6t＝1.6×103kg，该汽车静止时对水平地面的压力：F＝G＝mg＝1.6×103kg×10N/kg＝1.6×104N，静止时车轮与地面的总接触面积约为：S＝0.16m2，对水平地面的压强：p＝＝＝1×105Pa；（4）如下图所示汽车长：L＝3m，用刻度尺量出汽车行驶的路程s＝6L＝6×3m＝18m，汽车行驶时间：t＝3×0.5s＝1.5s，汽车行驶的速度：v＝＝＝12m/s，（5）汽车行驶的阻力：f＝0.3G＝0.3×1.6×104N＝4.8×103N，汽车匀速行驶，受到的牵引力：F牵引＝f＝4.8×103N，由P＝＝＝Fv可得，汽车发动机输出功率：P＝F牵引v＝4.8×103N×12m/s＝5.76×104W＝57.6kW。答：实践活动一：（1）设计电路如图所示；解法一：解法二：（2）解法一：自制加热坐垫的加热功率为24W和保温功率12W；解法二：自制加热坐垫的加热功率为48W和保温功率24W。实践活动二：（1）机械；（2）汽车在水平地面上静止时受力的示意图如图：（3）汽车静止时对水平地面的压强是1×105Pa；（4）拍摄过程中汽车的行驶速度为12m/s；（5）拍摄过程中汽车发动机的输出功率57.6kW。18．（2022•鄂州）如图所示，科技制作小组运用电学知识设计了一个电子身高测量仪。已知定值电阻R1＝5Ω，电源电压恒为4V，R2的规格为“20Ω0.5A”，电压表量程为0～3V，电流表量程为0～0.6A。根据以上信息，请回答下列问题。（1）当被测身高增加时，电压表的示数变大（选填“变大”、“变小”或“不变”）；（2）当R2实际接入的电阻值为5Ω时，电流表的读数是多少？（3）为保证各元件安全，变阻器R2接入电路中的阻值范围是多少？【答案】（1）变大；（2）0.4A；（3）3Ω～15Ω。【解答】解：（1）由电路图可知，该电路是串联电路、电压表测滑动变阻器两端电压，电流表测电路中的电流，被测身高增加时，滑动变阻器电阻棒接入电路的长度增加，滑动变阻器接入电路的阻值变大，串联电路中元件两端的电压和它的电阻成正比，所以滑动变阻器两端的电压变大，即电压表的示数变大；（2）当开关闭合时，R1R2串联，根据欧姆定律可知电流表的示数：IA＝＝＝0.4A；（3）R2的规格为“20Ω0.5A”，电压表量程为0～3V，电流表量程为0～0.6A，为了保证电路中各元件安全工作，电路中的最大电流为0.5A，此时的总电阻R总＝＝＝8Ω，滑动变阻器接入电路的最小电阻R2小＝R总﹣R1＝8Ω﹣5Ω＝3Ω，滑动变阻器接入电路的电阻最大时，滑动变阻器两端的电压最大，最大电压为3V，定值电阻R1两端电压U1＝U﹣U2＝4V﹣3V＝1V，串联电路各处电流都相等，则＝，即＝，解得此时R2＝15Ω，所以变阻器接入电路的阻值范围是3Ω～15Ω。故答案为：（1）变大；（2）0.4A；（3）3Ω～15Ω。19．（2022•娄底）小明的妈妈为奶奶买了一个电热足浴盆。其加热系统中加热电阻额定电压为220V，额定功率为1210W，问：（1）加热系统中加热电阻的阻值为多少。（2）小明帮奶奶泡脚时，向足浴盆中加入5kg初温为20℃的水，加热系统将水加热到40℃，此加热过程中水吸收的热量是多少。（c水＝4.2×103J/（kg•℃）（3）足浴盆开启加热状态后，关闭其他用电器，如图所示的电能表铝盘在3min内转了150圈，求足浴盆的实际功率。【解答】解：（1）由P＝可知，加热电阻的阻值：R＝＝＝40Ω，（2）水吸收的热量：Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×5kg×（40℃﹣20℃）＝4.2×105J；（3）足浴盆在这段时间内消耗的电能：W＝＝0.05kW•h，时间t＝3min＝h＝0.05h，足浴盆的实际功率P实＝＝＝1kW＝1000W。答：（1）加热系统中加热电阻的阻值为40Ω；（2）此加热过程中水吸收的热量是4.2×105J；（3）足浴盆的实际功率是1000W。20．（2022•赤峰）学校楼道的灯长时间工作，容易被烧坏，电工师傅说：串联一个灯，既省电，又不容易烧毁，还可以再安装一个开关，选择不同的模式照明。小明同学不太理解这种做法，连接了模拟电路进行实验分析。模拟电路如图所示，已知电源电压为6V保持不变，小灯泡L1上标有“6V9W”，小灯泡L2的电阻为2Ω，忽略温度对灯丝电阻的影响。（1）两个开关都闭合时，求电路中电流和L1的电阻；（2）闭合S、断开S1，求：①电路中的电流；②电路的总功率和L1的实际功率。（3）小明看见：两灯串联共同照明比L1正常照明亮度低。请用本题中的具体数据加以解释。【解答】解：（1）两个开关都闭合时，L2被短路，电路为L1的简单电路，因此时L1两端的电压和电源的电压相等，即L1正常发光，所以，由P＝UI可得，电路中电流：I1＝＝＝1.5A，由I＝可得，L1的电阻：R1＝＝＝4Ω；（2）闭合S、断开S1时，L1与L2串联。①因串联电路中总电阻等于各串联电阻之和，所以，电路中的电流：I＝＝＝＝1A；②电路的总功率：P＝UI＝6V×1A＝6W，L1的实际功率：P1实＝I2R1＝（1A）2×4Ω＝4W；（3）两灯串联共同照明时的总功率P＝6W，L1正常照明时功率为P1＝9W，即P＜P1，由灯泡的亮暗取决于实际功率的大小可知，两灯串联共同照明比L1正常照明亮度低。答：（1）两个开关都闭合时，电路中电流为1.5A，L1的电阻为4Ω；（2）①电路中的电流为1A；②电路的总功率为6W，L1的实际功率为4W；（3）两灯串联共同照明时的总功率6W小于L1正常照明时功率9W，由灯泡的亮暗取决于实际功率的大小可知，两灯串联共同照明比L1正常照明亮度低。21．（2022•海南）小明是家务小能手，经常用挂烫机熨烫衣服。挂烫机是通过电热丝加热水箱中的水，产生水蒸气来熨烫衣服。它的正常工作电压为220V，水箱最多装水0.2kg，加热功率有大、小两个挡位，其工作原理图如图甲所示。其中电热丝R1＝60Ω，R2＝40Ω。（1）熔断器在电路中起到保护电路作用。（2）若将水箱中0.2kg的水从20℃加热到100℃，水吸收多少热量？[水的比热容c＝4.2×103J/（kg•℃）]（3）挂烫机在大挡位工作时的额定功率是多大？（4）小明是一个爱思考的孩子，他把电路原理图改为乙图，也设有两个挡位。已知熔断器允许通过的最大电流为8A，请判断乙图电路是否合理，通过计算说明原因。【解答】解：（1）当家庭电路中电流过大时，熔断器会自行熔断，从而切断电路，起到保护电路的作用。（2）水吸收的热量＝6.72×104J。（3）当电路中只有R2工作时为大挡位，其额定功率。（4）R1、R2并联时，电路总电流最大，，。I总＝I1+I2＝3.67A+5.5A＝9.17A