水烧开后持续沸腾段时间用于饮用更利于人体健康,为了满足这个要求,小罗设计了多档位节能电烧水壶,电路原理如图甲。其中开关S为防干烧温控开关,通常情况它是闭合的。定值电阻R1、R2为加热电阻,且R1为48.4Ω,R2阻值为R1的2倍。通过滑动金属滑轩上的滑块P,使它在不同的位置接触触点,实现多档位变化(图乙)。他测得烧水壶用中功率档给热水保温时,正常工作24s,将Ikg的水从75℃加热到80℃。(已知c水=4.2103J/(kg⋅℃),不计温度对电阻的影响)求:
(1)此加热过程中热水所吸收的热量Q;
(2)此加热过程中烧水壶的热效率η(η=,W为所消耗的电能);
(3)用电高峰时,他请父母断开家中除烧水壶外的全部用电器,用烧水壶高功率档加热一段时间后开始计时经过30s后水沸腾,再以低功率档持续加热30s,观察到电能表转盘在这60s内转了27转(电能表盘如图丙),烧水壶工作的际电压U实是多少?
(1)2.1×104J;(2)87.5%;(3)198V
【解析】(1)用中功率挡给热水保温时,热水吸收的热量
Q=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg⋅℃)×1kg×(80℃-75℃)=2.1×104J
(2)此加热过程中,滑块P接触触点4,电路是只有R1工作的简单电路,则烧水壶消耗的电能
烧水壶的热效率
(3)由电能表的参数得,烧水壶在60s内消耗的电能
当滑块P接触触点1、2时,烧水壶处于高功率挡,两电阻并联,电路的总电阻
在高功率挡工作30s消耗的电能
此为①式,
当滑块P接触触点2时,烧水壶处于低功率挡,电路是电阻R2工作的简单电路,此时烧水壶工作30s消耗的电能
此为②式,
而
W1=W高+W低
此为③式,
解①②③式得
U实=198V
答:(1)此加热过程中热水所吸收的热量Q是2.1×104J;
(2)此加热过程中烧水壶的热效率η是85%;
(3)烧水壶工作的际电压U实是198V。
如图,水平卓面上放有圆柱形温水杯、它的重为3N、底面积为300cm2、溢水口距杯底20cm。内装水的深度为18cm将一体积为1000cm3、密度为0.9g/cm3的正方体木块缓慢放人水中不计溢水杯厚度,求;
(1)木块的质量m;
(2)木块放入前,水对溢水杯底的压力F;
(3)木块放人水中静止后溢水杯对桌面的压强p。
(1)900g (2)54N (3)2.1×103pa
【解析】(1)根据知,木块的质量为
(2)杯底受到水的压强
p水=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.18m=1.8×103Pa
根据知,水对溢水杯底的压力为
F=pS=1.8×103Pa×300×10﹣4m3=54N
(3)木块的重力为
G=mg=0.9kg×10N/kg=9N
因为木块的密度小于水的密度,所以木块放入水中处于漂浮状态,浮力等于重力,即
F浮=G=9N
排开水的体积为
水面上升的高度为
所以木块放入水中后有水溢出;根据阿基米德原理和漂浮的条件知,F浮=G=G排,所以放入木块后,溢水杯内水的质量加上木块的质量等于溢水杯装满水时的总质量;溢水杯装满水时的总体积
V水=Sh=300cm2×20cm=6000cm3=6×10﹣3m3
由可得,溢水杯内装满水的质量
m水=ρ水V水=1.0×103kg/m3×6×10﹣3m3=6kg
溢水杯内水的重力为
G水=m水g=6kg×10N/kg=60N
溢水杯装上水后的总重力为
G总=G水+G容器=60N+3N=63N
溢水杯对桌面的压力
F=G总=63N
溢水杯对桌面的压强
答:(1)木块的质量m为900g;
(2)木块放入前,水对溢水杯底的压力F为54N;
(3)木块放人水中静止后溢水杯对桌面的压强p为2.1×103pa。
如图的电路中,R1为10Ω,R2为30Ω。闭合开关S后,电流表的示数为1A,电源电压保持不变。求:
(1)R1两端的电压U1;
(2)R2在10s内所消耗的电能W2。
(1)10V(2)200J
【解析】(1)由图可知,R1、R2串联,串联电路电流处处相等,所以
I1=I2=I=1A,
R1两端的电压
U1=IR1=1A×10Ω=10V
(2)R2在10s内所消耗的电能为
W2=I2 R2t=(1A)2×20Ω×10s=200J
答:(1)R1两端的电压为10V;
(2)R2在10s内所消耗的电能为200J。
小张发现外婆家的盐蛋咸味适中恰到好处,猜想可能和盐水的密度有关,他和小华共同测量外婆家用来腌制盐蛋的盐水密度。
(1)将天平放在水平工作台上,游码移到标尺的_______刻度处,观察到指针偏向分度盘的左侧(图甲),应将平衡螺母向_______调节,使天平平衡。
(2)调节天平平衡后,进行以下实验操作:
①测量空烧杯的质量m0,天平平衡时,砝码及游码位置如图乙,m0=_______g
②向烧杯中倒人适量盐水,测出烧杯和盐水的总质量m1为55.0g:然后将盐水全部倒入量筒(图丙),读数时视线与凹液面底部_______,读出体积V=_______mL;
③算出盐水的密度ρ=_______g/cm3
(3)小华指出:以上测量过程中,烧杯中会残留部分盐水导致测得盐水的密度偏大,于是他与小张利用电子秤再次测量该盐水密度。
进行了以下实验操作:
①取密度为8g/cm3的合金块,用电子秤测得其质为为80.0g(图甲);
②将合金块放入溢水杯中后向溢水杯中注满盐水,得杯、盐水,水,合金块的总质量为100.0g(图乙);
③取出合金块向溢水杯中补满盐水,测得杯和盐水的总质量为31.0g(图丙)。
根据以上数据,计算出盐水的密度ρ=_______g/cm3,若每次测量值均比真实值大1g左右,则以上步骤测得的盐水密度与真实值相比_______(选填“偏大”“不变”或“偏小”)。
(1). 零 (2). 右 (3). 32.0 (4). 相平 (5). 20 (6). 1.15 (7). 1.1 (8). 偏大
【解析】(1)调节天平水平平衡前,需将游码调至零刻度线处。
指针偏左,需将平衡螺母向右调节。
(2)①砝码总质量30g,游码示数为2.0g,测得m0=32.0g。
②用量筒测量体积时,实现应与凹液面的最低处相平。
由丙图可知,示数为20mL。
③根据密度公式得
(3)③由图甲可知,合金块质量为80.0g, 图乙得此时合金块、盐水和溢水杯的总质量为100.0g,则此时溢水杯和杯中盐水质量为20.0g;图丙可知,加满盐水后总质量为31g,则加入盐水的质量为11g。此时加入盐水的体积等于合金块的体积,即
则盐水的密度为
测量值比真实值大1g,则甲、乙、丙图的真实值分别为79.0g、99.0g、30.0g;图乙溢水杯和杯中盐水质量仍为20.0g,则丙图中加满盐水后的总质量为30.0g;加入盐水的质量为10g。此时
盐水的实际密度为
故测量值比实际值偏大。
图甲是“探究电流与电压的关系”的实验电路,电源电压为4.5V。三个小组的同学分别用5Ω,10Ω,15Ω的定值电阻进行探究。
(1)请用笔画线代替缺少的2根导线,将图甲的电路连接完整_______(要求:导线不能交叉,滑片P向B端移动时,电路中的电流变大);
(2)正确连接电路,闭合开关,移动滑片P,发现电流表无示数,电压表有示数,可能的故障是定值电阻R_______(选填“断路”或“短路”);排除故障后,缓慢移动滑片P到某位置时,电压表的示数如图乙所示,为_______V;
(3)将不同小组的数据汇总后,得到表1的数据,分析可得:在电阻一定的情况下,通过导体的电流和导体两端的电压成_______比;
(4)在进一步探究“电流与电阻的关系”实验中:
①若保持定值电阻两端的电压为1.5V不变,在表1的数据中有_______可用于分析;
②为得到更多的实验数据,老师给每个小组再次提供一个30Ω的定值电阻R0,某小组在实验中,无论怎样移动滑片P都不能将R0两端电压调为1.5V,其原因是滑动变阻器的最大值太_______(选填“大”或“小”);该小组所使用的滑动变阻器的规格可能是_______(选填下列选项前的字母)。
A.10Ω、3A B.20Ω、2A C.50Ω、1A
(1). (2). 断路 (3). 1.8 (4). 正 (5). 两组 (6). 小 (7). C
【解析】(1)电压表与电阻并联,滑片P向B端移动时电流表示数变大,即电阻变小,故滑片以右电阻丝连入电路中,如下所示:
(2)若定值电阻短路,则电压表示数为0,不符合题意;故电阻断路,电流表没有示数,电压表串联在电路中测电源电压,电压表有示数,故产生故障的原因可能是定值电阻断路。
如图乙所示,电压表接小量程,分度值为0.1V,示数为1.8V。
(3)分析实验数据知,R=5Ω时,电压与电流之比
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为一定值,同理可求R=10Ω和R=15Ω时,电压与电流之比仍为一定值,故可得:在电阻一定的情况下,通过导体的电流与导体两端的电压成正比。
(4)①探究“电流与电阻关系”时,若保持定值电阻两端的电压为1.5V不变,则在表1的数据中有两组数据可用于分析,分别是“1.5V,3.0A”和“1.5V,0.10A”。
②电阻两端的电压始终保持UV=1.5V,根据分压原理,当接入30Ω电阻时,需增大变阻器连入电路中的电阻,无论怎样移动滑片,都无法使电压表的示数达到1.5V(大于1.5V),原因是滑动变阻器的最大阻值过小。
根据串联电路电压的规律,变阻器分得的电压
U滑=4.5−1.5V=3V
变阻器分得的电压为电压表示数的2倍,根据分压原理,当接入15Ω电阻时,变阻器连入电路中的电阻为
R滑=2×15Ω=30Ω
故为了完成整个实验,应该选取最大阻值至少30Ω的滑动变阻器,故选C。
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