一新款节能电火锅,有关技术参数如表(设电火锅不同档位的电阻和加热效率均不变)。图甲为其电路原理图:R1和R2为电阻不变的电热丝(R1>R2),当闭合S、S1,断开S2时,电火锅处于低温档:当闭合S、S2,断开S1时,电火锅处于中温档,当闭合S、S1和S2时,电火锅处于高温档。(c水=4.2×103J/(kg•℃))
额定电压 | 电火锅档位 | 额定功率/W |
220V | 低温 | 400 |
中温 | 550 | |
高温 | 950 |
(1)电火锅工作时,将电能转换为 能;
(2)求电热丝R2的阻值;
(3)电火锅正常工作时,用低温档给质量为2kg、水温为50℃的水加热,经10min水温升高到60℃,求此过程中水吸收的热量和电火锅的工作效率;
(4)电火锅正常工作时,分别用低温档和高温档给质量为2kg的水加热,绘制的水温随时间变化的图象如乙图所示。请比较使用高温档还是低温档更节能。
解:(1)电火锅工作时,将电能转换为内能;
(2)当闭合S、S2,断开S1时,电路为R2的简单电路,电火锅处于中温档,
由P=UI=可得,电热丝R2的阻值:
R2===88Ω;
(3)水吸收的热量:
Q吸=cm(t﹣t0)=4.2×103J/(kg•℃)×2kg×(60℃﹣50℃)=8.4×104J,
由P=可得,低温档工作时消耗的电能:
W=P低t′=400W×10×60s=2.4×105J,
电火锅的工作效率:
η=×100%=×100%=35%;
(4)由图乙可知,用高温档给质量为2kg的水加热,经3min水温从50℃升高到60℃,
此时电火锅消耗的电能:
W′=P高t″=950W×3×60s=1.71×105J,
由W′>W可知,使用高温档更节能。
答:(1)内;
(2)电热丝R2的阻值为88Ω;
(3)此过程中水吸收的热量为8.4×104J,电火锅的工作效率为35%;
(4)使用高温档更节能。
【分析】(1)电火锅是利用电流的热效应制成的加热设备,工作时将电能转化为内能;
(2)当闭合S、S2,断开S1时,电路为R2的简单电路,电火锅处于中温档,根据P=UI=求出电热丝R2的阻值;
(3)知道水的质量和初温、末温以及比热容,根据Q吸=cm(t﹣t0)求出水吸收的热量,利用P=求出低温档工作时消耗的电能,再利用η=×100%求出电火锅的工作效率;
(4)由图乙可知,用高温档给质量为2kg的水加热,经3min水温从50℃升高到60℃,根据W=Pt求出此时电火锅消耗的电能,然后与低温档加热时消耗的电能相比较得出答案。
【点评】本题考查了电功的实质和电功率公式、吸热公式、电功公式、效率公式的综合应用,从图象和表格中获取有用的信息是关键。
如图所示,在水平地面上有一个装有水的圆柱型容器(水的深度不变),一物体浸没在容器底部(非密合),现用弹簧测力计将物体缓慢拉出。弹簧测力计的示数为F,物体下表面距容器底的距离为h,F与h的关系如图所示,求;(g取10N/kg。ρ水=1.0×l03kg/m)
(1)物体浸没在水中所受的浮力;
(2)物体的密度;
(3)物体上表面刚出水面时,水对下表面产生的压强。
解:
(1)分析图象数据可可知:物体A处于浸没时,弹簧测力计的示数为4N,物体离开水面后弹簧测力计的示数不变,为12N,则物体重力G=12N;
所以,物体浸没在水中所受的浮力:F浮=G﹣F=12N﹣4N=8N;
(2)根据F浮=ρ液gV排可得,物体的体积:
V=V排===8×10﹣4m3;
由G=mg得,物体质量:
m===1.2kg,
则物体的密度:
ρ===1.5×103kg/m3;
(3)由于圆柱形容器中水的深度不变,由图象数据可知:物体的高度L=8cm﹣5cm=3cm=0.03m,
则物体上表面刚出水面时下表面所处的深度h=L=0.03m,
所以水对下表面的压强为:
p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.03m=300Pa。
答:(1)物体浸没在水中所受的浮力为8N;
(2)物体的密度为1.5×103kg/m3;
(3)物体上表面刚出水面时,水对下表面产生的压强为300Pa。
【分析】(1)根据图象可知:物体完全浸没在水中弹簧测力计的示数为4N,物体离开水面后弹簧测力计的示数不变,为12N,则此时测力计的示数为物体重力;根据F浮=G﹣F即可求出浮力;
(2)根据F浮=ρ液gV排求出物体的体积;然后根据G=mg求出物体质量,利用ρ=求出物体的密度;
(3)由于圆柱型容器中水的深度不变,则根据图象可知物体的高度,由此可知物体上表面刚出水面时下表面所处的深度,然后p=ρgh可以求出对下表面产生的压强。
【点评】本题考查阿基米德原理、密度公式、重力公式和称重法求浮力等,关键是知道物体完全浸没时排开水的体积和物体本身的体积相等,注意水面的深度不变,据此可求出物体的高度。
在“测量小灯泡的电功率”的实验中,实验器材有:电压表、电流表、额定电压为2.5V的小灯泡,开关、电压为6V的电源和滑动变阻器等。
(1)根据甲图连接电路,闭合开关前,应将滑片移至最 (选填“左”或“右”)端。
(2)闭合开关后,小灯泡不亮,电流表有示数,电压表无示数。经检查,导线连接完好,则电路故障可能是小灯泡发生了 (选填“短路”或“断路”)。
(3)当电压表的示数为2.5V时,对应电流表的示数如图乙,则小灯泡的额定电功率是 W。
(4)完成上述测量后,不用电压表,用如图丙所示的电路也可测量已知额定电流的小灯泡的额定功率,已知小灯泡的额定电流为I额,定值电阻的阻值为R0.实验步骤如下,请补充完整:
①闭合开关S、S2,断开开关S1,调节滑动变阻器,使电流表的示数为I额;
②保持变阻器滑片不动,断开开关S2,闭合开关S,S1记下此时电流表的示数为I;
③小灯泡的额定功率的表达式为P额= 。
解:(1)为了保护电路,闭合开关前,滑动变阻器的滑片应调到阻值最大的位置,即最右端;
(2)闭合开关后,小灯泡不亮,电流表有示数,说明电路是通路;电压表无示数,说明与电压表并联部分电阻为0,即灯泡短路了;
(3)电流表的示数如图乙所示,电流表选用小量程,分度值为0.02A,其读数为0.3A;
该小灯泡的额定功率:P=UI=2.5V×0.3A=0.75W;
(4)实验步骤:
①闭合开关S、S2,断开S1,调节滑动变阻器R的滑片P,使电流表示数为I额;
②闭合开关S、S1,断开开关S2,记录下此时电流表的示数为I;
③步骤②中,电流表测干路电路,因电路的连接关系没有改变,各电阻的大小和通过的电流不变,灯仍正常发光,由并联并联电路电流的规律,定值电阻R0的电流为:I0=I﹣I额,
由欧姆定律的变形公式,定值电阻R0的电压即灯的额定电压为:U额=I0R0=(I﹣I额)R0;
小灯泡的额定功率的表达式为P:P额= U额I额=(I﹣I额 )R0I额。
故答案为:(1)右;(2)短路;(3)0.75;(4)(I﹣I额 )R0I额。
【分析】(1)为了保护电路,闭合开关前,滑动变阻器阻值应调至最大;
(2)电流表有示数,说明电路是接通的,电压表无示数,说明与电压表并联部分电阻为0;
(3)根据电流表选用小量程确定分度值读数,根据P=UI求出该小灯泡的额定功率;
(4)要测灯的额定功率,应先使灯正常发光,先使灯与电流表串联后再与定值电阻并联,通过移动变阻器滑片,使电流表示数为额定电流;
保持滑片位置不变,通过开关的转换,使电流表测灯与R并联的总电流,因电路的连接关系没有改变,各电阻的大小和通过的电流不变,灯仍正常发光,根据并联电路电流的规律求出通过定值电阻的电流,由欧姆定律求出灯的额定电压,根据P=UI写出灯的额定功率的表达式。
【点评】本题测量标有“2.5V”字样的小灯泡额定功率的实验,考查注意事项、故障分析、电流表读数及功率计算和设计方案测额定功率的能力。
在湄江地质公园进行研学活动时,小明捡到一块形状怪异的小化石,为测量小化石的密度。他利用已学知识设计如下实验方案:
(1)用天平称出小化石的质量。天平平衡后,右盘中砝码和游码的位置如图甲所示,小化石的质量为 g。
(2)用量筒和水测量小化石体积,“先往量筒中倒入适量的水”,其中“适量”的确切含义是:
① ;②小化石和水的总体积不能超过量筒量程。
(3)小化石放入量筒前后的情况,如图乙所示(忽略细线的体积),小化石的密度是 g/cm3。
(4)若小明先测出小化石的体积,将小化石从量筒中取出,然后用天平称出其质量,求出小化石的密度。这样测出小化石的密度将 (选填“偏大”偏小”或“不变”)。
解:(1)物体的质量等于砝码的质量加游码对应的刻度值,小化石的质量:m=50g+20g+4g=74g。
(2)量筒中倒入适量的水有两层含义:①水不能太少,要能浸没小化石;
②水不能太多,穿天石浸没后,水面不能超过量程;
(3)由乙图可知,小化石的体积为V=V排水=40cm3﹣20cm3=20cm3,
则小化石的密度为:ρ===3.7g/cm3。
(4)若先测体积,再测质量时石头上粘有水,使得测量的质量偏大,测得体积准确,根据密度公式ρ=可知,测得石头的密度值将会偏大;
故答案为:(1)74;(2)水不能太少,要能浸没小化石;(3)3.7;(4)偏大。
【分析】(1)物体的质量等于砝码的质量加游码对应的刻度值。
(2)适量的含义是固体要能浸没,并且水和固体的总体积不能超过量筒的最大测量范围。否则会影响物体的体积的测量。
(3)小化石的体积等于小化石排开水的体积,求出排开水的体积,即小化石的体积;知道小化石的质量和体积,根据密度公式求出小化石的密度。
(4)根据所测质量和体积的变化分析测得密度的变化。
【点评】此题中考查了天平的调节与使用、量筒的读数,密度公式的运用,这都是测密度实验中应该掌握的基本技能。还要注意固体密度测量的基本步骤。
如图所示,质地均匀的圆柱形细木棒放在地面上,另一端与支点O连接,在图中画出木棒所受重力的示意图、重力的力臂。
解:
均匀木棒的中心为木棒的重心,从重心沿竖直向下的方向画一条带箭头的线段,并标上符号G,即为重力的示意图;
从支点O作重力作用线的垂线,垂线段的长即为重力的力臂L,如图所示。
【分析】重力G的作用点在重心(粗细均匀的木棒,中心在几何中心上),方向是竖直向下,重力的力臂是从支点O到重力作用线的垂直距离。
【点评】本题考查了力的示意图、力臂的画法。画力臂关键要画出支点到力的作用线的垂线段。
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