如图甲所示是小明家新购买的电热水壶,他发现水壶有一铭牌如图乙所示。待电热水壶注满水后,他关闭了家中的其他用电器,只让电热水壶工作,观察到家里的电能表(如图丙所示)的转盘1min转了50圈,能使壶中水的温度从25℃升高到35℃.请你结合电热水壶上的铭牌和电能表实物图提供的有关参数信息,忽略温度对电阻的影响。求:
(1)电热水壶正常工作的电阻;
(2)电热水壶中水的温度从25℃升高到35℃吸收的热量;[c水=4.2×103J/(kg•℃)]
(3)此时电路的实际电压。
(1)电热水壶正常工作的电阻为40Ω;
(2)电热水壶中水的温度从25℃升高到35℃吸收的热量为4.2×104J;
(3)此时电路的实际电压为200V。
【分析】(1)知道电热水壶的额定功率、额定电压,利用P=求电热水壶正常工作的电阻;
(2)知道水的体积,利用ρ=求水的质量,再利用Q吸=cm(t﹣t0)求水从25℃升高到35℃吸收的热量;
(3)3000r/(kW•h)表示每消耗1kW•h的电能,电能表的转盘转3000r,据此求转盘转50r消耗的电能,再利用P=求电热水壶的实际功率,再利用P=
求电热水壶两端的实际电压(忽略温度对电阻的影响)。
【解答】解:
(1)由P=得电热水壶正常工作的电阻:
R==
=40Ω;
(2)水的体积V=1L=1×10﹣3m3,
由ρ=得水的质量:
m=ρV=1×103kg/m3×1×10﹣3m3=1kg,
水从25℃升高到35℃吸收的热量:
Q吸=cm(t﹣t0)=4.2×103J/(kg•℃)×1kg×(35℃﹣25℃)=4.2×104J;
(3)3000r/(kW•h)表示每消耗1kW•h的电能,电能表的转盘转3000r,
则转盘转50r时,电水壶消耗的电能:
W=kW•h=
kW•h,
电热水壶的实际功率:
P实==
=1kW=1000W,
由P=可得电热水壶两端的实际电压:
U实==
=200V。
【点评】本题为电功和热量的综合计算题,考查了密度公式、吸热公式、电功率公式的应用,涉及到电能表参数的理解,要求灵活应用相关公式。
将一未装满水密闭的矿泉水瓶,先正立放置在水平桌面上,再倒立放置,如图所示,瓶盖的面积是8cm2,瓶底的面积是28cm2,瓶重和厚度忽略不计(g取10N/kg)。求:
(1)倒立放置时瓶盖所受水的压强;
(2)倒立放置时矿泉水瓶对桌面的压力和压强。
(1)倒立放置时瓶盖所受水的压强为1300Pa;
(2)倒立放置时矿泉水瓶对桌面的压力为2.8N,压强为3500Pa。
【分析】(1)由图可知,倒立放置时水的深度,根据p=ρgh求出瓶盖所受水的压强;
(2)由图可知,正立放置时矿泉水瓶内水的深度,根据V=Sh求出水的体积,利用ρ=求出水的质量,根据G=mg求出水的重力即为倒立放置时矿泉水瓶对桌面的压力,根据p=
求出倒立放置时矿泉水瓶对桌面的压强。
【解答】解:(1)由右图可知,矿泉水瓶倒立放置时水的深度:
h=13cm=0.13m,
倒立放置时瓶盖所受水的压强:
p水=ρ水gh水=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.13m=1300Pa;
(2)由左图可知,矿泉水瓶内水的体积:
V=S瓶底h正立=28cm2×10cm=280cm3,
由ρ=可得,水的质量:
m水=ρV=1.0g/cm3×280cm3=280g=0.28kg,
瓶重和厚度忽略不计,则倒立放置时矿泉水瓶对桌面的压力:
F=G水=m水g=0.28kg×10N/kg=2.8N,
倒立放置时矿泉水瓶对桌面的压强:
p==
=3500Pa。
【点评】本题考查了液体压强公式、压强定义式、密度公式和重力公式的应用,关键是知道水平面上物体的压力和自身的重力相等。
搬运砖头的独轮车,车箱和砖头所受的总重力G=900N,独轮车的有关尺寸如图所示。
(1)判断推车时的独轮车是省力杠杆还是费力杠杆;
(2)求推车时,人手向上的力F的大小。
(1)推车时的独轮车是省力杠杆。
(2)人手向上的力F的大小是300N。
【分析】(1)动力臂大于阻力臂是省力杠杆,动力臂小于阻力臂是费力杠杆,动力臂等于阻力臂是等臂杠杆。
(2)确定杠杆,找出支点,动力臂、阻力臂、动力和阻力,根据杠杆平衡条件求出动力大小。
【解答】解:(1)小车是杠杆,轮胎中心是支点,车重是阻力,手施加的力是动力,
动力臂:l1=0.4m+0.8m=1.2m,
阻力臂:l2=0.4m,
动力臂大于阻力臂,所以是省力杠杆。
(2)由杠杆的平衡条件Fl1=Gl2可得,
F×1.2m=900N×0.4m,
人手向上的力:F=300N。
【点评】对于杠杆问题,确定好杠杆,找出支点、动力臂、阻力臂、动力和阻力,根据杠杆平衡条件求出未知量。
某物理学习小组为了探究“电流与电阻的关系”,设计了如图甲所示的实验电路。他们在学校实验室找来了如下一些实验器材:电压恒为3V的电源,电流表、电压表各一只,一个开关,阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω的定值电阻各一个,滑动变阻器“20Ω 1A”一个,导线若干。实验时连接的电路如图乙所示。
(1)连接电路前,开关应 (选填“断开”或“闭合”);
(2)实验中,改变滑动变阻器阻值的目的是使定值电阻两端的电压 ;
(3)将5Ω、10Ω、15Ω、20Ω的定值电阻分别接入电路中,每一次都控制定值电阻两端的电压为2.5V;当拆下5Ω的定值电阻换成10Ω的定值电阻接入电路时,如果保持滑动变阻器滑片的位置不变,会发现电压表的示数 (选填“大”或“小”)于2.5V,接下来应该移动滑片,使电压表示数回到2.5V,读出电流表的示数并记录数据……通过多次实验测得多组数据,并利用这些数据得到如图丙所示的电流I随电阻R变化的图象,由数据和图象可以得到的结论是 ;
(4)以上几次实验中记录电表示数时,当定值电阻消耗的电功率最小时,滑动变阻器接入电路的阻值为 Ω。
(1)断开;(2)保持不变;(3)大;(4)当导体两端电压一定时,流过导体电流与导体电阻成反比;(5)4。
【分析】(1)为保护电路,连接电路前,开关应断开;
(2)探究“电流与电阻的关系”实验中,要控制电阻的电压不变;
(3)由分压原理分析;
由数据和图象知得出电阻两端的电压为一定值得出结论;
(4)因定值电阻的电压不变,根据P=分析定值电阻消耗的电功率最小的条件,根据欧姆定律求出电路的电流,由串联电路的规律及欧姆定律得出滑动变阻器接入电路的阻值。
【解答】解:(1)为保护电路,连接电路前,开关应断开;
(2)探究“电流与电阻的关系”实验中,要控制电阻的电压不变,故改变滑动变阻器阻值的目的是使定值电阻两端的电压不变;
(3)将5Ω、10Ω、15Ω、20Ω的定值电阻分别接入电路中,每一次都控制定值电阻两端的电压为2.5V;当拆下5Ω的定值电阻换成10Ω的定值电阻接入电路时,如果保持滑动变阻器滑片的位置不变,由分压原理,会发现电压表的示数大于2.5V,接下来应该移动滑片,使电压表示数回到2.5V,读出电流表的示数并记录数据……通过多次实验测得多组数据,并利用这些数据得到如图丙所示的电流I随电阻R变化的图象,由数据和图象知,电阻两端的电压始终保持:
UV=IR=0.1A×25Ω=﹣﹣﹣﹣﹣=0.15A×5Ω=2.5V,电流与电阻之积为一定值,故可以得到的结论是:当导体两端电压一定时,流过导体电流与导体电阻成反比;
(4)因定值电阻的电压不变,当定值电阻消耗的电功率最小时,根据P=,即定值电阻取最大值20Ω,由欧姆定律,电路的电流为:I小=
=
=0.125A,
由串联电路的规律及欧姆定律,滑动变阻器接入电路的阻值为:
R滑==
=4Ω。
【点评】本题探究“电流与电阻的关系”,考查注意事项、控制变量法、数据分析和串联电路的规律、欧姆定律的运用及电功率公式的运用。
(1)为了使小车滑到水平面时的初速度相同,实时应让小车从同一斜面的 滑下,这种研究问题的方法是 (选填“转换法”、“模型法”或“控制变量法”)。
(2)伽利略对类似的实验进行了分析并进一步推测:如果水平面光滑,小车在运动时不受阻力,则小车将在水平面上 。说明物体的运动 (填“需要”或“不需要”)力来维持。
(3)牛顿在伽利略等人的研究成果上概括出了牛顿第一定律。该定律 。
A.能用实验直接验证
B.不能用实验直接验证,所以不能确定这个定律是否正确
C.是在大量经验事实的基础上,通过进一步的推理概括得出的
(1)同一高度由静止自由;控制变量法;(2)做匀速直线运动;不需要;(3)C。
【分析】(1)根据控制变量法,要控制小车滑到水平面时的初速度相同,实验时应让小车从同一斜面的同一高度由静止自由滑下;
(2)在越光滑的表面上物体运动得越远,伽利略对类似的实验进行了分析并进一步推测:如果水平面光滑,小车在运动时不受阻力,则小车将保持原来的速度沿直线一直运动下去,据此推理得出结论;物体的运动不需要力来维持;
(3)牛顿第一定律是在大量经验事实的基础上,通过进一步的推理概括得出。
【解答】解:
(1)为了使小车滑到水平面时的初速度相同,实验时应让小车从同一斜面的同一高度由静止自由滑下,这种研究问题的方法是控制变量法;
(2)伽利略对类似的实验进行了分析并进一步推测:如果水平面光滑,小车在运动时不受阻力,则小车将在水平面上做匀速直线运动;从而说明物体的运动不需要力来维持;
(3)牛顿在伽利略等人的研究成果上概括出了牛顿第一定律,该定律是在大量经验事实的基础上,通过进一步的推理概括得出的,故选C。
【点评】本题是研究“力和运动的关系”实验,考查控制变量法、实验推理法、力与运动的关系等知识。
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