题目内容
5．如图甲所示为某家用电热水瓶，其容量为2L，有加热和保温两档，电路如图乙所示，某次该热水瓶装满初温为23℃的水，接在家庭电路中，它正常工作时消耗的功率与时间的关系如图丙所示．（外界大气压为1个标准大气压）求：
（1）当电热水瓶处于加热状态时，开关S1和S2应该是什么状态？此时电阻R1的阻值是多少？
（2）若通电加热10min恰好将水烧开，则加热时电热水瓶的热效率是多少【水的比热容是4.2×103J/（kg•℃）】（计算结果百分号前保留整数）
（3）当电热水瓶处于保温状态时，R2消耗的电功率为多少W？
分析 （1）分析清楚电路结构，应用电功率公式判断壶的工作状态；应电功率公式求出电阻阻值．
（2）由热量公式求出水吸收的热量，由W=Pt求出壶消耗的电能，然后应用效率公式求出养生壶的效率；
（3）电热水瓶处于保温状态时，两电阻串联，已知功率，根据电功率的公式P=UI计算出电路中电流；根据电功率公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$计算出总电阻，再根据串联电路的电阻关系计算出R2的阻值；最后根据电功率公式P=I2R计算出电阻R2消耗的功率．
解答 解：（1）当电热水瓶处于加热状态时，开关S1和S2均是闭合状态，图示电路图可知，当开关S1、S2均闭合时，只有电阻R1接入电路，
此时电路总电阻最小，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，电路总功率最大，养生壶处于加热状态；
由图丙所示图象可知，加热功率P加热=1200W，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知电阻阻值：R1=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{加热}}$=$\frac{（220V）^{2}}{1200W}$=$\frac{121}{3}$Ω≈40.3Ω；
（2）由ρ=$\frac{m}{V}$可知，水的质量为：
m=ρV=1.0×103kg/m3×2×10-3m3=2kg，
1个标准大气压水的沸点是100℃，水吸收的热量：
Q吸=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg•℃）×2kg×（100℃-23℃）=6.468×105J，
由图象可知，加热时电热水瓶的功率P加热=1200W，则
10min消耗电能产生的热量：
Q=W=P加热t=1200W×10×60s=7.2×105J，
热水瓶效率：
η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=$\frac{6.468×1{0}^{5}J}{7.2×1{0}^{5}J}$×100%≈89%．
（3）当电热水瓶处于保温状态时，
电路中的电流I=$\frac{{P}_{最小}}{U}$=$\frac{400W}{220V}$=$\frac{20}{11}$A，
电路中的总电阻R=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{最小}}$=$\frac{（220V）^{2}}{400W}$=121Ω，
所以R2=R总-R1=121Ω-40.3Ω=80.7Ω，
所以R2消耗的电功率P=I2R=（$\frac{20}{11}$A）2×$\frac{21}{3}$Ω≈23.1W．
答：（1）开关S1和S2是闭合状态；此时电阻R1的阻值是40.3Ω；
（2）若通电加热10min恰好将水烧开，则加热时电热水瓶的热效率是89%；
（3）当电热水瓶处于保温状态时，R2消耗的电功率为23.1W．
点评 本题考查质量、电流、水吸热、电功和热效率的计算，关键是公式及其变形式的灵活运用和根据图象得出加热功率、保温功率，加热时间、保温时间，计算过程还要注意单位的换算．
阅读快车系列答案| A． |  干冰变小 | B． |  干手机将手烘干 | C． |  树叶上的霜 | D． |  冰雪消融 |
如图所示晾衣装置，每个滑轮重为0.5N，晾衣杆重4N．小明要用力F=20N的力提升总质量为5.6kg的三件衣服，他用拉力F竖直向下匀速拉动绳的自由端，在2s内，绳端匀速竖直下拉了1m．则下列判断正确的是（g取10N/kg）（ ）| A． | 滑轮组的有用功率为28W | B． | 拉力F做功的功率为20W | ||
| C． | 滑轮组的机械效率为70% | D． | 在2s内，人做的总功为40J |
（1）断开开关，连接电路．请用笔画线代替导线，根据图甲将图乙所示的实物电路连接完整．
（2）闭合开关前，图乙中滑动变阻器的滑片P应位于B（选填“A”或“B”）端，可以起到保护电路作用．
（3）闭合开关后，发现电流表无示数，电压表有示数，故障的原因可能是：电阻R断路．（写出一种即可）
（4）排除故障后，小明通过实验得到数据如表（一）所示，其中第1次实验的电流表示数如图丙所示，为0.10A，所用电阻R的阻值是10Ω．根据表（一）的数据，可得出的结论是：在电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比．
表（一）
| 实验序号 | 1 | 2 | 3 |
| 电阻R/Ω | R | ||
| 电压U/V | 1.0 | 1.5 | 2.0 |
| 电流I/A | 0.15 | 0.20 | |
表（二）
| 实验序号 | 3 | 4 | 5 |
| 电阻R/Ω | 5 | R | 15 |
| 电压U/V | 1.5 | 2.0 | 2.3 |
| 电流I/A | 0.30 | 0.20 | 0.15 |
| A． | 用湿手插电源插头 | |
| B． | 多个大功率用电器同时使用一个插座 | |
| C． | 电冰箱外壳接地 | |
| D． | 用铁丝代替保险丝接在家庭电路中 |
如图所示，这是科技创新小组的同学们自己发明的电子握力器的内部结构．电源电压不变，滑动变阻器b端固定在绝缘底座上，手柄A与变阻器滑片固定在一起，同步运动，握力我i零时，滑片处于a端．L是一个电阻不变的指示灯．力量计由一个电表改装而成．使用时，先闭合开关S，再用手握住手柄，使A柄向下运动压缩弹簧，握力就显示在力量计的表盘上．下列有关此力量计的说法中正确的是（ ）| A． | 力量计由电流表改装而成 | |
| B． | 握力越大，电路总电流越大 | |
| C． | 力量计的零刻度线就是原电表的零刻度线 | |
| D． | 握力越大灯泡越亮，力量计的示数越大 |
