学而不思则惘，思而不学则殆
（5） C
[说明] 试题以“探究串联电路电压的规律”实验为背景，考查实验仪器的正确使用和操作方法，以及科学探究中的设计实验、分析论证和评估能力。
第（1）小题，要求学生根据实验现象判断电压表指针异常的原因，提出解决问题的方法。属于容易题。
第（2）小题，要求学生根据电压表的正确使用方法，分析故障原因。属于中等题。 第（3）小题，要求学生评估实验记录表格。属于中等题。
第（4）小题，要求学生分析比较实验数据，表达实验结论。属于中等题。 第（5）小题，要求学生在理解实验设计目的的基础上作出判断。属于难题。 【例40】小明要测量小灯泡的电功
I/A 率，实验室提供的器材及其规格如下： 0.3 蓄电池（电压6 V）、电流表（0～0.6 0.2 A、0～3 A）、电压表（0～3 V、0～15 V）、0.1 滑动变阻器（10 Ω、1.5 A）、滑动变阻
O 123 U/V 器（50 Ω、1 A）、小灯泡（额定电压2.5
图41 V）、开关各一个，导线若干。 （1）请在方框内画出实验电路图。 （2）小明正确连接电路后，闭合开关，发现小灯泡不亮。他观察到电流表无示数，电压表的示数是6 V，则推断故障是___________________________________。 （3）图41是小明根据实验数据绘制的小灯泡的I-U图像，由图像可知小灯泡的额定功率是___________ W。 A L （4）小明在实验中选用了最大阻值是_________ Ω的滑动变阻R 器。 V 图42 [答案]（1）如图42 （2）小灯泡接触不良（或小灯泡灯丝断了）（3） 0.625 （4） 50 [说明] 试题以“测小灯泡电功率”实验为背景，考查电功率、串联电路电压关系和欧姆定律的综合运用，考查画电路图的能力、电路故障的分析推理能力、从图像中获取信息的能力，以及科学探究中的分析、评估能力。
第（1）小题，要求学生根据实验原理及提供的器材，画出测量电路图。属于中等题。 第（2）小题，要求学生根据电压表和电流表的读数，推断实验故障。属于中等题。 第（3）小题，要求学生根据小灯泡额定电压（2.5 V）找出图像中对应的电流值（0.25 A），利用电功率的公式计算额定功率的大小。属于中等题。
第（4）小题，要求学生根据串联电路中电压的关系，计算滑动变阻器两端的电压，根据欧姆定律计算滑动变阻器的电阻，据此选择滑动变阻器。属于难题。
（六）计算题
【例41】天然气是一种热值高、污染小的清洁能源。完全燃烧0.084 m3的天然气放出多少焦的热量？若这些热量完全被水吸收，能使多少千克的水从25 ℃升高到75 ℃？[ 水的比热容c＝4.2×103 J/(kg·℃)，天然气的热值取q＝4×107 J/ m3 ]
[答案]
天然气放出的热量 Q?Vq= 0.084 m3×4×107 J/ m3 = 3.36×106 J
Q3.36?106 J由公式Q=cmΔt得，水的质量 m???1.6 kg
c?t4.2?103 J/(kg??C)??75?C?25?C? [说明] 试题以热值高、污染小的清洁新能源——天然气为背景，考查热值概念和热量计算公式的简单计算。试题要求学生根据热值与热量的关系式计算热量，根据比热容与热量的关系式，进行简单变形后，计算质量。属于容易题。
学而不思则惘，思而不学则殆
【例42】近年来，智能机器人进入百姓家。如图43所示，质量为4 kg的清洁机器人某次工作时，在4 s内沿水平直线运动了2 m，此过程机器人所提供的水平牵引力为50 N，g取10 N/kg。求：
（1）机器人所受的重力； （2）牵引力所做的功； （3）牵引力的功率。 [答案]
（1）机器人所受的重力G = mg = 4 kg × 10 N/kg = 40 N 图43 （2）牵引力所做的功W = Fs = 50 N × 2 m = 100 J
W100 J（3）牵引力的功率P = = = 25 W
4 st[说明] 试题以智能清洁机器人为素材，考查重力、功和功率的简单运用。要求学生分别运用重力与质量的关系式、机械功的公式、功率公式进行简单计算。属于容易题。
【例43】“嘉庚号”科考船（图44）于20XX年5月8日下水，厦门大学由此成为中国大陆综合性大学中第一所拥有自己的全球级科考船的高校。科考船满载时排水量为3.5×103 t，在某段航行中牵引力与速度的关系图像是双曲线，如图45所示，g取10 N/kg。
（1）求科考船满载航行时受到的浮力。
（2）根据图45所示规律，推算科考船航速为20 km/h时受到的牵引力。 （3）求在该段航行中科考船发动机每分钟所做的功。 F/×106 N 6 5
4 3 2
1
O 2 4 6 8 10 12 v/km?h-1
图44 图45 [答案]
3 33
（1）排水量3.5×10t =3.5×10×10 kg = 3.5×106 kg
3.5×103 t的水受到的重力G排= m排g = 3.5×106 kg ×10 N/kg = 3.5×107 N 由阿基米德原理得，科考船满载航行时受到的浮力 F浮 = G排= 3.5×107 N
（2）科考船航行中牵引力与速度的关系图像是双曲线，说明F与v成反比例关系，
即有 F1v1 = F2v2
若取图45中v = 2 km/h所对应的点，则F1 = 6×106 N、v1 = 2 km/h， 则科考船航速为20 km/h时受到的牵引力
Fv6?106N?2km/h11F2???6?105N
v220km/h（3）由功率、功、速度知识可得，
WFsP=??Fv
tt由于该段航行中牵引力与速度是反比例关系，所以科考船在该段航行时功率不变，
21发动机功率 P = F1v1=6 × 106 N × () m/s= ?107 W
3.63发动机每分钟所做的功 W = Pt = ?107 W?60 s?2?108 J 13学而不思则惘，思而不学则殆
[说明] 试题以“嘉庚号”科考船为背景，考查重力与质量关系、阿基米德原理、二力平衡、功、功率、速度等知识的综合运用，考查从图像中获取信息和应用信息的能力、具体问题具体分析的能力和物理建模能力，考查单位换算、反比例函数的理解和应用。试题应用本土化的素材，渗透爱国爱乡的情感教育。
第（1）小题，要求学生理解排水量的含义，根据重力与质量关系、阿基米德原理计算浮力，属于中等题。
第（2）小题，要求学生从双曲线图像中分析出Fv恒定的信息，从图像中选取一组数据列方程推算牵引力。属于难题。
第（3）小题，要求学生根据功率、功、速度公式，应用图像提供的功率条件求解一段时间内发动机所做的功。属于难题。
【例44】如图46所示的电路，R1 = 20 Ω，R2 = 80 Ω，闭合开关电流表的示数为0.8 A。求：
R1 （1）电源电压U ； A （2）干路电流I 。
R2 [答案]
（1）由欧姆定律得，U1= I1R1=0.8 A× 20 Ω = 16 V S 由并联电路电压关系得，U=U1 = 16 V
（2）由并联电路电压关系得，U2=U=16 V 图46 U16 V由欧姆定律得，I2?2??0.2 A
R280 ?由并联电路电流关系得，I = I1+I2 = 0.8 A+0.2 A = 1 A
[说明] 试题以简单的并联电路为情景，考查并联电路电流、电压的关系和欧姆定律的简单计算。属于容易题。
【例45】如图47所示的电路中，电源电压保持6 V不变，电流表使用0～0.6 A的量程，滑动变阻器R?上标有“20 Ω 1 A”的字样，R的阻值为8 Ω。闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P，当电流表的示数为0.4 A，求：
（1）元件R两端的电压； （2）电路的总功率；
（3）元件R的内部是由两个定值电阻R1、R2连接组成，其中R1
＝40 Ω，则通过R2的电流是多少？
（4）为了保证电路安全，滑动变阻器允许连入电路的阻值变化
图47 范围是多大？
[答案]
（1）由欧姆定律得，UR?IR?0.4 A?8 ??3.2 V （2）电路的总功率P?UI?6 V?0.4 A?2.4 W （3）∵R?R1 ∴R1与R2是并联的
3.2 VU?0.08 A 由欧姆定律得，通过R1的电流 I1?1 =
40 ?R1则通过R2的电流 I2?I?I1?0.4 A?0.08 A?0.32 A
（4）由于电流表的量程为0～0.6 A，滑动变阻器R?上标有“20 Ω 1 A”的字样，所以电路允许通过的最大电流I max = 0.6 A
6 VU由欧姆定律得，电路总电阻的最小值 Rmin? = 10 Ω ?0.6 AImax滑动变阻器允许接入电路的最小阻值 R??Rmin?R?10 ??8 ??2 ? 因此滑动变阻器允许接入电路的阻值范围是2 Ω ～ 20 Ω
学而不思则惘，思而不学则殆
[说明] 试题以串联电路和电路暗盒问题为情景，考查电功率的简单计算，欧姆定律、串并联电路的特点和电路极值问题的分析推理、综合计算。
第（1）小题，要求学生运用欧姆定律简单计算。属于容易题。
第（2）小题，要求学生理解电路中总功率的概念，运用功率简单计算。属于容易题。 第（3）小题，要求学生通过比较电路元件总电阻和分电阻的大小关系，分析推理，判断元件内部的电路连接方式，综合运用欧姆定律和并联电路电流关系，计算支路电流。属于难题。
第（4）小题，要求学生理解“保证工作电路安全”的含义，综合运用欧姆定律和串联电路电阻关系，分析求解电阻，并正确表达阻值的变化范围。属于难题。
【例46】如图48所示，R1=20 Ω，R2=16 Ω，灯泡L标有“12 V 6 W”字样。电源电压保持不变，忽略灯泡电阻随温度的变化。
R1 R2 （1）S1、S2都闭合时，灯泡L恰好正常发光，求电源电压和电
流表A的示数； S1 A （2）当S1、S2都断开时，求灯泡L的实际功率。
[答案] S2 L （1）当S1、S2都闭合时，电阻R1与灯泡L并联接在电源两端 ∴电源电压U=UL=12 V
由欧姆定律得，电流表示数
I1?U1U12 V???0.6 A R1R120 ?（2）当S1、S2都断开时，灯泡L与电阻R2串联，电源电压不变
∵忽略灯泡电阻随温度的变化
∴RL?ReL2UeL? 12 V??24 ? ??6 WPeL图48
2电路的总电阻 R = RL + R2 = 24 Ω+16 Ω = 40 Ω
U12 V?0.3A 由欧姆定律得，电路中的电流 I2??R40 ?∴灯泡L的实际功率 PL?I2RL??0.3A??24??2.16W
22[说明] 试题通过开关的通断，使电路结构在串联和并联之间发生变换，考查串、并联电路电压、电流的特点，串联电路的电阻特点，欧姆定律，电功率公式的综合运用。
第（1）小题，要求学生在正确判断电路的连接情况下，利用并联电路电压特点和欧姆定律计算电流表的示数。属于中等题。
第（2）小题，要求学生知道通过开关的通断，电路已从并联变为串联，抓住电路变换后电源电压和灯泡电阻不变的特点，利用串联电路电阻、电流特点、欧姆定律、电功率公式综合计算灯泡的实际功率，属于难题。
【例47】某物理兴趣小组设计了一种预防校园踩踏事故的压力传感报警装置，当停留在楼梯弯道处的人流对地面的压力达到一定值时，电阻式报警器R0即发出报警信号，提醒学生注意安全，其工作电路如图49甲所示。在实验室进行模拟实验获得的相关信息如下：电源电压保持4.5 V不变，报警器R0的阻值恒为10 Ω，压敏电阻Rx随所受压力F的变化图像如图49乙所示，当电流表示数为0.3 A时，报警器R0开始发出报警信号。求报警器R0开始发出报警信号时：
（1）报警器R0的实际功率； （2）压敏电阻Rx的阻值；
学而不思则惘，思而不学则殆
（3）压敏电阻受到的压力F。 甲 乙 图49 [答案]
（1）由电功率公式和欧姆定律得，
2报警器R0的实际功率 P?I0R0?(0.3 A)2?10 ??0.9 W （2）R0与Rx串联，由欧姆定律得，
报警器R0两端的电压 U0?I0R0?0.3 ??10 ??3 V
压敏电阻Rx两端的电压 Ux?U?U0?4.5 V?3 V?1.5 V
U1.5 V压敏电阻Rx的阻值 Rx?x??5 ?
Ix0.3 ?（3）根据图像可知，当Rx=5 Ω时，踏板受到的压力F=10 N。
[说明] 试题以一种预防校园踩踏事故的压力传感报警装置为材料，考查串联电路、电功率、欧姆定律等知识的理解和综合运用以及对图像的理解与分析能力，同时渗透安全教育。
第（1）小题，要求学生运用电功率公式计算报警器R0的实际功率。属于中等题。
第（2）小题，要求学生综合运用欧姆定律和串联电路的电压关系，分析推理，计算电阻。属于难题。
第（3）小题，要求学生理解压敏电阻Rx随所受压力F的变化图像的物理意义，根据压敏电阻Rx的阻值，对照压敏电阻Rx随所受压力F的变化图像，判断压敏电阻受到的压力。属于中等题。
【例48】右表是某电水壶的铭牌。某次使用过程中，该电水壶把1.2 kg的水从25 ℃加热到100 ℃，消耗的电能为4.2×105 J。[c水 = 4.2×103 J／(kg·℃)]。求这次使用过程中：
（1）水吸收的热量；
电水壶 （2）该电水壶的效率η；
型号：SWF12PLA-150 （3）若此次加热时间为300 s，通过计算说明此过程电水壶是
最大容量：1.2 L 否正常工作。
额定电压：220 V [答案]
频率：50 Hz （1）水的温度变化 Δt = t2－t1 = 100 ℃－25 ℃ = 75 ℃
额定功率：1 500 W 水吸收的热量 Q吸 = cmΔt = 4.2×103 J／(kg·℃)×1.2 kg×75 ℃ = 3.78×105 J
Q吸3.78?105 J?100%??100%?90% （2）该电热水壶的效率 ??5W4.2?10 J（3）方法一：
W4.2?105 J?1.4?103 W < 1.5×103 W 电水壶实际电功率P??t300 s故此过程电水壶不是正常工作。 方法二：