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20. 在“测量小灯泡电功率”的实验中，电源电压为3 V，小灯泡额定电压为2.5 V。
(1) 小明同学连接电路时，开关应处于
(2) 小明连接好电路后，闭合开关，小灯泡立即发出明亮耀眼的光，并很快熄灭，小明的操作不当之处是：
(3) 排除故障后，闭合开关，移动滑动变阻器滑片P，并做好数据记录。小明根据多组实验数据绘的$U-I$图像如图15(b)所示，根据图像可得小灯泡的额定功率是
(4) 小明还发现图线在电流较小时是直线，随着电流增大，图线变成了一条曲线，灯泡的功率
(1) 小明同学连接电路时，开关应处于
断开
（选填“闭合”或“断开”）状态。小明已连接了部分电路，如图15(a)所示，要求向右移动滑动变阻器的滑片时，电路中的电流变小，应将电流表的负接线柱与滑动变阻器上的A
（选填“A”“B”“D”或“P”）点相连。(2) 小明连接好电路后，闭合开关，小灯泡立即发出明亮耀眼的光，并很快熄灭，小明的操作不当之处是：
滑动变阻器的滑片没有移到最大阻值处
；灯泡熄灭的同时，可观察到电压表的示数变大
（选填“变大”“不变”或“变小”）。(3) 排除故障后，闭合开关，移动滑动变阻器滑片P，并做好数据记录。小明根据多组实验数据绘的$U-I$图像如图15(b)所示，根据图像可得小灯泡的额定功率是
0.5
W，此时小灯泡的电阻是12.5
Ω。(4) 小明还发现图线在电流较小时是直线，随着电流增大，图线变成了一条曲线，灯泡的功率
增大
（选填“增大”“不变”或“减小”）。答案
20.（1）断开 A （2）滑动变阻器的滑片没有移到最大阻值处 变大 （3）0.5 12.5 （4）增大
解析
【分析】
本题围绕“测量小灯泡电功率”实验展开，需掌握实验操作规范、滑动变阻器使用、电路故障判断及U-I图像的应用。
（1）连接电路时开关需断开，滑动变阻器要通过改变接入电阻控制电流，根据电流变化要求确定接线柱；
（2）灯泡过亮熄灭是滑动变阻器未调至最大阻值，故障后电压表的变化需结合电路结构分析；
（3）额定功率是额定电压下的功率，从图像找对应电流计算；
（4）灯泡功率由UI乘积决定，结合图像分析变化。
【解析】
（1）连接电路时，为防止短路损坏元件，开关应处于断开状态；要求向右移动滑片电流变小，需增大滑动变阻器接入电阻，滑动变阻器接A接线柱时，滑片右移接入电阻变大，因此电流表负接线柱与A点相连。
（2）闭合开关后灯泡过亮熄灭，是因为滑动变阻器滑片未移到最大阻值处，导致电流过大烧坏灯泡；灯泡断路后，电压表串联测电源电压，示数变大。
（3）小灯泡额定电压为2.5V，从U-I图像得对应电流为0.2A，额定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；此时电阻R=U/I=2.5V/0.2A=12.5Ω。
（4）灯泡功率P=UI，电流增大时电压也增大，故功率增大。
【答案】
（1）断开；A （2）滑动变阻器的滑片没有移到最大阻值处；变大 （3）0.5；12.5 （4）增大
【知识点】
测量小灯泡电功率、滑动变阻器使用、U-I图像应用
【点评】
本题是电学实验典型题，涵盖实验操作、故障分析、图像计算等核心考点，需掌握滑动变阻器规则、电路故障判断及电功率计算，难度适中。
【难度系数】
0.3
本题围绕“测量小灯泡电功率”实验展开，需掌握实验操作规范、滑动变阻器使用、电路故障判断及U-I图像的应用。
（1）连接电路时开关需断开，滑动变阻器要通过改变接入电阻控制电流，根据电流变化要求确定接线柱；
（2）灯泡过亮熄灭是滑动变阻器未调至最大阻值，故障后电压表的变化需结合电路结构分析；
（3）额定功率是额定电压下的功率，从图像找对应电流计算；
（4）灯泡功率由UI乘积决定，结合图像分析变化。
【解析】
（1）连接电路时，为防止短路损坏元件，开关应处于断开状态；要求向右移动滑片电流变小，需增大滑动变阻器接入电阻，滑动变阻器接A接线柱时，滑片右移接入电阻变大，因此电流表负接线柱与A点相连。
（2）闭合开关后灯泡过亮熄灭，是因为滑动变阻器滑片未移到最大阻值处，导致电流过大烧坏灯泡；灯泡断路后，电压表串联测电源电压，示数变大。
（3）小灯泡额定电压为2.5V，从U-I图像得对应电流为0.2A，额定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；此时电阻R=U/I=2.5V/0.2A=12.5Ω。
（4）灯泡功率P=UI，电流增大时电压也增大，故功率增大。
【答案】
（1）断开；A （2）滑动变阻器的滑片没有移到最大阻值处；变大 （3）0.5；12.5 （4）增大
【知识点】
测量小灯泡电功率、滑动变阻器使用、U-I图像应用
【点评】
本题是电学实验典型题，涵盖实验操作、故障分析、图像计算等核心考点，需掌握滑动变阻器规则、电路故障判断及电功率计算，难度适中。
【难度系数】
0.3
21. 食物也是一种“燃料”，当我们吃下食物后，经过消化系统的分解和吸收，食物中的营养物质被吸收进入人体，其中碳水化合物、蛋白质和脂肪等营养物质会被氧化，产生能量。这些能量一部分被用于维持身体的基本生命活动，一部分被用于转化成热量，以维持体温。人体摄入的能量（营养师常称之为热量）过多或过少，都有损于健康。
（1）某种食品，每100 g可提供的能量约为$2.1× 10^{6}\ \mathrm{J}$，假设这些能量全部被质量为5 kg、温度为$20°\mathrm{C}$的水吸收，可使这些水的温度升高到多少摄氏度？$[c_{\mathrm{水}}=4.2× 10^{3}\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°\mathrm{C})]$
（2）如果上述这些能量全部用于克服重力做功，则能把100 kg的物体提升多少米？（g取10 N/kg）
（1）某种食品，每100 g可提供的能量约为$2.1× 10^{6}\ \mathrm{J}$，假设这些能量全部被质量为5 kg、温度为$20°\mathrm{C}$的水吸收，可使这些水的温度升高到多少摄氏度？$[c_{\mathrm{水}}=4.2× 10^{3}\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°\mathrm{C})]$
（2）如果上述这些能量全部用于克服重力做功，则能把100 kg的物体提升多少米？（g取10 N/kg）
答案
21.（1）每100 g这种食品可提供的能量约为$2.1×10^6$ J，假设这些能量全部被水吸收，则$Q_吸=2.1×10^6$ J；根据公式$Q_吸=cmΔt$，则水升高的温度为 $Δt=\frac{Q_吸}{c_水m}=\frac{2.1×10^6\ \mathrm{J}}{5\ \mathrm{kg}×4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}}=100℃$，$20℃+100℃＞100℃$，此时大气压为1个标准大气压，故最高温度只能达到100℃ （2）如果上述能量全部用于克服重力做功，则$W=2.1×10^6$ J，根据$W=Gh=mgh$，得：$h=\frac{W}{mg}=\frac{2.1×10^6\ \mathrm{J}}{100\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}}=2100\ \mathrm{m}$
解析
【分析】
本题为物理知识在生活中的应用，分两小问考查公式运用。第（1）问需利用热量计算公式，结合水的比热容、质量和吸收的能量计算温度变化，同时要考虑标准大气压下水的沸点限制；第（2）问利用克服重力做功的公式，通过能量与功的等量关系计算提升高度。解题时需明确物理量对应关系，注意单位统一和隐含条件。
【解析】
（1）食品提供的能量全部被水吸收，故水吸收的热量$Q_吸 = 2.1×10^6\ \mathrm{J}$。根据热量公式$Q_吸 = c_水 m Δt$，水升高的温度：
$Δt = \frac{Q_吸}{c_水 m} = \frac{2.1×10^6\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} × 5\ \mathrm{kg}} = 100℃$。
初始水温20℃，若升高100℃则末温为120℃，但1个标准大气压下水的沸点为100℃，水沸腾时温度不变，故水的温度最高升高到100℃。
（2）能量全部用于克服重力做功，即$W = 2.1×10^6\ \mathrm{J}$。根据克服重力做功公式$W = mgh$，提升高度：
$h = \frac{W}{mg} = \frac{2.1×10^6\ \mathrm{J}}{100\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg}} = 2100\ \mathrm{m}$。
【答案】
（1）100℃；（2）2100 m
【知识点】
热量的计算、功的计算、沸点与气压的关系
【点评】
本题结合生活场景考查基础公式应用，需注意隐含条件（标准大气压下水的沸点），侧重公式的灵活运用，整体难度适中。
【难度系数】
0.6
本题为物理知识在生活中的应用，分两小问考查公式运用。第（1）问需利用热量计算公式，结合水的比热容、质量和吸收的能量计算温度变化，同时要考虑标准大气压下水的沸点限制；第（2）问利用克服重力做功的公式，通过能量与功的等量关系计算提升高度。解题时需明确物理量对应关系，注意单位统一和隐含条件。
【解析】
（1）食品提供的能量全部被水吸收，故水吸收的热量$Q_吸 = 2.1×10^6\ \mathrm{J}$。根据热量公式$Q_吸 = c_水 m Δt$，水升高的温度：
$Δt = \frac{Q_吸}{c_水 m} = \frac{2.1×10^6\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} × 5\ \mathrm{kg}} = 100℃$。
初始水温20℃，若升高100℃则末温为120℃，但1个标准大气压下水的沸点为100℃，水沸腾时温度不变，故水的温度最高升高到100℃。
（2）能量全部用于克服重力做功，即$W = 2.1×10^6\ \mathrm{J}$。根据克服重力做功公式$W = mgh$，提升高度：
$h = \frac{W}{mg} = \frac{2.1×10^6\ \mathrm{J}}{100\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg}} = 2100\ \mathrm{m}$。
【答案】
（1）100℃；（2）2100 m
【知识点】
热量的计算、功的计算、沸点与气压的关系
【点评】
本题结合生活场景考查基础公式应用，需注意隐含条件（标准大气压下水的沸点），侧重公式的灵活运用，整体难度适中。
【难度系数】
0.6
