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3.(2024·成都)小张想设计一个有“低温”“中温”和“高温”三个挡位的电加热器，其电路图如图所示，电源电压为220 V，$R_1$、$R_2$是电热丝，开关S接触相邻的两个触点。她准备了三根电热丝，$R_1 = 242\ \Omega$，另外两根电热丝的阻值分别是121 Ω和242 Ω，$R_2$该选取阻值为
242
Ω的电热丝。开关S接触“1”“2”两个触点时，通电1 min，电流产生的热量是$1.2×10^4$
J。答案
242 $1.2×10^4$
解析
【分析】
要解决本题，需先分析开关S接触不同触点时的电路连接方式，结合电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$（电压一定时，电阻越大，功率越小）确定电热丝阻值，再利用电热公式计算电流产生的热量。首先明确三个挡位对应的电路：开关接触相邻触点时，分别对应仅$R_1$工作、仅$R_2$工作、$R_1$与$R_2$并联，形成三个挡位；结合题目给出的$R_1$阻值和可选电热丝，再通过热量计算结果确定$R_2$的阻值，最后代入公式计算接触“1”“2”时的热量。
【解析】
1. 确定$R_2$的阻值：
电加热器的三个挡位对应不同电阻连接：开关S接触“1”“2”时，只有$R_1$接入；接触“2”“3”时，只有$R_2$接入；接触“3”“4”时，$R_1$与$R_2$并联，总电阻最小，功率最大（高温挡）。已知$R_1=242\ \Omega$，可选电热丝为121Ω和242Ω，结合题目挡位设计要求，$R_2$应选取242Ω（此时$R_1$与$R_2$阻值相同，并联后总电阻为121Ω，功率为单个电阻的2倍，形成三个不同功率的挡位）。
2. 计算开关S接触“1”“2”时产生的热量：
当开关S接触“1”“2”时，只有$R_1$工作，电流产生的热量等于消耗的电能，即$Q=W=\frac{U^2t}{R_1}$。
代入数据：$U=220\ \mathrm{V}$，$t=1\ \mathrm{min}=60\ \mathrm{s}$，$R_1=242\ \Omega$，
则$Q=\frac{(220\ \mathrm{V})^2×60\ \mathrm{s}}{242\ \Omega}=\frac{48400×60}{242}\ \mathrm{J}=12000\ \mathrm{J}=1.2×10^4\ \mathrm{J}$。
【答案】
242；$1.2×10^4$
【知识点】
电功率、电热计算、电路连接
【点评】
本题结合电加热器挡位设计，考查电路分析与电热公式的应用，关键是明确不同开关位置对应的电路结构，难度适中，属于中等难度的电学应用题。
【难度系数】
0.5
要解决本题，需先分析开关S接触不同触点时的电路连接方式，结合电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$（电压一定时，电阻越大，功率越小）确定电热丝阻值，再利用电热公式计算电流产生的热量。首先明确三个挡位对应的电路：开关接触相邻触点时，分别对应仅$R_1$工作、仅$R_2$工作、$R_1$与$R_2$并联，形成三个挡位；结合题目给出的$R_1$阻值和可选电热丝，再通过热量计算结果确定$R_2$的阻值，最后代入公式计算接触“1”“2”时的热量。
【解析】
1. 确定$R_2$的阻值：
电加热器的三个挡位对应不同电阻连接：开关S接触“1”“2”时，只有$R_1$接入；接触“2”“3”时，只有$R_2$接入；接触“3”“4”时，$R_1$与$R_2$并联，总电阻最小，功率最大（高温挡）。已知$R_1=242\ \Omega$，可选电热丝为121Ω和242Ω，结合题目挡位设计要求，$R_2$应选取242Ω（此时$R_1$与$R_2$阻值相同，并联后总电阻为121Ω，功率为单个电阻的2倍，形成三个不同功率的挡位）。
2. 计算开关S接触“1”“2”时产生的热量：
当开关S接触“1”“2”时，只有$R_1$工作，电流产生的热量等于消耗的电能，即$Q=W=\frac{U^2t}{R_1}$。
代入数据：$U=220\ \mathrm{V}$，$t=1\ \mathrm{min}=60\ \mathrm{s}$，$R_1=242\ \Omega$，
则$Q=\frac{(220\ \mathrm{V})^2×60\ \mathrm{s}}{242\ \Omega}=\frac{48400×60}{242}\ \mathrm{J}=12000\ \mathrm{J}=1.2×10^4\ \mathrm{J}$。
【答案】
242；$1.2×10^4$
【知识点】
电功率、电热计算、电路连接
【点评】
本题结合电加热器挡位设计，考查电路分析与电热公式的应用，关键是明确不同开关位置对应的电路结构，难度适中，属于中等难度的电学应用题。
【难度系数】
0.5
4.(2026·湖北)某款眼部护理仪有润眼、低热润眼和高热润眼三种模式,其等效电路如图:润眼功能由$S_1$控制电机M实现,加热功能由单刀双掷开关$S_2$连接不同电阻实现。若$R_1＞R_2$,要实现高热润眼功能,应使(
A.$S_1$断开,$S_2$与触点a接触
B.$S_1$断开,$S_2$与触点b接触
C.$S_1$闭合,$S_2$与触点a接触
D.$S_1$闭合,$S_2$与触点b接触
D
)A.$S_1$断开,$S_2$与触点a接触
B.$S_1$断开,$S_2$与触点b接触
C.$S_1$闭合,$S_2$与触点a接触
D.$S_1$闭合,$S_2$与触点b接触
答案
D
解析
【分析】要实现“高热润眼”功能，需同时满足两个条件：一是润眼功能（电机M工作），二是加热功率最大。首先明确开关作用：S₁控制电机M，润眼需S₁闭合；加热功率由电阻R₁、R₂提供，电源电压不变，根据电功率规律，电压一定时，电阻越小，加热功率越大，已知R₁＞R₂，所以选电阻更小的R₂，即S₂需与触点b接触。结合选项逐一判断是否满足两个条件即可得出答案。
【解析】
1. 润眼功能的实现：润眼由S₁控制电机M，因此要实现润眼，必须闭合S₁，排除S₁断开的A、B选项；
2. 高热加热的实现：电源电压U不变，根据电功率公式P=U²/R，电压一定时，电阻越小，加热功率越大。已知R₁＞R₂，所以R₂的加热功率更大，要实现高热，需选择R₂，即S₂与触点b接触，排除S₂接a的C选项；
综上，只有D选项（S₁闭合，S₂与触点b接触）满足“高热润眼”的要求。
【答案】D
【知识点】电功率、电路工作状态
【点评】本题结合实际生活中的眼部护理仪，考查电路开关的作用和电功率公式的应用，需明确各功能对应的电路元件工作情况，注重理论联系实际，难度适中。
【难度系数】0.5
【解析】
1. 润眼功能的实现：润眼由S₁控制电机M，因此要实现润眼，必须闭合S₁，排除S₁断开的A、B选项；
2. 高热加热的实现：电源电压U不变，根据电功率公式P=U²/R，电压一定时，电阻越小，加热功率越大。已知R₁＞R₂，所以R₂的加热功率更大，要实现高热，需选择R₂，即S₂与触点b接触，排除S₂接a的C选项；
综上，只有D选项（S₁闭合，S₂与触点b接触）满足“高热润眼”的要求。
【答案】D
【知识点】电功率、电路工作状态
【点评】本题结合实际生活中的眼部护理仪，考查电路开关的作用和电功率公式的应用，需明确各功能对应的电路元件工作情况，注重理论联系实际，难度适中。
【难度系数】0.5
5.(2024·西藏)如图甲所示电路,电源电压保持不变。闭合开关S,将滑动变阻器的滑片由最右端向左端移动的过程中,电压表与电流表示数的变化关系如图乙所示。下列选项正确的是 (
A.电源电压为12 V
B.电路的最小功率为1.4 W
C.电压表与电流表对应的示数之比变大
D.电路中,电流的最大值与最小值之比为5:1
B
)A.电源电压为12 V
B.电路的最小功率为1.4 W
C.电压表与电流表对应的示数之比变大
D.电路中,电流的最大值与最小值之比为5:1
答案
B
解析
【分析】首先明确电路结构：定值电阻$R_1$与滑动变阻器$R_2$串联，电流表测电路电流，电压表测$R_2$两端电压。根据串联电路电压规律，电源电压等于$R_1$两端电压与$R_2$两端电压之和，即$U_{总}=IR_1 + U_2$。从图乙中选取两组电流和对应的$R_2$电压值，联立方程可求出电源电压和定值电阻$R_1$的阻值，再结合欧姆定律、电功率公式逐一分析各选项。
【解析】设电源电压为$U$，定值电阻$R_1$的阻值为$R_1$。
当电路电流$I_1=0.1A$时，$R_2$两端电压$U_{21}=12V$，根据串联电路电压规律：
$U = I_1R_1 + U_{21}$ → $U = 0.1R_1 + 12$ ①
当电路电流$I_2=0.5A$时，$R_2$两端电压$U_{22}=4V$，同理：
$U = I_2R_1 + U_{22}$ → $U = 0.5R_1 + 4$ ②
联立①②，解得：$0.1R_1 +12 =0.5R_1 +4$ → $0.4R_1=8$ → $R_1=20Ω$，代入①得$U=0.1×20 +12=14V$。
选项A：电源电压为12V，与计算结果14V不符，错误。
选项B：电路功率$P=UI$，电源电压不变，电流越小功率越小，最小电流为0.1A，故最小功率$P_{最小}=U×I_{最小}=14V×0.1A=1.4W$，正确。
选项C：电压表与电流表示数之比为$R_2$的阻值（$R_2=U_2/I$），滑片左移时$R_2$接入电阻变小，该比值变小，错误。
选项D：电流最大值为$R_2=0$时的电流，$I_{最大}=U/R_1=14V/20Ω=0.7A$，最小值为0.1A，比值为$0.7:0.1=7:1≠5:1$，错误。
【答案】B
【知识点】串联电路电压规律、欧姆定律、电功率计算
【点评】本题结合U-I图像考查串联电路的欧姆定律应用，关键是利用串联电压关系求出电源电压和定值电阻阻值，需准确分析电路中电流、电压的变化规律，逐一判断选项。
【难度系数】0.5
【解析】设电源电压为$U$，定值电阻$R_1$的阻值为$R_1$。
当电路电流$I_1=0.1A$时，$R_2$两端电压$U_{21}=12V$，根据串联电路电压规律：
$U = I_1R_1 + U_{21}$ → $U = 0.1R_1 + 12$ ①
当电路电流$I_2=0.5A$时，$R_2$两端电压$U_{22}=4V$，同理：
$U = I_2R_1 + U_{22}$ → $U = 0.5R_1 + 4$ ②
联立①②，解得：$0.1R_1 +12 =0.5R_1 +4$ → $0.4R_1=8$ → $R_1=20Ω$，代入①得$U=0.1×20 +12=14V$。
选项A：电源电压为12V，与计算结果14V不符，错误。
选项B：电路功率$P=UI$，电源电压不变，电流越小功率越小，最小电流为0.1A，故最小功率$P_{最小}=U×I_{最小}=14V×0.1A=1.4W$，正确。
选项C：电压表与电流表示数之比为$R_2$的阻值（$R_2=U_2/I$），滑片左移时$R_2$接入电阻变小，该比值变小，错误。
选项D：电流最大值为$R_2=0$时的电流，$I_{最大}=U/R_1=14V/20Ω=0.7A$，最小值为0.1A，比值为$0.7:0.1=7:1≠5:1$，错误。
【答案】B
【知识点】串联电路电压规律、欧姆定律、电功率计算
【点评】本题结合U-I图像考查串联电路的欧姆定律应用，关键是利用串联电压关系求出电源电压和定值电阻阻值，需准确分析电路中电流、电压的变化规律，逐一判断选项。
【难度系数】0.5
6.(2024·济南)如图所示,是“220 V 15 W”的LED灯和“220 V 15 W”的白炽灯正常工作时将电能转化为内能和光能的占比图。当两灯均正常工作时,下列说法正确的是 (
A.灯两端的实际电压:LED灯低于白炽灯
B.相同时间产生的内能:LED灯多于白炽灯
C.相同时间消耗的电能:LED灯少于白炽灯
D.电能转化为光能的效率:LED灯高于白炽灯
D
)A.灯两端的实际电压:LED灯低于白炽灯
B.相同时间产生的内能:LED灯多于白炽灯
C.相同时间消耗的电能:LED灯少于白炽灯
D.电能转化为光能的效率:LED灯高于白炽灯
答案
D
解析
【分析】
要解决这道题，需先明确两灯正常工作时的电压、功率特点，再结合能量转化占比分析各选项：两灯均正常工作时，实际电压等于额定电压，实际功率等于额定功率；相同时间内消耗的电能由W=Pt判断，内能和光能的量由总电能乘以对应占比计算，光能效率为光能占总电能的比例。
【解析】
两灯均正常工作，因此：
1. 选项A：两灯额定电压均为220V，正常工作时实际电压等于额定电压，故LED灯和白炽灯两端实际电压相等，A错误；
2. 选项C：两灯额定功率均为15W，正常工作时实际功率P相同，根据W=Pt，相同时间t内，消耗的电能W相同，C错误；
3. 选项B：相同时间内，两灯消耗电能W相同，LED灯内能占比10%，白炽灯内能占比80%，则产生的内能Q内=W×占比，因此LED灯产生的内能少于白炽灯，B错误；
4. 选项D：电能转化为光能的效率η=（光能/总电能）×100%，LED灯光能占比90%，白炽灯光能占比20%，故LED灯的光能效率更高，D正确。
【答案】
D
【知识点】
电能转化效率、电功率
【点评】
本题结合能量占比饼图，考查额定功率、实际功率及能量转化效率的应用，核心是掌握正常工作时的电压、功率规律，再结合占比分析各选项，难度适中。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需先明确两灯正常工作时的电压、功率特点，再结合能量转化占比分析各选项：两灯均正常工作时，实际电压等于额定电压，实际功率等于额定功率；相同时间内消耗的电能由W=Pt判断，内能和光能的量由总电能乘以对应占比计算，光能效率为光能占总电能的比例。
【解析】
两灯均正常工作，因此：
1. 选项A：两灯额定电压均为220V，正常工作时实际电压等于额定电压，故LED灯和白炽灯两端实际电压相等，A错误；
2. 选项C：两灯额定功率均为15W，正常工作时实际功率P相同，根据W=Pt，相同时间t内，消耗的电能W相同，C错误；
3. 选项B：相同时间内，两灯消耗电能W相同，LED灯内能占比10%，白炽灯内能占比80%，则产生的内能Q内=W×占比，因此LED灯产生的内能少于白炽灯，B错误；
4. 选项D：电能转化为光能的效率η=（光能/总电能）×100%，LED灯光能占比90%，白炽灯光能占比20%，故LED灯的光能效率更高，D正确。
【答案】
D
【知识点】
电能转化效率、电功率
【点评】
本题结合能量占比饼图，考查额定功率、实际功率及能量转化效率的应用，核心是掌握正常工作时的电压、功率规律，再结合占比分析各选项，难度适中。
【难度系数】
0.6
7.(2024·牡丹江)小江发现家里不同房间的灯亮度不同,猜想可能与灯泡的电功率有关。他找来若干节新干电池、开关、滑动变阻器、电流表、电压表、同一规格的导线若干,测量额定电压为2.5 V小灯泡的功率。
(1)小江选择两节新干电池进行实验,连接的实物电路如图甲所示,请在方框内画出对应的电路图。
(2)闭合开关后,移动滑动变阻器的滑片,使电压表的示数为2 V,读出电流表示数,将数据记入表格。继续移动滑片,即使将滑片移动到阻值最小的位置,小灯泡两端电压也无法达到2.5 V,解决的办法是
(3)问题解决后,移动滑动变阻器的滑片,使小灯泡两端电压达到2.5 V。如图乙所示,此时电流表的示数为
(4)继续移动滑动变阻器的滑片,使小灯泡两端电压为2.9 V,读出电流表示数,将数据记入表格。如下表所示,小江设计的表格不足之处是
(5)实验表明小灯泡的亮度由
(1)小江选择两节新干电池进行实验,连接的实物电路如图甲所示,请在方框内画出对应的电路图。
(2)闭合开关后,移动滑动变阻器的滑片,使电压表的示数为2 V,读出电流表示数,将数据记入表格。继续移动滑片,即使将滑片移动到阻值最小的位置,小灯泡两端电压也无法达到2.5 V,解决的办法是
加一节新的干电池
。(3)问题解决后,移动滑动变阻器的滑片,使小灯泡两端电压达到2.5 V。如图乙所示,此时电流表的示数为
0.3
A,小灯泡的额定功率为0.75
W。(4)继续移动滑动变阻器的滑片,使小灯泡两端电压为2.9 V,读出电流表示数,将数据记入表格。如下表所示,小江设计的表格不足之处是
测量的物理量没有单位
。(5)实验表明小灯泡的亮度由
实际功率
决定。答案
(1)
(2)加一节新的干电池
(3)0.3 0.75
(4)测量的物理量没有单位
(5)实际功率
解析
【分析】
1. 第(1)问：需根据实物图的串联连接方式，明确电流表测电路电流、电压表测灯泡两端电压，据此画出对应电路图；
2. 第(2)问：两节新干电池总电压为3V，当滑动变阻器接入阻值最小时，灯泡两端电压仍达不到额定电压2.5V，说明电源电压不足，需增加电源电压；
3. 第(3)问：电流表读数先确定量程和分度值，再读取示数，额定功率利用公式$P=UI$计算；
4. 第(4)问：实验表格中记录的物理量需标注单位，否则数据不完整；
5. 第(5)问：通过实验中灯泡亮度与实际功率的对应关系，得出亮度的决定因素。
【解析】
(1) 实物图中，电源、开关、电流表、滑动变阻器、灯泡依次串联，电压表并联在灯泡两端，据此画出电路图（对应参考答案的）；
(2) 两节新干电池总电压为$1.5V×2=3V$，当滑动变阻器滑片移到阻值最小处时，灯泡两端电压仍不足2.5V，说明电源电压不够，解决办法是加一节新的干电池，提升电源电压；
(3) 电流表选用0~0.6A量程，分度值为0.02A，示数为0.3A；小灯泡额定功率$P=U_{额}I_{额}=2.5V×0.3A=0.75W$；
(4) 表格中记录的电压、电流、功率等测量物理量均未标注单位，这是表格设计的不足之处；
(5) 实验中，小灯泡两端电压不同，实际功率不同，亮度不同，因此小灯泡的亮度由实际功率决定。
【答案】
(1) (2)加一节新的干电池 (3)0.3；0.75 (4)测量的物理量没有单位 (5)实际功率
【知识点】
测量小灯泡电功率、电路连接、实际功率
【点评】
本题为电学基础实验题，围绕测量小灯泡电功率的核心实验，考查电路图绘制、实验操作、数据处理、表格设计及实验结论，注重对实验细节的理解，是初中电学的重点内容。
【难度系数】
0.6
1. 第(1)问：需根据实物图的串联连接方式，明确电流表测电路电流、电压表测灯泡两端电压，据此画出对应电路图；
2. 第(2)问：两节新干电池总电压为3V，当滑动变阻器接入阻值最小时，灯泡两端电压仍达不到额定电压2.5V，说明电源电压不足，需增加电源电压；
3. 第(3)问：电流表读数先确定量程和分度值，再读取示数，额定功率利用公式$P=UI$计算；
4. 第(4)问：实验表格中记录的物理量需标注单位，否则数据不完整；
5. 第(5)问：通过实验中灯泡亮度与实际功率的对应关系，得出亮度的决定因素。
【解析】
(1) 实物图中，电源、开关、电流表、滑动变阻器、灯泡依次串联，电压表并联在灯泡两端，据此画出电路图（对应参考答案的
）；(2) 两节新干电池总电压为$1.5V×2=3V$，当滑动变阻器滑片移到阻值最小处时，灯泡两端电压仍不足2.5V，说明电源电压不够，解决办法是加一节新的干电池，提升电源电压；
(3) 电流表选用0~0.6A量程，分度值为0.02A，示数为0.3A；小灯泡额定功率$P=U_{额}I_{额}=2.5V×0.3A=0.75W$；
(4) 表格中记录的电压、电流、功率等测量物理量均未标注单位，这是表格设计的不足之处；
(5) 实验中，小灯泡两端电压不同，实际功率不同，亮度不同，因此小灯泡的亮度由实际功率决定。
【答案】
(1)
(2)加一节新的干电池 (3)0.3；0.75 (4)测量的物理量没有单位 (5)实际功率【知识点】
测量小灯泡电功率、电路连接、实际功率
【点评】
本题为电学基础实验题，围绕测量小灯泡电功率的核心实验，考查电路图绘制、实验操作、数据处理、表格设计及实验结论，注重对实验细节的理解，是初中电学的重点内容。
【难度系数】
0.6
