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14. 在3D打印笔中装入塑料条，接通电源，等待一段时间后即可挤出热熔的塑料，塑料在空气中迅速冷却，变成特定的形态(如图甲)。其内部电路如图乙所示，$R_1$、$R_2$是相同的PTC发热电阻。单个PTC的电阻与温度的关系如图丙所示。
(1)打印笔工作时，PTC电阻发热，塑料受热会逐渐变软变稀。可见，塑料
(2)打印笔工作有快、慢两挡。快挡打印时，图中开关$S_1$应处于
(3)打印笔正常工作时的温度能自动稳定在$250\ ° C$左右，结合图丙信息，说明理由。
(1)打印笔工作时，PTC电阻发热，塑料受热会逐渐变软变稀。可见，塑料
不是
(选填“是”或“不是”)晶体。(2)打印笔工作有快、慢两挡。快挡打印时，图中开关$S_1$应处于
闭合
状态，若此时温度为$250\ ° C$，打印笔的电功率是80 W
。(3)打印笔正常工作时的温度能自动稳定在$250\ ° C$左右，结合图丙信息，说明理由。
答案
不是
闭合
80W
由图丙可知，当温度超过250℃时，电阻增大，根据$P=\frac{U^{2}}{R}$可知，功率减小，产热减慢，则温度下降；当温度低于250℃时，电阻减小，功率增大，产热加快，温度上升，因此，打印笔正常工作时的温度能自动稳定在250℃左右。
闭合
80W
由图丙可知，当温度超过250℃时，电阻增大，根据$P=\frac{U^{2}}{R}$可知，功率减小，产热减慢，则温度下降；当温度低于250℃时，电阻减小，功率增大，产热加快，温度上升，因此，打印笔正常工作时的温度能自动稳定在250℃左右。
解析
【解析】
(1) 晶体有固定的熔点，塑料受热逐渐变软变稀，没有固定的熔化温度，因此塑料不是晶体。
(2) 由$P=\frac{U^2}{R}$可知，电源电压一定时，总电阻越小，总功率越大，打印速度越快。闭合开关$S_1$、$S_2$时，$R_1$与$R_2$并联，总电阻最小，为快挡；当温度为$250° C$时，单个PTC电阻为$1210\Omega$，并联总电阻$R_{总}=\frac{1210\Omega}{2}=605\Omega$，则打印笔的电功率$P=\frac{U^2}{R_{总}}=\frac{(220V)^2}{605\Omega}=80W$。
(3) 由图丙可知，当温度超过$250° C$时，PTC电阻增大，根据$P=\frac{U^2}{R}$，功率减小，产热减慢，温度下降；当温度低于$250° C$时，PTC电阻减小，功率增大，产热加快，温度上升，因此打印笔正常工作时的温度能自动稳定在$250° C$左右。
【答案】
(1) 不是
(2) 闭合；80W
(3) 当温度超过250℃时，电阻增大，功率减小，产热减慢，温度下降；当温度低于250℃时，电阻减小，功率增大，产热加快，温度上升，因此温度能自动稳定在250℃左右。
【知识点】
晶体熔化特点、电功率计算、PTC电阻特性
【点评】
本题结合3D打印笔的实际应用，综合考查热学和电学知识，需结合图像分析电阻与温度的关系，进而分析功率和温度的变化，体现了物理与生活的联系。
【难度系数】
0.6
(1) 晶体有固定的熔点，塑料受热逐渐变软变稀，没有固定的熔化温度，因此塑料不是晶体。
(2) 由$P=\frac{U^2}{R}$可知，电源电压一定时，总电阻越小，总功率越大，打印速度越快。闭合开关$S_1$、$S_2$时，$R_1$与$R_2$并联，总电阻最小，为快挡；当温度为$250° C$时，单个PTC电阻为$1210\Omega$，并联总电阻$R_{总}=\frac{1210\Omega}{2}=605\Omega$，则打印笔的电功率$P=\frac{U^2}{R_{总}}=\frac{(220V)^2}{605\Omega}=80W$。
(3) 由图丙可知，当温度超过$250° C$时，PTC电阻增大，根据$P=\frac{U^2}{R}$，功率减小，产热减慢，温度下降；当温度低于$250° C$时，PTC电阻减小，功率增大，产热加快，温度上升，因此打印笔正常工作时的温度能自动稳定在$250° C$左右。
【答案】
(1) 不是
(2) 闭合；80W
(3) 当温度超过250℃时，电阻增大，功率减小，产热减慢，温度下降；当温度低于250℃时，电阻减小，功率增大，产热加快，温度上升，因此温度能自动稳定在250℃左右。
【知识点】
晶体熔化特点、电功率计算、PTC电阻特性
【点评】
本题结合3D打印笔的实际应用，综合考查热学和电学知识，需结合图像分析电阻与温度的关系，进而分析功率和温度的变化，体现了物理与生活的联系。
【难度系数】
0.6
15. 如图所示，一款电保温杯垫，能使放置其上的杯内的水温度保持在$55\ ° C$左右，功率为$16 W$。把质量为$200 g$、初温为$51\ ° C$的水倒入杯中保温，$5 min$后升高到$55\ ° C$。已知$c_水 = 4.2×10^3 J/(kg· ° C)$。这段时间内，水吸收的热量为
3.36×$10^3$
$ J$，杯垫消耗的电能为4.8×$10^3$
$ J$，杯垫给水加热的效率为70%
。答案
3360
4800
70%
4800
70%
解析
【解析】
1. 计算水吸收的热量：
已知水的质量$m=200g=0.2kg$，温度变化$\Delta t=55° C - 51° C=4° C$，根据吸热公式$Q_{吸}=c_{水}m\Delta t$，代入数据得：
$Q_{吸}=4.2×10^3 J/(kg·° C)×0.2kg×4° C=3360J$。
2. 计算杯垫消耗的电能：
已知杯垫功率$P=16W$，工作时间$t=5min=300s$，根据电功公式$W=Pt$，代入数据得：
$W=16W×300s=4800J$。
3. 计算杯垫给水加热的效率：
根据效率公式$\eta=\frac{Q_{吸}}{W}×100\%$，代入数据得：
$\eta=\frac{3360J}{4800J}×100\%=70\%$。
【答案】
3360；4800；70%
【知识点】
热量的计算；电功的计算；热效率计算
【点评】
本题考查了吸热公式、电功公式和效率公式的应用，属于基础题，解题时注意单位的统一。
【难度系数】
0.7
1. 计算水吸收的热量：
已知水的质量$m=200g=0.2kg$，温度变化$\Delta t=55° C - 51° C=4° C$，根据吸热公式$Q_{吸}=c_{水}m\Delta t$，代入数据得：
$Q_{吸}=4.2×10^3 J/(kg·° C)×0.2kg×4° C=3360J$。
2. 计算杯垫消耗的电能：
已知杯垫功率$P=16W$，工作时间$t=5min=300s$，根据电功公式$W=Pt$，代入数据得：
$W=16W×300s=4800J$。
3. 计算杯垫给水加热的效率：
根据效率公式$\eta=\frac{Q_{吸}}{W}×100\%$，代入数据得：
$\eta=\frac{3360J}{4800J}×100\%=70\%$。
【答案】
3360；4800；70%
【知识点】
热量的计算；电功的计算；热效率计算
【点评】
本题考查了吸热公式、电功公式和效率公式的应用，属于基础题，解题时注意单位的统一。
【难度系数】
0.7
16. 如图甲，某物理兴趣小组在做“测量小灯泡的电功率”实验时，选取的电源为三节新干电池，小灯泡额定电压为$2.5 V$。
(1)电路连接完成后，闭合开关，他们发现小灯泡不亮，电压表没有示数，电流表指针有明显的偏转，他们分析电路故障可能是
A. 小灯泡断路
B. 小灯泡短路
C. 滑动变阻器断路
(2)故障排除后，重新闭合开关，移动滑动变阻器滑片P到某一位置时，电压表的示数如图乙所示，此时小灯泡两端电压为
(3)在(2)的基础上，若要使小灯泡正常发光，他们应将图甲中滑片P向
(4)他们移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成如图丙所示的图像，根据图像信息，小灯泡的额定功率是
(5)一位小组成员将图甲中的小灯泡更换成定值电阻，电路其他部分不改变，他还可以完成的探究实验是
A. 探究电流与电阻的关系
B. 探究电流与电压的关系
C. 探究电流产生的热量与电阻的关系
(1)电路连接完成后，闭合开关，他们发现小灯泡不亮，电压表没有示数，电流表指针有明显的偏转，他们分析电路故障可能是
B
。A. 小灯泡断路
B. 小灯泡短路
C. 滑动变阻器断路
(2)故障排除后，重新闭合开关，移动滑动变阻器滑片P到某一位置时，电压表的示数如图乙所示，此时小灯泡两端电压为
2.4
$ V$。(3)在(2)的基础上，若要使小灯泡正常发光，他们应将图甲中滑片P向
B
(选填“A”或“B”)接线柱移动。(4)他们移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成如图丙所示的图像，根据图像信息，小灯泡的额定功率是
0.5
$ W$。(5)一位小组成员将图甲中的小灯泡更换成定值电阻，电路其他部分不改变，他还可以完成的探究实验是
B
。A. 探究电流与电阻的关系
B. 探究电流与电压的关系
C. 探究电流产生的热量与电阻的关系
答案
B
2.4
B
0.5
B
2.4
B
0.5
B
解析
【解析】
(1) 电流表有明显偏转，说明电路是通路；小灯泡不亮、电压表无示数，说明小灯泡短路，故选B。
(2) 电压表选用0~3V量程，分度值为0.1V，示数为2.4V。
(3) 小灯泡两端电压为2.4V，小于额定电压2.5V，要使小灯泡正常发光，需减小滑动变阻器接入电路的电阻，将滑片向B接线柱移动。
(4) 由图丙可知，当电压为2.5V时，电流为0.2A，小灯泡额定功率$P=UI=2.5V×0.2A=0.5W$。
(5) 将小灯泡换成定值电阻，可控制电阻不变，通过改变电压探究电流与电压的关系，故选B。
【答案】
(1) B
(2) 2.4
(3) B
(4) 0.5
(5) B
【知识点】
测量小灯泡电功率、电路故障分析、电流与电压关系
【点评】
本题考查测量小灯泡电功率的实验，涵盖电路故障、电表读数、功率计算及实验拓展，综合性较强，需掌握串联电路特点及电功率计算。
【难度系数】
0.6
(1) 电流表有明显偏转，说明电路是通路；小灯泡不亮、电压表无示数，说明小灯泡短路，故选B。
(2) 电压表选用0~3V量程，分度值为0.1V，示数为2.4V。
(3) 小灯泡两端电压为2.4V，小于额定电压2.5V，要使小灯泡正常发光，需减小滑动变阻器接入电路的电阻，将滑片向B接线柱移动。
(4) 由图丙可知，当电压为2.5V时，电流为0.2A，小灯泡额定功率$P=UI=2.5V×0.2A=0.5W$。
(5) 将小灯泡换成定值电阻，可控制电阻不变，通过改变电压探究电流与电压的关系，故选B。
【答案】
(1) B
(2) 2.4
(3) B
(4) 0.5
(5) B
【知识点】
测量小灯泡电功率、电路故障分析、电流与电压关系
【点评】
本题考查测量小灯泡电功率的实验，涵盖电路故障、电表读数、功率计算及实验拓展，综合性较强，需掌握串联电路特点及电功率计算。
【难度系数】
0.6
