1.实践小组收集实验器材自制“爱迪生灯”，如图甲所示。当电流通过电阻丝时，电阻丝会发热变红而发光。在调试过程中，发现电阻丝发红程度不足，发热量少。如图乙所示，三位同学分别提出了改进措施，请选择其中一位同学的措施，评价其是否能让电阻丝发热量增多，并用所学的物理知识解释。

1.①选择小红的措施解释:由$I=\frac{U}{R}$可知,电阻丝的电阻一定时,增大电源电压,可以增大通过电阻丝的电流;由$Q=I^2Rt$可知,电阻丝的电阻和通电时间一定时,电流越大,电阻丝产生热量越多。故小红的措施可行,但要适量增大电源电压,若发热量过多,电阻丝易烧断。
②选择小亮的措施解释:由$I=\frac{U}{R}$和$Q=I^2Rt$可得$Q=\frac{U^2}{R}t$,在电源电压和通电时间一定时,电阻丝的电阻越小,电阻丝产生热量越多。故小亮的措施可行,但要适量减小电阻丝电阻,若发热量过多,电阻丝易烧断。
③选择小美的措施解释:由$I=\frac{U}{R}$和$Q=I^2Rt$可得$Q=\frac{U^2}{R}t$,在电源电压和通电时间一定时,电阻丝的电阻越大,电阻丝产生热量越少。故小美的措施不可行。(开放性试题,选择任一位同学的措施解释,答案合理即可)

【分析】
本题考查焦耳定律与欧姆定律的综合应用，需结合公式分析电阻丝发热量的影响因素，进而评价三位同学的改进措施是否可行。电阻丝的发热量由焦耳定律$Q=I^2Rt$决定，结合欧姆定律$I=\frac{U}{R}$可推导热量与电源电压、电阻丝电阻的关系，以此判断措施的合理性。
【解析】
本题为开放性试题，任选一位同学的措施分析即可：
1. 选小红的措施：根据欧姆定律$I=\frac{U}{R}$，当电阻丝电阻$R$一定时，增大电源电压$U$，会使通过电阻丝的电流$I$增大；再根据焦耳定律$Q=I^2Rt$，当电阻$R$和通电时间$t$一定时，电流越大，电阻丝产生的热量越多，因此小红的措施可行，但需适量增大电源电压，避免热量过多导致电阻丝烧断。
2. 选小亮的措施：由$I=\frac{U}{R}$推导得$Q=\frac{U^2}{R}t$，当电源电压$U$和通电时间$t$一定时，减小电阻丝的电阻$R$，会使电阻丝产生的热量增多，因此小亮的措施可行，需适量减小电阻，防止热量过多烧断电阻丝。
3. 选小美的措施：根据$Q=\frac{U^2}{R}t$，电源电压$U$和通电时间$t$一定时，增大电阻丝的电阻$R$，会使电阻丝产生的热量减少，因此小美的措施不可行。
【答案】
开放性试题，选择任一同学的措施解释合理即可，例如：选择小红的措施可行，增大电源电压，在电阻和通电时间一定时，电流增大，根据$Q=I^2Rt$，电阻丝产生的热量增多；或选择小亮的措施可行，减小电阻丝电阻，在电压和通电时间一定时，根据$Q=\frac{U^2}{R}t$，电阻丝产生的热量增多；或选择小美的措施不可行，增大电阻丝电阻，在电压和通电时间一定时，电阻丝产生的热量减少。
【知识点】
焦耳定律、欧姆定律
【点评】
本题结合实际生活中的“爱迪生灯”问题，考查电学公式的应用，注重理论联系实际，培养学生分析问题的能力，属于基础开放性试题。
【难度系数】
0.6

2.智能机器人能够为人类在很多方面提供优质的服务,例如在酒店它们可以辅助或替代酒店员工的很多工作。下表是如图甲所示的智能机器人小K的部分参数(g取10 N/kg):

| 参数名称 | 工作电压 | 质量 | 一次最大送餐量 | 移动速度 | 最大功率 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 数据 | 30 V | 50 kg | | 0.6~1.2 m/s | 60 W |
(1)小K给顾客送餐时,以小K为参照物,它所承载的餐盘是(填“运动”或“静止”)的。
(2)如图乙所示为小K送餐时其内部电路原理图,电源电压为30 V,图中R为餐盘下的压力传感器,其阻值随所受压力变化图像如图丙所示,图乙中触发器的电阻忽略不计,电阻箱$R_0$两端的电压超过24 V时,触发电动机停止工作,放弃执行送餐的指令,以免小K损伤。为保护小K,电阻箱$R_0$的阻值为多少?
(3)若电阻箱$R_0$的阻值为(2)问的值,小K空载返回,用时100 s,此过程R产生的热量是多少?

2.(1)静止
(2)压力传感器受到的最大压力:$F=G=mg=15\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=150\ \mathrm{N}$
由图丙可知,此时压力传感器的阻值:$R=20\ \Omega$
电阻箱$R_0$两端的电压最大为:$U_0=24\ \mathrm{V}$
根据串联电路电压的规律可知,传感器R两端的电压为:
$U_R=U-U_0=30\ \mathrm{V}-24\ \mathrm{V}=6\ \mathrm{V}$
由欧姆定律可知,此时电路的电流为:$I=\frac{U_R}{R}=\frac{6\ \mathrm{V}}{20\ \Omega}=0.3\ \mathrm{A}$
则$R_0$的阻值为:$R_0=\frac{U_0}{I}=\frac{24\ \mathrm{V}}{0.3\ \mathrm{A}}=80\ \Omega$
(3)小K空载返回,压力传感器受到的压力为0 N,由图丙可知,此时传感器的阻值为:$R'=40\ \Omega$
已知$R_0=80\ \Omega$,则由欧姆定律可知此时电路中的电流为:
$I'=\frac{U}{R'+R_0}=\frac{30\ \mathrm{V}}{40\ \Omega+80\ \Omega}=0.25\ \mathrm{A}$
此过程R产生的热量为:$Q=I'^2R't=(0.25\ \mathrm{A})^2×40\ \Omega×100\ \mathrm{s}=250\ \mathrm{J}$

【分析】
第(1)问：判断物体运动或静止，需看被研究物体相对于参照物的位置是否改变。以小K为参照物，餐盘的位置没有变化，因此是静止的。
第(2)问：要保护小K，需保证最大送餐量时$R_0$两端电压不超24V。先计算最大送餐量的重力（即压力传感器的最大压力），再从图丙读取对应压力下的传感器阻值；根据串联电路电压规律算出传感器两端电压，利用欧姆定律算出电路电流，最后通过电流和$R_0$的最大电压计算$R_0$的阻值。
第(3)问：空载时压力传感器压力为0，从图丙读取对应阻值；结合第(2)问的$R_0$阻值，用欧姆定律算电路电流，再根据焦耳定律计算R产生的热量。
【解析】
(1) 以小K为参照物，餐盘相对于小K的位置没有发生变化，因此餐盘是静止的。
(2) 压力传感器受到的最大压力等于一次最大送餐量的重力：
$F = G = mg = 15\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg} = 150\ \mathrm{N}$
由图丙可知，压力为150N时，压力传感器的阻值$R = 20\ \Omega$。
为保护小K，电阻箱$R_0$两端最大电压$U_0 = 24\ \mathrm{V}$，根据串联电路电压规律，传感器R两端电压：
$U_R = U - U_0 = 30\ \mathrm{V} - 24\ \mathrm{V} = 6\ \mathrm{V}$
串联电路电流处处相等，电路电流：
$I = \frac{U_R}{R} = \frac{6\ \mathrm{V}}{20\ \Omega} = 0.3\ \mathrm{A}$
则$R_0$的阻值：
$R_0 = \frac{U_0}{I} = \frac{24\ \mathrm{V}}{0.3\ \mathrm{A}} = 80\ \Omega$
(3) 小K空载返回时，压力传感器压力为0N，由图丙知此时传感器阻值$R' = 40\ \Omega$。
电路电流：
$I' = \frac{U}{R' + R_0} = \frac{30\ \mathrm{V}}{40\ \Omega + 80\ \Omega} = 0.25\ \mathrm{A}$
此过程R产生的热量：
$Q = I'^2 R' t = (0.25\ \mathrm{A})^2×40\ \Omega×100\ \mathrm{s} = 250\ \mathrm{J}$
【答案】
(1) 静止；(2) $80\ \Omega$；(3) $250\ \mathrm{J}$
【知识点】
运动的相对性、串联电路规律、欧姆定律、焦耳定律
【点评】
本题结合智能机器人的实际应用，综合考查运动的相对性、串联电路计算与电热计算，解题关键是准确读取图像信息，灵活运用相关公式，注重物理知识的实际应用。
【难度系数】
0.6