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26. 小明探究电流与电阻的关系时,所选器材有电源(电压可调),滑动变阻器(规格为“$40\Omega$ $1A$”),$5\Omega$、$10\Omega$、$15\Omega$、$20\Omega$、$25\Omega$的定值电阻各1个。
(1)请用笔画线表示导线,将图18(a)中的电路补充完整。要求：滑动变阻器的滑片P向左移动时,电流表的示数变大。
(2)连好电路后,闭合开关,发现电流表无示数,电压表的示数接近电源电压。此故障的原因可能是________。
(3)小明根据实验数据画出了图18(b)中的图像。若某次更换电阻后,闭合开关,电压表指针的位置如图18(c)所示,应使滑动变阻器的滑片P向________(选填“左”或“右”)移动。
(4)在实验中,电阻两端电压始终保持$2.5V$不变。小明想让器材中的5个定值电阻都能使用,则电源电压最大可调节的范围为________。
(1)请用笔画线表示导线,将图18(a)中的电路补充完整。要求：滑动变阻器的滑片P向左移动时,电流表的示数变大。
(2)连好电路后,闭合开关,发现电流表无示数,电压表的示数接近电源电压。此故障的原因可能是________。
(3)小明根据实验数据画出了图18(b)中的图像。若某次更换电阻后,闭合开关,电压表指针的位置如图18(c)所示,应使滑动变阻器的滑片P向________(选填“左”或“右”)移动。
(4)在实验中,电阻两端电压始终保持$2.5V$不变。小明想让器材中的5个定值电阻都能使用,则电源电压最大可调节的范围为________。
答案
定值电阻开路
左
2.5~6.5V
解析
【解析】
(1) 要使滑动变阻器滑片P向左移动时电流表示数变大，需让滑动变阻器接入电路的电阻变小，因此将滑动变阻器的左下接线柱与学生电源的“+”接线柱相连，完成电路连接。
(2) 电流表无示数说明电路断路，电压表的示数接近电源电压，说明电压表与电源连通，因此故障为定值电阻开路。
(3) 由图(c)可知，电压表选用0~3V量程，示数为2V，小于实验要求的2.5V；根据串联电路分压规律，需减小滑动变阻器接入电路的电阻以减小其分压，从而增大定值电阻两端的电压，故滑片P应向左移动。
(4) 实验中电阻两端电压保持2.5V不变，当使用最大定值电阻25Ω时，滑动变阻器接入最大阻值40Ω，此时电路电流$I=\frac{U_R}{R}=\frac{2.5V}{25Ω}=0.1A$，滑动变阻器两端电压$U_{滑}=IR_{滑}=0.1A×40Ω=4V$，则电源最大电压$U=U_R+U_{滑}=2.5V+4V=6.5V$；电源最小电压为定值电阻两端的电压2.5V，因此电源电压最大可调节的范围为2.5~6.5V。
【答案】
(1) 如图所示
(2) 定值电阻开路
(3) 左
(4) 2.5~6.5V
【知识点】
1. 电路故障分析
2. 欧姆定律的应用
3. 串联电路分压规律
【点评】
本题考查探究电流与电阻的关系实验，涵盖电路连接、故障分析、实验操作及欧姆定律的综合应用，需掌握控制变量法的应用，理解串联电路的分压特点。
【难度系数】
0.6
(1) 要使滑动变阻器滑片P向左移动时电流表示数变大，需让滑动变阻器接入电路的电阻变小，因此将滑动变阻器的左下接线柱与学生电源的“+”接线柱相连，完成电路连接。
(2) 电流表无示数说明电路断路，电压表的示数接近电源电压，说明电压表与电源连通，因此故障为定值电阻开路。
(3) 由图(c)可知，电压表选用0~3V量程，示数为2V，小于实验要求的2.5V；根据串联电路分压规律，需减小滑动变阻器接入电路的电阻以减小其分压，从而增大定值电阻两端的电压，故滑片P应向左移动。
(4) 实验中电阻两端电压保持2.5V不变，当使用最大定值电阻25Ω时，滑动变阻器接入最大阻值40Ω，此时电路电流$I=\frac{U_R}{R}=\frac{2.5V}{25Ω}=0.1A$，滑动变阻器两端电压$U_{滑}=IR_{滑}=0.1A×40Ω=4V$，则电源最大电压$U=U_R+U_{滑}=2.5V+4V=6.5V$；电源最小电压为定值电阻两端的电压2.5V，因此电源电压最大可调节的范围为2.5~6.5V。
【答案】
(1) 如图所示
(2) 定值电阻开路
(3) 左
(4) 2.5~6.5V
【知识点】
1. 电路故障分析
2. 欧姆定律的应用
3. 串联电路分压规律
【点评】
本题考查探究电流与电阻的关系实验，涵盖电路连接、故障分析、实验操作及欧姆定律的综合应用，需掌握控制变量法的应用，理解串联电路的分压特点。
【难度系数】
0.6
27. 图19是有加热挡和保温挡的电蒸锅内部简化电路图。$R_{1}$、$R_{2}$均为发热电阻,$R_{1}的阻值为484\Omega$,加热挡的功率为$1200W$。用此电蒸锅对质量为$1.2kg$的水进行加热,使其温度升高$75°C$,需要的时间为$375s$。已知$c_{水}= 4.2×10^{3}J/(kg·°C)$,求：
(1)保温挡的功率。
(2)$R_{2}$的阻值。
(3)此电蒸锅的加热效率。
(1)保温挡的功率。
(2)$R_{2}$的阻值。
(3)此电蒸锅的加热效率。
答案
（1）保温挡功率：电蒸锅保温挡时只有$R_1$工作，$P_{保}=\frac{U^2}{R_1}=\frac{(220V)^2}{484\Omega}=100W$； $（2）R_2$的阻值：加热挡总功率$P_{加}=1200W$，$P_2=P_{加}-P_{保}=1200W - 100W=1100W$，$R_2=\frac{U^2}{P_2}=\frac{(220V)^2}{1100W}=44\Omega$。（3）加热效率$\eta=\frac{Q_{吸}}{W_{总}}\times100\%=\frac{cm\Delta t}{P_{加}t}\times100\%=\frac{4.2\times10^3J/(kg\cdot^{\circ}C)\times1.2kg\times75^{\circ}C}{1200W\times375s}\times100\%=84\%$。
解析
【解析】
(1) 当只闭合开关$\mathrm{S}_{1}$时，电路为$R_{1}$的简单电路，电蒸锅处于保温挡。
根据$P=\frac{U^{2}}{R}$可得，保温挡的功率：
$P_{\mathrm{保}}=\frac{U^{2}}{R_{1}}=\frac{(220\,\mathrm{V})^{2}}{484\,\Omega}=100\,\mathrm{W}$。
(2) 当开关$\mathrm{S}_{1}$、$\mathrm{S}_{2}$都闭合时，$R_{1}$与$R_{2}$并联，电蒸锅处于加热挡。
并联电路中各支路独立工作、互不影响，因此$R_{2}$的功率：
$P_{2}=P_{\mathrm{加}}-P_{\mathrm{保}}=1200\,\mathrm{W}-100\,\mathrm{W}=1100\,\mathrm{W}$。
由$P=\frac{U^{2}}{R}$可得，$R_{2}$的阻值：
$R_{2}=\frac{U^{2}}{P_{2}}=\frac{(220\,\mathrm{V})^{2}}{1100\,\mathrm{W}}=44\,\Omega$。
(3) 水吸收的热量：
$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m\Delta t=4.2×10^{3}\,\mathrm{J/(kg·°C)}×1.2\,\mathrm{kg}×75\,\mathrm{°C}=3.78×10^{5}\,\mathrm{J}$。
电蒸锅加热时消耗的电能：
$W=P_{\mathrm{加}}t=1200\,\mathrm{W}×375\,\mathrm{s}=4.5×10^{5}\,\mathrm{J}$。
此电蒸锅的加热效率：
$\eta=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{W}×100\%=\frac{3.78×10^{5}\,\mathrm{J}}{4.5×10^{5}\,\mathrm{J}}×100\%=84\%$。
【答案】
(1) $\boldsymbol{100\,\mathrm{W}}$
(2) $\boldsymbol{44\,\Omega}$
(3) $\boldsymbol{84\%}$
【知识点】
1. 电功率的计算
2. 热量的计算
3. 电热器效率计算
【点评】
本题结合生活中的电蒸锅，考查了电功率、热量、热效率的综合计算，需明确电路的工作状态，熟练运用相关公式进行计算，注重对电学与热学公式综合应用能力的考查。
【难度系数】
0.6
(1) 当只闭合开关$\mathrm{S}_{1}$时，电路为$R_{1}$的简单电路，电蒸锅处于保温挡。
根据$P=\frac{U^{2}}{R}$可得，保温挡的功率：
$P_{\mathrm{保}}=\frac{U^{2}}{R_{1}}=\frac{(220\,\mathrm{V})^{2}}{484\,\Omega}=100\,\mathrm{W}$。
(2) 当开关$\mathrm{S}_{1}$、$\mathrm{S}_{2}$都闭合时，$R_{1}$与$R_{2}$并联，电蒸锅处于加热挡。
并联电路中各支路独立工作、互不影响，因此$R_{2}$的功率：
$P_{2}=P_{\mathrm{加}}-P_{\mathrm{保}}=1200\,\mathrm{W}-100\,\mathrm{W}=1100\,\mathrm{W}$。
由$P=\frac{U^{2}}{R}$可得，$R_{2}$的阻值：
$R_{2}=\frac{U^{2}}{P_{2}}=\frac{(220\,\mathrm{V})^{2}}{1100\,\mathrm{W}}=44\,\Omega$。
(3) 水吸收的热量：
$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m\Delta t=4.2×10^{3}\,\mathrm{J/(kg·°C)}×1.2\,\mathrm{kg}×75\,\mathrm{°C}=3.78×10^{5}\,\mathrm{J}$。
电蒸锅加热时消耗的电能：
$W=P_{\mathrm{加}}t=1200\,\mathrm{W}×375\,\mathrm{s}=4.5×10^{5}\,\mathrm{J}$。
此电蒸锅的加热效率：
$\eta=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{W}×100\%=\frac{3.78×10^{5}\,\mathrm{J}}{4.5×10^{5}\,\mathrm{J}}×100\%=84\%$。
【答案】
(1) $\boldsymbol{100\,\mathrm{W}}$
(2) $\boldsymbol{44\,\Omega}$
(3) $\boldsymbol{84\%}$
【知识点】
1. 电功率的计算
2. 热量的计算
3. 电热器效率计算
【点评】
本题结合生活中的电蒸锅，考查了电功率、热量、热效率的综合计算，需明确电路的工作状态，熟练运用相关公式进行计算，注重对电学与热学公式综合应用能力的考查。
【难度系数】
0.6
