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16.电热饮水机有加热和保温两种工作状态(由温控开关$S_0$自动控制),从说明书上收集到机器的参数如表所示,其内部简化电路图如图18-12所示。当温控开关$S_0$断开时,饮水机处于
保温
(选填“保温”或“加热”)状态;电热饮水机在加热状态下的工作电流为2
A。答案
16. 保温 2
解析
【分析】首先分析电路结构：温控开关S₀断开时，电路中两个电阻串联，总电阻较大；S₀闭合时，其中一个电阻被短路，总电阻较小。结合电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$，电源电压不变时，电阻越大，电功率越小，由此判断工作状态；再根据加热状态的额定功率和额定电压，利用$I=\frac{P}{U}$计算加热电流。
【解析】当温控开关$S_0$断开时，电路总电阻较大，根据$P=\frac{U^2}{R}$，电源电压$U$不变，电阻越大电功率越小，因此饮水机功率较小，处于保温状态。已知加热状态下额定功率$P_{加热}=440W$，额定电压$U=220V$，根据公式$I=\frac{P}{U}$，加热状态的工作电流$I=\frac{440W}{220V}=2A$。
【答案】保温；2
【知识点】电功率计算；电路动态分析；额定电流计算
【点评】本题结合电热饮水机的实际电路，考查电功率与电阻、电流的关系，需先通过电路通断判断电阻变化确定工作状态，再利用公式计算电流，是基础电学应用题，注重知识的实际应用。
【难度系数】0.6
【解析】当温控开关$S_0$断开时，电路总电阻较大，根据$P=\frac{U^2}{R}$，电源电压$U$不变，电阻越大电功率越小，因此饮水机功率较小，处于保温状态。已知加热状态下额定功率$P_{加热}=440W$，额定电压$U=220V$，根据公式$I=\frac{P}{U}$，加热状态的工作电流$I=\frac{440W}{220V}=2A$。
【答案】保温；2
【知识点】电功率计算；电路动态分析；额定电流计算
【点评】本题结合电热饮水机的实际电路，考查电功率与电阻、电流的关系，需先通过电路通断判断电阻变化确定工作状态，再利用公式计算电流，是基础电学应用题，注重知识的实际应用。
【难度系数】0.6
17.自然现象中，雷击会造成多人伤亡的重大安全事故。如果某次闪电的能量为$4×10^{9}\ \mathrm{J}$，则这次闪电释放的电能可供100 W的灯泡持续工作
$4×10^7$
s（设灯泡寿命足够长）；若这次闪电持续的时间为0.1 s，则它的功率为$4×10^{10}$
W。答案
17. $4×10^7$ $4×10^{10}$
解析
【分析】本题考查电功与电功率公式的应用，解题思路：第一问已知闪电释放的电能（即灯泡消耗的电能）和灯泡功率，利用公式$W=Pt$变形求工作时间；第二问已知闪电释放的电能和持续时间，利用公式$P=\frac{W}{t}$求闪电的功率，代入数值计算即可。
【解析】解：（1）根据电功公式$W=Pt$，变形可得灯泡持续工作的时间：
$t=\frac{W}{P}=\frac{4×10^9\ \mathrm{J}}{100\ \mathrm{W}}=4×10^7\ \mathrm{s}$；
（2）闪电的功率：
$P'=\frac{W}{t'}=\frac{4×10^9\ \mathrm{J}}{0.1\ \mathrm{s}}=4×10^{10}\ \mathrm{W}$。
【答案】$4×10^7$；$4×10^{10}$
【知识点】电功与电功率的计算
【点评】本题是电功、电功率公式的基础应用，只要牢记公式并准确代入数值计算即可，属于常规基础题，难度较低。
【难度系数】0.8
【解析】解：（1）根据电功公式$W=Pt$，变形可得灯泡持续工作的时间：
$t=\frac{W}{P}=\frac{4×10^9\ \mathrm{J}}{100\ \mathrm{W}}=4×10^7\ \mathrm{s}$；
（2）闪电的功率：
$P'=\frac{W}{t'}=\frac{4×10^9\ \mathrm{J}}{0.1\ \mathrm{s}}=4×10^{10}\ \mathrm{W}$。
【答案】$4×10^7$；$4×10^{10}$
【知识点】电功与电功率的计算
【点评】本题是电功、电功率公式的基础应用，只要牢记公式并准确代入数值计算即可，属于常规基础题，难度较低。
【难度系数】0.8
18. 如图18-13所示是探究电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关的两个实验装置。四个完全相同的塑料盒内密封着等量的空气，盒子上方有两个接线柱和两个通气孔，其中一个通气孔与U形管连接，另一个通气孔用橡皮帽密封。
(1)U形管
(2)通电前，甲装置左侧U形管中的液面不相平，最佳解决办法是
(3)实验中通过比较U形管中液面的高度差$ h_1 $与$ h_2 $来比较电阻丝通电产生热量的多少，这种实验方法叫转换法，下列用到转换法的是
A. 在“探究平面镜成像的特点”的实验中，用薄玻璃板代替平面镜
B. 在“探究物质吸热能力”的实验中，用相同的加热器给不同的物质加热时，用加热时间比较物质吸热的多少
C. 在“探究影响动能大小的因素”的实验中，让质量不同的小球从同一斜面的同一高度滚下
(4)乙装置通电一段时间后，左盒内电阻丝产生的热量$ Q_1 $与右盒内电阻丝产生的热量$ Q_2 $之比是$ Q_1:Q_2= $
(1)U形管
不是
（选填“是”或“不是”）连通器。(2)通电前，甲装置左侧U形管中的液面不相平，最佳解决办法是
取下左边盒子上的橡皮帽再装上
。(3)实验中通过比较U形管中液面的高度差$ h_1 $与$ h_2 $来比较电阻丝通电产生热量的多少，这种实验方法叫转换法，下列用到转换法的是
B
。（选填字母）A. 在“探究平面镜成像的特点”的实验中，用薄玻璃板代替平面镜
B. 在“探究物质吸热能力”的实验中，用相同的加热器给不同的物质加热时，用加热时间比较物质吸热的多少
C. 在“探究影响动能大小的因素”的实验中，让质量不同的小球从同一斜面的同一高度滚下
(4)乙装置通电一段时间后，左盒内电阻丝产生的热量$ Q_1 $与右盒内电阻丝产生的热量$ Q_2 $之比是$ Q_1:Q_2= $
$4:1$
；若将乙装置盒外5Ω的电阻丝移到盒内（连接方式不变），则通电一段时间后$ Q_1:Q_2= $$2:1$
。答案
18. (1)不是 (2)取下左边盒子上的橡皮帽再装上 (3)B (4)4 : 1 2 : 1
解析
【分析】
本题围绕探究电流产生热量的实验展开，需结合连通器定义、实验故障处理、转换法判断及焦耳定律应用解题：
1. 根据连通器“上端开口、底部连通”的定义，判断U形管是否符合；
2. 通电前液面不平是装置气压问题，需调整橡皮帽使U形管两端通大气；
3. 转换法是将不易观察的量转换为易观察的量，分析选项匹配度；
4. 乙装置中，先分析串并联电流特点，再结合焦耳定律$Q=I^2Rt$计算热量比，移电阻后重新分析电路结构计算比值。
【解析】
(1) 连通器要求上端开口、底部互相连通，U形管一端与密封塑料盒相连，并非开口状态，因此不是连通器。
(2) 通电前液面不平是左侧装置气压与外界不同，取下左边盒子上的橡皮帽，使U形管两端都与大气相通，待液面相平后再装上橡皮帽，即可解决。
(3) 转换法是将不易观察的物理量转换为易观察的量：
A为等效替代法，B将吸热多少转换为加热时间，属于转换法，C为控制变量法，故选B。
(4) 乙装置中，右盒外5Ω与盒内5Ω并联，再与左盒5Ω串联，设总电流为$I$，则右盒内每个电阻电流为$\frac{I}{2}$。根据$Q=I^2Rt$，$Q_1=I^2×5Ω×t$，$Q_2=(\frac{I}{2})^2×5Ω×t$，故$Q_1:Q_2=4:1$；
将盒外5Ω移到盒内后，右盒内两个5Ω并联，总电阻为2.5Ω，与左盒5Ω串联，右盒内总热量$Q_2=2×(\frac{I}{2})^2×5Ω×t$，则$Q_1:Q_2=2:1$。
【答案】
(1)不是；(2)取下左边盒子上的橡皮帽再装上；(3)B；(4)4:1；2:1
【知识点】
连通器、焦耳定律、转换法、串并联电流规律
【点评】
本题综合考查连通器、焦耳定律实验的核心知识，重点是电路结构分析与焦耳定律的应用，需理清串并联关系，难度适中。
【难度系数】
0.5
本题围绕探究电流产生热量的实验展开，需结合连通器定义、实验故障处理、转换法判断及焦耳定律应用解题：
1. 根据连通器“上端开口、底部连通”的定义，判断U形管是否符合；
2. 通电前液面不平是装置气压问题，需调整橡皮帽使U形管两端通大气；
3. 转换法是将不易观察的量转换为易观察的量，分析选项匹配度；
4. 乙装置中，先分析串并联电流特点，再结合焦耳定律$Q=I^2Rt$计算热量比，移电阻后重新分析电路结构计算比值。
【解析】
(1) 连通器要求上端开口、底部互相连通，U形管一端与密封塑料盒相连，并非开口状态，因此不是连通器。
(2) 通电前液面不平是左侧装置气压与外界不同，取下左边盒子上的橡皮帽，使U形管两端都与大气相通，待液面相平后再装上橡皮帽，即可解决。
(3) 转换法是将不易观察的物理量转换为易观察的量：
A为等效替代法，B将吸热多少转换为加热时间，属于转换法，C为控制变量法，故选B。
(4) 乙装置中，右盒外5Ω与盒内5Ω并联，再与左盒5Ω串联，设总电流为$I$，则右盒内每个电阻电流为$\frac{I}{2}$。根据$Q=I^2Rt$，$Q_1=I^2×5Ω×t$，$Q_2=(\frac{I}{2})^2×5Ω×t$，故$Q_1:Q_2=4:1$；
将盒外5Ω移到盒内后，右盒内两个5Ω并联，总电阻为2.5Ω，与左盒5Ω串联，右盒内总热量$Q_2=2×(\frac{I}{2})^2×5Ω×t$，则$Q_1:Q_2=2:1$。
【答案】
(1)不是；(2)取下左边盒子上的橡皮帽再装上；(3)B；(4)4:1；2:1
【知识点】
连通器、焦耳定律、转换法、串并联电流规律
【点评】
本题综合考查连通器、焦耳定律实验的核心知识，重点是电路结构分析与焦耳定律的应用，需理清串并联关系，难度适中。
【难度系数】
0.5
