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6. 小张同学为探究水流对物体的冲击力,设计了如图甲所示的实验装置,电源电压为3V保持不变,电流表量程为0~0.6 A。粗细均匀的电阻丝MN全长25 cm,总电阻为50 Ω,它的阻值与接入电路的长度成正比,水平光滑杆AB上套有弹簧,弹簧每受到2 N的拉力伸长0.5 cm;弹簧左端固定,右端连接滑块,滑块与滑片P、物体Q通过硬杆相连,且滑片P滑至N端时,滑块刚好被B端挡住,滑片与电阻丝始终保持良好接触,弹簧始终在弹性限度内。水流冲击力为0时,滑片P刚好与电阻丝M端相接触,此时电流表示数为0.3 A,求:
(1) 电阻$R_{0}$的阻值为
(2) 当电流表读数为0.2 A时,水流冲击力为
(3) 小张发现若把电流表改装成能直接读出水流冲击力的“冲力表”,刻度不均匀,经过思考后,重新设计了如图乙所示的电路,电压表接“0~3 V”的量程,当水流速度增大时,电压表的示数
(4) 若把电压表的刻度盘改装成能直接读出水流冲击力的“冲力表”,则该“冲力表”的分度值为
7. 项目化学习小组以节能、环保、智能为主题对学校花卉大棚进行升级改造:
【升级供电及控温系统】
(1) 安装太阳能电池板,将太阳能转化为
(2) 如图甲所示,花卉大棚由棚膜和土墙搭建而成。为使大棚白天吸收更多的太阳热量,同学们决定用水墙替换土墙。这是因为水的
【安装补光系统】
(3) 同学们查阅资料发现:光照强度过低时作物生长缓慢,需启动补光灯。为实现自动控制,同学们找到一款光敏电阻,其阻值随光照度变化规律如下表所示,分析数据可知,随着光照强度的减弱,该光敏电阻的阻值
(4) 同学们利用上述光敏电阻设计的电路如图乙所示。其工作原理是:工作电路中开关$\mathrm{S}_{2}$的状态由$R_{2}$两端的电压决定,闭合开关$\mathrm{S}_{1}$,当光照度降低时,光敏电阻$R_{2}$两端电压也随之变化,当光敏电阻$R_{2}$两端的电压达到3 V,开关$\mathrm{S}_{2}$就自动连接触点2,使补光灯点亮。反之,当光照度增强到一定值时,开关$\mathrm{S}_{2}$就会自动连接触点1,使补光灯熄灭。控制电路和工作电路中电源电压分别为4.5 V和220 V。根据花卉大棚实际情况,同学们准备当光照度为15 lx时开启补光电路,则控制电路中定值电阻$R_{1}$的阻值为
【补光电路优化】
(5) 在实际操作过程中同学们发现:该电路还不能根据光照度的变化任意调整补光灯启动时间。请你根据图乙电路提出一条改进措施:
(1) 电阻$R_{0}$的阻值为
10
Ω。(2) 当电流表读数为0.2 A时,水流冲击力为
10
N。(3) 小张发现若把电流表改装成能直接读出水流冲击力的“冲力表”,刻度不均匀,经过思考后,重新设计了如图乙所示的电路,电压表接“0~3 V”的量程,当水流速度增大时,电压表的示数
变大
(填“变大”“变小”或“不变”)。(4) 若把电压表的刻度盘改装成能直接读出水流冲击力的“冲力表”,则该“冲力表”的分度值为
4
N。7. 项目化学习小组以节能、环保、智能为主题对学校花卉大棚进行升级改造:
【升级供电及控温系统】
(1) 安装太阳能电池板,将太阳能转化为
电
能,为大棚里的用电器供电。(2) 如图甲所示,花卉大棚由棚膜和土墙搭建而成。为使大棚白天吸收更多的太阳热量,同学们决定用水墙替换土墙。这是因为水的
比热容
较大。【安装补光系统】
(3) 同学们查阅资料发现:光照强度过低时作物生长缓慢,需启动补光灯。为实现自动控制,同学们找到一款光敏电阻,其阻值随光照度变化规律如下表所示,分析数据可知,随着光照强度的减弱,该光敏电阻的阻值
增大
(填“增大”或“减小”)。(4) 同学们利用上述光敏电阻设计的电路如图乙所示。其工作原理是:工作电路中开关$\mathrm{S}_{2}$的状态由$R_{2}$两端的电压决定,闭合开关$\mathrm{S}_{1}$,当光照度降低时,光敏电阻$R_{2}$两端电压也随之变化,当光敏电阻$R_{2}$两端的电压达到3 V,开关$\mathrm{S}_{2}$就自动连接触点2,使补光灯点亮。反之,当光照度增强到一定值时,开关$\mathrm{S}_{2}$就会自动连接触点1,使补光灯熄灭。控制电路和工作电路中电源电压分别为4.5 V和220 V。根据花卉大棚实际情况,同学们准备当光照度为15 lx时开启补光电路,则控制电路中定值电阻$R_{1}$的阻值为
10
Ω。若要使补光灯在光照度更低时才能开启,$R_{1}$应选用阻值更大
(填“更大”或“更小”)的电阻。【补光电路优化】
(5) 在实际操作过程中同学们发现:该电路还不能根据光照度的变化任意调整补光灯启动时间。请你根据图乙电路提出一条改进措施:
用滑动变阻器替换$R_1$
。答案
6. (1) 10 (2) 10 (3) 变大 (4) 4
提示:(1) 水流冲击力为0时,滑片P刚好与电阻丝左端M相接触,只有$R_0$接入电路,$R_0=\dfrac{U}{I_0}=\dfrac{3\ {V}}{0.3\ {A}}=10\ {\Omega}$。(2)$R_1=R_{\mathrm{总}}-R_0=\dfrac{U}{I'}-R_0=\dfrac{3\ {V}}{0.2\ {A}}-10\ {\Omega}=5\ {\Omega}$,因$1\ {\Omega}$的电阻丝长$0.5\ {cm}$,故接入电路的长度为$2.5\ {cm}$,因弹簧每受到$2\ {N}$的拉力伸长$0.5\ {cm}$,故水流冲击力为$\dfrac{2.5\ {cm}}{0.5\ {cm}} × 2\ {N}=10\ {N}$。(3) 图乙中,当水流速度增大时,电路中电流不变,电压表测滑片以左电阻丝的电压,示数变大。(4) 当电阻丝MN全部连入电路中时,$R_0:R_{MN}=1:5$,$U_{MN}=\dfrac{5}{1+5} × 3\ {V}=2.5\ {V}$,电压表上“$0∼2.5\ {V}$”范围内有25个小格,弹簧受到水的最大冲力为$\dfrac{25\ {cm}}{0.5\ {cm}} × 2\ {N}=100\ {N}$,故该“冲力表”的分度值为$\dfrac{100\ {N}}{25}=4\ {N}$。
7. (1) 电 (2) 比热容 (3) 增大 (4) 10 更大 (5) 用滑动变阻器替换$R_1$
提示:(1) 安装太阳能电池板,将太阳能转化为电能,为大棚里的用电器供电。(2) 用水墙替换土墙,可使大棚白天吸收更多的太阳热量,是因为水的比热容较大,升高一定的温度时可吸收更多的热量。(3) 由数据知,随着光照强度的减弱,光敏电阻的阻值增大。(4) 当光照度为$15\ {lx}$时开启补光电路,此时$R_2=20\ {\Omega}$,$I=\dfrac{U_2}{R_2}=\dfrac{3\ {V}}{20\ {\Omega}}=0.15\ {A}$,$U_1=U-U_2=4.5\ {V}-3\ {V}=1.5\ {V}$,$R_1=\dfrac{U_1}{I}=\dfrac{1.5\ {V}}{0.15\ {A}}=10\ {\Omega}$。若要使补光灯在光照度更低时才能开启,此时$R_2$的阻值变大,要使$R_2$两端电压仍为$3\ {V}$,$R_1$应选用阻值更大的电阻。(5) 用滑动变阻器替代定值电阻$R_1$,可任意调整补光灯启动时间。
提示:(1) 水流冲击力为0时,滑片P刚好与电阻丝左端M相接触,只有$R_0$接入电路,$R_0=\dfrac{U}{I_0}=\dfrac{3\ {V}}{0.3\ {A}}=10\ {\Omega}$。(2)$R_1=R_{\mathrm{总}}-R_0=\dfrac{U}{I'}-R_0=\dfrac{3\ {V}}{0.2\ {A}}-10\ {\Omega}=5\ {\Omega}$,因$1\ {\Omega}$的电阻丝长$0.5\ {cm}$,故接入电路的长度为$2.5\ {cm}$,因弹簧每受到$2\ {N}$的拉力伸长$0.5\ {cm}$,故水流冲击力为$\dfrac{2.5\ {cm}}{0.5\ {cm}} × 2\ {N}=10\ {N}$。(3) 图乙中,当水流速度增大时,电路中电流不变,电压表测滑片以左电阻丝的电压,示数变大。(4) 当电阻丝MN全部连入电路中时,$R_0:R_{MN}=1:5$,$U_{MN}=\dfrac{5}{1+5} × 3\ {V}=2.5\ {V}$,电压表上“$0∼2.5\ {V}$”范围内有25个小格,弹簧受到水的最大冲力为$\dfrac{25\ {cm}}{0.5\ {cm}} × 2\ {N}=100\ {N}$,故该“冲力表”的分度值为$\dfrac{100\ {N}}{25}=4\ {N}$。
7. (1) 电 (2) 比热容 (3) 增大 (4) 10 更大 (5) 用滑动变阻器替换$R_1$
提示:(1) 安装太阳能电池板,将太阳能转化为电能,为大棚里的用电器供电。(2) 用水墙替换土墙,可使大棚白天吸收更多的太阳热量,是因为水的比热容较大,升高一定的温度时可吸收更多的热量。(3) 由数据知,随着光照强度的减弱,光敏电阻的阻值增大。(4) 当光照度为$15\ {lx}$时开启补光电路,此时$R_2=20\ {\Omega}$,$I=\dfrac{U_2}{R_2}=\dfrac{3\ {V}}{20\ {\Omega}}=0.15\ {A}$,$U_1=U-U_2=4.5\ {V}-3\ {V}=1.5\ {V}$,$R_1=\dfrac{U_1}{I}=\dfrac{1.5\ {V}}{0.15\ {A}}=10\ {\Omega}$。若要使补光灯在光照度更低时才能开启,此时$R_2$的阻值变大,要使$R_2$两端电压仍为$3\ {V}$,$R_1$应选用阻值更大的电阻。(5) 用滑动变阻器替代定值电阻$R_1$,可任意调整补光灯启动时间。
解析
【分析】
第6题：(1) 水流冲击力为0时，滑片在M端，电阻丝未接入电路，电路为R₀的简单电路，已知电源电压和电流，根据欧姆定律可求R₀；(2) 电流为0.2A时，先由欧姆定律求总电阻，减去R₀得到接入电阻丝的电阻，再结合电阻与长度的关系算出接入长度，根据弹簧伸长与拉力的比例关系求冲击力；(3) 图乙中电阻丝全部接入，电流不变，电压表测滑片左侧电阻丝电压，水流速度增大时滑片右移，左侧电阻变大，根据U=IR判断电压变化；(4) 先算电阻丝全部接入时的电压，确定电压表最大示数，结合电压表刻度数和最大冲击力计算分度值。
第7题：(1) 太阳能电池板将太阳能转化为电能；(2) 水的比热容大，相同质量的水升高相同温度吸收更多热量，适合做水墙；(3) 分析光敏电阻阻值随光照强度的变化数据，得出规律；(4) 光照15lx时，已知R₂阻值和两端电压，算出控制电路电流，进而求R₁阻值；要光照更低时开启，R₂阻值更大，需更大的R₁才能使R₂两端电压达到3V；(5) 用滑动变阻器替换定值电阻R₁，可调整控制电路电阻，从而调整补光灯启动时间。
【解析】
第6题：
(1) 水流冲击力为0时，电路为R₀的简单电路，由欧姆定律得：$R_0 = \frac{U}{I_0} = \frac{3\ \mathrm{V}}{0.3\ \mathrm{A}} = 10\ \Omega$；
(2) 电流$I'=0.2\ \mathrm{A}$时，总电阻$R_{\mathrm{总}} = \frac{U}{I'} = \frac{3\ \mathrm{V}}{0.2\ \mathrm{A}} =15\ \Omega$，接入电阻丝的电阻$R_{\mathrm{丝}} = R_{\mathrm{总}} - R_0 =15\ \Omega -10\ \Omega=5\ \Omega$；电阻丝总电阻50Ω对应全长25cm，即1Ω对应0.5cm，接入长度$L=5\ \Omega ×0.5\ \mathrm{cm/}\Omega=2.5\ \mathrm{cm}$；弹簧每伸长0.5cm受2N拉力，冲击力$F=\frac{2.5\ \mathrm{cm}}{0.5\ \mathrm{cm}} ×2\ \mathrm{N}=10\ \mathrm{N}$；
(3) 图乙中电阻丝全部接入，电路电流不变，电压表测滑片左侧电阻丝电压；水流速度增大时，滑片右移，左侧电阻变大，由$U=IR$得电压表示数变大；
(4) 电阻丝全部接入时，电路电流$I=\frac{U}{R_0+R_{\mathrm{MN}}}=\frac{3\ \mathrm{V}}{10\ \Omega+50\ \Omega}=0.05\ \mathrm{A}$，电压表最大示数$U_{\mathrm{max}}=I × R_{\mathrm{MN}}=0.05\ \mathrm{A} ×50\ \Omega=2.5\ \mathrm{V}$；电压表量程0~3V，0~2.5V范围内有25个小格；最大冲击力：电阻丝全部接入时，滑片移动25cm，弹簧伸长量$\frac{25\ \mathrm{cm}}{0.5\ \mathrm{cm}} ×2\ \mathrm{N}=100\ \mathrm{N}$；分度值$\frac{100\ \mathrm{N}}{25}=4\ \mathrm{N}$；
第7题：
(1) 太阳能电池板将太阳能转化为电能，为大棚用电器供电；
(2) 水的比热容较大，相同质量的水和其他物质相比，升高相同温度吸收更多热量，故用水墙替换土墙；
(3) 由数据可知，光照强度减弱时，光敏电阻阻值增大；
(4) 光照15lx时，$R_2=20\ \Omega$，控制电路电流$I=\frac{U_2}{R_2}=\frac{3\ \mathrm{V}}{20\ \Omega}=0.15\ \mathrm{A}$；$R_1$两端电压$U_1=4.5\ \mathrm{V}-3\ \mathrm{V}=1.5\ \mathrm{V}$，故$R_1=\frac{U_1}{I}=\frac{1.5\ \mathrm{V}}{0.15\ \mathrm{A}}=10\ \Omega$；若要光照更低时开启，$R_2$阻值更大，需更大的$R_1$才能使$R_2$两端电压达到3V；
(5) 用滑动变阻器替换定值电阻$R_1$，可任意调整控制电路电流，从而调整补光灯启动时间；
【答案】
6. (1)10；(2)10；(3)变大；(4)4
7. (1)电；(2)比热容；(3)增大；(4)10，更大；(5)用滑动变阻器替换定值电阻$R_1$
【知识点】
欧姆定律、能量转化、比热容
【点评】
本题包含电学与力学结合的综合题和项目化实际应用题，考查基础知识点的综合运用，需理清电路结构和物理量比例关系，难度中等，注重知识的实际应用能力。
【难度系数】
0.5
第6题：(1) 水流冲击力为0时，滑片在M端，电阻丝未接入电路，电路为R₀的简单电路，已知电源电压和电流，根据欧姆定律可求R₀；(2) 电流为0.2A时，先由欧姆定律求总电阻，减去R₀得到接入电阻丝的电阻，再结合电阻与长度的关系算出接入长度，根据弹簧伸长与拉力的比例关系求冲击力；(3) 图乙中电阻丝全部接入，电流不变，电压表测滑片左侧电阻丝电压，水流速度增大时滑片右移，左侧电阻变大，根据U=IR判断电压变化；(4) 先算电阻丝全部接入时的电压，确定电压表最大示数，结合电压表刻度数和最大冲击力计算分度值。
第7题：(1) 太阳能电池板将太阳能转化为电能；(2) 水的比热容大，相同质量的水升高相同温度吸收更多热量，适合做水墙；(3) 分析光敏电阻阻值随光照强度的变化数据，得出规律；(4) 光照15lx时，已知R₂阻值和两端电压，算出控制电路电流，进而求R₁阻值；要光照更低时开启，R₂阻值更大，需更大的R₁才能使R₂两端电压达到3V；(5) 用滑动变阻器替换定值电阻R₁，可调整控制电路电阻，从而调整补光灯启动时间。
【解析】
第6题：
(1) 水流冲击力为0时，电路为R₀的简单电路，由欧姆定律得：$R_0 = \frac{U}{I_0} = \frac{3\ \mathrm{V}}{0.3\ \mathrm{A}} = 10\ \Omega$；
(2) 电流$I'=0.2\ \mathrm{A}$时，总电阻$R_{\mathrm{总}} = \frac{U}{I'} = \frac{3\ \mathrm{V}}{0.2\ \mathrm{A}} =15\ \Omega$，接入电阻丝的电阻$R_{\mathrm{丝}} = R_{\mathrm{总}} - R_0 =15\ \Omega -10\ \Omega=5\ \Omega$；电阻丝总电阻50Ω对应全长25cm，即1Ω对应0.5cm，接入长度$L=5\ \Omega ×0.5\ \mathrm{cm/}\Omega=2.5\ \mathrm{cm}$；弹簧每伸长0.5cm受2N拉力，冲击力$F=\frac{2.5\ \mathrm{cm}}{0.5\ \mathrm{cm}} ×2\ \mathrm{N}=10\ \mathrm{N}$；
(3) 图乙中电阻丝全部接入，电路电流不变，电压表测滑片左侧电阻丝电压；水流速度增大时，滑片右移，左侧电阻变大，由$U=IR$得电压表示数变大；
(4) 电阻丝全部接入时，电路电流$I=\frac{U}{R_0+R_{\mathrm{MN}}}=\frac{3\ \mathrm{V}}{10\ \Omega+50\ \Omega}=0.05\ \mathrm{A}$，电压表最大示数$U_{\mathrm{max}}=I × R_{\mathrm{MN}}=0.05\ \mathrm{A} ×50\ \Omega=2.5\ \mathrm{V}$；电压表量程0~3V，0~2.5V范围内有25个小格；最大冲击力：电阻丝全部接入时，滑片移动25cm，弹簧伸长量$\frac{25\ \mathrm{cm}}{0.5\ \mathrm{cm}} ×2\ \mathrm{N}=100\ \mathrm{N}$；分度值$\frac{100\ \mathrm{N}}{25}=4\ \mathrm{N}$；
第7题：
(1) 太阳能电池板将太阳能转化为电能，为大棚用电器供电；
(2) 水的比热容较大，相同质量的水和其他物质相比，升高相同温度吸收更多热量，故用水墙替换土墙；
(3) 由数据可知，光照强度减弱时，光敏电阻阻值增大；
(4) 光照15lx时，$R_2=20\ \Omega$，控制电路电流$I=\frac{U_2}{R_2}=\frac{3\ \mathrm{V}}{20\ \Omega}=0.15\ \mathrm{A}$；$R_1$两端电压$U_1=4.5\ \mathrm{V}-3\ \mathrm{V}=1.5\ \mathrm{V}$，故$R_1=\frac{U_1}{I}=\frac{1.5\ \mathrm{V}}{0.15\ \mathrm{A}}=10\ \Omega$；若要光照更低时开启，$R_2$阻值更大，需更大的$R_1$才能使$R_2$两端电压达到3V；
(5) 用滑动变阻器替换定值电阻$R_1$，可任意调整控制电路电流，从而调整补光灯启动时间；
【答案】
6. (1)10；(2)10；(3)变大；(4)4
7. (1)电；(2)比热容；(3)增大；(4)10，更大；(5)用滑动变阻器替换定值电阻$R_1$
【知识点】
欧姆定律、能量转化、比热容
【点评】
本题包含电学与力学结合的综合题和项目化实际应用题，考查基础知识点的综合运用，需理清电路结构和物理量比例关系，难度中等，注重知识的实际应用能力。
【难度系数】
0.5
