2026年能力素养与学力提升九年级物理下册苏科版第54页答案
19. 如图所示,某家庭电路的输电线甲、乙从右端进户. 闭合开关S,LED灯发光、电风扇正常工作,用测电笔检测插座,只有检测右孔时氖管发光. 由于出现故障,电风扇停止工作,LED灯仍发光,用测电笔检测插座两孔,氖管均发光. 下列说法正确的是 (
D
)


A.甲为火线,乙为零线
B.故障为插座两孔短路
C.故障为电风扇本身断路
D.故障为输电线甲$b$、$c$两点之间断路

答案

D

解析

【分析】
首先根据测电笔的工作原理判断火线和零线:测电笔接触火线时氖管发光,接触零线时不发光,结合初始状态可确定乙为火线、甲为零线,排除选项A。再结合故障后的现象分析故障类型:LED灯仍发光说明其所在电路通路,风扇停止工作说明其所在电路断路,插座两孔均发光说明左孔(接零线)通过用电器与火线连通,由此逐一排查选项:
若插座短路会导致电源短路,LED灯无法发光,排除B;
若风扇本身断路,插座左孔仍接零线,测电笔检测左孔时氖管不发光,排除C;
若甲线b、c之间断路,LED电路通路能正常发光,风扇因无法形成回路停止工作,同时插座左孔通过风扇与火线连通,测电笔检测两孔均发光,符合故障现象。
【解析】
1. 判断火线零线:
初始状态下,测插座只有右孔氖管发光,根据测电笔“接触火线氖管发光,接触零线氖管不发光”的原理,可知右孔接火线(乙线),左孔接零线(甲线),因此选项A错误。
2. 逐一分析故障选项:
选项B:若插座两孔短路,会造成家庭电路电源短路,空气开关跳闸,LED灯无法发光,与题目中“LED灯仍发光”矛盾,故B错误。
选项C:若电风扇本身断路,插座左孔仍与零线(甲线)连通,测电笔检测左孔时氖管不会发光,与题目中“检测插座两孔,氖管均发光”矛盾,故C错误。
选项D:若输电线甲的b、c两点之间断路:
LED灯所在电路:火线(乙线)→开关S→LED→c点→甲线(c点到进户端通路),形成完整回路,LED灯仍能发光;
电风扇所在电路:火线(乙线)→电风扇→b点,由于甲线b、c之间断路,无法与零线形成回路,电风扇停止工作;
插座左孔通过电风扇与火线(乙线)连通,测电笔检测左孔时,电流经火线→电风扇→插座左孔→测电笔→人体→大地,氖管发光,右孔直接接火线,氖管也发光,完全符合题目故障现象,故D正确。
【答案】
D
【知识点】
家庭电路故障分析;测电笔的使用;家庭电路连接规则
【点评】
本题考查家庭电路的故障分析,需结合测电笔工作原理和家庭电路通路特点,通过对比故障前后的电路现象逐一排查,重点考查逻辑推理能力和家庭电路知识的综合应用,是中考常见的题型。
【难度系数】
0.6
20. 如图所示是小李家的部分电路,灯L上标有“$220\ \mathrm{V}\ 40\ \mathrm{W}$”的字样. 他将电阻丝电阻为$40\ \Omega$的电热水壶插入插座,发现烧开一壶水需要$5\ \mathrm{min}$,电热水壶的电阻丝产生的热量为$3×10^5\ \mathrm{J}$. 设灯丝和电热水壶电阻丝的电阻均不随温度变化.
(1)按照安全用电原则,用笔画线代替导线将如图所示的三线插座接入电路.
(2)求火线与零线间的实际电压.

(3)开关S闭合后,求灯L的实际功率.

答案

(1) 三线插座接线:左孔接零线,右孔接火线,上孔接地线,按此规则完成接线
(2) 解:电热水壶产生的热量$ W = Q = 3 × 10^5\ \mathrm{J}$,工作时间$ t = 5\ \mathrm{min} = 300\ \mathrm{s}$
实际功率$ P_{\mathrm{实}} = \frac{W}{t} = \frac{3 × 10^5\ \mathrm{J}}{300\ \mathrm{s}} = 1000\ \mathrm{W}$
由$ P = \frac{U^2}{R} $得,实际电压$ U_{\mathrm{实}} = \sqrt{P_{\mathrm{实}}R} = \sqrt{1000\ \mathrm{W} × 40\ \Omega} = 200\ \mathrm{V}$
(3) 灯L的额定电阻$ R_{\mathrm{L}} = \frac{U_{\mathrm{额}}^2}{P_{\mathrm{额}}} = \frac{(220\ \mathrm{V})^2}{40\ \mathrm{W}} = 1210\ \Omega$
灯L的实际功率$ P_{\mathrm{实}}' = \frac{U_{\mathrm{实}}^2}{R_{\mathrm{L}}} = \frac{(200\ \mathrm{V})^2}{1210\ \Omega} \approx 33.1\ \mathrm{W}$

解析

【分析】
1. 三线插座接线需遵循安全用电的“左零右火上接地”原则进行连接。
2. 第二问中,电热水壶为纯电阻用电器,产生的热量等于消耗的电能,先通过$P=\frac{W}{t}$计算实际功率,再利用$P=\frac{U^2}{R}$的变形公式求解实际电压。
3. 第三问先根据灯的额定参数,用$R=\frac{U_{额}^2}{P_{额}}$算出灯的电阻,再结合实际电压,通过$P_{实}=\frac{U_{实}^2}{R}$计算灯的实际功率。
【解析】
(1) 三线插座接线:按照“左零右火上接地”的原则,将插座左孔与零线相连,右孔与火线相连,上孔与地线相连(用笔画线完成接线)。
(2) ① 电热水壶是纯电阻用电器,消耗的电能等于产生的热量,即$W = Q = 3×10^5\ \mathrm{J}$,工作时间$t = 5\ \mathrm{min} = 5×60\ \mathrm{s}=300\ \mathrm{s}$。
② 计算电热水壶的实际功率:
$P_{\mathrm{实}} = \frac{W}{t} = \frac{3×10^5\ \mathrm{J}}{300\ \mathrm{s}} = 1000\ \mathrm{W}$
③ 由$P = \frac{U^2}{R}$变形得火线与零线间的实际电压:
$U_{\mathrm{实}} = \sqrt{P_{\mathrm{实}}R} = \sqrt{1000\ \mathrm{W}×40\ \Omega} = 200\ \mathrm{V}$
(3) ① 计算灯L的电阻:
已知灯的额定电压$U_{\mathrm{额}}=220\ \mathrm{V}$,额定功率$P_{\mathrm{额}}=40\ \mathrm{W}$,由$P = \frac{U^2}{R}$得:
$R_{\mathrm{L}} = \frac{U_{\mathrm{额}}^2}{P_{\mathrm{额}}} = \frac{(220\ \mathrm{V})^2}{40\ \mathrm{W}} = 1210\ \Omega$
② 开关S闭合后,灯两端实际电压等于火线与零线间的实际电压,计算灯的实际功率:
$P_{\mathrm{实}}' = \frac{U_{\mathrm{实}}^2}{R_{\mathrm{L}}} = \frac{(200\ \mathrm{V})^2}{1210\ \Omega} \approx 33.1\ \mathrm{W}$
【答案】
(1) 按照“左零右火上接地”原则完成三线插座的接线;
(2) 火线与零线间的实际电压为$\boldsymbol{200\ \mathrm{V}}$;
(3) 灯L的实际功率约为$\boldsymbol{33.1\ \mathrm{W}}$。
【知识点】
1. 安全用电原则
2. 焦耳定律应用
3. 电功率计算
【点评】
本题综合考查了安全用电接线规则、电功率和焦耳定律的计算,需要掌握纯电阻电路中电能与热量的关系,以及电功率公式的灵活变形,同时注意单位换算的准确性。
【难度系数】
0.6
21. 小华查看家中电炖锅的说明书后发现:电炖锅有低温、中温、高温三挡;电阻$R_2 = 60.5\ \Omega$,$R_1 = 4R_2$,该电炖锅的原理图如图所示,请问:
(1)闭合开关S、$S_1$,电炖锅处于
低温
挡.

(2)电炖锅高温挡的额定功率为多大?
(3)正常工作时,使用电炖锅高温挡加热$10\ \mathrm{min}$,可将一锅$1.5\ \mathrm{kg}$的汤从$20\ °\mathrm{C}$加热到$100\ °\mathrm{C}$,电炖锅的加热效率是多少?[汤的比热容取$4×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°\mathrm{C})$]

答案

低温
解:
(1) 已知$ R_2 = 60.5\ \Omega$,则$ R_1 = 4R_2 = 4 × 60.5\ \Omega = 242\ \Omega$
闭合开关S、S₁时,$R_1$与$R_2$串联,总电阻最大,由$ P = \frac{U^2}{R} $可知功率最小,为低温挡
(2) 高温挡时,$R_1$与$R_2$并联,总电阻$ R_{\mathrm{并}} = \frac{R_1R_2}{R_1+R_2} = \frac{242\ \Omega × 60.5\ \Omega}{242\ \Omega + 60.5\ \Omega} = 48.4\ \Omega$
高温挡的额定功率$ P_{\mathrm{高}} = \frac{U^2}{R_{\mathrm{并}}} = \frac{(220\ \mathrm{V})^2}{48.4\ \Omega} = 1000\ \mathrm{W}$
(3) 汤吸收的热量$ Q_{\mathrm{吸}} = cm\Delta t = 4 × 10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} × 1.5\ \mathrm{kg} × (100℃ - 20℃) = 4.8 × 10^5\ \mathrm{J}$
电炖锅高温挡加热10min消耗的电能$ W = P_{\mathrm{高}}t = 1000\ \mathrm{W} × 10 × 60\ \mathrm{s} = 6 × 10^5\ \mathrm{J}$
加热效率$ \eta = \frac{Q_{\mathrm{吸}}}{W} × 100\% = \frac{4.8 × 10^5\ \mathrm{J}}{6 × 10^5\ \mathrm{J}} × 100\% = 80\%$

解析

【分析】
1. 挡位判断:根据公式$P=\frac{U^2}{R}$,家庭电路电压$U$恒定,电路总电阻越大,功率越小。分析开关组合对应的电路:闭合S、$S_1$时只有$R_1$接入电路,闭合S、$S_2$时只有$R_2$接入电路,闭合S、$S_1$、$S_2$时$R_1$与$R_2$并联。已知$R_1=4R_2$,$R_1$阻值最大,单独工作时功率最小,对应低温挡。
2. 高温挡功率计算:高温挡为$R_1$与$R_2$并联,先根据$R_1=4R_2$算出$R_1$阻值,再用并联电阻公式计算总电阻,最后结合$P=\frac{U^2}{R}$求出额定功率。
3. 加热效率计算:先用吸热公式$Q_{\mathrm{吸}}=cm\Delta t$计算汤吸收的热量,再用$W=Pt$计算消耗的电能,最后通过$\eta=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{W}×100\%$算出效率。
【解析】
(1) 已知$R_1=4R_2$,则$R_1>R_2$。由$P=\frac{U^2}{R}$可知,电压$U$一定时,电阻越大,电功率越小。闭合开关S、$S_1$时,只有$R_1$接入电路,此时电路电阻最大,电功率最小,电炖锅处于低温挡。
(2) 计算$R_1$的阻值:
$R_1=4R_2=4×60.5\ \Omega=242\ \Omega$
高温挡时,$R_1$与$R_2$并联,总电阻:
$R_{\mathrm{并}}=\frac{R_1R_2}{R_1+R_2}=\frac{242\ \Omega×60.5\ \Omega}{242\ \Omega+60.5\ \Omega}=48.4\ \Omega$
家庭电路电压$U=220\ \mathrm{V}$,高温挡额定功率:
$P_{\mathrm{高}}=\frac{U^2}{R_{\mathrm{并}}}=\frac{(220\ \mathrm{V})^2}{48.4\ \Omega}=1000\ \mathrm{W}$
(3) 汤吸收的热量:
$Q_{\mathrm{吸}}=cm\Delta t=4×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×1.5\ \mathrm{kg}×(100℃-20℃)=4.8×10^5\ \mathrm{J}$
工作时间$t=10\ \mathrm{min}=600\ \mathrm{s}$,消耗的电能:
$W=P_{\mathrm{高}}t=1000\ \mathrm{W}×600\ \mathrm{s}=6×10^5\ \mathrm{J}$
加热效率:
$\eta=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{W}×100\%=\frac{4.8×10^5\ \mathrm{J}}{6×10^5\ \mathrm{J}}×100\%=80\%$
【答案】
(1) 低温
(2) $\boldsymbol{1000\ \mathrm{W}}$
(3) $\boldsymbol{80\%}$
【知识点】
1. 电功率计算
2. 热量计算
3. 电热效率
【点评】
本题结合实际用电器挡位问题,综合考查串并联电路特点、电功率公式、吸热公式及效率公式的应用,核心是准确判断不同挡位对应的电路连接方式,理清电功率与电阻的关系。
【难度系数】
0.6