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13. 用笔画线代替导线，将图13-6-23中的开关、三孔插座分别接入家庭电路中。
火线 零线 地线 图13-6-23
火线 零线 地线 图13-6-23答案
解：
按照家庭电路安全接线规范完成连接：
1. 灯泡与开关支路：将火线连接到开关的空余接线柱，使火线先经过开关，再接入灯泡顶端的金属点，灯泡的螺旋套直接与零线相连，保证断开开关时灯泡与火线断开，避免触电风险。
2. 三孔插座支路：遵循“左零右火上接地”的接线规则，将三孔插座上方的空余接线柱与地线相连，其余接线已对应接好零线、火线，完成全部电路连接。
按照家庭电路安全接线规范完成连接：
1. 灯泡与开关支路：将火线连接到开关的空余接线柱，使火线先经过开关，再接入灯泡顶端的金属点，灯泡的螺旋套直接与零线相连，保证断开开关时灯泡与火线断开，避免触电风险。
2. 三孔插座支路：遵循“左零右火上接地”的接线规则，将三孔插座上方的空余接线柱与地线相连，其余接线已对应接好零线、火线，完成全部电路连接。
解析
【分析】
要完成家庭电路中开关、三孔插座的正确接入，需遵循家庭电路的安全接线规则：开关必须接在火线上，断开开关时能切断用电器与火线的连接，避免触电；灯泡的螺旋套接零线、顶端金属点经开关接火线，防止更换灯泡时触电；三孔插座需遵循“左零右火上接地”，接地孔用于防止用电器漏电时触电。解题时需按上述规则分别连接开关与灯泡支路、三孔插座支路。
【解析】
1. 开关与灯泡支路：将火线连接到开关的一个接线柱，开关的另一接线柱连接灯泡顶端的金属点，灯泡的螺旋套接零线，确保火线先过开关再入灯泡，断开开关时灯泡与火线断开。
2. 三孔插座支路：遵循“左零右火上接地”，将三孔插座的上接线柱（接地孔）连接地线，左接线柱接零线，右接线柱接火线，完成插座的安全接线。
【答案】
开关一端接火线，另一端接灯泡顶端金属点，灯泡螺旋套接零线；三孔插座左孔接零线，右孔接火线，上孔接地线。
【知识点】
家庭电路连接、安全用电原则
【点评】
本题考查家庭电路的安全接线，是基础的实用类题目，需牢记开关、灯泡、三孔插座的接线规范，体现了安全用电的生活常识应用。
【难度系数】
0.6
要完成家庭电路中开关、三孔插座的正确接入，需遵循家庭电路的安全接线规则：开关必须接在火线上，断开开关时能切断用电器与火线的连接，避免触电；灯泡的螺旋套接零线、顶端金属点经开关接火线，防止更换灯泡时触电；三孔插座需遵循“左零右火上接地”，接地孔用于防止用电器漏电时触电。解题时需按上述规则分别连接开关与灯泡支路、三孔插座支路。
【解析】
1. 开关与灯泡支路：将火线连接到开关的一个接线柱，开关的另一接线柱连接灯泡顶端的金属点，灯泡的螺旋套接零线，确保火线先过开关再入灯泡，断开开关时灯泡与火线断开。
2. 三孔插座支路：遵循“左零右火上接地”，将三孔插座的上接线柱（接地孔）连接地线，左接线柱接零线，右接线柱接火线，完成插座的安全接线。
【答案】
开关一端接火线，另一端接灯泡顶端金属点，灯泡螺旋套接零线；三孔插座左孔接零线，右孔接火线，上孔接地线。
【知识点】
家庭电路连接、安全用电原则
【点评】
本题考查家庭电路的安全接线，是基础的实用类题目，需牢记开关、灯泡、三孔插座的接线规范，体现了安全用电的生活常识应用。
【难度系数】
0.6
14. (2023·安徽中考)为估测一个电热水壶烧水时的电功率，小林在壶中装入质量为1 kg的水，把它接入家庭电路中，通电加热210 s，水温从20 ℃上升到70 ℃。已知水的比热容为$4.2× 10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°\mathrm{C})$。
(1)该过程中水吸收的热量是多少？
(2)若电流产生的热量全部被水吸收，请通过计算估测该电热水壶的电功率。
(3)用上述方案估测出的电功率与实际功率相比偏大还是偏小？简要说明理由。
(1)该过程中水吸收的热量是多少？
(2)若电流产生的热量全部被水吸收，请通过计算估测该电热水壶的电功率。
(3)用上述方案估测出的电功率与实际功率相比偏大还是偏小？简要说明理由。
答案
14. (1)2.1×10⁵ J (2)1 000 W (3)偏小。由于加热过程中存在热量损失，水升温吸收的热量会小于电热水壶消耗的电能。
解析
【分析】
本题分为三小问，第(1)问需利用水的吸热公式计算水吸收的热量，关键是确定水升高的温度；第(2)问根据电流产生的热量全部被水吸收，可知电热水壶消耗的电能等于水吸收的热量，再结合电功率公式计算；第(3)问需考虑实际加热过程中的热量散失，分析估测值与实际值的差异。
【解析】
(1) 水升高的温度：$\Delta t = t - t_0 = 70°\mathrm{C} - 20°\mathrm{C} = 50°\mathrm{C}$
水吸收的热量：$Q_{\mathrm{吸}} = cm\Delta t = 4.2 × 10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg·°C}) × 1\ \mathrm{kg} × 50°\mathrm{C} = 2.1 × 10^5\ \mathrm{J}$
(2) 由题意可知，电流产生的热量全部被水吸收，即电热水壶消耗的电能$W = Q_{\mathrm{吸}} = 2.1 × 10^5\ \mathrm{J}$
根据电功率公式$P = \frac{W}{t}$，代入数据得：$P = \frac{2.1 × 10^5\ \mathrm{J}}{210\ \mathrm{s}} = 1000\ \mathrm{W}$
(3) 估测出的电功率偏小。理由：加热过程中，电热水壶产生的热量除了被水吸收，还有一部分散失到周围环境中，或被电热水壶自身吸收，因此水吸收的热量小于电热水壶消耗的电能，用$Q_{\mathrm{吸}}$代替$W$计算出的电功率比实际功率小。
【答案】
(1)$2.1×10^5\ \mathrm{J}$ (2)$1000\ \mathrm{W}$ (3)偏小。由于加热过程中存在热量损失，水升温吸收的热量会小于电热水壶消耗的电能。
【知识点】
热量计算、电功率计算、电热与电能的关系
【点评】
本题以生活中的电热水壶为背景，考查热量计算、电功率估测，同时结合实际情况分析误差，体现了物理知识与生活的联系，注重基础应用，难度适中。
【难度系数】
0.7
本题分为三小问，第(1)问需利用水的吸热公式计算水吸收的热量，关键是确定水升高的温度；第(2)问根据电流产生的热量全部被水吸收，可知电热水壶消耗的电能等于水吸收的热量，再结合电功率公式计算；第(3)问需考虑实际加热过程中的热量散失，分析估测值与实际值的差异。
【解析】
(1) 水升高的温度：$\Delta t = t - t_0 = 70°\mathrm{C} - 20°\mathrm{C} = 50°\mathrm{C}$
水吸收的热量：$Q_{\mathrm{吸}} = cm\Delta t = 4.2 × 10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg·°C}) × 1\ \mathrm{kg} × 50°\mathrm{C} = 2.1 × 10^5\ \mathrm{J}$
(2) 由题意可知，电流产生的热量全部被水吸收，即电热水壶消耗的电能$W = Q_{\mathrm{吸}} = 2.1 × 10^5\ \mathrm{J}$
根据电功率公式$P = \frac{W}{t}$，代入数据得：$P = \frac{2.1 × 10^5\ \mathrm{J}}{210\ \mathrm{s}} = 1000\ \mathrm{W}$
(3) 估测出的电功率偏小。理由：加热过程中，电热水壶产生的热量除了被水吸收，还有一部分散失到周围环境中，或被电热水壶自身吸收，因此水吸收的热量小于电热水壶消耗的电能，用$Q_{\mathrm{吸}}$代替$W$计算出的电功率比实际功率小。
【答案】
(1)$2.1×10^5\ \mathrm{J}$ (2)$1000\ \mathrm{W}$ (3)偏小。由于加热过程中存在热量损失，水升温吸收的热量会小于电热水壶消耗的电能。
【知识点】
热量计算、电功率计算、电热与电能的关系
【点评】
本题以生活中的电热水壶为背景，考查热量计算、电功率估测，同时结合实际情况分析误差，体现了物理知识与生活的联系，注重基础应用，难度适中。
【难度系数】
0.7
15. 图13-6-24甲为某电火锅的部分参数，其内部简化电路如图13-6-24乙所示，$R_1$、$R_2$为阻值一定的电热丝，且$R_1 ＜ R_2$。通过控制开关$S_1$、$S_2$的断开或闭合状态，可以让电火锅在不同挡位工作。
(1)电火锅在低温挡工作时，开关$S_1$、$S_2$分别处于什么状态？
(2)求$R_1:R_2$的值。
(3)若家庭电路的电压是220 V，某插座允许通过的最大电流是5 A，用该插座仅给电火锅供电，从安全用电和加热快这两个角度综合考虑，应选择哪个挡位？简要说明理由。
(1)电火锅在低温挡工作时，开关$S_1$、$S_2$分别处于什么状态？
(2)求$R_1:R_2$的值。
(3)若家庭电路的电压是220 V，某插座允许通过的最大电流是5 A，用该插座仅给电火锅供电，从安全用电和加热快这两个角度综合考虑，应选择哪个挡位？简要说明理由。
答案
(1)开关S₁断开，开关S₂闭合 (2)1:2 (3)应选择中温挡。由于插座允许通过的最大电流是5 A，允许接入的用电器的最大电功率是1 100 W，大于中温挡的电功率，小于高温挡的电功率，所以从安全用电和加热快这两个角度综合考虑，应选择中温挡。
解析
【分析】
本题需结合电功率公式 $ P=\frac{U^2}{R} $，根据电路结构判断不同开关状态下的电阻、功率变化，进而解决挡位相关问题。首先明确：电源电压一定时，总电阻越大，总功率越小，挡位越低；并联电路中总功率等于各支路功率之和。
(1) 低温挡功率最小，对应总电阻最大，结合 $ R_1＜R_2 $，判断开关状态；
(2) 利用各挡位功率对应电阻的关系，结合 $ R=\frac{U^2}{P} $ 计算电阻比；
(3) 先计算插座允许的最大功率，对比各挡位功率，结合安全和加热速度要求选择挡位。
【解析】
(1) 根据 $ P=\frac{U^2}{R} $，电源电压 $ U=220V $ 一定时，电阻越大，功率越小，挡位越低。已知 $ R_1＜R_2 $，则 $ R_2 $ 电阻更大，当仅 $ R_2 $ 接入电路时总电阻最大，功率最小，为低温挡，此时开关 $ S_1 $ 断开，$ S_2 $ 闭合。
(2) 由挡位参数可知：低温挡功率 $ P_{\mathrm{低}}=P_2=500W $，高温挡功率 $ P_{\mathrm{高}}=P_1+P_2=1500W $，故中温挡（仅 $ R_1 $ 工作）功率 $ P_{\mathrm{中}}=P_1=1500W-500W=1000W $。根据 $ R=\frac{U^2}{P} $，电压 $ U $ 相同，电阻与功率成反比，因此 $ \frac{R_1}{R_2}=\frac{P_2}{P_1}=\frac{500W}{1000W}=\frac{1}{2} $，即 $ R_1:R_2=1:2 $。
(3) 插座允许的最大功率：$ P_{\mathrm{允}}=UI=220V × 5A=1100W $。各挡位功率：低温挡 $ 500W＜1100W $，中温挡 $ 1000W＜1100W $，高温挡 $ 1500W＞1100W $（对应电流 $ I=\frac{1500W}{220V}\approx6.8A＞5A $，不安全）。中温挡功率大于低温挡，加热更快，且功率小于插座允许值，符合安全要求，故选择中温挡。
【答案】
(1) 开关 $ S_1 $ 断开，开关 $ S_2 $ 闭合；(2) $ 1:2 $；(3) 应选择中温挡，理由：插座允许的最大功率为1100W，高温挡功率超过允许值，不安全；中温挡功率小于允许值，安全且比低温挡加热更快，因此选中温挡。
【知识点】
电功率公式应用、并联电路功率、安全用电
【点评】
本题结合电火锅实际挡位，考查电功率公式与安全用电的综合应用，需根据电路结构分析挡位对应的工作状态，再结合功率关系和安全电流判断，属于中等难度的电路应用题。
【难度系数】
0.5
本题需结合电功率公式 $ P=\frac{U^2}{R} $，根据电路结构判断不同开关状态下的电阻、功率变化，进而解决挡位相关问题。首先明确：电源电压一定时，总电阻越大，总功率越小，挡位越低；并联电路中总功率等于各支路功率之和。
(1) 低温挡功率最小，对应总电阻最大，结合 $ R_1＜R_2 $，判断开关状态；
(2) 利用各挡位功率对应电阻的关系，结合 $ R=\frac{U^2}{P} $ 计算电阻比；
(3) 先计算插座允许的最大功率，对比各挡位功率，结合安全和加热速度要求选择挡位。
【解析】
(1) 根据 $ P=\frac{U^2}{R} $，电源电压 $ U=220V $ 一定时，电阻越大，功率越小，挡位越低。已知 $ R_1＜R_2 $，则 $ R_2 $ 电阻更大，当仅 $ R_2 $ 接入电路时总电阻最大，功率最小，为低温挡，此时开关 $ S_1 $ 断开，$ S_2 $ 闭合。
(2) 由挡位参数可知：低温挡功率 $ P_{\mathrm{低}}=P_2=500W $，高温挡功率 $ P_{\mathrm{高}}=P_1+P_2=1500W $，故中温挡（仅 $ R_1 $ 工作）功率 $ P_{\mathrm{中}}=P_1=1500W-500W=1000W $。根据 $ R=\frac{U^2}{P} $，电压 $ U $ 相同，电阻与功率成反比，因此 $ \frac{R_1}{R_2}=\frac{P_2}{P_1}=\frac{500W}{1000W}=\frac{1}{2} $，即 $ R_1:R_2=1:2 $。
(3) 插座允许的最大功率：$ P_{\mathrm{允}}=UI=220V × 5A=1100W $。各挡位功率：低温挡 $ 500W＜1100W $，中温挡 $ 1000W＜1100W $，高温挡 $ 1500W＞1100W $（对应电流 $ I=\frac{1500W}{220V}\approx6.8A＞5A $，不安全）。中温挡功率大于低温挡，加热更快，且功率小于插座允许值，符合安全要求，故选择中温挡。
【答案】
(1) 开关 $ S_1 $ 断开，开关 $ S_2 $ 闭合；(2) $ 1:2 $；(3) 应选择中温挡，理由：插座允许的最大功率为1100W，高温挡功率超过允许值，不安全；中温挡功率小于允许值，安全且比低温挡加热更快，因此选中温挡。
【知识点】
电功率公式应用、并联电路功率、安全用电
【点评】
本题结合电火锅实际挡位，考查电功率公式与安全用电的综合应用，需根据电路结构分析挡位对应的工作状态，再结合功率关系和安全电流判断，属于中等难度的电路应用题。
【难度系数】
0.5
