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三、解答题
6. (盐城东台期末)氧弹量热计是一种用于测量燃料热值的仪器,如图甲所示。测量时,将一定质量的燃料样品放入充有高压氧气的密闭容器(氧弹)中进行完全燃烧,产生的热量通过氧弹外壁传递给盛水桶中的水,导致水温升高。通过温度传感器测量水温的升高量,计算出燃料的热值。如表所示是一张燃料热值测量的部分实验数据和演算记录值。热容量 $ E $ 是指系统中水温升高 $ 1 \, °\mathrm{C} $ 时吸收的总热量(单位:$ \mathrm{J}/°\mathrm{C} $)。$ [ c_{\mathrm{水}}=4.2×10^{3} \, \mathrm{J}/(\mathrm{kg} · °\mathrm{C}) ] $
(1) 燃料样品完全燃烧放出的热量为J。
(2) 根据测量与演算过程,用表中的物理量符号写出水温变化量的表达式 $ \Delta t = \_\_\_\_\_\_ °\mathrm{C} $。
(3) 盛水桶中水的质量 $ m_2 $ 为kg。
(4) 图乙是小明设计的测量燃料热值装置,与图甲相比,图装置测量值更精确,写出使用该装置的一条优点:。
7. (泰州姜堰期末)为探究“电流与电阻的关系”,小明连接的电路如图甲所示,$ R $ 为定值电阻,电源电压保持 $ 4.5 \, \mathrm{V} $ 不变。
(1) 小明连接的电路中有一根导线接错,请你在这根导线上画上“×”,再用笔画线表示导线,改接到正确的位置上。
(2) 连接电路时,开关应处于状态。
(3) 改接好电路,闭合开关,小明发现电流表无示数,电压表接近电源电压,仔细检查,电路连接无误,那么出现该状况的原因可能是。
(4) 排除故障后,实验中小明只将电阻 $ R $ 由 $ 5 \, \Omega $ 更换为 $ 10 \, \Omega $,滑片位置不动,闭合开关后,为使电阻 $ R $ 两端的电压保持不变,滑动变阻器的滑片应向(填“左”或“右”)端滑动。
(5) 小明实验中所用 $ R $ 的阻值分别是 $ 5 \, \Omega $、$ 10 \, \Omega $、$ 15 \, \Omega $、$ 20 \, \Omega $、$ 25 \, \Omega $,根据测得的实验数据,绘制出如图乙所示的电流 $ I $ 随电阻 $ R $ 变化的图像,由此可得出该实验的结论是。为了保证完成所有实验,利用图甲改接正确的电路(元件个数保持不变),你认为小明所用滑动变阻器的最大阻值至少是$ \Omega $。
(6) 另一组的小强同学也用同样的电源和五个电阻完成了实验,但他实验时控制电阻的电压为 $ 2 \, \mathrm{V} $,若小强和小明在实验中所移动滑动变阻器阻值变化范围分别为 $ \Delta R_1 $ 和 $ \Delta R_2 $(每次记录实验后,滑片 $ P $ 没有滑到阻值最大端),则$ \Delta R_1: \Delta R_2 = $。
6. (盐城东台期末)氧弹量热计是一种用于测量燃料热值的仪器,如图甲所示。测量时,将一定质量的燃料样品放入充有高压氧气的密闭容器(氧弹)中进行完全燃烧,产生的热量通过氧弹外壁传递给盛水桶中的水,导致水温升高。通过温度传感器测量水温的升高量,计算出燃料的热值。如表所示是一张燃料热值测量的部分实验数据和演算记录值。热容量 $ E $ 是指系统中水温升高 $ 1 \, °\mathrm{C} $ 时吸收的总热量(单位:$ \mathrm{J}/°\mathrm{C} $)。$ [ c_{\mathrm{水}}=4.2×10^{3} \, \mathrm{J}/(\mathrm{kg} · °\mathrm{C}) ] $
(1) 燃料样品完全燃烧放出的热量为J。
(2) 根据测量与演算过程,用表中的物理量符号写出水温变化量的表达式 $ \Delta t = \_\_\_\_\_\_ °\mathrm{C} $。
(3) 盛水桶中水的质量 $ m_2 $ 为kg。
(4) 图乙是小明设计的测量燃料热值装置,与图甲相比,图装置测量值更精确,写出使用该装置的一条优点:。
7. (泰州姜堰期末)为探究“电流与电阻的关系”,小明连接的电路如图甲所示,$ R $ 为定值电阻,电源电压保持 $ 4.5 \, \mathrm{V} $ 不变。
(1) 小明连接的电路中有一根导线接错,请你在这根导线上画上“×”,再用笔画线表示导线,改接到正确的位置上。
(2) 连接电路时,开关应处于状态。
(3) 改接好电路,闭合开关,小明发现电流表无示数,电压表接近电源电压,仔细检查,电路连接无误,那么出现该状况的原因可能是。
(4) 排除故障后,实验中小明只将电阻 $ R $ 由 $ 5 \, \Omega $ 更换为 $ 10 \, \Omega $,滑片位置不动,闭合开关后,为使电阻 $ R $ 两端的电压保持不变,滑动变阻器的滑片应向(填“左”或“右”)端滑动。
(5) 小明实验中所用 $ R $ 的阻值分别是 $ 5 \, \Omega $、$ 10 \, \Omega $、$ 15 \, \Omega $、$ 20 \, \Omega $、$ 25 \, \Omega $,根据测得的实验数据,绘制出如图乙所示的电流 $ I $ 随电阻 $ R $ 变化的图像,由此可得出该实验的结论是。为了保证完成所有实验,利用图甲改接正确的电路(元件个数保持不变),你认为小明所用滑动变阻器的最大阻值至少是$ \Omega $。
(6) 另一组的小强同学也用同样的电源和五个电阻完成了实验,但他实验时控制电阻的电压为 $ 2 \, \mathrm{V} $,若小强和小明在实验中所移动滑动变阻器阻值变化范围分别为 $ \Delta R_1 $ 和 $ \Delta R_2 $(每次记录实验后,滑片 $ P $ 没有滑到阻值最大端),则$ \Delta R_1: \Delta R_2 = $。
答案
6. (1) $8.4×10^{4}$ (2) $\frac{m_1 q}{E}$ 10 (3) 2 (4) 甲 甲装置中氧气充足，燃料可充分燃烧且空气隔层和密闭容器能减少热损失
提示:(1) 燃料样品完全燃烧放热$Q_{放}=m_{1}q=2×10^{-3}\ \mathrm{kg}×4.2×10^{7}\ \mathrm{J/kg}=8.4×10^{4}\ \mathrm{J}$。(2) 热容量$E$是指系统中水温升高$1\ °\mathrm{C}$时吸收的热量，水吸收的热量等于燃料燃烧放出的热量，故水温变化量的表达式$\Delta t=\frac{Q_{放}}{E}=\frac{m_{1}q}{E}$，水温变化量的数值$\Delta t=\frac{m_{1}q}{E}=\frac{8.4×10^{4}\ \mathrm{J}}{8.4×10^{3}\ \mathrm{J}/°\mathrm{C}}=10\ °\mathrm{C}$。(3) 盛水桶中水的质量$m_{2}=\frac{Q_{放}}{c_{水}\Delta t}=\frac{8.4×10^{4}\ \mathrm{J}}{4.2×10^{3}\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°\mathrm{C})×10\ °\mathrm{C}}=2\ \mathrm{kg}$。(4) 甲装置中氧气充足，燃料可充分燃烧且空气隔层和密闭容器能减少热损失，故甲装置测量值更精确。
7. (1) 如图所示 (2) 断开 (3) 定值电阻$R$断路 (4) 右 (5) 导体两端电压一定时，导体中的电流与导体的电阻成反比 20 (6) $25:16$
提示:(1) 原电路中定值电阻$R$被短路了，应将电流表“0.6”接线柱上的导线接在$R$的右接线柱上。(2) 连接电路时，开关要断开。(3) 电路连接正确后闭合开关，电流表无示数，表明电路出现断路，电压表有示数，则故障是与电压表并联的电阻$R$断路。(4) 探究电流与电阻的关系时，电阻$R$由$5\ \Omega$更换为$10\ \Omega$时，需控制电压表示数不变，应增大滑动变阻器接入的阻值，即将滑片$P$向右滑动。(5) 图乙中$U=IR=0.5\ \mathrm{A}×5\ \Omega=0.1\ \mathrm{A}×25\ \Omega=2.5\ \mathrm{V}$，可得出实验结论；因$\frac{U_{V}}{R}=\frac{U-U_{V}}{R_{变大}}$，$\frac{2.5\ \mathrm{V}}{25\ \Omega}=\frac{4.5\ \mathrm{V}-2.5\ \mathrm{V}}{R_{变大}}$，解得滑动变阻器的最大阻值至少是$20\ \Omega$。(6) $U'_{V}=2\ \mathrm{V}$时，有$\frac{2\ \mathrm{V}}{25\ \Omega}=\frac{4.5\ \mathrm{V}-2\ \mathrm{V}}{R'_{变大}}$，解得$R'_{变大}=31.25\ \Omega$，$\frac{2\ \mathrm{V}}{5\ \Omega}=\frac{4.5\ \mathrm{V}-2\ \mathrm{V}}{R'_{变小}}$，解得$R'_{变小}=6.25\ \Omega$，$\Delta R_{1}=R'_{变大}-R'_{变小}=31.25\ \Omega-6.25\ \Omega=25\ \Omega$；$U_{V}=2.5\ \mathrm{V}$时，$R_{变大}=20\ \Omega$，$\frac{2.5\ \mathrm{V}}{5\ \Omega}=\frac{4.5\ \mathrm{V}-2.5\ \mathrm{V}}{R_{变小}}$，解得$R_{变小}=4\ \Omega$，$\Delta R_{2}=R_{变大}-R_{变小}=20\ \Omega-4\ \Omega=16\ \Omega$，则$\frac{\Delta R_{1}}{\Delta R_{2}}=\frac{25\ \Omega}{16\ \Omega}=\frac{25}{16}$。
解析
【分析】
第6题分析
本题围绕氧弹量热计考查热值、热量的相关计算，需明确热容量的含义，结合热量公式分析：
(1) 燃料完全燃烧放热用公式$Q_{放}=m_1q$计算；
(2) 系统吸收的总热量等于燃料燃烧放出的热量，结合热容量$E$的定义（水温升1℃吸收的热量），得$Q_{放}=E\Delta t$，变形得$\Delta t$的表达式，再代入数值计算；
(3) 水吸收的热量等于燃料放热，用公式$Q_{水}=c_{水}m_2\Delta t=Q_{放}$，变形求水的质量$m_2$；
(4) 对比甲、乙装置，甲为密闭氧弹装置，氧气充足可使燃料充分燃烧，密闭结构减少热量散失，测量更精确。
第7题分析
本题是探究“电流与电阻的关系”的电学实验，需掌握实验操作、故障分析、规律应用及计算：
(1) 原电路中定值电阻$R$被短路，电流表应串联在电路中，电压表并联在$R$两端，据此改线；
(2) 连接电路时开关需断开，防止短路；
(3) 电流表无示数为断路，电压表接近电源电压说明电压表串联，故障为$R$断路；
(4) 换大电阻后，$R$分压变大，要保持电压不变，需增大滑动变阻器电阻，滑片向阻值变大的方向移动；
(5) 由$I-R$图像得电压不变，结论为电流与电阻成反比；结合串联分压计算滑动变阻器最大阻值；
(6) 分别计算控制电压为2V和2.5V时滑动变阻器的最大、最小阻值，求差值后相比得结果。
【解析】
第6题解析
(1) 燃料完全燃烧放出的热量：
$Q_{放}=m_1q=2×10^{-3}\ \mathrm{kg}×4.2×10^7\ \mathrm{J/kg}=8.4×10^4\ \mathrm{J}$；
(2) 系统吸收的热量等于燃料放热，即$Q_{放}=E\Delta t$，变形得水温变化量表达式：
$\Delta t=\frac{Q_{放}}{E}=\frac{m_1q}{E}$；
代入数值计算：$\Delta t=\frac{8.4×10^4\ \mathrm{J}}{8.4×10^3\ \mathrm{J/℃}}=10\ \mathrm{℃}$；
(3) 水吸收的热量$Q_{水}=c_{水}m_2\Delta t=Q_{放}$，变形得水的质量：
$m_2=\frac{Q_{放}}{c_{水}\Delta t}=\frac{8.4×10^4\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×10\ \mathrm{℃}}=2\ \mathrm{kg}$；
(4) 甲装置为密闭氧弹结构，氧气充足可使燃料充分燃烧，且密闭结构减少热量散失，测量更精确，优点如：甲装置中氧气充足，燃料可充分燃烧且减少热损失。
第7题解析
(1) 原电路中，电流表与定值电阻$R$并联，导致$R$被短路，错误导线为连接电流表“0.6”接线柱和$R$左接线柱的导线，将其改接到$R$的右接线柱，使电流表串联，电压表并联在$R$两端；
(2) 连接电路时，为保护电路，开关应处于断开状态；
(3) 电流表无示数说明电路断路，电压表接近电源电压，说明电压表两端与电源连通，故障为定值电阻$R$断路；
(4) 将$R$由$5\ \Omega$更换为$10\ \Omega$，根据串联分压规律，$R$两端电压变大，要保持$R$两端电压不变，需增大滑动变阻器接入电路的电阻，故滑片应向右端滑动；
(5) 由$I-R$图像，$U=IR=0.5\ \mathrm{A}×5\ \Omega=2.5\ \mathrm{V}$，结论：导体两端电压一定时，导体中的电流与导体的电阻成反比；
当$R=25\ \Omega$时，滑动变阻器需接入最大阻值，此时滑动变阻器两端电压$U_{滑}=4.5\ \mathrm{V}-2.5\ \mathrm{V}=2\ \mathrm{V}$，串联分压：$\frac{U_R}{U_{滑}}=\frac{R}{R_{滑}}$，即$\frac{2.5\ \mathrm{V}}{2\ \mathrm{V}}=\frac{25\ \Omega}{R_{滑}}$，解得$R_{滑}=20\ \Omega$；
(6) 控制$R$两端电压为$2\ \mathrm{V}$时：
当$R=25\ \Omega$，滑动变阻器最大阻值$R_{大1}=\frac{U_{滑1}}{U_R}R=\frac{4.5\ \mathrm{V}-2\ \mathrm{V}}{2\ \mathrm{V}}×25\ \Omega=31.25\ \Omega$；
当$R=5\ \Omega$，滑动变阻器最小阻值$R_{小1}=\frac{U_{滑1}'}{U_R}R=\frac{4.5\ \mathrm{V}-2\ \mathrm{V}}{2\ \mathrm{V}}×5\ \Omega=6.25\ \Omega$；
$\Delta R_1=R_{大1}-R_{小1}=31.25\ \Omega-6.25\ \Omega=25\ \Omega$；
控制$R$两端电压为$2.5\ \mathrm{V}$时：
滑动变阻器最大阻值$R_{大2}=20\ \Omega$，当$R=5\ \Omega$时，滑动变阻器最小阻值$R_{小2}=\frac{U_{滑2}}{U_R}R=\frac{4.5\ \mathrm{V}-2.5\ \mathrm{V}}{2.5\ \mathrm{V}}×5\ \Omega=4\ \Omega$；
$\Delta R_2=R_{大2}-R_{小2}=20\ \Omega-4\ \Omega=16\ \Omega$；
故$\Delta R_1:\Delta R_2=25:16$。
【答案】
第6题答案
(1) $8.4×10^{4}$
(2) $\frac{m_1 q}{E}$；10
(3) 2
(4) 甲；甲装置中氧气充足，燃料可充分燃烧且空气隔层和密闭容器能减少热损失
第7题答案
(1)
(2) 断开
(3) 定值电阻$R$断路
(4) 右
(5) 导体两端电压一定时，导体中的电流与导体的电阻成反比；20
(6) $25:16$
【知识点】
热值计算、热量应用；探究电流与电阻的关系；串联分压规律
【点评】
本题第6题结合实际量热计考查热值与热量计算，需理解热容量的物理意义，注重知识的实际应用；第7题是电学实验综合题，涵盖电路连接、故障分析、实验规律及计算，需掌握探究电流与电阻关系的实验要点，难度适中，考查学生的综合应用能力。
【难度系数】
0.4
第6题分析
本题围绕氧弹量热计考查热值、热量的相关计算，需明确热容量的含义，结合热量公式分析：
(1) 燃料完全燃烧放热用公式$Q_{放}=m_1q$计算；
(2) 系统吸收的总热量等于燃料燃烧放出的热量，结合热容量$E$的定义（水温升1℃吸收的热量），得$Q_{放}=E\Delta t$，变形得$\Delta t$的表达式，再代入数值计算；
(3) 水吸收的热量等于燃料放热，用公式$Q_{水}=c_{水}m_2\Delta t=Q_{放}$，变形求水的质量$m_2$；
(4) 对比甲、乙装置，甲为密闭氧弹装置，氧气充足可使燃料充分燃烧，密闭结构减少热量散失，测量更精确。
第7题分析
本题是探究“电流与电阻的关系”的电学实验，需掌握实验操作、故障分析、规律应用及计算：
(1) 原电路中定值电阻$R$被短路，电流表应串联在电路中，电压表并联在$R$两端，据此改线；
(2) 连接电路时开关需断开，防止短路；
(3) 电流表无示数为断路，电压表接近电源电压说明电压表串联，故障为$R$断路；
(4) 换大电阻后，$R$分压变大，要保持电压不变，需增大滑动变阻器电阻，滑片向阻值变大的方向移动；
(5) 由$I-R$图像得电压不变，结论为电流与电阻成反比；结合串联分压计算滑动变阻器最大阻值；
(6) 分别计算控制电压为2V和2.5V时滑动变阻器的最大、最小阻值，求差值后相比得结果。
【解析】
第6题解析
(1) 燃料完全燃烧放出的热量：
$Q_{放}=m_1q=2×10^{-3}\ \mathrm{kg}×4.2×10^7\ \mathrm{J/kg}=8.4×10^4\ \mathrm{J}$；
(2) 系统吸收的热量等于燃料放热，即$Q_{放}=E\Delta t$，变形得水温变化量表达式：
$\Delta t=\frac{Q_{放}}{E}=\frac{m_1q}{E}$；
代入数值计算：$\Delta t=\frac{8.4×10^4\ \mathrm{J}}{8.4×10^3\ \mathrm{J/℃}}=10\ \mathrm{℃}$；
(3) 水吸收的热量$Q_{水}=c_{水}m_2\Delta t=Q_{放}$，变形得水的质量：
$m_2=\frac{Q_{放}}{c_{水}\Delta t}=\frac{8.4×10^4\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×10\ \mathrm{℃}}=2\ \mathrm{kg}$；
(4) 甲装置为密闭氧弹结构，氧气充足可使燃料充分燃烧，且密闭结构减少热量散失，测量更精确，优点如：甲装置中氧气充足，燃料可充分燃烧且减少热损失。
第7题解析
(1) 原电路中，电流表与定值电阻$R$并联，导致$R$被短路，错误导线为连接电流表“0.6”接线柱和$R$左接线柱的导线，将其改接到$R$的右接线柱，使电流表串联，电压表并联在$R$两端；
(2) 连接电路时，为保护电路，开关应处于断开状态；
(3) 电流表无示数说明电路断路，电压表接近电源电压，说明电压表两端与电源连通，故障为定值电阻$R$断路；
(4) 将$R$由$5\ \Omega$更换为$10\ \Omega$，根据串联分压规律，$R$两端电压变大，要保持$R$两端电压不变，需增大滑动变阻器接入电路的电阻，故滑片应向右端滑动；
(5) 由$I-R$图像，$U=IR=0.5\ \mathrm{A}×5\ \Omega=2.5\ \mathrm{V}$，结论：导体两端电压一定时，导体中的电流与导体的电阻成反比；
当$R=25\ \Omega$时，滑动变阻器需接入最大阻值，此时滑动变阻器两端电压$U_{滑}=4.5\ \mathrm{V}-2.5\ \mathrm{V}=2\ \mathrm{V}$，串联分压：$\frac{U_R}{U_{滑}}=\frac{R}{R_{滑}}$，即$\frac{2.5\ \mathrm{V}}{2\ \mathrm{V}}=\frac{25\ \Omega}{R_{滑}}$，解得$R_{滑}=20\ \Omega$；
(6) 控制$R$两端电压为$2\ \mathrm{V}$时：
当$R=25\ \Omega$，滑动变阻器最大阻值$R_{大1}=\frac{U_{滑1}}{U_R}R=\frac{4.5\ \mathrm{V}-2\ \mathrm{V}}{2\ \mathrm{V}}×25\ \Omega=31.25\ \Omega$；
当$R=5\ \Omega$，滑动变阻器最小阻值$R_{小1}=\frac{U_{滑1}'}{U_R}R=\frac{4.5\ \mathrm{V}-2\ \mathrm{V}}{2\ \mathrm{V}}×5\ \Omega=6.25\ \Omega$；
$\Delta R_1=R_{大1}-R_{小1}=31.25\ \Omega-6.25\ \Omega=25\ \Omega$；
控制$R$两端电压为$2.5\ \mathrm{V}$时：
滑动变阻器最大阻值$R_{大2}=20\ \Omega$，当$R=5\ \Omega$时，滑动变阻器最小阻值$R_{小2}=\frac{U_{滑2}}{U_R}R=\frac{4.5\ \mathrm{V}-2.5\ \mathrm{V}}{2.5\ \mathrm{V}}×5\ \Omega=4\ \Omega$；
$\Delta R_2=R_{大2}-R_{小2}=20\ \Omega-4\ \Omega=16\ \Omega$；
故$\Delta R_1:\Delta R_2=25:16$。
【答案】
第6题答案
(1) $8.4×10^{4}$
(2) $\frac{m_1 q}{E}$；10
(3) 2
(4) 甲；甲装置中氧气充足，燃料可充分燃烧且空气隔层和密闭容器能减少热损失
第7题答案
(1)
(2) 断开
(3) 定值电阻$R$断路
(4) 右
(5) 导体两端电压一定时，导体中的电流与导体的电阻成反比；20
(6) $25:16$
【知识点】
热值计算、热量应用；探究电流与电阻的关系；串联分压规律
【点评】
本题第6题结合实际量热计考查热值与热量计算，需理解热容量的物理意义，注重知识的实际应用；第7题是电学实验综合题，涵盖电路连接、故障分析、实验规律及计算，需掌握探究电流与电阻关系的实验要点，难度适中，考查学生的综合应用能力。
【难度系数】
0.4
