【正文】 （ 4）根據(jù)電流表得到量程、分度值，讀出電流，根據(jù) R= 計(jì)算出電阻． 【解答】 解：（ 1）根據(jù) I= = =＜ ，故電流表的量程位 0﹣ ，滑動(dòng)變阻器按 “一上一下 ”接，連接如圖所示： （ 2）電源電壓為 12V，小燈泡額定電壓為 UL=，變阻器應(yīng)分得的電壓 U 變 =12V﹣ =，根據(jù)分壓原理， = ，所以，變阻器的電阻 至少為 R 滑 = RL= 10Ω=38Ω，所以變阻器應(yīng)選用 “50Ω ”； （ 3）閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，小明移動(dòng)了滑動(dòng)變阻器，燈仍然不亮，電流表有示數(shù)，說明電路短路，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù) 0V，說明燈泡短路； （ 4）由圖乙知，電流表的量程為 0﹣ ，分度值為 ，示數(shù)為 ，則燈泡的電阻： R= = =≈ ． 電壓表小量程的分度值為 ，示數(shù)為 ，要測燈的額定功率，燈的電壓要為 ，所以要增大燈的電壓，減小變阻器的分得的電壓，根據(jù)分壓原理，減小變阻 器連入電路中的電阻大小，即滑片向 A 端移動(dòng)； 故答案為：（ 1）如上圖所示；（ 2） 50Ω ；（ 3）燈泡短路；（ 4） ． 四、計(jì)算與推導(dǎo)題（第 21 小題 7 分，第 22 小題 8 分，第 23 小題 8 分，共 23 分；解答要有必要的公式和過程，只有最后答案的不能得分） 21．斜面是一種常見的簡單機(jī)械，在生產(chǎn)和生活中利用斜面提升物體可以省力，與物體在水平面上不同的是，在斜面上物體由于受重力的作用有下滑的趨勢，可以等效為物體受到沿斜面向下力的作用．圖示為傾角 θ=30176。的固定斜面，用平行于斜面向上的拉力 F=4N，將一物體 從斜面地段勻速拉上斜面，所用的拉力要大于摩擦力，已知物體上升的高度h=1m． （ 1）求拉力 F 做的功． （ 2）若沿斜面勻速向下拉動(dòng)物體，拉力減小為 F1=3N，求物體與斜面間的滑動(dòng)摩擦力． （ 3）我們已經(jīng)知道：物體放在水平地面時(shí)，對水平地面的壓力大小等于物體的重力大小，但物體放在斜面上時(shí)，物體對斜面的壓力會(huì)小于物重．若高度 H 一定，傾角 θ可以改變，請推導(dǎo)斜面的機(jī)械效率公式并說明：傾角 θ越大，機(jī)械效率越高． 【考點(diǎn)】 斜面的機(jī)械效率；功的計(jì)算． 【分析】 （ 1）根據(jù)三角函數(shù)求出物體上升的高度 h=1m 時(shí)拉力 F 移動(dòng)的 距離，根據(jù) W=Fs 求出拉力做的功； 第 17 頁（共 20 頁） （ 2）物體受到的滑動(dòng)摩擦力與物體運(yùn)動(dòng)的速度無關(guān)，斜面不變時(shí)物體重力沿斜面向下的分力不變，對物體沿斜面向上和沿斜面向下受力分析，根據(jù)力的平衡條件得出沿斜面的平衡等式，聯(lián)立等式即可求出物體與斜面間的滑動(dòng)摩擦力； （ 3）高度 H 一定時(shí)根據(jù)三角函數(shù)得出物體沿斜面移動(dòng)的距離，有用功為克服物體重力所做的功，額外功為克服摩擦力所做的功率，總功等于有用功和額外功之和，根據(jù) W=Gh 和 W=Fs、 η= 100%得出斜面的機(jī)械效率，然后分析表達(dá)式得出結(jié)論． 【解答】 解：（ 1）由三角函數(shù)可知，當(dāng) h=1m 時(shí)拉力 F 移動(dòng)的距離： s= = = =2m， 拉力 F 做的功： W=Fs=4N 2m=8J； （ 2）物體沿斜面向上和沿斜面向下勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體受到的摩擦力 f 和沿斜面向下的分力 F2 不變， 物體沿斜面向上和沿斜面向下勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，受力情況如圖所示： 由力的平衡條件可知： F=f+F2， f=F1+F2， 聯(lián)立等式可得： f= = =； （ 3）由三角函數(shù)可知，高度 H 一定時(shí)，物體沿斜面移動(dòng)的距離： s′= ， 有用功為 W 有 =GH，額外功為 W 額 =fs′=f ，總功率為 W 總 =W 有 +W 額 =GH+f ， 則斜面的機(jī)械效率： η= 100%= 100%= 100%， 第 18 頁（共 20 頁） 當(dāng) H 一定時(shí)，傾角 θ越大，物體對斜面的壓力越小，物體受到的摩擦力 f 越小， sinθ越大， 越小，斜面的機(jī)械效率越大． 答：（ 1）拉力 F 做的功為 8J； （ 2）物體與斜面間的滑動(dòng)摩擦力為 ； （ 3）斜面的機(jī)械效率 η= 100%，當(dāng) H 一定時(shí)，傾角 θ越大，物體對斜面的壓力越小，物體受到的摩擦力 f 越小， sinθ越大， 越小，斜面的機(jī)械效率越大． 22．為了讓魚缸內(nèi)的熱帶魚有一個(gè)適合的生活環(huán)境，小明用一個(gè) “220V 300W”的電熱棒給魚缸內(nèi)的水加熱．當(dāng)水溫升到設(shè)定值 30℃ 時(shí)加熱棒自動(dòng)停止工作，待水溫自然冷卻到 20℃ 時(shí)加熱棒自動(dòng)開始加熱，周而復(fù)始．每次加熱時(shí)間損失 20%的熱量，魚缸內(nèi)水的質(zhì)量始終保持為 40kg． C 水 = 103J/（ kg． ℃ ），計(jì)算結(jié)果保留二位小數(shù)． （ 1）正常工作時(shí)，通過加熱棒的電流是多少？ （ 2）加熱棒每自動(dòng)加熱一次，水升溫需要吸收多少熱量？ （ 3）額定電壓下，加熱棒每次工作的時(shí)間是多少秒？ 【考點(diǎn)】 電功與熱量的綜合計(jì)算． 【分析】 （ 1）根據(jù)加熱棒的銘牌 “220V 300W”，利用 P=UI 可求得通過加熱棒的電流； （ 2）已知水的質(zhì)量，應(yīng)用熱量公式求出水吸收的熱量； （ 3）由于每次加熱時(shí)間損失 20%的熱量，據(jù)此求出需要消耗的電能，應(yīng)用電功公式求出需要的加熱時(shí)間． 【解答】 解：（ 1）由 P=UI 可得，正常工作時(shí)，通過加熱棒的電流 I= = ≈ ； （ 2）水吸收的熱量： Q 吸 =cm（ t﹣ t0） = 103J/（ kg?℃ ） 40kg （ 30℃ ﹣ 20℃ ） = 106J， （ 3）由 η= 可知加熱棒消耗的電能： W= = = 106J， 由 W=Pt 可知，加熱時(shí)間： t= = =7 103s． 答：（ 1）正常工作時(shí)，通過加熱棒的電流是 ； （ 2）加熱棒每自動(dòng)加熱一次，水升溫需要吸收 106J 的熱量； （ 3）額定電壓下，加熱棒每次工作的時(shí)間是 7 103s． 23．在初中物理學(xué)習(xí)中，往往把電壓表看成是阻值 “無窮大 ”的電阻，所以在電路分析中一般把電壓表看成 “斷路 ”．實(shí)際上電壓表是一個(gè)大電阻，在測電壓時(shí)是有電流通過的，電壓表的示數(shù)就是它自身兩端的電壓．為了測量電壓表的電阻值，王老師幫助小明設(shè)計(jì)了如下電路：其中電壓表 V1 和電壓表 V2 是學(xué)生實(shí)驗(yàn)常用的電壓表，電源電壓 3V 穩(wěn) 定，變阻器 R0 電阻最大 ， R 是阻值為 3000Ω的定值電阻． （ 1）小明閉合開關(guān)后，調(diào)節(jié)變阻器使電壓表 V1 的示數(shù)為 ，電壓表 V2 的示數(shù)為 ，請你根據(jù)小明的測量數(shù)據(jù)計(jì)算出電壓表 V2 的電阻值． （ 2）若將 R 更換為 10Ω 的定值電阻，能否測出 V2 表的內(nèi)阻？通過計(jì)算說明原因． （ 3）去掉兩電壓表后， R0、 R 串聯(lián)在電路中，請用公式推導(dǎo)或計(jì)算說明當(dāng)變阻器滑片從左滑到右端過程中變阻器電功率如何變化？ 第 19 頁（共 20 頁） 【考點(diǎn)】 歐姆定律的應(yīng)用；電功率的計(jì)算． 【分析】 （ 1）由圖知， R 與電壓表 V2 串聯(lián)，電壓表 V1 測它們 的總電壓，由串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律計(jì)算電壓表 V2 的電阻值； （ 2）計(jì)算 10Ω電阻更換 R 后，兩電壓表示數(shù)，分析判斷能否測出 V2 電阻； （ 3）去掉兩電壓表后， R0、 R 串聯(lián)，根據(jù)電路特點(diǎn)、歐姆定律和電功率計(jì)算公式計(jì)算變阻器的功率最大值，由此判斷其功率變化情況． 【解答】 解： （ 1）由電路圖知， R 與電壓表 V2 串聯(lián)，電壓表 V1 測它們的總電壓， 由串聯(lián)電路的特點(diǎn)知，定值電阻 R 的兩端電壓是： UR=UV1﹣ UV2=﹣ =， 由歐姆定律得： IV2=IR= = = 10﹣ 3A， 所以電壓表 V2 的電阻： RV2= = =4500Ω； （ 2） R 更換為 10Ω 的定值電阻，調(diào)節(jié)變阻器使電壓表 V1 的示數(shù)為 時(shí)，電路中電流： I= = =， 此時(shí)電壓表 V2 的示數(shù)： U2=IR2= 4500Ω=， 兩電表示數(shù)之差： U1﹣ U2=﹣ =＜ ， 兩電表示數(shù)之差小于最小分度值 ，兩表示數(shù)幾乎相同，所以電壓表 V2 電阻無法算出； （ 3）去掉兩電壓表后， R0、 R 串聯(lián)， 電路中電流 I= ， 由 P=I2R 變阻器的電功率： P0=I2R0=（ ） 2R0= ， 當(dāng) R0=R=3000Ω時(shí)， P0 有最大值，又知滑動(dòng)變阻器最大值大于 R，所以滑片從左滑到右端過程中變阻器電功率 P0 先變大后變?。? 答：（ 1）電壓表 V2 的電阻值為 4500Ω； （ 2）若將 R 更換為 10Ω 的定值電阻，不能測出 V2 表的內(nèi)阻，因?yàn)榇藭r(shí)兩電壓表示數(shù)幾乎相同； （ 3）去掉兩電壓表后， R0、 R 串聯(lián)在電路中，當(dāng)變阻器滑片從左滑到右端過程中變阻器電功率先變大后變小． 第 20 頁（共 20 頁） 2022 年 11 月 2 日