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$5:3$
6
3.6
1080
220
40
1210
0.09
10
短路
过载

奥斯特
磁场
切割磁感线
发电机
相反
电磁感应
机械
换用磁
性更强的磁体或加快摇晃速度

【分析】
要解决这道题,分两步思考:
1. 判断钨丝粗细:已知两灯额定电压相同,额定功率不同。根据公式$P=\frac{U^2}{R}$,在额定电压$U$相同时,额定功率$P$越大,电阻$R$越小。又因为钨丝材料(钨)、长度相同,根据电阻定律$R=\rho\frac{L}{S}$,电阻越小,横截面积$S$越大(钨丝越粗),因此先比较两灯电阻,再判断钨丝粗细。
2. 计算串联时电能之比:串联电路中电流处处相等,使用相同时间,根据电能公式$W=I^2Rt$,消耗的电能之比等于电阻之比。先通过额定功率和额定电压求出两灯的电阻之比,进而得到电能之比。
【解析】
1. 判断钨丝粗细:
根据电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$,变形可得$R=\frac{U^2}{P}$。
甲灯额定功率$P_甲=60W$,乙灯额定功率$P_乙=100W$,两灯额定电压$U=220V$相同,因此:
$R_甲=\frac{U^2}{P_甲}$,$R_乙=\frac{U^2}{P_乙}$,由于$P_甲<P_乙$,所以$R_甲>R_乙$。
根据电阻定律$R=\rho\frac{L}{S}$($\rho$为钨的电阻率,$L$为钨丝长度),两灯钨丝长度$L$相同、材料相同($\rho$相同),电阻越小,横截面积$S$越大,即钨丝越粗。因此钨丝较粗的是乙灯。
2. 计算串联时电能之比:
两灯串联在220V电源上,电路中电流$I$相同,使用时间$t$相同。
根据电能公式$W=I^2Rt$,甲、乙消耗的电能之比:
$\frac{W_甲}{W_乙}=\frac{I^2R_甲t}{I^2R_乙t}=\frac{R_甲}{R_乙}$
将$R_甲=\frac{U^2}{P_甲}$、$R_乙=\frac{U^2}{P_乙}$代入得:
$\frac{R_甲}{R_乙}=\frac{\frac{U^2}{P_甲}}{\frac{U^2}{P_乙}}=\frac{P_乙}{P_甲}=\frac{100W}{60W}=\frac{5}{3}$
即电能之比为$5:3$。
【答案】
乙;5:3
【知识点】
影响电阻的因素;电功率公式应用;串联电路电能计算
【点评】
本题结合电功率、电阻定律和串联电路的特点进行考查,需要熟练掌握电功率的变形公式及电阻的决定式,明确串联电路中电流相等的特点,通过公式推导解决问题,属于电学基础综合题。
【难度系数】
0.7
【分析】
本题是并联电路的电学综合题,解题思路如下:
1. 对于$ R_2 $,已知其电流和电功率,可先利用电功率公式变形式求出$ R_2 $两端的电压,再结合欧姆定律求出$ R_2 $的阻值;
2. 并联电路中各支路电压相等,因此$ R_1 $两端电压等于$ R_2 $两端电压,再利用电功率公式$ P=\frac{U^2}{R} $计算$ R_1 $的电功率;
3. 最后利用电能公式$ W=Pt $,结合$ R_1 $的电功率和通电时间,计算5min内$ R_1 $消耗的电能。
【解析】
1. 计算$ R_2 $的阻值:
已知通过$ R_2 $的电流$ I_2 = 1\ \mathrm{A} $,$ R_2 $消耗的电功率$ P_2 = 6\ \mathrm{W} $,根据$ P=UI $,可得$ R_2 $两端的电压:
$ U = \frac{P_2}{I_2} = \frac{6\ \mathrm{W}}{1\ \mathrm{A}} = 6\ \mathrm{V} $
根据欧姆定律$ R=\frac{U}{I} $,可得$ R_2 $的阻值:
$ R_2 = \frac{U}{I_2} = \frac{6\ \mathrm{V}}{1\ \mathrm{A}} = 6\ \Omega $
2. 计算$ R_1 $的电功率:
因为$ R_1 $与$ R_2 $并联,所以$ R_1 $两端电压$ U_1 = U = 6\ \mathrm{V} $,已知$ R_1 = 10\ \Omega $,根据$ P=\frac{U^2}{R} $,可得:
$ P_1 = \frac{U_1^2}{R_1} = \frac{(6\ \mathrm{V})^2}{10\ \Omega} = 3.6\ \mathrm{W} $
3. 计算5min内$ R_1 $消耗的电能:
通电时间$ t = 5\ \mathrm{min} = 5×60\ \mathrm{s} = 300\ \mathrm{s} $,根据$ W=Pt $,可得:
$ W_1 = P_1 t = 3.6\ \mathrm{W}×300\ \mathrm{s} = 1080\ \mathrm{J} $
【答案】
6;3.6;1080
【知识点】
并联电路电压规律;电功率计算;电能计算
【点评】
本题考查并联电路特点、电功率与电能的计算,关键是熟练运用相关公式的变形式,注意单位统一,属于基础电学综合题。
【难度系数】
0.7
【分析】
首先,灯泡标识“220 V 40 W”直接给出额定电压和额定功率;接着,利用电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$变形可求出灯丝电阻(因灯丝电阻不变,用额定参数计算);然后,根据欧姆定律$I=\frac{U}{R}$,结合实际电压可求出实际电流;最后,再用$P=\frac{U^2}{R}$计算实际功率。解题思路为:读取额定参数→计算灯丝电阻→计算实际电流→计算实际功率。
【解析】
1. 额定电压与额定功率:由灯泡标注的“220 V 40 W”可知,灯泡的额定电压是220 V,额定功率是40 W。
2. 计算灯丝电阻:根据电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$,变形得$R=\frac{U_{额}^2}{P_{额}}$,代入数据:
$R=\frac{(220\ \mathrm{V})^2}{40\ \mathrm{W}}=\frac{48400}{40}=1210\ \Omega$
3. 计算实际电流:根据欧姆定律$I=\frac{U}{R}$,实际电压$U_{实}=110\ \mathrm{V}$,则:
$I_{实}=\frac{110\ \mathrm{V}}{1210\ \Omega}\approx0.09\ \mathrm{A}$
4. 计算实际功率:利用$P=\frac{U^2}{R}$,代入实际电压和电阻:
$P_{实}=\frac{(110\ \mathrm{V})^2}{1210\ \Omega}=\frac{12100}{1210}=10\ \mathrm{W}$
【答案】
220;40;1210;0.09;10
【知识点】
额定电参数认知;电功率计算;欧姆定律应用
【点评】
本题为电学基础题型,重点考查对额定电压、额定功率的理解,以及电功率公式与欧姆定律的综合应用。解题核心是通过额定参数求出不变的灯丝电阻,再结合实际电压计算相关物理量,需熟练掌握电学基本公式的变形与应用。
【难度系数】
0.8
【分析】
首先回忆家庭电路中电流过大的原因:根据欧姆定律I=U/R,当电路发生短路时,电阻极小,家庭电路电压恒定,电流会急剧增大;根据P=UI,当用电器总功率过大(即过载)时,总功率越大,电流也会显著增大,这是两个核心原因。接着分析空气断路器的工作原理,它是利用电流通过电磁铁产生磁场,吸引相关机构切断电路,这属于电流的磁效应。最后结合物理学史,首先发现电流磁效应的科学家是奥斯特。解题时需逐一对应知识点,准确填写各空。
【解析】
1. 家庭电路中电流过大的两个原因:
短路:短路时电路电阻趋近于零,由欧姆定律I=U/R可知,家庭电路电压U=220V恒定,此时电路中的电流会急剧增大;
过载:当电路中用电器的总功率过大时,根据公式P=UI变形得I=P/U,总功率P越大,电路中的电流I就会显著增大。
2. 空气断路器的原理图中,电流通过电磁铁时会产生磁场,当电流过大时,电磁铁磁性增强,吸引脱扣机构切断电路,这是电流的磁效应引起的。
3. 1820年,科学家奥斯特首先发现了电流具有磁效应。
【答案】
短路;过载;磁;奥斯特
【知识点】
家庭电路故障原因、电流磁效应、奥斯特实验
【点评】
本题考查家庭电路的基础知识点和电流磁效应的相关内容,属于对基础知识的直接考查,同时涉及物理学史的识记,要求学生牢固掌握家庭电路的基本规律和重要物理发现,注重对基础概念的积累。
【难度系数】
0.8
【分析】
首先,我们先明确题目是将扬声器当作话筒使用,需要结合电磁感应的相关知识来分析:
1. 思考产生感应电流的条件:闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动,才能产生感应电流。这里线圈是闭合电路的一部分,处于环形磁体的磁场中,纸盆带动线圈运动,要产生感应电流,线圈必须做切割磁感线运动。
2. 区分发电机和电动机的原理:发电机利用电磁感应(机械能转化为电能),电动机利用通电导体在磁场中受力运动(电能转化为机械能)。此过程是声音的机械能转化为电能,和发电机原理一致。
3. 分析感应电流方向的变化:感应电流方向由磁场方向和导体运动方向决定,本题中磁场方向不变,纸盆运动方向相反,所以感应电流方向相反。
【解析】
1. 人对着扬声器的锥形纸盆说话时,声音使纸盆振动,带动与纸盆相连的线圈在环形磁体的磁场中做切割磁感线运动,满足电磁感应的条件,从而产生随声音变化的电流。
2. 该过程是将机械能转化为电能,与发电机的工作原理(电磁感应现象)相同;电动机是将电能转化为机械能,原理是通电导体在磁场中受力运动,与该过程不符。
3. 感应电流的方向由导体的运动方向和磁场方向共同决定,当磁场方向不变,纸盆运动方向从向左变为向右(运动方向相反),则感应电流的方向与图中所标示的电流方向相反。
【答案】
磁场;切割磁感线;发电机;相反
【知识点】
电磁感应现象、感应电流方向影响因素、发电机原理
【点评】
本题将电磁感应的原理与实际装置(扬声器当话筒)结合,既考查了电磁感应的条件、感应电流方向的影响因素,又要求区分发电机和电动机的工作原理,需要学生将物理知识与实际应用结合,对知识的理解和迁移能力有一定要求。
【难度系数】
0.6
【分析】
首先分析手电筒的工作原理:来回摇晃手电筒时,永磁体在两橡胶垫间运动,线圈切割磁感线产生感应电流使灯泡发光,这是电磁感应现象的应用;摇晃过程中消耗的是机械能,最终转化为电能;要增大灯泡亮度,需增大感应电流,可从提升切割速度、增强磁场等角度思考解决方法。
【解析】
1. 当永磁体来回运动时,线圈切割磁感线产生感应电流,使灯泡发光,这是电磁感应现象,因此该手电筒是根据电磁感应现象制成的;
2. 来回摇晃手电筒时,消耗了机械能(摇晃的动能),将其转化为电能,使灯泡获得电能发光;
3. 要使灯泡亮度增大,需增大感应电流,根据电磁感应的规律,可采用加快摇晃手电筒的速度(或换用磁性更强的永磁体、增加线圈匝数等)方法,以此增大感应电流,提升灯泡亮度。
【答案】
电磁感应;机械;加快摇晃速度(或换用磁性更强的磁体、增加线圈匝数等)
【知识点】
电磁感应现象;能量转化;感应电流影响因素
【点评】
本题结合生活中的环保手电筒,考查电磁感应现象的应用、能量转化以及感应电流的影响因素,体现了物理知识与生活实际的结合,有助于理解电磁感应的实际应用。
【难度系数】
0.6
【分析】
要完成该电路连接,需先明确家庭电路中插座和开关的接线规则:首先三孔插座遵循“左零右火中间地”的接线原则;其次为保障用电安全,开关应控制火线,即火线先经过开关再接入插座,这样断开开关时插座火线端不带电,可避免触电风险。我们按照这个思路逐步完成接线即可。
【解析】
1. 火线连接:将火线先接入开关的一个接线柱,再从开关的另一个接线柱引出导线,连接到三孔插座的右侧接线柱;
2. 零线连接:直接将零线与三孔插座的左侧接线柱相连;
3. 地线连接:直接将地线与三孔插座的上方(中间)接线柱相连。
【答案】
接线如参考答案图所示,具体为:火线经开关接三孔插座右孔,零线接三孔插座左孔,地线接三孔插座上孔。
【知识点】
家庭电路接线规则;三孔插座接线规范;开关控火线原则
【点评】
本题是家庭电路连接的基础题型,核心考查对三孔插座接线原则和开关控制火线安全要求的掌握,牢记相关规则就能正确完成接线,同时也强调了家庭用电的安全意识。
【难度系数】
0.6