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C
【分析】
首先明确测电笔的工作原理:测电笔氖管发光,说明被测点与火线连通。根据题目测试结果:测试A、B两点时只有A点氖管发光,说明B点与火线之间存在断路;测试C、D两点时氖管都发光,说明C、D两点通过电路与火线连通,即A-D-C段电路是通路。由此可推断,断路位置在B、C之间,同时结合各选项的电路现象排除错误选项。
【解析】
1. 测电笔的特性:当测电笔氖管发光时,表明被测点与火线相互连通。
2. 分析A、B点测试结果:测试A点氖管发光,B点不发光,说明A、B之间存在断路,B点未与火线连通。
3. 分析C、D点测试结果:测试C、D两点氖管均发光,说明C、D两点通过开关S、灯L与火线连通,即A-D-C段电路为通路,开关S和灯L无断路故障。
4. 结合上述分析,断路位置为B、C之间某处,因为B点未连通火线,而C点通过灯L连通火线,符合测试现象。
5. 排除错误选项:
A选项:火线、零线短路时,电路中电流过大,若熔丝熔断,所有点均无法与火线连通,测电笔测试各点氖管均不发光,不符合题意。
B选项:零线没有接地时,B点与火线连通,测电笔测试B点氖管应发光,与题意矛盾。
D选项:灯L内部短路会造成火线、零线短路,现象与A选项一致,不符合测试结果。
综上,故障为B、C之间某处断路,故选C。
【答案】
C
【知识点】
测电笔的使用;电路故障分析
【点评】
本题通过测电笔的测试现象判断电路故障,核心是利用测电笔的工作原理判断被测点与火线的连通性,同时需要掌握短路、断路故障对应的电路现象,通过排除法确定正确选项,对电路故障分析能力有一定要求。
【难度系数】
0.6
【分析】
(1) 要计算熔丝升高的温度,首先根据焦耳定律计算电流通过熔丝产生的热量(因为电阻变化和散热不计,产生的热量全部用于升高熔丝温度);然后利用密度公式计算熔丝的质量,需先统一各物理量的单位;最后根据热量计算公式$Q=cm\Delta t$变形求出温度变化量$\Delta t$。
(2) 熔丝的作用是电路电流过大时熔断以切断电路,需从铜丝的电阻、熔点与熔丝的差异分析:铜的电阻小,相同电流下产生热量少,且铜的熔点远高于熔丝,电流过大时铜丝不易达到熔点熔断,无法起到保护作用。
【解析】
(1) ① 计算电流产生的热量:
根据焦耳定律$Q=I^{2}Rt$,代入数据$I=20A$,$R=0.2\Omega$,$t=0.5s$,
可得$Q=(20A)^{2}×0.2\Omega×0.5s=40J$。
② 计算熔丝的质量:
先统一单位:$l=5cm=0.05m$,$S=2mm^{2}=2×10^{-6}m^{2}$,
熔丝的体积$V=Sl=2×10^{-6}m^{2}×0.05m=1×10^{-7}m^{3}$,
根据密度公式$m=\rho V$,代入$\rho=1.1×10^{4}kg·m^{-3}$,
可得$m=1.1×10^{4}kg·m^{-3}×1×10^{-7}m^{3}=1.1×10^{-3}kg$。
③ 计算熔丝升高的温度:
由$Q=cm\Delta t$变形得$\Delta t=\frac{Q}{cm}$,代入$Q=40J$,$c=1.3×10^{2}J·(kg·℃)^{-1}$,$m=1.1×10^{-3}kg$,
$\Delta t=\frac{40J}{1.3×10^{2}J·(kg·℃)^{-1}×1.1×10^{-3}kg}\approx280℃$。
(2) 铜的电阻比熔丝小,在相同电流和通电时间下,根据$Q=I^{2}Rt$,铜丝产生的热量更少;且铜的熔点(1083℃)远高于熔丝的熔点(327℃),当电路中电流过大时,铜丝的温度难以升高到自身熔点,无法及时熔断,不能自动切断电路,起不到保护电路的作用。
【答案】
(1) 该熔丝温度将升高约280℃;
(2) 铜的电阻小,产生热量少,且熔点高,电流过大时不易熔断,无法切断电路,起不到保护电路的作用。
【知识点】
焦耳定律、密度公式、热量计算
【点评】
本题结合生活中的熔丝应用,综合考查电学与热学公式的应用,解题时需注意单位的统一,同时要理解熔丝的工作原理,将物理知识与实际应用相结合。
【难度系数】
0.6