18. (12 分)一位设计师设计了一种“重力灯”。无论你在地球哪个角落,无论当地的天气如何,它都可以实现照明。如图(a)所示是这种“重力灯”的结构简化图,当重物下落时拉动绳子,转轴随之转动,灯泡就可以发光。重复以上操作,可以实现长时间照明。现挂上一个质量为 25 kg 的重物,该重物恰好可以缓慢匀速下落。在重物下落高度为 2. 4 m 的过程中,就可以供一个标有“3. 6 V 1 W”字样的 LED 灯泡持续正常发光 4 min。(g 取 10 N/kg)
(1) 图(a)虚线框内一定有
(2) 求重物下落时,重力做功的功率。
(3) 求重物在一次下落过程中,图(a)装置能量转化的效率。
(4) 取下灯泡,将图(a)装置的两个输出端接入图(b)中的 a、b 两点进行实验(设该装置在短时间实验过程中可以稳定输出 3. 6 V 电压)。$R_0$为标有“5 Ω 0. 3 A”字样的定值电阻,滑动变阻器$R_1$标有“50 Ω 1 A”字样,电流表选择 0~0. 6 A 量程,电压表选择 0~3 V 量程。为了保证电路安全,求滑动变阻器接入电路的阻值变化范围。
(a) (b)
(第 18 题)
(1) 图(a)虚线框内一定有
发电机
,它的工作原理是 。(2) 求重物下落时,重力做功的功率。
(3) 求重物在一次下落过程中,图(a)装置能量转化的效率。
(4) 取下灯泡,将图(a)装置的两个输出端接入图(b)中的 a、b 两点进行实验(设该装置在短时间实验过程中可以稳定输出 3. 6 V 电压)。$R_0$为标有“5 Ω 0. 3 A”字样的定值电阻,滑动变阻器$R_1$标有“50 Ω 1 A”字样,电流表选择 0~0. 6 A 量程,电压表选择 0~3 V 量程。为了保证电路安全,求滑动变阻器接入电路的阻值变化范围。
(a) (b)
(第 18 题)
答案：18.(1)发电机 电磁感应 (2)2.5 W (3)40% (4)7～25 Ω
解析：
(1)发电机 电磁感应
(2)解：重物重力$G=mg=25\ kg×10\ N/kg=250\ N$
重力做的功$W_{ 总}=Gh=250\ N×2.4\ m=600\ J$
时间$t=4\ min=240\ s$
功率$P=\frac{W_{ 总}}{t}=\frac{600\ J}{240\ s}=2.5\ W$
(3)解：灯泡消耗的电能$W_{ 有}=Pt=1\ W×240\ s=240\ J$
效率$\eta=\frac{W_{ 有}}{W_{ 总}}×100\%=\frac{240\ J}{600\ J}×100\% = 40\%$
(4)解：电路最大电流$I_{ max}=0.3\ A$
总电阻$R_{ 总}=\frac{U}{I_{ max}}=\frac{3.6\ V}{0.3\ A}=12\ \Omega$
$R_{1 min}=R_{ 总}-R_{0}=12\ \Omega - 5\ \Omega=7\ \Omega$
电压表示数最大时$U_{1}=3\ V$
$R_{0}$两端电压$U_{0}=U - U_{1}=3.6\ V-3\ V=0.6\ V$
电流$I_{ min}=\frac{U_{0}}{R_{0}}=\frac{0.6\ V}{5\ \Omega}=0.12\ A$
$R_{1 max}=\frac{U_{1}}{I_{ min}}=\frac{3\ V}{0.12\ A}=25\ \Omega$
滑动变阻器接入电路的阻值变化范围为$7\ \Omega\sim25\ \Omega$
(2)解：重物重力$G=mg=25\ kg×10\ N/kg=250\ N$
重力做的功$W_{ 总}=Gh=250\ N×2.4\ m=600\ J$
时间$t=4\ min=240\ s$
功率$P=\frac{W_{ 总}}{t}=\frac{600\ J}{240\ s}=2.5\ W$
(3)解：灯泡消耗的电能$W_{ 有}=Pt=1\ W×240\ s=240\ J$
效率$\eta=\frac{W_{ 有}}{W_{ 总}}×100\%=\frac{240\ J}{600\ J}×100\% = 40\%$
(4)解：电路最大电流$I_{ max}=0.3\ A$
总电阻$R_{ 总}=\frac{U}{I_{ max}}=\frac{3.6\ V}{0.3\ A}=12\ \Omega$
$R_{1 min}=R_{ 总}-R_{0}=12\ \Omega - 5\ \Omega=7\ \Omega$
电压表示数最大时$U_{1}=3\ V$
$R_{0}$两端电压$U_{0}=U - U_{1}=3.6\ V-3\ V=0.6\ V$
电流$I_{ min}=\frac{U_{0}}{R_{0}}=\frac{0.6\ V}{5\ \Omega}=0.12\ A$
$R_{1 max}=\frac{U_{1}}{I_{ min}}=\frac{3\ V}{0.12\ A}=25\ \Omega$
滑动变阻器接入电路的阻值变化范围为$7\ \Omega\sim25\ \Omega$
19. (14 分)有两个阻值未知的定值电阻$R_1$、$R_2$($R_1$约 6 Ω,$R_2$约 500 Ω)和一个电水壶。要求测出未知电阻的阻值和电水壶的额定功率。
(a) (b) (c)
(第 19 题)
(1) 图(a)是测量$R_1$阻值的部分实物图。
① 用一根导线将电路连接完整(连线不得交叉)。
② 闭合开关前,滑动变阻器的滑片 P 应移到
③ 闭合开关,移动滑片 P,发现电压表有示数,电流表无示数,故障原因可能是导线
④ 排除故障后,闭合开关,移动滑片 P,当电压表示数为 1. 2 V 时,电流表示数如图(b)所示,则$R_1$=
(2) 小明从图(a)中的器材和电阻箱(符号 ,规格“0~9 999 Ω 5 A”)、若干开关及导线中,选择合适器材,连接成图(c)所示的电路,测出了$R_2$的阻值。请将所选元件的符号填入虚线框内。
(3) 小华利用家里的电能表和秒表估测电水壶的额定功率。她只让电水壶正常工作,记下电能表的指示灯闪烁$n_1$次所用时间为$t_1$。由于电能表常数被遮挡,她借助额定功率为$P_0$的电热水器,只让电热水器正常工作,记下指示灯闪烁$n_2$次所用时间为$t_2$。则电水壶的额定功率为
(a) (b) (c)
(第 19 题)
(1) 图(a)是测量$R_1$阻值的部分实物图。
① 用一根导线将电路连接完整(连线不得交叉)。
② 闭合开关前,滑动变阻器的滑片 P 应移到
右
(左/右)端。③ 闭合开关,移动滑片 P,发现电压表有示数,电流表无示数,故障原因可能是导线
b
(a/b/c)内部断路。④ 排除故障后,闭合开关,移动滑片 P,当电压表示数为 1. 2 V 时,电流表示数如图(b)所示,则$R_1$=
5
Ω。(2) 小明从图(a)中的器材和电阻箱(符号 ,规格“0~9 999 Ω 5 A”)、若干开关及导线中,选择合适器材,连接成图(c)所示的电路,测出了$R_2$的阻值。请将所选元件的符号填入虚线框内。
(3) 小华利用家里的电能表和秒表估测电水壶的额定功率。她只让电水壶正常工作,记下电能表的指示灯闪烁$n_1$次所用时间为$t_1$。由于电能表常数被遮挡,她借助额定功率为$P_0$的电热水器,只让电热水器正常工作,记下指示灯闪烁$n_2$次所用时间为$t_2$。则电水壶的额定功率为
$P=\frac{n_{1}t_{2}}{n_{2}t_{1}}P_{0}$
。答案：
19.(1)①如图(a)所示 ②右 ③b ④5 (2)如图(b)所示$ (3)P=\frac{n_{1}t_{2}}{n_{2}t_{1}}P_{0} $
19.(1)①如图(a)所示 ②右 ③b ④5 (2)如图(b)所示$ (3)P=\frac{n_{1}t_{2}}{n_{2}t_{1}}P_{0} $