《2025年新课程问题解决导学方案九年级物理全一册人教版》

3. 如图所示,电源电压恒为$4.5\ V$,电流表的测量范围为$0\sim 0.6\ A$,电压表的测量范围为$0\sim 3\ V$,灯泡$L$标有“$2.5\ V\ 1.25\ W$”(设灯丝电阻不变),滑动变阻器$R$的规格为“$20\ \Omega\ 1\ A$”。闭合开关,在保证电路安全的情况下,移动滑片$P$的过程中,下列说法正确的是(B)

A.电流表的示数最大为$0.6\ A$
B.滑动变阻器接入电路的最小电阻为$4\ \Omega$
C.灯泡消耗的最小电功率为$0.12\ W$
D.电路消耗的最大功率为$2.7\ W$

答案： B

4. 如图所示,电源电压恒定,$R_{0}$是定值电阻,小灯泡$L$标有“$6\ V\ \ 3\ W$”,滑动变阻器$R_{1}的最大阻值为20\ \Omega$,三个开关均闭合时,小灯泡恰好正常发光,电流表示数为$1.5\ A$。

(1) 小灯泡的额定电流是多少？
(2) 电阻$R_{0}$的阻值是多少？
(3) 闭合开关$S$,断开开关$S_{1}和S_{2}$,移动变阻器的滑片$P$,电路总功率的最小值和最大值分别是多少？

答案： 解:
(1)根据$P=UI$可知小灯泡的额定电流$I_{L}=\frac {P_{L}}{U_{L}}=\frac {3W}{6V}=0.5A$。
(2)三个开关均闭合时,灯泡和定值电阻并联,小灯泡恰好正常发光,根据并联电路的电压特点可知电源电压$U=U_{L}=6V$。
电流表示数为1.5A,根据并联电路的电流特点可知通过定值电阻的电流$I_{0}=I-I_{L}=1.5A-0.5A=1A$。
根据欧姆定律可知电阻$R_{0}$的阻值$R_{0}=\frac {U}{I_{0}}=\frac {6V}{1A}=6\Omega $。
(3)闭合开关S,断开开关$S_{1}$和$S_{2}$,定值电阻和滑动变阻器串联,滑动变阻器接入电路的阻值最大时,总电阻最大,电源电压不变,根据$P=\frac {U^{2}}{R}$可知电路的总功率最小;滑动变阻器接入电路的阻值为0时,总电阻最小,电源电压不变,根据$P=\frac {U^{2}}{R}$可知电路的总功率最大。
所以电路总功率的最小值$P_{1}=\frac {U^{2}}{R_{1}+R_{0}}=\frac {(6V)^{2}}{20\Omega +6\Omega }\approx 1.4W$,电路总功率的最大值$P_{2}=\frac {U^{2}}{R_{0}}=\frac {(6V)^{2}}{6\Omega }=6W$。

5. 无内胆饮水机管线机的电路原理如图所示,电热丝$R_{1}$、$R_{0}$绕在出水管上,水经过出水管时被加热,通过改变温、开水选择开关的状态(“断开”或“闭合”),可以选择出温水或开水。该管线机的额定电压是$220\ V$,开水加热电功率是$2200\ W$,温水加热电功率是$1100\ W$。已知电热丝$R_{1}$、$R_{0}$的电阻不随温度变化,水的比热容$c = 4.2× 10^{3}\ J/(kg\cdot^{\circ}C)$,水的密度$\rho = 1× 10^{3}\ kg/m^{3}$,$g取10\ N/kg$。

(1) 温、开水选择开关的状态和出温水、开水的对应关系是怎样的？
(2) 饮水机正常工作,出开水时电热丝中通过的电流是多少？电热丝$R_{0}$的电阻是多少？
(3) 现在需要$100^{\circ}C的开水500\ mL$,已知水的初温是$20^{\circ}C$,水需要吸收多少热量？如果电能转化为水的内能的效率是$80\%$,那么饮水机正常工作时,烧开这些水需要多少时间？

答案： 解:
(1)当选择开关闭合时,电阻$R_{1}$被短路,电路中的总电阻较小,由公式$P=\frac {U^{2}}{R}$可知,饮水机的功率大,出开水;当选择开关断开时,电阻$R_{1}$、$R_{0}$串联,电路中的总电阻较大,由公式$P=\frac {U^{2}}{R}$可知,饮水机的功率小,出温水。
(2)出开水时,电热丝中通过的电流$I_{开}=\frac {P_{开}}{U}=\frac {2200W}{220V}=10A$,电热丝的电阻$R_{0}=\frac {U}{I_{开}}=\frac {220V}{10A}=22\Omega $。
(3)水吸收的热量$Q_{吸}=cm\Delta t$$=4.2×10^{3}J/(kg\cdot ^{\circ }C)×500×10^{-6}m^{3}×$$1×10^{3}kg/m^{3}×(100^{\circ }C-20^{\circ }C)$$=1.68×10^{5}J$。
产生这些热量所需的电能$W=\frac {Q_{吸}}{\eta }=\frac {1.68×10^{5}J}{80\% }=2.1×10^{5}J$,饮水机的工作时间$t=\frac {W}{P}=\frac {2.1×10^{5}J}{2200W}=95.5s$。