《2025年实验班提优大考卷九年级物理全一册人教版》

14. 综合实践活动小组设计了如图所示“自带电风扇的简易调光灯”的电路。选用装有四节新干电池的电池盒、标有“0.5A”的小灯泡、线圈电阻为 2Ω的直流电动机(电风扇)、标有“20Ω 1.5A”的滑动变阻器、电流表、开关、导线等器材进行实践活动。当只闭合开关$ S_1,$将滑动变阻器移至最左端时,小灯泡恰好正常发光,缓慢移动滑片至最右端,观察到灯泡的亮度不断发生变化。再将滑片移到最左端位置后,同时闭合开关$ S_2,$此时电流表示数为 1A。
(1) 求只闭合$ S_1$时,小灯泡的额定功率及其功率的变化范围。(灯丝电阻不变)
(2) 当两个开关都闭合,滑片移到最左端位置,通电 1min,求电动机消耗的电能和转化的机械能。
(3) 实际操作中有小组成员发现：当小灯泡和电风扇同时工作时,移动滑动变阻器的滑片,不仅小灯泡亮度发生变化,电风扇转动快慢也发生变化。为了在移动滑片时,只让小灯泡的亮度发生明显变化,你觉得电路设计应如何改进？(在虚线框内画出改进后的电路图)

答案：
14.
(1)3W 0.42~3W
(2)180J 150J
(3)如图所示
　　　　　　　
[解析]
(1)依题意,电源为四节新干电池,则电源电压U=6V,闭合S₁,将滑片移到最左端位置,此时小灯泡正常工作,电流为I₁=0.5A,则小灯泡的额定电功率为P额=UI₁=6V×0.5A=3W;小灯泡的电阻为R灯=U/I₁=6V/0.5A=12Ω;移动滑片至最右端,滑动变阻器的阻值为R滑=20Ω,此时小灯泡的电功率最小,电路的电流为I=U/(R灯+R滑)=6V/(12Ω+20Ω)=3/16A;此时小灯泡的电功率为P小=I²R灯=(3/16A)²×12Ω≈0.42W;因此灯泡功率的变化范围为0.42~3W.
(2)依题意,闭合S₁、S₂时,将滑片移到最左端位置,滑动变阻器的阻值为0,小灯泡与电风扇并联,此时小灯泡正常工作,电流为I₁=0.5A,干路的电流为I'=1A,则通过电风扇的电流为I₂=I'-I₁=1A-0.5A=0.5A;电动机消耗的电能为W=UI₂t=6V×0.5A×60s=180J;根据焦耳定律,线圈电阻产生的热量为Q=I₂²R线圈t=(0.5A)²×2Ω×60s=30J;电动机工作时,将电能转化为机械能和内能,则转化的机械能为W机=W-Q=180J-30J=150J.
(3)为了在移动滑片时,只让小灯泡的亮度发生明显变化,则要把滑动变阻器只与小灯泡串联,如图所示.
　　↘并联电路中各支路互不影响

15. 某变频空调部分参数如表所示,空调工作时可以自动调节制冷(热)量。当室温和空调的设定温度相差较大时,空调一开机,即以最大功率工作,使室温迅速达到设定温度。当室温快速达到设定温度后,空调的制冷(热)量随之减小,以维持室温基本不变。该空调另设电辅热功能,可以辅助制热,以弥补单靠空调压缩机工作制热不足的缺陷。

(1) 夏天的某一天,假设该空调开机后以最大制冷功率工作 0.5h,使室温降至设定温度,然后该空调又以某一恒定的功率工作了 3h,全过程空调消耗的电能为 1.9kW·h,则后 3h 空调工作的功率是多少？
(2) 冬天用该空调将室温从 2℃提升至 22℃,至少需要多少时间？[室内空气质量为 300kg,空气的比热容为 1000J/(kg·℃)]
(3) 空调设计的制热功率大于制冷功率,其原因可能是什么？

答案： 15.
(1)0.4kW
(2)2222.2s
(3)见解析
[解析]
(1)该空调开机后以最大制冷功率工作0.5h,消耗的电能为W₁=P制冷t₁=1.4kW×0.5h=0.7kW·h;然后该空调又以某一恒定的功率工作了3h,全过程空调消耗的电能为1.9kW·h,因此后3h消耗的电能为W₂=W-W₁=1.9kW·h-0.7kW·h=1.2kW·h;则后3h空调工作的功率是P=W₂/t₂=1.2kW·h/3h=0.4kW.
(2)将室温从2℃提升至22℃,空气需要吸收的热量为Q吸=c空气m(t-t₀)=1.0×10³J/(kg·℃)×300kg×(22℃-2℃)=6×10⁶J;则该空调需要消耗的电能为W'=Q吸=6×10⁶J;由表格数据可知,空调的最大制热功率为1.7kW,电辅热功率为1kW,因此制热时的功率最大可达到P热大=1.7kW+1kW=2.7kW=2.7×10³W;该空调需要消耗的时间为t=W'/P热大=6×10⁶J/2.7×10³W≈2222.2s.
(3)空调器制冷时,空调压缩机由于消耗电能而散发出来的热量不但无用,还要消耗掉一部分制冷资源;相反,空调制热时,这部分热量就成为有用功了,这就增加了制热能カ,所以空调设计的制热功率大于制冷功率.