《2025年新课程学习与检测九年级物理全一册》

3. 如图是某款电热饮水机相关参数和电路原理图(其中 $ S_{0} $ 是机内自动温控开关)。若热水箱中装有 2 千克水，加热使其温度从 20 ℃升高到 100 ℃，吸收的热量为6.72×10⁵焦，此加热过程需要 30 分钟，则消耗的电能为0.2度；当饮水机处于保温状态时，开关 $ S_{0} $ 应处于断开(选填“断开”或“闭合”)状态。$[ c_{水} = 4.2×10^{3} J/(kg·℃) ]$

答案： 3.6.72×10⁵ 0.2 断开 解析：
(1)水吸收的热量为
Qₐ=cₐmΔt=4.2×10³ J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃-20 ℃)=6.72×10⁵ J；
由P=W/t可得，此加热过程中消耗的电能：
W=Pt=400×10⁻³ kW×30/60 h=0.2 kW·h
=0.2度；
当饮水机处于保温状态时，电路中的总功率最小，由P=UI=U²/R可知，电路中的总电阻最大，
由电路图可知，开关S₀断开时，电路为R₂的简单电路，电路中的总电阻最大。

4. 图甲是一款数字测力计，其简化电路如图乙所示。电源电压恒为 3 V，$ R_{2} $ 是长为 10 cm、阻值为 10 Ω、粗细均匀的电阻丝（它的阻值与长度成正比），拉力为 0 N 时，滑片在 A 端，电流表示数为 0.1 A。金属弹簧伸长量与挂钩所受拉力大小的关系如表所示（不计弹簧的电阻及摩擦）。通过计算回答：
（1）拉力为 0 N 时，$ R_{2} $ 的电压是多少？
（2）$ R_{1} $ 的阻值是多少？
（3）持续施加 15 N 的拉力，60 s 内 $ R_{1} $ 产生的热量是多少？

答案： 4.解：
(1)拉力为0 N时，滑片在A端，电流表示数为0.1 A，
串联电路中I₁=I₂=I=0.1 A，
R₂两端的电压U₂=I₂R₂=0.1 A×10 Ω=1 V。
(2)R₁与R₂串联，U₁=U-U₂=3 V-1 V=2 V，
R₁的阻值
R₁=U₁/I₁=2V/0.1A=20 Ω；
(3)由表中数据可知，当拉力为15 N时，弹簧的伸长量为10 cm，此时滑片恰好滑到R₂的最右端，电路中只有R₁工作，电路中的电流
I'=U/R₁=3V/20Ω=0.15 A，
所以产生的热量
Q=I'²R₁t=(0.15 A)²×20 Ω×60 s=27 J。
答：
(1)拉力为0 N时，R₂的电压是1 V；
(2)R₁的阻值是20 Ω；
(3)持续施加15 N的拉力，60 s内R₁产生的热量是27 J。