《2026年江苏13大市中考名卷优选38套物理》

30 (7分)某型号的茶吧机具有自动取水和加热、保温的功能.取水时采用的电泵的工作原理如图甲所示，通电后电动机带动传动杆快速向下压缩弹性隔膜，进水管管口处的单向球阀关闭，出水管管口处的单向球阀打开，泵腔内大部分空气被排出；接着，传动杆快速向上拉动弹性隔膜，泵腔体积迅速增大，出水管管口处单向球阀关闭，水从进水管管口冲开单向球阀，进入泵腔.水腔内水面上方与外界大气相通.图乙是其加热、保温电路的原理图，$FU$为热熔断器(阻值忽略不计)，$R_1、R_2$为加热电阻，$R_2=242\ \Omega$.开关$\mathrm{S}_1$闭合后，当水温升高到$100\ ^{\circ}\mathrm{C}$时会自动断开，断开后若无外力不会自动闭合.开关$\mathrm{S}_2$由电磁继电器控制，开始时处于闭合状态，水温升高至$89\ ^{\circ}\mathrm{C}$时自动断开，温度下降至$84\ ^{\circ}\mathrm{C}$时自动闭合.$U=9\ \mathrm{V}$，$R_3$是定值电阻.$R_T$是热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，其温度与水温相同，当温度为$84\ ^{\circ}\mathrm{C}$时，$R_T$的阻值为$300\ \Omega$；当温度为$89\ ^{\circ}\mathrm{C}$时，$R_T$的阻值为$240\ \Omega$.电磁铁线圈电阻忽略不计，当线圈中的电流达到$0.03\ \mathrm{A}$时，衔铁被吸下，触点$D、E$分开；当线圈中的电流减小到一定值时，衔铁被释放，触点$D、E$重新接触.现将插头插入$220\ \mathrm{V}$的插座中，向茶吧机的水壶内注入$1\ \mathrm{kg}$的水，水温为$24\ ^{\circ}\mathrm{C}$.闭合开关$\mathrm{S}、\mathrm{S}_1、\mathrm{S}_2、\mathrm{S}_3$，$R_1、R_2$正常工作，茶吧机开始加热，$155\ s$后水温到达$100\ ^{\circ}\mathrm{C}$，一段时间后进入保温工作状态.$[c_{水}=4.2 × 10^{3}\ \mathrm{J/(kg · ^{\circ}C)}]$

(1)自动取水时，水能够进入泵腔的原因是水面上方大气压强大于泵腔内气体压强.
(2)刚开始加热时，通过热熔断器的电流为$10\ \mathrm{A}$，水温从$24\ ^{\circ}\mathrm{C}$加热至$100\ ^{\circ}\mathrm{C}$的过程中，该茶吧机的加热效率为$95\%$.
①$R_1$的额定功率是多少?
②$R_2$消耗的电能为多少?
(3)在保温状态下，线圈中的电流为0.025$\mathrm{A}$时衔铁被释放；若温度达到$100\ ^{\circ}\mathrm{C}$时，$R_2$仍在工作，经检查线圈中仍有电流，且电磁继电器、$R_T$均无故障，请写出一种可能的故障：$R_{3}$的阻值变大(或电源电压$U$变小).

答案： 30(除特殊标注外，每空1分)
(1)水面上方大气压强大于泵腔内气体压强
(2)见解析
(3)0.025 $R_{3}$的阻值变大(或电源电压$U$变小)
解析：
(1)自动取水时，传动杆快速向上拉动弹性隔膜，泵腔内气体体积增大，压强减小，在大气压强的作用下，水进入泵腔。
(2)①由图乙可知，闭合开关$S$、$S_{1}$、$S_{2}$时，$R_{1}$与$R_{2}$并联，$R_{2}$的额定功率$P_{2}=\frac{U_{0}^{2}}{R_{2}}=\frac{(220V)^{2}}{242\Omega}=200W$，通过热熔断器的电流为10A，则干路电流为10A，则$R_{1}$与$R_{2}$的总功率$P_{总}=U_{0}I = 220V×10A = 2200W$，$R_{1}$的额定功率$P_{1}=P_{总}-P_{2}=2200W - 200W = 2000W$.(2分)
②$R_{1}$与$R_{2}$消耗的总电能$W=\frac{Q_{吸}}{\eta}=\frac{c_{水}m_{水}\Delta t}{\eta}=\frac{4.2×10^{3}J/(kg·^{\circ}C)×1kg×(100^{\circ}C - 24^{\circ}C)}{95\%}\approx3.36×10^{5}J$；当水温升高至89$^{\circ}C$时，$S_{2}$断开，则水温从24$^{\circ}C$加热至100$^{\circ}C$的过程中，只有$R_{1}$始终正常工作，$R_{2}$消耗的电能$W_{2}=W - W_{1}=W - P_{1}t = 3.36×10^{5}J - 2000W×155s = 2.6×10^{4}J$.(2分)
(3)当温度为89$^{\circ}C$、热敏电阻$R_{T}$的阻值为240$\Omega$时，衔铁被吸下，线圈中的电流为0.03A，根据欧姆定律可知，$0.03A=\frac{U}{R_{总}^{\prime}}=\frac{9V}{R_{3}+240\Omega}$，解得$R_{3}=60\Omega$；温度为84$^{\circ}C$、热敏电阻$R_{T}$的阻值为300$\Omega$时，衔铁被释放，此时线圈中的电流$I=\frac{U}{R_{总}}=\frac{9V}{60\Omega + 300\Omega}=0.025A$；温度达到100$^{\circ}C$时，$R_{2}$仍在工作，经检查线圈中仍有电流，且电磁继电器、$R_{T}$均无故障，说明控制电路中$R_{T}$的阻值很小时，线圈中的电流仍未达到0.03A，则故障可能是$R_{3}$的阻值变大或电源电压$U$变小。