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參考資料：
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物理知識(shí)競賽試題四(電學(xué)部分) 題號(hào) 1 2 3 4 5 答案 一、單選題 (每小題3分，共15分） 1．圖示為小剛所連的兩盞白熾燈和兩 個(gè)插座的電路圖，通電后發(fā)現(xiàn)不能正 常工作。下面幾個(gè)措施中可能引起危險(xiǎn)的是： A．拆掉燈丙，兩條導(dǎo)線連在一起B(yǎng)．拆掉插座甲，兩條導(dǎo)線連一起 C．拆掉開關(guān)S3，兩條導(dǎo)線連在一起D．拆掉開關(guān)S2，兩條導(dǎo)線連在一起 2． 小紅家的電表允許通過的最大電流是10安，她家有4個(gè)標(biāo)有“220V、60W”的燈泡，1個(gè)標(biāo)有“220V、1000W”的熱水器，1臺(tái)制冷時(shí)耗電為140瓦的電冰箱和1臺(tái)耗電為80瓦的電視機(jī)，則： A. 所有用電器可以同時(shí)使用 B. 除熱水器外其他用電器可以同時(shí)使用 C. 關(guān)閉電視機(jī)后其他用電器可以同時(shí)使用 D. 電冰箱制冷時(shí)，其他用電器不能同時(shí)使用 3．家用電熨斗為適應(yīng)不同衣料的熨燙，設(shè)計(jì)了調(diào)整溫度的多擋開關(guān)。使用時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕即可使熨斗加熱到所需的溫度。圖1是電路圖。旋轉(zhuǎn)多擋開關(guān)可以改變1、2、3、4之間的連接情況?，F(xiàn)將開關(guān)置于溫度最高擋，這時(shí)， 1、2、3、4之間的連接是圖2中的哪一幅？ 4．小強(qiáng)在北京將一根質(zhì)量分布均勻的條形磁鐵用 一條線懸掛起來，使它平衡并呈水平狀態(tài)，懸 線系住磁體的位置應(yīng)在： A． 磁體的重心處 B、磁體的某一磁極處 C．磁體重心的北側(cè) D．磁體重心的南側(cè) 5．一臺(tái)“220V，60W”的電扇，一只“220V，60W”的白熾燈，一只“220V，60W”的電熱器，將它們同時(shí)接在220V的電壓下，在相同的時(shí)間內(nèi)，它們產(chǎn)生的熱量 A．電扇最多 B．白熾燈最多 C．電熱器最多 D．都一樣多 二．填空（共16分，每空2分） 1．一只“220V，100W”的白熾燈在室溫時(shí)的電阻約為40Ω，開燈瞬間的電功率為______，正常工作時(shí)的電阻是______。 2、修理家用電器時(shí)需要一只4.75kΩ的電阻，但手頭只有10kΩ、8kΩ、500Ω和300Ω的電阻若干，要用最少個(gè)數(shù)的電阻得到最接近所需要的電阻值，連接方法是_________ ______________，得到的電阻阻值為______。 3、有一個(gè)功率為100KW的電力用戶，所需電壓為400V。如果不用變壓器而直接供電，輸電線路電阻損耗的功率為62.5KW。要使損失減為100W，輸電電壓應(yīng)提高到_________V。 4、 我們周圍有很多利用電能發(fā)光的燈。有的利用燈絲的高溫而發(fā)光，如________燈；有時(shí)燈有燈絲，但是不靠燈絲發(fā)光，如_______燈；有的燈根本沒有燈絲，通電后也能發(fā)光，如________燈。 三、（9分）由電源引到某工地的一只“220V、100W”的燈泡亮度較暗，測得該燈泡的實(shí)際功率只有81瓦，而電源的電壓確為220伏。輸電導(dǎo)線上消耗的功率約有多大？你在計(jì)算中用到了什么近似？ 四、（15分）可充電電池的額定電壓約為1.3伏特。當(dāng)電流從正極流入、從負(fù)極流出時(shí)即可充電。充電電流在20毫安—40毫安范圍內(nèi)比較適合?，F(xiàn)有一個(gè)額定輸出電壓為36伏特，額定輸出電流為0.5安培的電源，還有電阻值為100歐姆、510歐姆、1000歐姆、2200歐姆和6800歐姆的幾個(gè)電阻器供選用。請選擇適當(dāng)?shù)碾娮?，?gòu)成簡單的充電電路，可以分別給一節(jié)或兩節(jié)電池充電，不必更換所用電阻器。 1．畫出電路圖（畫出兩節(jié)充電電池） 2．如果通往充電電池的兩條導(dǎo)線短路，電阻器消耗的電功率是多少？ 五、（9分）水在熱電廠的鍋爐中變?yōu)樗羝ㄟ^渦輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，用過的水蒸汽在液化器中凝結(jié)成水，再到鍋爐，循環(huán)使用。液化器中的冷卻水則流到冷卻塔中降溫，如圖。水的比熱為4.2×103J/（Kg?℃），求： 1．夏天，來自冷卻塔的水溫為16℃，而回到冷卻塔的 水溫為30℃。若冷卻塔和液化器間水的流量為15m3/s， 試求水蒸汽的能量轉(zhuǎn)化為電能的效率。 2．如果發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率是56萬千瓦，發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的效率為80%，不計(jì)水蒸汽通過渦輪機(jī)過程中由于熱傳遞造成的能量損失及渦輪機(jī)的摩擦，試求水蒸汽的能量轉(zhuǎn)化為電能的效率。 六．(9分)山區(qū)某工地施工時(shí)，照明電路需用導(dǎo)線從離工地250米處的電源引來，工地上要用一只“220V 100W”和一只“220V 200W”的燈泡來照明，所用導(dǎo)線的電阻為每米0.018歐，如果電源兩端的電壓為220伏，且保持不變，試求照明時(shí)導(dǎo)線上所消耗的功率和每只燈泡實(shí)際所消耗的功率。（計(jì)算時(shí)不考慮燈絲電阻的變化，數(shù)值只取整數(shù)，小數(shù)可四舍五入） 七、（12分）上題水箱中的水在冬天往往溫度不夠高，同學(xué)們在水箱中加裝了一個(gè)“220 V，2000 W”的電熱管，并利用一個(gè)“6 V， 1W”的小燈泡和一段10Ω/m的電阻絲，為電熱管安裝了一個(gè)指示燈。 （1）畫出電熱管及指示燈的電原理圖。 （2）在同學(xué)們的方案中，小燈泡兩端的電壓是按5V設(shè)計(jì)的。對(duì)于指示燈來說，這樣設(shè)計(jì)有什么好處？（3）按上述設(shè)計(jì)，電阻絲需截用多長的一段？（4）安裝指示燈后，電熱管的實(shí)際功率是額定功率的百分之幾？ 計(jì)算中可以認(rèn)為電熱管。小燈泡及電阻絲的電阻不隨溫度發(fā)生明顯變化 八、（8分）在一次實(shí)驗(yàn)中需要測量小燈泡兩端的電壓和流過它的電流。聰明而粗心的小剛連接了如圖所示的電路。同組的小林發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)，主張拆了以后重新連接，可是時(shí)間來不及了，小剛眼珠一轉(zhuǎn)，在圖示電路中只增加了一根導(dǎo)線，電路就正常工作了。問：（1）如果閉合圖示電路中的開關(guān)，電壓表的讀數(shù)約為多少？電流表的讀數(shù)約為 多少？小燈泡發(fā)光情況如何？ （2）在圖中畫出小剛連接的那條導(dǎo)線。 九、（13分）淋浴用水的流量約為10升/分，合適的水溫約為50℃，用水時(shí)間約為4分鐘。 電熱淋浴器有兩種設(shè)計(jì)，一種是淋浴時(shí)電流直接對(duì)于流動(dòng)的水加熱，另一種則備有水箱， 待箱中的水加熱至合適的溫度后再淋浴。加熱前的水溫以20℃計(jì)。 ①請根據(jù)上面提供的數(shù)據(jù)論證，第一種設(shè)計(jì)不適合大多數(shù)家庭的供電電路。 ②如果水箱中的水恰好夠一個(gè)人淋浴用，供電電路允許的電流最大為10安，電加熱的效率為80％，這種條件下把水箱中的水加熱最少需多長時(shí)間？ 物理應(yīng)用知識(shí)競賽試題四(電學(xué)部分)之答案 一．1、A 2、A 3、A 4、C 5、C 二．1、1210W ，484Ω 2、10kΩ、8kΩ并聯(lián)，4.4kΩ 3、10000 4、白熾 ，日光，霓虹 三、參考解答：正常工作時(shí)的電流 安 (1) (2) 代入數(shù)值后解出 I = 0.41 安 (3) 與此類似可以求得 U = = 198 伏 (4) 輸電線上的電壓降 = 22伏 (5) 輸電線上的電流 安 (6) 輸電線上的功損失 瓦 (7) 以上過程中(2)式的得出認(rèn)為電燈燈絲的電阻不隨溫度改變，這是一種近似。 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：本題8分，(1)－(7)式各1分，指出近似給1分。 四、解：1．因?yàn)橹绷麟娫吹妮敵鲱~定電壓為36V，遠(yuǎn)大于兩節(jié)被充電池的電壓，所以需串聯(lián)一個(gè)阻值適宜的電阻才能充電。其電路圖如下： 兩節(jié)電池串聯(lián)時(shí)的電壓是2.6V，不論充電電池是一節(jié)還是兩節(jié)，其電壓都遠(yuǎn)小于電源電壓，可以忽略，因此充電流I為： 把U=36V和R=200歐姆、510歐姆……分別代入上式，得：I=360×10-3A、70×10-3A、36×10-3A、16×10-3A…… 符合充電電流20mA～40mA范圍內(nèi)的電阻是1000歐姆，所以應(yīng)選用1000歐姆的電阻與其串聯(lián)。 2．如果通往充電電池的兩條導(dǎo)線短路，則電阻器消耗的電功率為： 答：充電電池短路時(shí)，電阻器消耗的電功率是1.3瓦特。 五、1．水蒸汽冷卻時(shí)所放的熱量為冷卻水所吸收，所以冷卻所丟失的功率（即散熱功率）為 P散＝Q吸/t＝ ＝4.2×103焦/（千克?℃）×15×103千克/秒（30－16）℃＝8.82×108瓦 2．水蒸汽的能量轉(zhuǎn)化為電能的效率 η＝P用/P總＝P電/（P機(jī)+P散）×100% P機(jī)＝560×106W/0.8＝700×106W 所以 六、電路如圖所示． R線為導(dǎo)線的電阻， L1為“220 V 100 W”燈泡，L2為“220V 200 W”燈泡． R線 L1 L2 R線＝（0.018歐/米）×2×250米＝9歐 L1和L2的電阻分別為 歐， 歐 L1和L2的總電阻 RL=1歐/（ ）＝161歐 所以，導(dǎo)線上消耗的功率為 P線＝I總2?R線≈15瓦 兩燈泡實(shí)際消耗的總功率為PL＝I總2?RL≈270瓦 L1消耗的功率P1＝ 90瓦 L2消耗的功率P2＝2P1＝180瓦 七、七．（1）電路圖 2分 （2）指示燈兩端的電壓按5V設(shè)計(jì)有利于延長燈的壽命 1分 （3）由P＝U2/R得電熱管的電阻 R＝U2/P＝（2202/2000）Ω＝24.2Ω 電熱管兩端的實(shí)際電壓 U1＝220V－5V＝215V 通過電熱管的實(shí)際電流是 I1＝U1/R＝215V/24.2Ω＝8.884A 小燈泡的電阻R燈＝U燈2/P燈＝(6V)2/(1W)=36Ω 實(shí)際通過小燈泡的電流應(yīng)為I燈＝(5V)/(36Ω)=0.139A 通過電阻絲的電流為I絲＝8.884A－0.139A＝8.745A 電阻絲的電阻 R絲=(5V)/(8.745A)=0.572Ω 電阻絲的長度L=0.572Ω/(10Ω/m)=0.057m 實(shí)際功率與額定功率之比 P1/P=(U1/U)2=96% 每式1分 八、參考解答：(1)電壓表的讀數(shù)約為6伏，電流表的讀數(shù)約為0，小燈泡不發(fā)光。(2)答案如圖。 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：本題共8分。電壓表和電流表的讀數(shù)各2分，小燈泡的發(fā)光情況1分。所連導(dǎo)線3分，但導(dǎo)線沒有連在接線柱上，而連在其他導(dǎo)線中間的，只給1分。 九、參考解答：流量：f=10升／分=1.67×10-4米3／秒 溫差△T=30℃ 用水時(shí)間t=4分=240秒 水的比熱容 c=4.2×103焦／（千克／℃）水的密度ρ=1.0×103千克／米3 ①一定時(shí)間△t內(nèi)電流的焦耳熱： Q1=IU△t (1) 這段時(shí)間內(nèi)水溫上升△T所需的熱量： Q2=(f△t)c△T (2) 假設(shè)焦耳熱全部用來使水升溫，則有 Q1=Q2 (3) 解出 代入數(shù)值，得I=96安 (5) 如果考慮到熱量散失，實(shí)際電流會(huì)比這個(gè)數(shù)值更大，目前家庭電路所能承載的最大電流很少有超過10安培的，所以這種設(shè)計(jì)不適合家庭淋浴。 ②水箱的水量 m=ρt=40千克 (6) 使水箱中的水溫升至50℃所需的熱量： Q2=mc△T (7) 電流在時(shí)間△t內(nèi)提供的焦耳熱： Q1=IU△T (8) ηQ1=Q2 (9) 解出 代入數(shù)值，得 △t=2.86×103秒=48 (11)