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专题02 电学综合题
1．阅读下列短文，回答问题。
智能电加热眼罩
近几年，近视眼成为影响青少年身体健康的重要因素，为有效保护眼睛，降低近视率，目前市场上推出一款电加热眼罩（如图甲），对缓解眼疲劳有一定效果，电加热眼罩是在绝缘的聚酯薄膜表面有序排列10根一样的具有发热、控温双重功能加热丝，是一种新型的半导体陶瓷材料，它以钛酸钡为主，渗入多种物质后加工而成。电加热眼罩内部结构如图乙所示，加热丝两端与金属导线相连，形成网状结构，由的锂电池供电。每根加热丝电阻随温度变化的关系如图丙所示，当温度达到时，加热丝的发热功率等于散热功率（即在相同时间内产生的热量与散失的热量相等）温度保持不变，实现智能控温。
（1）是 　半导体　（选填“导体”、“半导体”或“绝缘体” 材料
（2）如图乙所示的加热电路，加热丝的连接方式是 　　联，正常工作时金属导线中、处电流分别为和，则　　（填选“”、“ ”或“” 。
（3）将眼罩加热电路开关闭合，其功率随时间变化的图象最可能是图丁的 　　。
（4）眼罩加热电路的最大发热功率为 　　，当温度为时，通电，眼罩加热电路消耗的电能 　　。
【答案】（1）半导体；（2）并；；（3）；（4）9；2160。
【解答】解：（1）由题意可知，是一种新型的半导体陶瓷材料，因此是半导体材料；
（2）由图可知，各条加热丝互不影响，故加热丝是并联的；
因为加热丝是并联的，并联的加热丝越多，电流越大，故；
（3）由图丙可知，加热丝的阻值随温度的升高，先变小后变大，由题意可知，当温度达到时，加热丝的发热功率等于散热功率，温度保持不变，即温度达到后加热丝的阻值不变，因此眼罩加热电路开关闭合后，加热丝的阻值先变小后变大再不变，由可知，其功率先变大后变小再不变，故图符合题意；
（4）由可知，电源电压一定时，电阻越小，电功率越大，
由图丙可知，加热丝的最小阻值为，
由题意可知，电加热眼罩由10根加热丝并联组成，由并联电路的电阻特点可知，电路中的总电阻：，
则眼罩加热电路的最大发热功率：；
由图丙可知，当温度为时，加热丝的阻值为，
由并联电路的电阻特点可知，电路中的总电阻：，
则当温度为时，通电，眼罩加热电路消耗的电能：。
故答案为：（1）半导体；（2）并；；（3）；（4）9；2160。
2．市场上规定，一般情况下苹果质量大于的为大果，的为中果，的为小果，如图甲是苹果自动筛选装置，可以依据苹果质量实现自动筛选。原理是：如图乙传送带上苹果经过压力检测点时，使压敏电阻的阻值发生变化，间的电压也随之发生改变，根据大果、中果、小果所对应的电压值范围，机械装置启动，进行自动筛选实现苹果分流。已知电源电压恒定不变，当检测点上没有苹果时，间的电压为，当苹果质量为时，间的电压为。压敏电阻的阻值随压力检测点上所放物品质量的对应关系如表所示：
质量 0 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170
阻值 90 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5
（1）压敏电阻是由 　半导体　材料（选填“导体”、“绝缘体”或“半导体” 制成的。
（2）当检测点上苹果质量增大时，间的电压 　　。
（3）请通过推理计算筛选大果时，间的电压至少需要达到多少伏？（写出必要的文字说明、表达式及最后结果）
（4）当苹果的品种不同时，对于大果、中果和小果筛选的质量标准也不同，此时间对应的电压值也会改变。请你对电路进行改进，使该装置能够方便地设置不同的筛选标准：　　。（答出一条即可）
【答案】（1）半导体；
（2）变大；
（3）间的电压至少需要达到；
（4）定值电阻改为滑动变阻器可以调节大小。
【解答】解：（1）压敏电阻是由半导体材料制成的；
（2）由表中数据可知，压敏电阻的阻值随压力的增大而减小，由电路图可知，两电阻串联接入电路，间的电压即定值电阻两端的电压，根据串联分压原理可知随压敏电阻所受到的压力增大，压敏电阻两端的电压变小，串联电路总电压等于各部分电压之和，所以间的电压将变大；
（3）由表中数据可知当检测点上没有苹果时，压敏电阻的阻值为，电压表为，
此时的电流为；
电源电压；①
当苹果质量为时，压敏电阻的阻值为，间的电压为
此时的电流为；
电源电压；②
联立①②，解得；；
当筛选大果时，质量至少，压敏电阻的阻值为，电路的总电阻；
则减的电压；
（4）不同质量标准的苹果对压敏电阻的压力不同，压敏电阻的阻值不同，改变苹果质量筛选的标准后压敏电阻的阻值改变，根据串联电压之比等于电阻之比，应该把定值电阻改为滑动变阻器可以调节大小。
答：（1）半导体；
（2）变大；
（3）间的电压至少需要达到；
（4）定值电阻改为滑动变阻器可以调节大小。
3．阅读短文，回答问题：
智能手机
随着智能手机的日益普及，人们的日常生活发生了翻天覆地的变化。在众多帮助下，人们通过智能手机可以实现轻松出行、远距离通信、线上支付、网上办公等活动。手机电池作为手机的一个重要部分，目前正朝着大容量、快蓄电、长待机的方向发展。某款手机锂电池上标有“电压：容量：”字样。该手机搭配了超级快充功能，采取的方式是保持充电器的电压不变，将电流从原来的变为，极大的提高了充电功率。电池充满电后，持续使用一段时间，屏幕显示剩余电量不足时，系统就会发出“是否开启省电模式”的提示，此时最好给手机充电续航。若无法充电，则开启“省电模式”后，手机显示还可以持续使用，电量将耗尽。
手机无线充电是目前比较新的一门技术，无线充电就是不借助数据线等导线对手机进行充电，从而增加手机的续航时间。现阶段使用较多的一种无线充电技术的原理如图甲、乙所示，交流电流过送电线圈（无线充电板）产生磁场，智能手机（受电线圈）放在无线充电板上就能充电，并将电能储存到手机的锂电池内。
（1）文中描述的手机快充功能将充电功率变为原来的　5　倍。为了防止手机温度过高，手机的散热部件应选用导热快、比热容　　（选填“大”或“小” 的材料。
（2）手机在无线充电时，手机中的受电线圈会产生　　，无线充电工作原理与　　（选填“发电机”或“电动机” 工作原理相似。
（3）文中锂电池最好在电能还剩　　时给它及时充电，此手机在“省电模式”下使用时的平均功率为　　。
【解答】解：
（1）根据题意可知，快充时，电流由变为原来的，所以电流变为原来的5倍，由可知，该款手机的快充功能将充电功率变为原来的5倍；
因为比热容大的物质，升高相同的温度，吸热较多，因此为了防止手机温度过高，手机的散热部件应选用导热快、比热容大的材料；
（2）智能手机放在无线充电板上时，受电线圈靠近该磁场时就会产生感应电流，给智能手机充电，这是利用电磁感应原理工作的；
发电机是利用电磁感应原理工作的，因此无线充电工作原理与发电机工作原理相似；
（3）剩余的能量：；
手机在“省电模式”下使用时的平均功率：。
故答案为：（1）5；大；（2）感应电流；发电机； （3）10656；1.48。
4．新能源汽车近年来发展迅猛，某款国产新能源汽车深受消费者青睐，相比其他新能源汽车，它具有续航里程长、充电速度快的优点，妞妞家也购买了一辆，同时安装了充电桩把交流电转换为直流电给车充电，充电桩铭牌上的部分参数如下表所示。在2024年春季，妞妞的妈妈驾驶该车在平直公路上以的速度匀速直线行驶了，所受的阻力恒为。（不计电磁铁线圈的阻值，取
（1）电能属于 　二次　（选填“一次”或“二次” 能源。
（2）当该电车在平直公路上以的速度匀速直线行驶时，其牵引力做功的功率是多少？
（3）该电车电池的容量为，从完全没电到充电至的电量，充电桩在正常状态下需要工作多少时间？
（4）为了使用安全，只有充电插头和插座间的压力时（此时控制电路中的电流，充电电路才能接通，其原理如图所示，不充电时控制电路中的电流为。已知电阻箱接入电路的电阻，压敏电阻阻值与所受压力的计算关系式为：，请你通过计算判断控制电路中的电源电压属于人体安全电压的哪一级。
落地式充电桩
额定输入电压：交流 额定输出电压：直流
额定输入电流：交流 额定输出电流：直流
防护等级： 使用环境：室外
人体安全电压等级 应用场所
Ⅰ 有触电危险的手持电动工具
Ⅱ 比较干燥的一般场所
Ⅲ 潮湿、有导电金属粉尘等场所
Ⅳ 特别潮湿、金属容器等人体大面积接触带电体的场所
Ⅴ 水下作业
【答案】（1）二次；（2）牵引力做功的功率是；
（3）该充电桩在正常状态下需要工作；
（4）属于级安全。
【解答】解：（1）电能需要消耗其他能源获得，属于二次能源。
（2）当该电车在平直公路上以的速度匀速直线行驶时，
牵引力做功的功率；
（3）该电车电池的容量为，
从完全没电到充电至的电量，需要的电能；
充电功率；
根据知，充电桩在正常状态下需要工作时间
；
（4）不充电时控制电路中的电流为。；
电源电压；
当时，此时控制电路中的电流；；
电源电压；
解得，属于级安全。
答：（1）二次；（2）牵引力做功的功率是；
（3）该充电桩在正常状态下需要工作；
（4）属于级安全。
5．某科技小组的同学设计制作了一款自动控温烘干箱，箱内主要电路包括控制电路和工作电路，其原理图如图甲所示。控制电路电源电压为，为变阻器，为热敏电阻、阻值与箱内气温关系如表所示。
工作电路电源电压为，为电热丝，阻值恒为，为电风扇，铭牌上标有“，”字样，其作用是使箱内空气均匀受热，红、绿指示灯用于分别指示电路加热、待机状态。当控制电路的电流达到时，衔铁被电磁铁吸住，当控制电路电流减小到某值时，衔铁被释放。求：
（1）当衔铁被电磁铁吸住时，工作电路处于 　待机　状态；（填“加热”或“待机”
（2）将控制电路中变阻器的阻值调为时，控制电路的电流为，此时箱内气温多少摄氏度？（电磁铁的线圈电阻不计）
（3）重新调节变阻器，同时闭合开关、，箱内气温与时间关系如图乙所示，若电热丝加热空气的效率为，衔铁每次被吸住的时长均为，箱内空气质量恒为，比热容为。求
①乙图中对应的时间应该是多少？
②的时间内，工作电路总共消耗的电能是多少焦耳？（控制电路、指示灯及电风扇产生的电热均不计，指示灯消耗的电能不计）
30 40 50 60 70
305 245 200 170 150
【答案】（1）待机；
（2）将控制电路中变阻器的阻值调为时，箱内气温最高可达50摄氏度；
（3）①乙图中对应的时间应该是；
②的时间内，工作电路总共消耗的电能是。
【解答】解：
（1）由图甲可知，当衔铁被电磁铁吸住时工作电路中的动触点与下静触点接通，绿色指示灯工作，由题意可知此时工作电路处于待机状态；
（2）闭合开关，变阻器和热敏电阻串联接入电路，控制电路的电源电压为，
当控制电路的电流达到时，此时箱内气温最高，衔铁被电磁铁吸住，由欧姆定律可得该电路的总电阻：
，
因串联电路的总电阻等于各分电阻之和，所以此时热敏电阻的阻值：，
由表中数据可知此时箱内气温最高可达；
（3）由乙图可知箱内空气在时间段内升高的温度：△，
该时间段内箱内空气吸收的热量：△，
该时间段内电热丝消耗的电能：，
电热丝的电功率：，
则该时间段的时长：；
该时间段内电动机消耗的电能为：，
由乙图可知到时间段内，箱内温度下降，说明工作电路处于待机状态，该时间段内工作电路消耗的电能为，
则的时间内，工作电路总共消耗的电能：
。
答：（1）待机；
（2）将控制电路中变阻器的阻值调为时，箱内气温最高可达50摄氏度；
（3）①乙图中对应的时间应该是；
②的时间内，工作电路总共消耗的电能是。
6．如图1所示为人们所喜爱的电动自行车，它轻便、节能、环保。只要将图中车钥匙插入锁孔并顺时针旋转一下，车子就通电了，但不会行驶。
（1）这车钥匙实质相当于一个 　开关　，跨上自行车将右手把向后旋转，车子就能前进，并且向后旋转的角度越大，车速就越快，右手把实质相当于一个 　　。给电动车充电时，电瓶相当于 　　（选填“电源”或“用电器” 。
（2）图2是电动车的充电插口，内有金属插脚，在使用过程中绝不能拿硬币、手等去触碰；图3是电动车的局部电路图，其中控制器是指电动车利用蓄电池工作的所有用电器。如果硬币碰到充电插口的两个金属插脚，可能会造成 　　（选填“蓄电池”、“控制器”或“充电插口” 损坏；如果人体触碰蓄电池两极，人 　　（选填“有”或“无” 危险。
（3）电动自行车两刹车手柄（如图中各有一只开关和；在行驶中用任一只手柄刹车时，该手柄上的开关立即断开，电动机停止工作，以下电路符合要求的是 　　。
【答案】（1）开关；滑动变阻器；用电器；（2）蓄电池；有；（3）。
【解答】解：（1）电动自行车钥匙插入锁孔并顺时针旋转一下，车子就通电了，所以这车钥匙其实就是一个开关；
电动自行车将右手把向后旋转，车子就能前进，并且向后旋转的角度越大，车速就越快，说明这右手把能改变电路中的电流，则这右手把就相当于一个滑动变阻器；
电瓶充电时是将电能转化为化学能，此时电瓶相当于用电器；
（2）因为硬币是导体，将硬币碰到充电插口的两个金属插脚时，使蓄电池的正负极相连，因此会造成蓄电池短路；
对人体的安全电压不高于，而蓄电池的供电电压为，所以充满电后如果人体触碰蓄电池两极，人有危险；
（3）由题意可知，电动车行驶中用任一只手柄刹车时，该手柄上的开关立即断开，电动机停止工作，说明两开关应串联接在电路中，根据选项可知符合题意，不符合题意。
故答案为：（1）开关；滑动变阻器；用电器；（2）蓄电池；有；（3）。
7．阅读材料，回答问题：
“无人机”多功能飞行器
“无人机”多功能飞行器在拍摄调查、无人配送等方面具有广阔的前景。如图甲为某品牌“无人机”，质量（含摄像机）为。“无人机”由锂电池供电，采用4个相同的电动机带动旋翼转动，对下方空气施力的同时每个旋翼获得相同的升力。为了保证“无人机”正常工作，每个电动机连接一个电子调速器（简称电调）来控制电动机的电流，从而改变电动机的功率。“无人机”上升时受到的空气阻力与上升速度的平方成正比。该“无人机”能以最大的速度上升，此时受到的空气阻力为。“无人机”携带摄像机参与火情勘测时，一般以恒定的速度从地面匀速竖直升至某一高处，然后悬停观测（整个过程四个电动机同时工作）。该“无人机”携带的微型摄像机有自动扩摄功能，未出现火情时待机；若有火情，摄像机感知定强度的红外线而自动启动，进入工作状态．其原理如向图乙“自启系统”，该系统由“自启电路”、“控制电路”等组成，其电源电压恒为，为电阻箱，是红外探测器（可视为可变电阻）它的阻值与红外线强度变化的关系如图表所示为红外线强度，表示其单位）。在“自启系统”中，通过电阻箱的电流必须大于或等于时，控制电路能启动摄像机进入工作状态。
1.0 2.0 4.0 6.0
18 9 6 4.5 3
（1）“无人机”电动机与电调的连接方式是 　串联　（选填“并联”或“串联” 。
（2）当“无人机”携带摄像机悬停在空中进行地面图像拍摄时，下列说法正确的是 。
“无人机”将机械能转化为电能
“无人机”每个旋翼获得的升力是
“无人机”增加悬停高度可以扩大视野
“无人机”悬停观测时不消耗能量
（3）当匀速水平飞行的无人机完成无人配送任务后，无人机的机械能 （选填“变大”、“变小”或“不变” 。“无人机”在参与某次火情的勘测时，它以的速度从地面匀速竖直上升至50米高处，然后悬停。“无人机”上升过程中，受到的 （选填“是”或“不是” 平衡力，受到的空气阻力为 。
（4）在“自启系统”中，为了使控制电路在红外线强度较弱时，就能启动摄像机进入工作状态，可采取的措施：。（任一措施合理即可）
【答案】（1）串联；（2）；（3）变小；是；；（4）减小电阻箱的电阻值（或调高电源的电压值）。
【解答】解：
（1）由题意知，每一个电动机连接一个电调，通过电子调速器（简称电调）来控制电动机的电流从而改变电动机的功率，故电动机和电调的连接方式是串联；
（2）、无人机的电动机工作时将电能转化成机械能，故错误；
、悬停观测时，受到的举力与重力相平衡，则获得的升力，则每一个螺旋桨需要产生的升力，故错误；
、摄像机的镜头是凸透镜，成倒立缩小的实像，在拍摄地面图像时增加悬停高度，即物距增大，可以扩大拍摄视野范围，故正确；
、悬停观测时电动机是工作的，由于电动机工作时，消耗电能，将其转化为机械能；故错误；
故选：。
（3）当匀速水平飞行的无人机完成无人配送任务后，其速度不变，但质量变小，所以其动能变小；同时其高度不变，质量减小，故其重力势能变小，机械能变小；
“无人机”上升过程中，处于匀速运动状态，则一定是受到平衡力作用；
由表格数据可知，无人机的最大上升速度为，此时受到的空气阻力为，
由题意知，“无人机”上升时受到的空气阻力与上升速度的平方成正比，即：，
所以：，即：，解得：。
（4）在红外线强度较弱时，红外探测器的阻值较大，总电阻将增大，为了保证通过电阻箱的电流必须大于或等于，则可采取的措施：减小电阻箱的电阻值（或调高电源的电压值）。
故答案为：（1）串联；（2）；（3）变小；是；；（4）减小电阻箱的电阻值（或调高电源的电压值）。
8．如图甲所示为一款能自动清扫地面的扫地机器人。机器人通过电动机旋转产生高速气流，将灰尘、杂物吸入集尘盒；底部安装有塑料刷，用于清扫吸附在地板上的灰尘及轻小物体；前端装有感应器，通过发射、接收超声波或红外线来侦测障碍物。当剩余电量减为电池容量的时，机器人会主动寻找充电器充电，表一为某扫地机器人的部分参数。电池容量指放电电流与放电总时间的乘积。
表一
额定电压 额定功率
电池容量 工作噪音
净重 最大集尘量
机器人中吸尘电机的吸入功率是衡量其优劣的重要参数，测得某吸尘电机的吸入功率与真空度、风量间的对应关系如表二。真空度指主机内部气压与外界的气压差。风量指单位时间内通过吸尘电机排出的空气体积。吸尘电机吸入功率与输入功率的比值叫做效率。
表二
真空度 400 450 500 550 600
风量 0.025 0.02 0.017 0.015 0.013
吸入功率 10 9 8.5 7.8
（1）该机器人充满电后至下一次自动充电前，能够连续正常工作的最长时间为多少？
（2）研究表二数据的规律，当风量为时，吸尘电机吸入功率为多少？若吸尘电机的输入功率为，此时其效率为多少？
（3）光敏电阻是制作灰尘传感器的常用元件，图乙为某机器人中吸尘电机内部的光敏电阻的控制电路，两端总电压恒定，为光敏电阻，其阻值随空气透光程度的变化而变化，为定值电阻。当光敏电阻分别为和时，电压表的示数分别为和，则阻值为多少？
（4）若机器人1秒钟消耗的电能中有用于克服摩擦力做功。已知集尘盒空置时，机器人匀速运动时受到的摩擦阻力为，查阅资料显示摩擦力与压力成正比，则达到最大集尘量时摩擦阻力为 　20　，机器人运动的速度为 　　。（此问不要求写出计算过程）
【答案】（1）该机器人充满电后至下一次自动充电前，能够连续正常工作的最长时间为；
（2）当风量为时，吸尘电机吸入功率为；若吸尘电机的输入功率为，此时其效率为；
（3）阻值为；
（4）20；0.6。
【解答】解：（1）机器人充满电的电能：；
机器人连续正常工作所需要的电能：；
由可知，机器人连续正常工作的最长时间：；
（2）由表二数据可知：吸入功率真空度风量，
当风量为时，吸尘电机吸入功率：；
此时效率：；
（3）由电路图可知，光敏电阻与定值电阻串联，电压表测定值电阻的电压，
当光敏电阻时，电压表示数，光敏电阻两端的电压，
此时电路中的电流：，即：①；
当光敏电阻时，电压表示数，光敏电阻两端的电压，
此时电路中的电流：，即：②；
联立①②可解得：，；
（4）吸尘器压力等于其重力，由题可知，摩擦力与其压力成正比，则集尘盒空置和达到最大集尘量时的摩擦力之比：；
即：，所以，达到最大集尘量时的摩擦力：；
消耗的电能中有用于克服摩擦力做功，所以；
根据公式可知，达到最大集尘量时机器人运动的速度：。
答：（1）该机器人充满电后至下一次自动充电前，能够连续正常工作的最长时间为；
（2）当风量为时，吸尘电机吸入功率为；若吸尘电机的输入功率为，此时其效率为；
（3）阻值为；
（4）20；0.6。
9．阅读短文，回答问题。
“充电宝”是指一种集供电和充电功能于一体的便携式充电器，可以给手机等数码设备随时随地充电或待机供电。但“充电宝”使用不当，它也会成为一颗“不定时炸弹”。“充电宝”大多是由多个锂电池并联组成，充电宝中的锂经过特殊处理被封装在一个密封的坚硬的壳内，正常情况下既可以保证锂不会遇到空气中的水分发生化学反应而爆炸，也可以保证不会因为挤压而破坏电池的内部结构造成电池内部短路产生大量的热而自燃爆炸。民航局对乘坐飞机携带“充电宝”有着如下严格的规定：严禁随身携带额定能量超过的“充电宝”登机；不得在飞行过程中使用“充电宝”给电子设备充电。现有一个“充电宝”，各项参数如下表所示：
容量 ， 兼容性 绝大多数输入的数码电子产品
寿命 完全充放电大于500次 放电转换率
输入 ， 输出 ，
认证 充满时间 12小时
挑选“充电宝”还要考虑放电转换率，转换率。
（1）“充电宝”在家庭电路中充电时相当于 　用电器　（选填“电源”或“用电器” ，“充电宝”上有两个输出口，可同时给两部手机充电，这两个接口是 　　（选填“串”或“并” 联的。
（2）“充电宝”充满电后，大约储存了 　　电能，的电能可以让这样的充电宝充满电约 　　次。
（3）“充电宝”为一手机锂电池充电，等效电路如图所示，“充电宝”电源的输出电压为，输出电流为，手机电池的内阻为。下列说法正确的是 　　。
充电宝输出的电功率为
电能转换为化学能的功率
电池产生的热功率为
充电器的充电效率
（4）该款充电宝能为容量为的手机充电6次，它的放电转换率为 　　。
【答案】（1）用电器；并；
（2）146520；24；
（3）；
（4）。
【解答】解：
（1）给充电宝充电时，电能转化为化学能，相当于用电器；由生活经验知，在充电过程中，两部手机之间互不影响，是并联接入充电宝的。
（2）充电宝充满电后，储存的电能：
，
因为，
则电能可以让这样的充电宝充满电的次数：
，取24（次；
（3）充电宝输出的电功率，
充电时，消耗的电能转化为化学能和内能：
电池产生的热功率，
且充电宝输出的电功率等于产生内能的热功率与转化为化学能的功率之和，
即：，
则电能转换为化学能的功率：
，
充电器的充电效率：
。
故错、正确；
（4）该款充电宝的放电转换率。
故答案为：（1）用电器；并；
（2）146520；24；
（3）；
（4）。
10．阅读短文，回答问题：
光电式传感器
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作能够处在正常状态或最佳状态。
光电式传感器可以根据所采用的原理分为外光电效应原理和内光电效应原理。在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应；当光照射到物体上，使得物体的电阻阻值发生变化，或产生光生电动势的效应称为内光电效应。
图甲是某工厂的水平传送带上运输的正方体产品及电压表改成的计数器的示意图，为激光光源，能连续发射粗细忽略不计的激光束；为光电式传感器，当有激光照射时，其阻值较小，无激光照射时，其阻值较大，每当水平传送带上的产品和传送带一起匀速通过与之间时，射向光电式传感器的激光被产品挡住，通过电压表测出光电式传感器两端电压随时间变化的规律如图乙所示，已知传送带运行速度为，计数器的电源电压为，保护电阻的阻值为。
（1）该工厂使用的光电式传感器属于　内光电效应　（选填“外光电效应”或“内光电效应” 。
（2）正方体产品的边长是　　。
（3）该传送带上每分钟有　　个产品经过激光光源。
（4）计数器电路中电流变化规律大致如下图的　　。
（5）计数器上的光电式传感器每分钟消耗的电能是　　。
【解答】解：（1）根据题中信息知当光照射到物体上，使得物体的电阻阻值发生变化，所以该工厂使用的光电式传感器属于内光电效应。
（2）由图甲可知，传感器与定值电阻串联，电压表测传感器两端的电压；由题知，当产品挡住射向传感器的激光时（即无激光照射传感器），传感器的阻值较大，由串联分压的规律可知，传感器两端的电压会变大，即电压表示数变大，由此可知，电压表示数变大时，计数器会计数一次，所以，由图乙可知，一个产品经过激光的时间是，
由可得，正方体产品的边长为：
。
（3）由图乙可知，一个工作循环是
则每分钟通过计数装置的产品数：个。
（4）当传感器有激光照射时，其阻值较小，传感器分压较小，电压表示数较小，则定值电阻分压较大，根据知，电路中电流较大，由图乙知此时的时间为；
当传感器无激光照射时，其阻值较大，传感器分压较大，电压表示数较大，则定值电阻分压较小，根据知，电路中电流较小，由图乙知此时的时间为；
所以，当乙图中电压表示数较小时，电路中电流较大，且时间为；当电压表示数较大时，电路中电流较小，且时间为，所以图符合题意；
（5）由乙图和前面分析可知，有光照时，
因为串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，，
因为串联电路中各处的电流相等，
所以电路中的电流：
；
无光照时，，
此时，
所以电路中的电流：
；
计数器上的光电式传感器每分钟消耗的电能为：
。
故答案为：（1）内光电效应；（2）1；（3）100；（4）；（5）5600。
11．小明拟对家里的一款电热水器进行探究，其中一些参数如表所示。
额定功率 1500 2000 2420
额定电压 220
额定频率 50
加热温度范围
最大容量 50
（1）电热水器工作一段时间后，将水加热到最高温度，导线却不怎么发热，原因可能是 　　。
导线的绝热皮隔热
电流通过导线不产生热量
导线的电功率比电阻丝小
通过导线的电流小于通过电阻丝的电流
（2）当电热器实际功率为时，想要知道把初温、的水加热到需要的时间，除了知道水的相关物理量外，还需要知道的物理量是该热水器的 　　。
（3）如图为该电加热器的简化电路图，、、为定值电阻，、、、为金属触点，为旋钮开关，转动旋钮可以将相邻两个触点连通。转动旋钮使与 　　两个触点接通时电热器为的挡位。（选填“”、“ ”或“”
（4）小明认真阅读了使用说明书，对其中一些重要事项作了分析，其中分析不合理的是 　　。
“洗完澡后不能用湿手去拔电热水器的插头”，是因为水是导体容易引起漏电事故
“电热水器不能与太多的大功率用电器同时工作”，是为了防止电路中电流过大
“接入电压要与本机额定电压相符合”是多余的，因为家庭电路电压一定是
“使用时插头要充分插入插座”，若插头外露可能会因漏电导致触电事故
【答案】（1）；（2）加热效率；（3）；（4）。
【解答】解：（1）根据可知功率越大，产生的热量越多，电热水器工作一段时间后，将水加热到最高温度，导线却不怎么发热，原因可能是导线的电功率比电阻丝小，故选；
（2）根据、△可以计算把初温、的水加热到时水吸收的热量，
要根据计算当电热器实际功率为时需要的时间，应先根据效率公式计算电热器消耗的电能，所以还需要知道的物理量是该热水器的加热效率；
（3）连接、时，和串联，连接、时，电路为的简单电路，连接、时，和并联，
串联电路总电阻大于任一分电阻，并联电路总电阻小于任一分电阻，根据可知连接、时电功率最小，连接、时电功率最大，
分析表格数据开始转动旋钮使与两个触点接通时电热器为的挡位；
（4）、“洗完澡后不能用湿手去拔电热水器的插头”，是因为水是导体容易引起漏电事故，故正确；
、“电热水器不能与太多的大功率用电器同时工作”，是为了防止电路中电流过大，故正确；
、接入电压要与本机额定电压相符合”不是多余的，因为家庭电路电压不一定是，故错误；
、“使用时插头要充分插入插座”，若插头外露可能会因漏电导致触电事故，故正确。
故选：。
故答案为：（1）；（2）加热效率；（3）；（4）。
12．在学校科学创新活动实践课中，小丽同学设计了一个防踩踏模拟报警装置，其工作原理如图甲所示。为一水平杠杆，为支点，，闭合开关，当水平踏板所受压力增大，电压表的示数达到时，报警器开始发出报警信号。已知电路中电源电压为，报警器的阻值恒为，压力传感器固定放置，其阻值随所受压力变化的关系图像如图乙所示，踏板、压杆和杠杆的质量均忽略不计。
（1）由图乙可知，压力传感器的阻值随压力的增大而 　减小　（选填“增大”、“不变”或“减小” 。
（2）当踏板空载时，闭合开关，电压表的示数为 　　。
（3）当报警器开始报警时，踏板设定的最大压力值为 　　。
（4）若电源电压在使用一段时间后略有降低，为保证报警器仍在踏板原设定的最大压力值时才报警，则踏板触点应向 　　（选填“左”或“右” 移动一点。
【答案】（1）减小；（2）2；（3）8；（4）左。
【解答】解：（1）如图乙所示，当压力增大时，传感器的电阻值会减小；
（2）闭合开关时，压力传感器和报警器串联，
由图乙可知当踏板空载时，压力传感器的电阻为，
此时电路中的电流：，
由可得，报警器两端的电压：，即电压表示数为；
（3）报警器开始发出报警信号时，，此时电路中的电流，
传感器两端的电压：，
传感器的阻值，
由图象可知当传感器的阻值为时，对应的压力为，
根据杠杆平衡条件可得：，
即，解得；
（4）一段时间以后电源电压会降低，两端分得的电压减低，根据串联电路的分压特点可知，应减小压敏电阻分担的电压，保证两端分得的电压不变，此时就应该减小压敏电阻的阻值，因电阻值随所受压力的增大而减小，所以应该增大压杆对传感器的压力，由杠杆平衡条件可知，不变，不变，所以和成正比，要增大压杆对传感器的压力，应增大，即把踏板触点向左移动。
故答案为：（1）减小；（2）2；（3）8；（4）左。
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专题02 电学综合题
1．阅读下列短文，回答问题。
智能电加热眼罩
近几年，近视眼成为影响青少年身体健康的重要因素，为有效保护眼睛，降低近视率，目前市场上推出一款电加热眼罩（如图甲），对缓解眼疲劳有一定效果，电加热眼罩是在绝缘的聚酯薄膜表面有序排列10根一样的具有发热、控温双重功能加热丝，是一种新型的半导体陶瓷材料，它以钛酸钡为主，渗入多种物质后加工而成。电加热眼罩内部结构如图乙所示，加热丝两端与金属导线相连，形成网状结构，由的锂电池供电。每根加热丝电阻随温度变化的关系如图丙所示，当温度达到时，加热丝的发热功率等于散热功率（即在相同时间内产生的热量与散失的热量相等）温度保持不变，实现智能控温。
（1）是 　　（选填“导体”、“半导体”或“绝缘体” 材料
（2）如图乙所示的加热电路，加热丝的连接方式是 　　联，正常工作时金属导线中、处电流分别为和，则　　（填选“”、“ ”或“” 。
（3）将眼罩加热电路开关闭合，其功率随时间变化的图象最可能是图丁的 　　。
（4）眼罩加热电路的最大发热功率为 　　，当温度为时，通电，眼罩加热电路消耗的电能 　　。
2．市场上规定，一般情况下苹果质量大于的为大果，的为中果，的为小果，如图甲是苹果自动筛选装置，可以依据苹果质量实现自动筛选。原理是：如图乙传送带上苹果经过压力检测点时，使压敏电阻的阻值发生变化，间的电压也随之发生改变，根据大果、中果、小果所对应的电压值范围，机械装置启动，进行自动筛选实现苹果分流。已知电源电压恒定不变，当检测点上没有苹果时，间的电压为，当苹果质量为时，间的电压为。压敏电阻的阻值随压力检测点上所放物品质量的对应关系如表所示：
质量 0 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170
阻值 90 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5
（1）压敏电阻是由 　　材料（选填“导体”、“绝缘体”或“半导体” 制成的。
（2）当检测点上苹果质量增大时，间的电压 　　。
（3）请通过推理计算筛选大果时，间的电压至少需要达到多少伏？（写出必要的文字说明、表达式及最后结果）
（4）当苹果的品种不同时，对于大果、中果和小果筛选的质量标准也不同，此时间对应的电压值也会改变。请你对电路进行改进，使该装置能够方便地设置不同的筛选标准：　　。（答出一条即可）
3．阅读短文，回答问题：
智能手机
随着智能手机的日益普及，人们的日常生活发生了翻天覆地的变化。在众多帮助下，人们通过智能手机可以实现轻松出行、远距离通信、线上支付、网上办公等活动。手机电池作为手机的一个重要部分，目前正朝着大容量、快蓄电、长待机的方向发展。某款手机锂电池上标有“电压：容量：”字样。该手机搭配了超级快充功能，采取的方式是保持充电器的电压不变，将电流从原来的变为，极大的提高了充电功率。电池充满电后，持续使用一段时间，屏幕显示剩余电量不足时，系统就会发出“是否开启省电模式”的提示，此时最好给手机充电续航。若无法充电，则开启“省电模式”后，手机显示还可以持续使用，电量将耗尽。
手机无线充电是目前比较新的一门技术，无线充电就是不借助数据线等导线对手机进行充电，从而增加手机的续航时间。现阶段使用较多的一种无线充电技术的原理如图甲、乙所示，交流电流过送电线圈（无线充电板）产生磁场，智能手机（受电线圈）放在无线充电板上就能充电，并将电能储存到手机的锂电池内。
（1）文中描述的手机快充功能将充电功率变为原来的　　倍。为了防止手机温度过高，手机的散热部件应选用导热快、比热容　　（选填“大”或“小” 的材料。
（2）手机在无线充电时，手机中的受电线圈会产生　　，无线充电工作原理与　　（选填“发电机”或“电动机” 工作原理相似。
（3）文中锂电池最好在电能还剩　　时给它及时充电，此手机在“省电模式”下使用时的平均功率为　　。
4．新能源汽车近年来发展迅猛，某款国产新能源汽车深受消费者青睐，相比其他新能源汽车，它具有续航里程长、充电速度快的优点，妞妞家也购买了一辆，同时安装了充电桩把交流电转换为直流电给车充电，充电桩铭牌上的部分参数如下表所示。在2024年春季，妞妞的妈妈驾驶该车在平直公路上以的速度匀速直线行驶了，所受的阻力恒为。（不计电磁铁线圈的阻值，取
（1）电能属于 　　（选填“一次”或“二次” 能源。
（2）当该电车在平直公路上以的速度匀速直线行驶时，其牵引力做功的功率是多少？
（3）该电车电池的容量为，从完全没电到充电至的电量，充电桩在正常状态下需要工作多少时间？
（4）为了使用安全，只有充电插头和插座间的压力时（此时控制电路中的电流，充电电路才能接通，其原理如图所示，不充电时控制电路中的电流为。已知电阻箱接入电路的电阻，压敏电阻阻值与所受压力的计算关系式为：，请你通过计算判断控制电路中的电源电压属于人体安全电压的哪一级。
落地式充电桩
额定输入电压：交流 额定输出电压：直流
额定输入电流：交流 额定输出电流：直流
防护等级： 使用环境：室外
人体安全电压等级 应用场所
Ⅰ 有触电危险的手持电动工具
Ⅱ 比较干燥的一般场所
Ⅲ 潮湿、有导电金属粉尘等场所
Ⅳ 特别潮湿、金属容器等人体大面积接触带电体的场所
Ⅴ 水下作业
5．某科技小组的同学设计制作了一款自动控温烘干箱，箱内主要电路包括控制电路和工作电路，其原理图如图甲所示。控制电路电源电压为，为变阻器，为热敏电阻、阻值与箱内气温关系如表所示。
工作电路电源电压为，为电热丝，阻值恒为，为电风扇，铭牌上标有“，”字样，其作用是使箱内空气均匀受热，红、绿指示灯用于分别指示电路加热、待机状态。当控制电路的电流达到时，衔铁被电磁铁吸住，当控制电路电流减小到某值时，衔铁被释放。求：
（1）当衔铁被电磁铁吸住时，工作电路处于 　　状态；（填“加热”或“待机”
（2）将控制电路中变阻器的阻值调为时，控制电路的电流为，此时箱内气温多少摄氏度？（电磁铁的线圈电阻不计）
（3）重新调节变阻器，同时闭合开关、，箱内气温与时间关系如图乙所示，若电热丝加热空气的效率为，衔铁每次被吸住的时长均为，箱内空气质量恒为，比热容为。求
①乙图中对应的时间应该是多少？
②的时间内，工作电路总共消耗的电能是多少焦耳？（控制电路、指示灯及电风扇产生的电热均不计，指示灯消耗的电能不计）
30 40 50 60 70
305 245 200 170 150
6．如图1所示为人们所喜爱的电动自行车，它轻便、节能、环保。只要将图中车钥匙插入锁孔并顺时针旋转一下，车子就通电了，但不会行驶。
（1）这车钥匙实质相当于一个 　　，跨上自行车将右手把向后旋转，车子就能前进，并且向后旋转的角度越大，车速就越快，右手把实质相当于一个 　　。给电动车充电时，电瓶相当于 　　（选填“电源”或“用电器” 。
（2）图2是电动车的充电插口，内有金属插脚，在使用过程中绝不能拿硬币、手等去触碰；图3是电动车的局部电路图，其中控制器是指电动车利用蓄电池工作的所有用电器。如果硬币碰到充电插口的两个金属插脚，可能会造成 　　（选填“蓄电池”、“控制器”或“充电插口” 损坏；如果人体触碰蓄电池两极，人 　　（选填“有”或“无” 危险。
（3）电动自行车两刹车手柄（如图中各有一只开关和；在行驶中用任一只手柄刹车时，该手柄上的开关立即断开，电动机停止工作，以下电路符合要求的是 　　。
7．阅读材料，回答问题：
“无人机”多功能飞行器
“无人机”多功能飞行器在拍摄调查、无人配送等方面具有广阔的前景。如图甲为某品牌“无人机”，质量（含摄像机）为。“无人机”由锂电池供电，采用4个相同的电动机带动旋翼转动，对下方空气施力的同时每个旋翼获得相同的升力。为了保证“无人机”正常工作，每个电动机连接一个电子调速器（简称电调）来控制电动机的电流，从而改变电动机的功率。“无人机”上升时受到的空气阻力与上升速度的平方成正比。该“无人机”能以最大的速度上升，此时受到的空气阻力为。“无人机”携带摄像机参与火情勘测时，一般以恒定的速度从地面匀速竖直升至某一高处，然后悬停观测（整个过程四个电动机同时工作）。该“无人机”携带的微型摄像机有自动扩摄功能，未出现火情时待机；若有火情，摄像机感知定强度的红外线而自动启动，进入工作状态．其原理如向图乙“自启系统”，该系统由“自启电路”、“控制电路”等组成，其电源电压恒为，为电阻箱，是红外探测器（可视为可变电阻）它的阻值与红外线强度变化的关系如图表所示为红外线强度，表示其单位）。在“自启系统”中，通过电阻箱的电流必须大于或等于时，控制电路能启动摄像机进入工作状态。
1.0 2.0 4.0 6.0
18 9 6 4.5 3
（1）“无人机”电动机与电调的连接方式是 （选填“并联”或“串联” 。
（2）当“无人机”携带摄像机悬停在空中进行地面图像拍摄时，下列说法正确的是 。
“无人机”将机械能转化为电能
“无人机”每个旋翼获得的升力是
“无人机”增加悬停高度可以扩大视野
“无人机”悬停观测时不消耗能量
（3）当匀速水平飞行的无人机完成无人配送任务后，无人机的机械能 （选填“变大”、“变小”或“不变” 。“无人机”在参与某次火情的勘测时，它以的速度从地面匀速竖直上升至50米高处，然后悬停。“无人机”上升过程中，受到的 （选填“是”或“不是” 平衡力，受到的空气阻力为 。
（4）在“自启系统”中，为了使控制电路在红外线强度较弱时，就能启动摄像机进入工作状态，可采取的措施：。（任一措施合理即可）
8．如图甲所示为一款能自动清扫地面的扫地机器人。机器人通过电动机旋转产生高速气流，将灰尘、杂物吸入集尘盒；底部安装有塑料刷，用于清扫吸附在地板上的灰尘及轻小物体；前端装有感应器，通过发射、接收超声波或红外线来侦测障碍物。当剩余电量减为电池容量的时，机器人会主动寻找充电器充电，表一为某扫地机器人的部分参数。电池容量指放电电流与放电总时间的乘积。
表一
额定电压 额定功率
电池容量 工作噪音
净重 最大集尘量
机器人中吸尘电机的吸入功率是衡量其优劣的重要参数，测得某吸尘电机的吸入功率与真空度、风量间的对应关系如表二。真空度指主机内部气压与外界的气压差。风量指单位时间内通过吸尘电机排出的空气体积。吸尘电机吸入功率与输入功率的比值叫做效率。
表二
真空度 400 450 500 550 600
风量 0.025 0.02 0.017 0.015 0.013
吸入功率 10 9 8.5 7.8
（1）该机器人充满电后至下一次自动充电前，能够连续正常工作的最长时间为多少？
（2）研究表二数据的规律，当风量为时，吸尘电机吸入功率为多少？若吸尘电机的输入功率为，此时其效率为多少？
（3）光敏电阻是制作灰尘传感器的常用元件，图乙为某机器人中吸尘电机内部的光敏电阻的控制电路，两端总电压恒定，为光敏电阻，其阻值随空气透光程度的变化而变化，为定值电阻。当光敏电阻分别为和时，电压表的示数分别为和，则阻值为多少？
（4）若机器人1秒钟消耗的电能中有用于克服摩擦力做功。已知集尘盒空置时，机器人匀速运动时受到的摩擦阻力为，查阅资料显示摩擦力与压力成正比，则达到最大集尘量时摩擦阻力为 　　，机器人运动的速度为 　　。（此问不要求写出计算过程）
9．阅读短文，回答问题。
“充电宝”是指一种集供电和充电功能于一体的便携式充电器，可以给手机等数码设备随时随地充电或待机供电。但“充电宝”使用不当，它也会成为一颗“不定时炸弹”。“充电宝”大多是由多个锂电池并联组成，充电宝中的锂经过特殊处理被封装在一个密封的坚硬的壳内，正常情况下既可以保证锂不会遇到空气中的水分发生化学反应而爆炸，也可以保证不会因为挤压而破坏电池的内部结构造成电池内部短路产生大量的热而自燃爆炸。民航局对乘坐飞机携带“充电宝”有着如下严格的规定：严禁随身携带额定能量超过的“充电宝”登机；不得在飞行过程中使用“充电宝”给电子设备充电。现有一个“充电宝”，各项参数如下表所示：
容量 ， 兼容性 绝大多数输入的数码电子产品
寿命 完全充放电大于500次 放电转换率
输入 ， 输出 ，
认证 充满时间 12小时
挑选“充电宝”还要考虑放电转换率，转换率。
（1）“充电宝”在家庭电路中充电时相当于 　　（选填“电源”或“用电器” ，“充电宝”上有两个输出口，可同时给两部手机充电，这两个接口是 　　（选填“串”或“并” 联的。
（2）“充电宝”充满电后，大约储存了 　　电能，的电能可以让这样的充电宝充满电约 　　次。
（3）“充电宝”为一手机锂电池充电，等效电路如图所示，“充电宝”电源的输出电压为，输出电流为，手机电池的内阻为。下列说法正确的是 　　。
充电宝输出的电功率为
电能转换为化学能的功率
电池产生的热功率为
充电器的充电效率
（4）该款充电宝能为容量为的手机充电6次，它的放电转换率为 　　。
10．阅读短文，回答问题：
光电式传感器
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作能够处在正常状态或最佳状态。
光电式传感器可以根据所采用的原理分为外光电效应原理和内光电效应原理。在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应；当光照射到物体上，使得物体的电阻阻值发生变化，或产生光生电动势的效应称为内光电效应。
图甲是某工厂的水平传送带上运输的正方体产品及电压表改成的计数器的示意图，为激光光源，能连续发射粗细忽略不计的激光束；为光电式传感器，当有激光照射时，其阻值较小，无激光照射时，其阻值较大，每当水平传送带上的产品和传送带一起匀速通过与之间时，射向光电式传感器的激光被产品挡住，通过电压表测出光电式传感器两端电压随时间变化的规律如图乙所示，已知传送带运行速度为，计数器的电源电压为，保护电阻的阻值为。
（1）该工厂使用的光电式传感器属于　　（选填“外光电效应”或“内光电效应” 。
（2）正方体产品的边长是　　。
（3）该传送带上每分钟有　　个产品经过激光光源。
（4）计数器电路中电流变化规律大致如下图的　　。
（5）计数器上的光电式传感器每分钟消耗的电能是　　。
11．小明拟对家里的一款电热水器进行探究，其中一些参数如表所示。
额定功率 1500 2000 2420
额定电压 220
额定频率 50
加热温度范围
最大容量 50
（1）电热水器工作一段时间后，将水加热到最高温度，导线却不怎么发热，原因可能是 　　。
导线的绝热皮隔热
电流通过导线不产生热量
导线的电功率比电阻丝小
通过导线的电流小于通过电阻丝的电流
（2）当电热器实际功率为时，想要知道把初温、的水加热到需要的时间，除了知道水的相关物理量外，还需要知道的物理量是该热水器的 　　。
（3）如图为该电加热器的简化电路图，、、为定值电阻，、、、为金属触点，为旋钮开关，转动旋钮可以将相邻两个触点连通。转动旋钮使与 　　两个触点接通时电热器为的挡位。（选填“”、“ ”或“”
（4）小明认真阅读了使用说明书，对其中一些重要事项作了分析，其中分析不合理的是 　　。
“洗完澡后不能用湿手去拔电热水器的插头”，是因为水是导体容易引起漏电事故
“电热水器不能与太多的大功率用电器同时工作”，是为了防止电路中电流过大
“接入电压要与本机额定电压相符合”是多余的，因为家庭电路电压一定是
“使用时插头要充分插入插座”，若插头外露可能会因漏电导致触电事故
12．在学校科学创新活动实践课中，小丽同学设计了一个防踩踏模拟报警装置，其工作原理如图甲所示。为一水平杠杆，为支点，，闭合开关，当水平踏板所受压力增大，电压表的示数达到时，报警器开始发出报警信号。已知电路中电源电压为，报警器的阻值恒为，压力传感器固定放置，其阻值随所受压力变化的关系图像如图乙所示，踏板、压杆和杠杆的质量均忽略不计。
（1）由图乙可知，压力传感器的阻值随压力的增大而 　　（选填“增大”、“不变”或“减小” 。
（2）当踏板空载时，闭合开关，电压表的示数为 　　。
（3）当报警器开始报警时，踏板设定的最大压力值为 　　。
（4）若电源电压在使用一段时间后略有降低，为保证报警器仍在踏板原设定的最大压力值时才报警，则踏板触点应向 　　（选填“左”或“右” 移动一点。
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