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周练11 焦耳定律 跨学科实践：半导体与光伏发电
一、填空题
1.如图，电源电压保持不变，灯泡标有“6 V　3 W”字样，当开关S闭合时，灯泡L正常发光，电流表的示数为0.8 A，则电阻R=　　　　Ω。通电10 s，电阻R产生的热量为　　　　J。
2.如图所示的电路，电源电压为6 V，R1=10 Ω，R2=20 Ω，当S1、S2、S3都闭合时，电路消耗的总功率为　　　　　　W；当闭合S1， 断开S2、S3时，电压表示数为3 V，则10 s内R3产生的热量为　　　　　　J，此时R1的功率与S1、S2、S3都闭合时R1的功率的比值为　　　　　　。
二、选择题
3.2024年4月，神舟十八号航天员乘组入驻空间站，开展了“闭环水生生态系统”项目研究，把斑马鱼放在封闭的太空鱼缸里，用“金鱼藻”给鱼提供氧气，鱼呼吸产生的二氧化碳和LED灯的光照为“金鱼藻”进行光合作用提供条件，下列有关说法正确的是 （　　）
A.航天员从地球到太空质量减少
B.LED灯发光过程光能转化为电能
C.LED灯制作材料为半导体
D.斑马鱼在鱼缸中甩尾前进“动力”的施力物体是斑马鱼
4.有两只灯泡L1、L2，分别标有“220 V　100 W”和“220 V　40 W”的字样。若不考虑温度对灯丝电阻的影响，则下列说法正确的是 （　　）
A.两灯正常发光时，L1的电阻较大
B.两灯并联接入220 V的电路，L1、L2消耗的功率之比为2∶5
C.两灯串联接入220 V的电路，L1消耗的功率小于25 W
D.两灯串联接入220 V的电路，两灯泡消耗的总功率大于40 W、小于100 W
5.如图所示，这是一个玩具汽车上的控制电路，小明对其进行测量和研究发现：保护电阻R为10 Ω，电动机内阻为4 Ω，当闭合开关S后，两电压表的示数分别为6 V和2 V，则下列说法中正确的是 （　　）
A.电源电压为8 V
B.电动机两端的电压为2 V
C.电动机线圈内阻1 s内产生0.16 J的热量
D.通过电动机的电流为1 A
三、实验探究题
6.在测量小灯泡额定功率的实验中，器材如下：待测小灯泡（额定电压为2.5 V）、电源（电压恒为3 V）、电流表（0~0.6 A、0~3 A）、电压表（0~3 V、0~15 V）、滑动变阻器、开关各一个，导线若干。
（1）如图甲所示，这是某同学开始时连接的电路，仔细观察发现该电路存在连接错误，但只需改动一根导线，即可使电路连接正确。请你在应改动的导线上打“×”，并用笔画线代替导线画出正确的接法。
（2）电路连接正确后，闭合开关，发现小灯泡不亮，但电流表、电压表均有示数，接下来应进行的操作是　　　　　　。
A.检查灯泡是否断路
B.检查灯泡是否短路
C.检查开关接触是否良好
D.移动滑动变阻器的滑片
（3）当小灯泡正常发光时，电流表示数如图乙所示，示数为　　　　　　A，小灯泡的额定功率为　　　　　　W，小灯泡正常发光时的电阻为　　　　　　Ω。
（4）完成上述实验后，另有同学设计了如图丙所示的电路，测出了正常工作电流为I额的小灯泡正常工作的功率。电源电压不变，滑动变阻器R1的最大阻值为R，实验方案如下：
①按电路图连接电路。
②只闭合开关S1，移动R1的滑片，使电流表的示数为I额，灯泡正常发光。
③只闭合开关S2，保持R1的滑片位置不动，移动R2的滑片，使电流表的示数为I额。
④保持R2的滑片位置不动，将R1的滑片移到最左端，电流表的示数为I1，再将R1的滑片移到最右端，电流表的示数为I2。
⑤小灯泡额定功率的表达式为P额=　　　　　　（用I额、I1、I2、R表示）。
四、计算题
7.如图甲所示，这是一款加热杯，可以通过控制开关实现高、中、低三挡加热，其简化电路图如图乙所示。R1、R2、R3均为电热丝，已知R1=176 Ω，加热杯的部分参数如表。问：[c水=4.2×103 J/（kg·℃），ρ水=1.0×103 kg/m3]
额定电压 220 V
高温挡功率 1 100 W
中温挡功率 440 W
低温挡功率
容量 1 L
（1）R2的阻值是多少
（2）加热杯的低温挡功率是多少
（3）若不计热量损失，加热杯使用高温挡加热，使1 L水从12 ℃升高到100 ℃，需要多长时间
调查家用电器的相关参数
作业内容 调查你家中用电器的种类，弄清楚这些用电器的额定电压和额定功率
活动建议 1.制作表格 例： 用电器名称额定电压U额/V额定电功率P额/W
2.记录每个用电器的额定电压和额定电功率
作业评估
参考答案
1.20　18
2.5.4　9　1∶4
3.C　4.C　5.C
6.（1）
（2）D
（3）0.3　0.75　8.33
（4）⑤·
解析：（1）原电路中，电流表与变阻器串联后与灯并联，电压表串联在电路中是错误的，电流表与变阻器和灯串联，电压表与灯并联，如图所示。
（2）电路连接正确后，闭合开关，电流表、电压表均有示数，电路为通路，发现小灯泡不亮，说明电路中的电流过小，故接下来应进行的操作是移动滑动变阻器的滑片，观察灯的发光情况，选D；（3）当小灯泡正常发光时，电流表示数如图乙所示，选用小量程电流表，示数为0.3 A，小灯泡的额定功率为P=UI=2.5 V×0.3 A=0.75 W，由欧姆定律得，小灯泡正常发光时的电阻R==≈8.33 Ω；（4）⑤由串联电路特点和欧姆定律可得，U=I1R2=I2（R+R2），解得R2=，小灯泡额定功率的表达式P额=RL=R2=·。
7.解：（1）当S接高温挡触点时，电路为R3的简单电路，由P=UI=可得，R3的阻值：
R3===44 Ω
当S接中温挡触点时，R2、R3串联，则此时电路中的总电阻：
R总===110 Ω
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，R2的阻值：
R2=R总-R3=110 Ω-44 Ω=66 Ω
（2）当S接低温挡触点时，R1、R3串联，则加热杯的低温挡功率：
P低===220 W
（3）水的体积：
V=1 L=1 dm3=1×10-3 m3
由ρ=可得，水的质量：
m=ρ水V=1.0×103 kg/m3×1×10-3 m3=1 kg
水吸收的热量：
Q吸=c水m（t-t0）=4.2×103 J/（kg·℃）×1 kg×（100 ℃-12 ℃）=3.696×105 J
不计热量损失时，消耗的电能：
W=Q吸=3.696×105 J
由P=可得，需要的加热时间：
t'===336 s

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