题目
在学校创新比赛中，小亮同学设计了一个多档位的电热水器．如图甲所示是他设计的电热水器的工作原理图，R1和R2是两根电热丝．他设计的旋转开关如图乙所示，旋转开关内有一块绝缘圆盘，在圆盘的边缘依次有共10个金属触点（在图乙中用“
”表示，“
”中标有1、2、3、4编号，编号相同的触点用导线连接）．可以绕中心轴转动的开关旋钮两端各有一个金属滑片，转动开关旋钮可以将相邻的触点连接．例如，图乙中，旋钮上的箭头指向图中位置D，此时，金属滑片将1、2两点接通，同时另一端也将3、4两点接通．当旋钮上的箭头指向A、B、C、D不同位置时，可以实现四档加热功率．他设计的四档加热功率如下表所示：
| 温度档位 |
高温 |
中温2 |
中温1 |
低温 |
| 加热功率/W |
1100 |
660 |
440 |
264 | （1）如果要实现旋转开关沿某个方向转动时，加热功率依次递减或递增，通过计算，分析说明电热丝R1和R2的阻值应分别为多大？
（2）小亮根据计算结果，借助电池组、电压表和电流表分别截取了电阻大小符合要求的两根电热丝，并按电路图连接好．经检查无误后，小亮将电热器接入了家庭电路，同时借助电能表和手表测量电热器在不同档位工作时的实际消耗的电功率，结果发现每一档的实际功率均小于按照电热丝电阻值计算的结果，测量后发现电源电压为220V．请简单解释产生这种的偏差原因．
（3）使用中他发现水温开始升高较快，后来水温升高越来越慢，最后甚至会保持某个温度就再升高，此时水并没有沸腾．并且选择加热档位功率越小，水能够达到的最高温度越低，这是为什么？ |
所属题型：问答题
试题难度系数：中档
答案
（1）由图可知：
D位置电路消耗的功率最大：P1=1100W，
C位置电路消耗的功率：P2=660W，
故R1==≈73.3Ω，
B位置电路消耗的功率：P3=440W，
故R2===110Ω，
A位置电路消耗的功率：P4===264W．
答：电热丝R1的阻值约为73.3Ω，R2的阻值为110Ω．
（2）电热丝的电阻会随温度而变化．
在借助电池组、电压表和电流表截取一定阻值的电热丝时，电热丝消耗的功率很小，一定时间内产生的热量很少，故温度低，此时电阻小；
当电热丝接入家庭电路工作时，消耗的电功率较大，一定时间内产生的热量多，温度升高显著，电阻变大明显；
由公式P=可知，此时消耗的电功率比测得的电阻计算的电功率要小一些．
（3）电热器在给水加热时，由于水在吸热的同时还在散热（向空气传递热量、蒸发吸热），并且随着水温的升高，水温与环境温度差增大，热传递的速度加快、水蒸发时吸热的速度也在加快，导致水的温度升高减慢；当散失的热量与从电热丝吸收到的热量平衡时，水温就不再升高了．
加热功率越小，单位时间内产生的热量越少，达到上述平衡时与环境的温度差越小，所以水能达到的最高温度越低． |
考点梳理
初中三年级物理试题“在学校创新比赛中，小亮同学设计了一个多档位的电热水器．如图甲所”旨在考查同学们对
热平衡方程的应用、
欧姆定律及其应用、
电功率的计算、
……等知识点的掌握情况，关于物理的核心考点解析如下：
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根据试题考点，只列出了部分最相关的知识点，更多知识点请访问初三物理。
考点名称：热平衡方程的应用
热平衡方程：
1、热平衡方程又称热交换定律，指在热传递过程中，如果没有热量损失，则高温物体放出的热量Q放等于低温物体吸收的热量Q吸，即Q放=Q吸，把这个关系叫热平衡方程。
2、此方程只适用于绝热系统内的热交换过程，即无热量的损失;在交换过程中无热和功转变问题;而且在初、末状态都必须达到平衡态。系统放热，一般是由于温度降低、凝固、液化及燃料燃烧等过程。而吸热则是由于温度升高，熔解及汽化过程而引起的。
3、温度不同的两个或几个系统之间发生热量的传递，直到系统的温度相等。在热量交换过程中，遵从能的转化和守恒定律。从高温物体向低温物体传递的热量，实际上就是内能的转移，高温物体内能的减少量就等于低温物体内能的增加量。
验证热平衡方程的方法
1、用量筒量出50克冷水倒入烧杯内;量出100克热水倒入量热器内。分别测出热水和冷水的温度。
2、小心地将冷水倒入盛热水的量热器中，用搅拌器搅拌水，促使水的温度很快变得相同。用温度计测出混合后的水温。
3、计算出热水降低到混合水温时放出的热量，以及冷水升高到混合水温时吸收的热量。
4、改变初始水温及冷水、热水的质量再做2次实验。
将测量及计算结果填入表中：
5、对热水放出的热量与冷水吸收的热量进行比较，看看二者是否相等。如果二者不相等，试分析产生误差的原因。
【注意事项】
1、混合后要用搅拌器充分搅拌，但搅拌时间不宜太长，停止搅拌时要立即读出混合后的水温。
2、注意正确使用量筒、量热器和温度计，结合实验者的操作情况分析误差产生的原因，从而正确理解热平衡方程。
热平衡方程的应用
例：家庭使用的液化石油气储存在钢罐里，钢罐顶部有一个阀门开关，罐内气压大于大气压.石油气泄漏时易发生中毒、爆炸和火灾事故，已知石油气热值为3.5×107J/kg，烧水时，设石油气燃烧放出的热量只有50%被水吸收，问：
(1)将质量为2.5kg，初温为20℃的水加热到100℃，需吸收多少热量?需完全燃烧石油气多少千克?(C水=4.2×103J•kg-1•℃-1)
(2)当发现家中钢罐内的液化石油气泄漏时，为防止事故的发生你应采取哪些措施?
分析：(1)知道水的质量、比热容和温度的变化，根据Q吸=cm(t-t0)求出水吸收的热量;由题意可知Q放=Q吸，根据Q放=mq求出需完全燃烧石油气的质量;
(2)由于液化石油气是易燃气体，故不能有明火出现.
解答：（1）水吸收的热量：
Q吸=cm（t-t0）
=4.2×103J/（kg•℃）×2.5kg×（100℃-20℃）
=8.4×105J；
由题意可知，Q放=Q吸=8.4×105J，
由Q放=mq可得，需完全燃烧石油气的质量m′=Q放/q=2.4kg,即
（2）严禁有明火出现、关闭阀门、开窗通气．
答：(1)水吸收8.4×105的热量，需完全燃烧石油气2.4kg;
(2)严禁有明火出现、关闭阀门、开窗通气.
点评：本题考查了学生对公式Q吸=cm△t和Q=mq的理解与掌握，要注意当液化石油气泄漏时，应当关闭阀门、开窗通气，一定不要出现明火，否则会发生爆炸.
考点名称：欧姆定律及其应用
欧姆定律
欧姆定律是电学中的基本定律和核心内容，是贯穿整个电学的主线。在同一电路中，通过导体的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻阻值成反比，这就是欧姆定律，基本公式是I=U/R，U表示导体两端的电压，单位是V;R表示导体的电阻，单位是Ω;I表示通过导体的电流，单位是A。
欧姆定律学习的重难点
1、要理解欧姆定律的内容
(1)欧姆定律中的关于成正比、成反比的结论是有条件的。如果说导体中的电流与导体两端的电压成正比，条件就是对于同一个电阻，也就是说在电阻不变的情况下;如果说导体中的电流与导体的电阻成反比，条件就是导体两端的电压不变。
(2)注意顺序，不能反过来说，电阻一定时，电压跟电流成正比。这里存在一个逻辑关系，电压是原因，电流是结果。是因为导体两端加了电压，导体中才有电流，不是因为导体中通了电流才有了电压，因果关系不能颠倒。同样也不能说导体的电阻与通过它的电流成反比。我们知道，电阻是导体本身的一种性质，即使导体中不通电流，它的电阻也不会改变，更不会因为导体中电流的增大或减小而使它的电阻发生改变。
2、要知道欧姆定律的公式和单位 欧姆定律的表达式I=U/R，可变形为U=IR和R=U/I，但这三个式子是有区别的。
(1)I=U/R，是欧姆定律的表达式，它反映了通过导体的电流的大小跟导体两端所加的电压这个外部原因和导体本身的电阻这个内部原因之间的因果关系。
(2)U=IR，当电流一定时，导体两端的电压跟它的电阻成正比。不能说成导体的电阻一定时导体两端的电压与通过的电流成正比，因为电压是形成电流的原因。电压的大小由电源决定，跟I、R无关，此式在计算比值时成立，不存在任何物理意义。
(3)R=U/I，此公式也是一个量变式，不存在任何物理意义。不能误认为导体的电阻跟导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反比。公式中的I、U、R都要用国际单位，即电流的单位为安培，符号A;电压的单位为伏特，符号V;电阻的单位为欧姆，符号Ω。
3.要明白定律的适用范围
(1)定律只适用于金属导电和液体导电，对于气体、半导体导电一般不适用。
(2)定律只适用于纯电阻电路。如：电路中只接有电阻器、电热器、白炽灯等用电器的电路。对于非纯电阻电路，如：电动机电路、日光灯电路等，则不能直接应用。
4.要理解欧姆定律的注意事项
(1)物理量的同一性。叙述欧姆定律时，在两个 “跟”字后面都强调了“这段导体”四个字，它是指对电路中同一导体或同一电路而言。所以在运用欧姆定律I=U/R等进行计算时，必须注意同一性，即I、R、U必须是 同一导体或同一段电路中的物理量。在表示I、U、R 时，注意脚标的一一对应。
(2)物理量的同时性。由于电路的连接方式发生改变，开关的断开或闭合，或滑动变阻器滑片的左右移动都可能使电路中总电阻发生变化，从而可能引起电路中电流和各部分电阻两端的电压发生变化。因此，必须注意在同一时刻、同一过程中的电压、电阻与电流的相互对应，不可将前后过程的I、R、U随意混用。
欧姆定律知识框架：
欧姆定律解题技巧
根据串、并联电路的特点和欧姆定律的公式可进行有关计算。
解题的方法是：
(1)根据题意画出电路图，看清电路的组成(串联还是并联);
(2)明确题目给出的已知条件与未知条件，并在电路图上标明;
(3)针对电路特点依据欧姆定律进行分析;
(4)列式解答。
考点名称：电功率的计算
电功率的计算：
电灯电器有标志，额定电压(U0)额功率(P0)。
正常发光用电流，I等P0除U0.I=P0/U0.
电压改变功率变，其中电阻是不变。
遇见电器求电阻，R等U2除以P，R=U2/P.
电功率的四个表达式：（1）定义式：P=W/t。（2）反映电学特点的普适式P=UI。与欧姆定律结合后得到的(3)式P=I2R。（4）式P=U2/R。
电功率计算同类试题：
同类试题1：
某灯泡甲上标有“PZ220-40”的字样，“PZ”表示普通白炽灯，正常发光时工作电流是____0.18A．若将它与“220V 60W”的灯泡乙串联接入照明电路，两灯工作时，较亮的是____甲灯 （填“甲”或“乙”）．
解：灯泡甲正常发光时工作电流为I=PU=40W220V≈0.18A；根据R=U2P可知，额定电压相同时，甲灯泡的额定功率小，电阻大；当两灯泡串联时，通过的电流相等，由P=I2R可知，甲灯泡电阻大，实际功率就大，故灯泡较亮．故答案为：0.18；甲．
同类试题2：
在一个标有“PZ220-60”的白炽灯的两端加上220V电压，灯泡消耗的实际功率为____60W；而如果电压换成110V，灯泡消耗的实际功率又为____15W．
解：（1）白炽灯的两端加上220V电压，因U实=U额，则灯泡正常发光时，所以，P实=P额=60W；（2）解：已知灯泡的额定电压是220V，额定功率是60W，灯泡的电阻值： R=U2额P额=(220V)260W=807Ω；灯泡的实际功率：P=U2实际R=(110V)2807Ω=15W．故答案为：60；15．
1.将一灯泡直接接到电源上，灯泡的功率为100W；将此灯泡与一个电阻串联后接到同一电源上，灯泡的功率为36W，则电阻上的功率是2424.....
2.如图所示电路，电阻R1=60Ω，灯L上标有“10V 2W”字样，且灯丝电阻不随温度变化．开关S闭合时，灯L恰能正常发光，.....
3.如图所示为电饭锅的原理图，当控制开关闭合时电饭锅处于加热煮饭状态，此时功率为1000W，饭熟后，控制开关自动断开，电饭锅处于保温状.....
4.一个标有“220V、300W”的电烫斗，如果电源电压在10%的范围内波动，则实际功率在243243～363363瓦特内变动．..
5.小明家有一只电暖器，上面标有“220V 110W”字样．当电暖器正常工作时，通过电热丝的电流是0.50.5A．若这只电暖.....
6.照明电路中甲、乙两盏白炽灯均正常发光，甲灯比乙灯亮一些，则灯丝电阻较大的是乙灯乙灯；若将这两盏灯串联在照明电路中，它们中较亮的是乙.....
7.小红家新购买了一台标有“220V 1000W”字样的电热器，他想借助家中的电能表测一测该电热器的实际功率，他.....
8.在家庭电路中，只让一个用电器正常工作1h，能使标有3000r/kW?h的电能表表盘转动1500r，则此用电器所消耗的电能为0.50.....
