11.如图所示的电路,电源电压U=4.5V且保持不变,R1=5Ω,R2标有“50Ω0.5A”字样的滑动变阻器,电流表的量程为0﹣0.6A,电压表的量程为0~3V,则:
(1)在接入电路之前,滑动变阻器R2两端允许加载的最大电压是多少? (2)电路的最大总功率为多少?
(3)为了保护电路,滑动变阻器接入电路的电阻值的变化范围是怎样的?
参考答案
二、专题典型 【例题1】BC
【例题2】(1)6V;(2)36Ω;(3)4W。
【解析】(1)由题意可知,电源电压U=U额=6V
(2)当S1闭合,S2断开,设滑动变阻器串入电路的电阻为R1
22U额(6V) ??12? 灯泡电阻RL?P额3W
由欧姆定律:I?U
R1?RL
6
R1?U6V ?RL??12??18?I0.2A
滑动变阻器的增大阻值R=2R1=36Ω
(3) 当小灯泡L与滑动变阻器R串联时,电路的电功率最小:
2(6V)P小???0.75W
(R?RL)(36?12)?2U额 当小灯泡L与滑动变阻器R并联时,电路的电功率最大:
2U2U2(6V)(6V)2P大?????4WRRL36?12?
【例题3】(1)L2正常工作时的电阻为Ω.(2)L1正常工作时的电流0.4A.(3)在一只小灯泡正常发光条件下,电源电压的调节范围为4V~9V.
【解析】本题考查了开关断开和闭合对电路的影响和串、并联电路的判断,以及串联电路电流和电压的特点,利用欧姆定律和电功率公式进行计算;解题的关键是由图象求出电压对应的电流值.本题难点是判断哪个灯泡正常工作,这是解决问题十分重要的依据。
(1)根据图象可得L2正常工作时的电压和电流,UL2=6V,IL2=1A。然后利用欧姆定律公式I=U/R变形可求得正常工作时的电阻RL2= UL2 / IL2= 6V / 1A =5Ω.
(2)闭合开关S1、S2,断开S3,滑片P置于最左端时,L1和L2并联,根据一只小灯泡正常发光,确定一定是L1正常发光,可求得电源电压U=UL1=4V,根据总功率可求得总电流I总=P/U==5.2W/4V=1.3A,根据图象可得出I2的数值I2=0.9A,然后可求得L1正常工作时的电流I1=I总﹣I2=1.3A﹣0.9A=0.4A.
(3)只闭合S3,滑片P置于最右端时,小灯泡L1和L2及变阻器R串联,正常发光的一只灯泡为L1,电路中的电流
=I1=0.4A,由图象可知,此时U2=1V,则由I=U/R可得,
=4V/0.4A =10Ω,L2的电阻R2= U2/
=1V/0.4A =2.5Ω
L1的电阻R1= UL1/
由于R2:R=1:4.则变阻器的电阻R=4R2=4×2.5Ω=10Ω, 电源电压U′=
=0.4A×(R1+R2+R)=0.4A×(10Ω+2.5Ω+10Ω)=9V,
则电源电压的调节范围为4V~9V. 三、专题训练 甲、选择题
1.ABC 2.D 3.D 4.BC 乙、填空题
5. 0~0.6A;6;0.25。
7
6.450;1.8。
【解析】(1)由P=UI可得,I额=
=
=0.5A,
由I=可得灯泡L的电阻值RL===12Ω;
(2)只闭合S1和S3,电阻R与灯泡并联,电阻R两端的电压为电源电压6V, 电阻R在100s产生的热量: Q=W=
t=
100s=450J;
(3)闭合开关S2,断开开关S1、S3,电阻R和灯泡L串联,使其接入电路的阻值最大,则整个电路消耗的电功率最小。
最小电功率:P最小=
=
=1.8W。
丙、体现用科学方法的计算题 7.(1)小灯泡的电阻为12Ω;
(2)定值电阻R0为20Ω,电源电压为18V; (3)只闭合S1时,电路消耗的最小功率为2.7W。 【解析】(1)已知U额=6V,P额=2.4W,根据P=UI=
得:
灯泡电阻RL===15Ω。
(2)只闭合S1时,滑动变阻器Ra和定值电阻R0串联,电压表示数Ua=12V,已知电阻Ra=40Ω,所以根据欧姆定律得:此时电路中电流,即电流表示数为Ia=
=
=0.3A,
则根据串联电路的电压特点和欧姆定律得:U=Ua+IaR0=12V+0.3A×R0﹣﹣﹣﹣﹣①
只闭合S2,滑片置于某点b时,滑动变阻器接入电路中的电阻为Rb,小灯泡L与Rb串联,电流表示数为Ib,由题意知:Ia:Ib=3:4,则Ib=Ia=×0.3A=0.4A
则根据串联电路的电压特点和欧姆定律得:
U=IbRb+IbRL=Ib(Rb+RL)=0.4A×(Rb+15Ω)﹣﹣﹣﹣② 已知:Rb:R0=3:2﹣﹣﹣③
则解①②③方程得:R0=20Ω,U=18V;
8
(3)只闭合S1时,滑动变阻器和定值电阻R0串联,要使电路消耗的功率最小,则滑动变阻器这时连入电路的阻值达到最大值设为R最大,即此时变阻器两端的电压可以达到电压表的最大量程15V,
根据串联电路的电流特点和欧姆定律得:
=
,即
=
,
解得R最大=100Ω,
而变阻器R的最大电阻为160Ω,即滑动变阻器连入电路的阻值可以最大达到100Ω; 则电路中的电流最小为:I最小=
=
=0.15A,
消耗的最小功率P最小=UI最小=18V×0.15A=2.7W。 8.(1)20;6。
(2)滑动变阻器R的最大阻值为40Ω。
(3)只闭合S3时,在不损坏各电路元件的情况下,1min内电路消耗的最大电能是108J。
【解析】A.知道灯泡的额定电压和额定功率,根据P=U2/R求出小灯泡的阻值;当所有开关都闭合时,L与R并联,由于小灯泡恰好正常发光,根据灯泡的额定电压即可得出电源电压;
B.当所有开关都闭合时,L与R并联,电流表测量滑动变阻器的电流,已知滑动变阻器最小与最大功率之比为1:4,则根据P=UI即可求出通过变阻器的最小电流,然后根据欧姆定律即可求出变阻器的最大电阻。
C.只闭合S3吋,电阻R0与R串联,根据电压表和电流表的量程判断得出电路中的最大电流,利用P=UI即可求出1min内电路消耗的最大电能。
(1)由P=
可得,小灯泡的阻值:
RL===20Ω;
当所有开关都闭合时,R0被短路,L与R并联,由于小灯泡恰好正常发光,则电源电压U=U额=6V; (2)当所有开关都闭合时,R0被短路,L与R并联,电流表测量滑动变阻器的电流,由于电流表的量程为0~0.6A,所以当电流表示数最大为0.6A时,变阻器的功率最大;
则P滑大=UI滑大=6V×0.6A=3.6W;
当变阻器的电阻全部连入电路时,通过变阻器的电流最小,此时变阻器的功率最小; 已知P滑小:P滑大=1:4,
3.6W=0.9W, 则:P滑小=P滑大=×
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根据P=可得变阻器的最大阻值:
R滑大===40Ω;
(3)只闭合S3时,电阻R0与R串联,电流表测量电路中的电流,电压表测R0两端的电压,由于电压表量程为0~3V,则当电压表的示数最大为U0=3V时,电路中的电流:
I0=
=
=0.3A;
因串联电路中各处的电流相等,且电流表的量程为0~0.6A, 所以,电路中的最大电流为0.3A, 则1min内电路消耗的最大电能: W大=UI0t=6V×0.3A×60s=108J。
9.(1)0.5A(2)12Ω~120Ω(3)9V,3.375W。
【解析】(1)灯泡正常发光时的电压UL=12V,t=2s时电流对小灯泡做的功WL=12J, 由W=UIt可得,小灯泡L正常发光时的电流: IL=
=
=0.5A;
(2)因串联电路中各处的电流相等,且电流表的量程为0~0.6A,变阻器允许通过的最大电流为1A, 所以,电路中的最大电流I大=0.5A,此时滑动变阻器接入电路中的电阻最小, 由I=U/R可得,电路中的总电阻和灯泡的电阻分别为: R总=
=
=36Ω,RL=
=
=24Ω,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和, 所以,滑动变阻器接入电路中的最小阻值: R小=R总﹣RL=36Ω﹣24Ω=12Ω,
当电压表的示数UR=15V时,滑动变阻器接入电路中的电阻最大, 因串联电路中总电压等于各分电压之和, 所以,此时灯泡两端的电压: UL′=U﹣UR=18V﹣15V=3V, 则电路中的最小电流:
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基于核心素养的中考物理特色系列专题08
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