四川省达州市2020年中考物理二轮复习计算题05类型五电学综合计算题型突破课件

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四川省达州市2020年中考物理二轮复习计算题05类型五电学综合计算题型突破课件

类型5 电学综合计算 1.在如图所示电路中,小灯泡L标有 “ 4V1.6W ” 字样,定值电阻R 1 =20Ω,滑动变阻器R 2 允许通过的最大电流为1A,电流表A 1 的量程为0~0.6A,电流表A 2 的量程为0~3A,电压表的量程为0~3V,电源电压和小灯泡的阻值均保持不变。只闭合开关S 2 时,电压表的示数为2V;将滑动变阻器滑片滑到最左端,闭合所有开关,此时电流表A 2 示数为0.5A。求: (1)电源电压; (2)滑动变阻器R 2 的最大阻值; (3)只闭合开关S 3 ,在电路安全的情况下,小灯泡电功率的变化范围。 解:(1)由P=U 2 / R可得,灯泡L的电阻:R L =U L额 2 / P L额 =(4V) 2 / 1.6W=10Ω, 只闭合开关S 2 时,灯泡L与电阻R 1 串联,电压表测L两端的电压, 此时电路中的电流:I=U L / R L =2V / 10Ω=0.2A, 电源电压:U=I(R L +R 1 )=0.2A×(10Ω+20Ω)=6V; (2)将滑动变阻器滑片滑到最左端,闭合所有开关,电阻R 1 与R 2 的最大阻值并联,电流表A 2 测干路电流, 此时电路的总电阻:R=U / I′=6V / 0.5A=12Ω, 1 / R=1 / R 1 +1 / R 2 ,即1 / 12Ω=1 / 20Ω+1 / R 2 , 解得:R 2 =30Ω, 即滑动变阻器R 2 的最大阻值为30Ω; (3)只闭合开关S 3 时,灯泡L与滑动变阻器R 2 串联,电流表A 1 测电路中的电流,电压表测L两端的电压, 当电压表的示数U L ′=3V时,灯泡两端的电压最大,其实际电功率最大,P Lmax =U′ L 2 / R L =(3V) 2 / 10Ω=0.9W, 当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,电路中的电流最小,灯泡L消耗的电功率最小, 此时电路中的电流:I min =U /( R L +R 2 ) =6V /( 10Ω+30Ω ) =0.15A, 则灯泡的最小电功率:P Lmin =I 2 min R L =(0.15A) 2 ×10Ω=0.225W, 所以小灯泡电功率的变化范围为0.225~0.9W。 2.如图所示,电源电压保持不变,滑动变阻器R最大阻值为10Ω,小灯泡L标有 “ 6V3W ” 字样。闭合开关S、S 1 、S 2 ,滑动变阻器滑片P移至最左端时,小灯泡L恰好正常发光。闭合开关S、S 1 ,断开开关S 2 ,电压表的示数为3.6V,忽略小灯泡电阻随温度的变化。求: (1)电源电压及小灯泡L的电阻; (2)R 1 的阻值; (3)闭合开关S、S 2 ,断开开关S 1 ,滑动变阻 器消耗的电功率为0.72W时,电流表的示数。 解:(1)由图知,闭合开关S、S 1 、S 2 ,滑动变阻器滑片P移至最左端时,变阻器接入电路的阻值为0,此时R 1 被短路,电路为灯泡的基本电路; 因为小灯泡L恰好正常发光, 所以电源电压:U=U L =6V, 由P=U 2 / R可得,小灯泡L的电阻:R L =U 2 L额 / P L额 =(6V) 2 / 3W=12Ω; (2)闭合开关S、S 1 ,断开开关S 2 ,小灯泡L与电阻R 1 串联,电压表测小灯泡L两端的电压,电压表的示数为3.6V, 则R1两端的电压:U 1 =U-U L =6V-3.6V=2.4V, 忽略小灯泡电阻随温度的变化,根据串联电路中电流的规律可得:U L / R L =U 1 / R 1 ,代入数据,3.6V / 12Ω=2.4V / R 1 , 解得:R 1 =8Ω; (3)闭合开关S、S 2 ,断开开关S 1 ,移动滑片P,滑动变阻器与灯泡串联, 滑动变阻器的电功率为0.72W时,设此时滑动变阻器接入电路的电阻是R′,此时电流表的示数为I, 此时该电路的电流:I=U /( R L +R′ ) =6V /( 12Ω+R′ ) ①, 此时滑动变阻器的功率:P=I 2 R′=0.72W②, 联立①②解得:I=0.2A或0.3A, 当滑动变阻器接入阻值最大为10Ω时,电路中电流最小,则I min =U /( R L +R ) =6V /( 12Ω+10Ω ) ≈0.27A, 所以I=0.2舍去,即此时电流表的示数为0.3A。 3.如图甲所示,电源电压保持不变。小灯泡L标有 “ 4V0.5A ” 字样,电流表量程为0~0.6A,电压表量程为0~3V,滑动变阻器R1的最大阻值为20Ω。只闭合开关S、S 1 ,调节滑动变阻器的滑片P,得到电流表与电压表示数关系如图乙所示。求: (1)小灯泡的额定功率; (2)电源电压及定值电阻R 2 的阻值; (3)只闭合开关S和S 2 ,移动滑动变阻器的滑片P,小灯泡L的I - U图像如图丙所示,在保证各元件安全工作的情况下,滑动变阻器R 1 允许的取值范围。 解:(1)小灯泡的额定功率:P L额 =U L额 I L额 =4V×0.5A=2W; (2)只闭合S、S 1 时,滑动变阻器R 1 与R 2 串联,电压表测滑动变阻器R 1 两端的电压,电流表测电路中的电流,电源电压:U=U 1 +IR 2 ,在图乙中取两组数据代入公式,可得:U=3.0V+0.2A×R 2 ①, U=1.0V+0.4A×R 2 ②, 联立①②解得:U=5V,R 2 =10Ω; (3)只闭合开关S和S 2 ,灯泡L和滑动变阻器R 1 串联,电压表测量滑动变阻器R 1 两端的电压,电流表测电路中的电流,由串联电路的分压规律可知,当电压表示数最大为3V时,R 1 接入电路的电阻最大,电路中电流最小, 此时小灯泡两端电压:U L =U-U 1max =5V-3V=2V, 由图丙可知电路中最小电流:I min =0.4A, 则R 1 接入电路的最大电阻:R 1max =U 1max / I min =3V / 0.4A=7.5Ω; 灯泡L正常工作时电流:I max =0.5A<0.6A(电流表安全),灯泡L正常工作时的电压为4V,此时滑动变阻器两端的电压:U 1min =U-U L额 =5V-4V=1V, 则R 1 接入电路的最小电阻:R 1min =U 1min / I max =1V / 0.5A=2Ω, 所以滑动变阻器R 1 允许的取值范围是2~7.5Ω。 4.如图所示,电源电压恒为4.5V,灯泡L上标有 “ 3V1.5W ” 字样,滑动变阻器R 2 上标有 “ 15Ω1A ” 字样,定值电阻R 1 阻值为10Ω,电流表量程为0~3A,电压表量程为0~3V,不计温度对灯丝电阻的影响。求: (1)灯泡正常工作时的电阻; (2)当开关S、S 1 、S 2 闭合,S 3 断开时,电路的最小总功率; (3)当开关S、S 3 闭合,S 1 、S 2 断开时,在确保电路 元件安全的情况下,滑动变阻器R 2 的取值范围。 解:(1)由P=U 2 / R得,灯泡正常工作时的电阻:R L =U 2 L额 / P L额 =(3V) 2 / 1.5W=6Ω; (2)当开关S、S 1 、S 2 闭合,S 3 断开时,灯泡L被短路,定值电阻R 1 与滑动变阻器R 2 并联, 当滑动变阻器R 2 接入电路的阻值最大为15Ω时,电路的总电流最小,电路的总功率最小, 通过R 1 的电流:I 1 =U / R 1 =4.5V / 10Ω=0.45A, 通过滑动变阻器R 2 的电流:I 2 =U / R 2 =4.5V / 15Ω=0.3A, 电路的最小总功率:P min =U(I 1 +I 2 )=4.5V×(0.45A+0.3A)=3.375W; (3)当开关S、S 3 闭合,S 1 、S 2 断开时,R 1 断路,灯泡L与滑动变阻器R 2 串联,电压表测滑动变阻器R 2 两端电压;灯泡的额定电流:I L额 =P L额 / U L额 =1.5W / 3V=0.5A, 因为灯泡额定电流I L额 =0.5A,电流表量程为0~3A,滑动变阻器标有 “ 15Ω1A ” 字样, 所以,在确保电路元件安全的情况下,电路中最大电流为I max =I L额 =0.5A,此时滑动变阻器R 2 连入电路阻值最小,则电路的最小总电阻:R min =U / I max =4.5V / 0.5A=9Ω, 滑动变阻器R 2 连入电路的最小阻值:R 2min =R min -R L =9Ω-6Ω=3Ω; 因为电压表量程为0~3V,所以在确保电路元件安全的情况下,滑动变阻器两端电压最大为U 2max =3V时,此时滑动变阻器R 2 连入电路的阻值最大, 此时电路中的最小电流:I min = ( U-U 2max )/ R L = ( 4.5V-3V )/ 6Ω=0.25A, 滑动变阻器R 2 连入电路的最大阻值:R 2max =U 2 / I min =3V / 0.25A=12Ω, 综上所述,滑动变阻器R 2 的取值范围为3~12Ω。 5.如图所示,电源电压保持不变,闭合开关S,当滑片P置于滑动变阻器R 2 的最右端B处时,电压表的示数为4V,定值电阻R 1 的功率为0.8W;当滑片P置于滑动变阻器R 2 的中点时,电压表的示数变化了1V。求: (1)电源电压; (2)R 1 的阻值; (3)电路前后电流之比; (4)电路总功率变化量。 解:(1)由电路图可知,R 1 与R 2 串联,电压表测滑动变阻器R 2 两端的电压, 当滑片P置于滑动变阻器R的最右端B处时,电路中的电流:I 1 =U /( R 1 +R 2 ) , 则滑动变阻器两端的电压:U 2 =I 1 R 2 =U /( R 1 +R 2 ) ×R 2 =4V①, 由图知,当滑片P置于滑动变阻器R 2 的中点时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,由串联分压的规律可知,电压表的示数减小,即此时滑动变阻器两端的电压:U′ 2 =U 2 -ΔU=4V-1V=3V, 同理可得,此时滑动变阻器两端的电压:U′ 2 =U /( R 1 +R 2 / 2 ) ×R 2 / 2=3V②, 联立①②解得:R 2 =2R 1 ③, 将③代入①式可得:U /( R 1 +2R 1 ) ×2R 1 =4V, 解得:U=6V,即电源电压为6V; (2)当滑片P置于滑动变阻器R 2 的最右端B处时,电压表的示数为4V, 定值电阻R 1 两端的电压:U 1 =U-U 2 =6V-4V=2V, 此时定值电阻R 1 的功率为0.8W, 即P 1 =U 2 1 / R 1 =(2V) 2 / R 1 =0.8W, 解得:R 1 =5Ω; (3)R 2 =2R 1 =2×5Ω=10Ω,电路前后电流之比:I 1 ∶I 2 =U /( R 1 +R 2 ) ∶U ( R 1 +R 2 / 2 ) = ( 15Ω+10Ω ) ∶ ( 15Ω+5Ω ) =2∶3; (4)电路总功率变化量:ΔP=P 2总 -P 1总 =U 2 /( R 1 +R 2 / 2 ) -U2 /( R 1 +R 2 ) =(6V) 2 /( 5Ω+5Ω ) -(6V) 2 /( 5Ω+10Ω ) =1.2W。 6.如图所示,灯泡L上标有 “ 6V2.4W ” 字样,电流表量程为0~0.6A,电压表量程为0~15V。滑动变阻器的最大电阻为160Ω。只闭合S1,滑片置于某点a时,滑动变阻器接入电路中的电阻R a =40Ω,电压表示数U a =12V,电流表示数为I a ;只闭合S 2 ,滑片置于某点b时,滑动变阻器接入电路中的电阻为R b ,电流表示数为I b 。已知I a ∶I b =3∶4,R b ∶R 0 =3∶2(灯丝电阻不随温度变化),滑片移动过程中,灯泡电压不超过额定值,电表示数不超过量程。求: (1)小灯泡正常发光时的电阻; (2)定值电阻R 0 和电源电压U; (3)只闭合S 1 时,电路消耗的最小功率。 解:(1)由P=UI=U 2 / R得,灯泡正常发光时的电阻R L =U 2 L额 / P L额 =(6V) 2 / 2.4W=15Ω; (2)只闭合S 1 时,滑动变阻器R a 和定值电阻R 0 串联,电压表示数U a =12V,已知电阻R a =40Ω, 由I=UR得,此时电路中电流,即电流表示数:I a =U a / R a =12V / 40Ω=0.3A, 则电源电压:U=U a +IaR 0 =12V+0.3A×R 0 ①, 只闭合S 2 ,滑片置于某点b时,滑动变阻器接入电路中的电阻为R b ,小灯泡L与R b 串联,电流表示数为I b ,由题意知,I a ∶I b =3∶4, 则I b =4 / 3I a =4 / 3×0.3A=0.4A,电源电压:U=I b (R b +R L )=0.4A×(R b +15Ω)②, 已知R b ∶R 0 =3∶2③, 联立①②③解得:R 0 =20Ω,U=18V; (3)只闭合S 1 时,滑动变阻器和定值电阻R 0 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,即此时滑动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: ( U-U max ) / R 0 =U max R max ,即 ( 18V-15V )/ 20Ω=15VR max ,解得:R max =100Ω, 而滑动变阻器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, 则电路中的最小电流:I min =U 滑max / R max =15V / 100Ω=0.15A, 消耗的最小功率:P min =UI min =18V×0.15A=2.7W。 7.如图甲所示电路中,电源电压保持不变。灯泡L标有 “ 6V3W ” 字样。只闭合开关S 1 ,滑片P处于a点时,灯泡恰好正常发光;只闭合开关S 2 ,滑片P由a点移动到b点过程中,电压表示数的变化量为2.1V,电压表示数与电流表示数的变化图像如图乙所示。求: (1)小灯泡L正常发光时的电阻; (2)滑片P在a、b两点时,R的电功率变化量; (3)只闭合开关S 2 ,滑片P分别在a点和b点时 R 0 连入电路的阻值比。 解:(1)由P=U 2 / R可得,小灯泡L正常发光时的电阻:R L =U 2 L / P L =(6V) 2 / 3W=12Ω; (2)当只闭合开关S 2 时,电阻R与滑动变阻器R 0 串联, 根据题意结合图乙可知,滑片P在a点时电路中的电流:I a =0.45A,滑片P在b点时电路中的电流:I b =0.3A, 由于电压表示数的变化量为2.1V,则I a R-I b R=ΔU, 即0.45A×R-0.3A×R=2.1V,解得:R=14Ω, 则电阻R的电功率变化量: ΔP=I 2 a R-I 2 b R=(0.45A) 2 ×14Ω-(0.3A) 2 ×14Ω=1.575W;
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